优化配煤、 降低成本、 稳定焦炭质量的研究与实践

许笑松, 席远龙, 高宇莺

(1.内蒙古中盛工程技术有限公司 质检中心, 内蒙古 阿拉善盟 750336;2.山东枣庄矿业(集团)有限责任公司 煤质检测中心, 山东 枣庄 277000)

根据炼焦配煤状况, 实行过程质量控制, 不仅稳定焦炭质量, 还可通过质量分析, 优化方案, 降低配煤成本。

内蒙古中盛科技集团有限公司焦化配煤研究人员以国内先进炼焦研究理论为基础, 从影响焦炭质量的因素分析, 通过炼焦过程中原料煤质量指标分类统计分析, 选择合适的配煤方案, 结合岩相分析方法对炼焦煤的判断评价, 利用配合煤的小焦炉试验, 验证可行性。

对焦炭质量控制和降本提效方面所做的探讨的实践效果及总结, 说明了配煤优化方案能够起到较好的实践效果和依靠科学技术促进企业提高经济效益的意义。

1 确定影响焦炭质量的主要因素

根据资料显示, 影响焦炭性质主要在炼焦煤原料性质、 炼焦工艺、 焦炭结构、 焦炭灰分四个方面。

炼焦工艺对于每个焦化厂来说基本是定型的, 入炉煤的粒度、 水分控制及炉温均匀性和稳定性要求各焦化厂均相差不大, 本公司焦化厂焦炭灰分一般控制在13.0%～13.5%, 入炉煤灰分基本稳定在9.5%～10.0%, 所以焦炭的质量主要是由炼焦煤料的种类及数量决定的, 因此研究的重点聚集在炼焦煤的配煤比上。

炼焦煤是影响焦炭质量最重要的因素, 不同牌号的煤在炼制焦炭过程中作用不同。 气煤是变质程度低的炼焦煤, 粘结性较差, 塑性温度区间较窄, 单独炼焦时半焦收缩量大, 半焦固化时气态析出速度大, 因此单独炼焦所得焦炭气孔率高、 强度低, 由于层内抗拉应力能力差, 焦炭产生的纵裂纹多, 焦块细长且易碎; 1/3 焦煤在气煤和肥煤之间, 是一种挥发分和粘结性都较高的炼焦煤, 在加热过程中能产生较多的胶质体, 且热稳定性比气煤好, 单独炼焦可以得到一定块度和强度的焦炭; 肥煤是强粘结性炼焦煤, 在炭化过程中能产生大量胶质体, 塑性温度区间宽, 热稳定性较好, 但单独炼焦时由于层间剪应力使焦炭横裂纹多, 气孔率高, 焦炭易碎; 焦煤具有中等挥发分和较好的粘结性, 单独炼焦时所得焦炭纵横裂纹均较少, 块度也较大, 机械强度高, 耐磨性好; 瘦煤变质程度高, 热解产物少, 熔融性差, 在炼焦过程中, 收缩量少, 所得焦炭裂纹率低, 因此单独炼焦所得焦炭块度大, 裂纹少, 但强度较差。 因此, 煤的变质程度不同, 显微组分含量不同, 在炼焦过程中产生的胶质体数量和质量不同, 直接影响焦炭的结构, 使得焦炭的强度和块度不同, 1/3 焦煤、 肥煤、 焦煤结焦性能相对好。

配合煤质量受煤种及炼焦工艺的影响, 一般配合煤指标用水分、 灰分、 挥发分、 硫分、 粘结指数G、 胶质层最大厚度Y、 奥亚膨胀度b、 基氏流动度MF 等表示。 但鉴于目前混煤现象严重, 必须结合煤岩设备通过检测煤的显微组分和镜质组反射率来进行配煤炼焦。

通过实践和摸索, 从大量的数据经验中总结出一套灵活可靠的炼焦煤配比方案, 以稳定和提高焦炭质量, 降低原料煤成本为目标, 通过岩相分析和小焦炉试验, 取得较好的效果。

2 炼焦配煤数、 质量指标分析

通过数据统计得出2021 年12 月进厂精煤质量指标及数量, 见表1。

表1 2021 年12 月精煤指标汇总

从表1 中可以看出, 如果完全按照以上比例配煤炼焦, 基本可以得到稳定合格的焦炭, 但是存在以下问题: 一是外购精煤煤源不稳定, 价格波动较大; 二是自洗精煤也是按照市场供应和焦化厂需求组织生产, 因此不能根据以上结果估计焦炭质量和成本。

3 炼焦配煤方案

煤的变质程度是决定炼焦煤的结焦性质及其焦炭强度的首要因素, 煤的平均最大反射率是标志煤的变质程度的最佳指标, 反射率分布图可以反映煤的变质程度变化的细节。 因此以反射率分布图作为标志煤结焦性质的最佳指标、 分析配合煤结焦性质稳定性、 验证优化配煤方案、 并稳定配合煤质量, 正逐步在焦化厂得到系统应用。 但由于从采样到制样, 再到分析, 需要一定的时间, 对入厂煤的鉴定滞后。 为解决这一问题, 需及早对所采购煤矿点的各种煤进行事前分析, 建立一套完整的煤质数据库, 根据这些煤的不同结焦性能, 进行多种配比下的小焦炉试验方案及对应的焦炭质量分析, 形成一套科学的焦炭质量专家管理系统, 是焦化厂配煤部门工作的目标和方向。 为了寻求一种更为灵活适宜的配煤方案, 采用智能配煤系统, 利用其便捷的计算方法, 得到智能配比, 然后再根据实际确定相应的指定配比, 优化配煤结构, 计算得出理论焦炭质量指标, 进行焦炭质量预评估, 快速建立合适的2 种配煤方案, 分别见表2、 表3。

表2 配煤方案1

表3 配煤方案2

4 配煤试验

按照以上配煤方案进行配煤, 分别检测配合煤质量并制取煤岩分析样品和小焦炉试验样品,进行混煤岩相分析、 焦炭反应性及反应后强度试验。

按照方案1 指定配比, 中硫1/3 焦煤∶气精煤∶策克煤∶贫瘦煤∶弱粘煤=25 ∶30 ∶30 ∶5 ∶10 的配煤比例, 实际所得混煤质量见表4。

表4 配煤方案1 质量结果报告

用反射率分布图验证配合煤的结焦性质, 配煤方案1 岩相分析见图1。

图1 配合煤方案1 反射率分布

按照配煤方案1 各种煤的比例, 进行岩相分析得到配合煤的反射率分布情况, 见表5。

表5 配煤方案1 Rran 区段计算结果

对配煤样品进行小焦炉试验, 结果表明, 热反应性CRI: 24.5, 反应后强度CSR: 67.1, 达到国家二级以上冶金焦炭热强度标准。

按照方案2 指定配比, 低硫1/3 焦煤∶中硫1/3 焦煤∶弱粘煤∶瘦焦煤=25 ∶45 ∶25 ∶5 的配煤比例, 实际所得混煤质量见表6。 岩相分析见图2。

图2 配合煤方案2 反射率分布

表6 配煤方案2 质量结果报告

按照配煤方案2 各种煤的比例, 进行岩相分析得到配合煤的反射率分布情况见表7。

表7 配煤方案2 Rran 区段计算结果

对方案2 的配煤样品进行小焦炉试验, 结果表明, 热反应性CRI: 25.8, 反应后强度CSR:66.3, 达到国家二级以上冶金焦炭热强度标准。

5 配煤炼焦成本分析

5.1 焦炭成本测算

焦化企业成本主要由以下几方面构成:

(1)直接生产成本, 占比约86.5%。 精煤配比不同, 相应的焦炭产量也不同。 但一般是1.32 ～1.45 t 洗精煤能够炼出1 t 焦炭(含焦丁和焦粉)。 配比用煤主要构成为: 贫瘦煤、 瘦煤、 主焦煤、 肥煤、 1/3 焦煤、 气煤、 气肥煤和弱粘煤等。

(2)制造成本, 占比约7.8%。 包括电费、 直接人工、 设备检修费用、 机物料、 大修及技改费用、 劳保费用、 折旧和其他。 当前, 多数焦化企业采用回收尾气进行余热发电的方式来降低用电成本。

(3)期间费用, 占比约5%。 主要包括财务费用、 管理费用和销售费用

(4)政府收费, 占比约0.5%。 包括水资源补偿和排污费。

5.2 焦炭产品分类

第一类是主产品焦炭, 产率在70%～75%;

第二类为焦化副产品, 包括15%～20%的焦炉煤气, 3%～4.5%的煤焦油以及0.7%～1.4%的粗苯。 焦化副产品回收大约能够抵扣10%以上的焦炭成本, 也就是说焦炭利润粗略计算为: 焦炭价格-吨焦入炉煤成本, 其他成本基本由焦化副产品抵扣, 实际情况根据焦化副产品市场行情及产出率有所变化。 回收焦化副产品不仅实现煤的综合利用, 还可以减轻环境污染、 降低企业成本。 甚至在焦炭价格不景气时, 焦化副产品成为焦化企业的重要利润来源。 焦炭利润计算见表8。

表8 配煤方案与原配比指标结果比对

以同样精煤价格相比较(估算市场价), 应用优化方案后吨焦成本降低, 焦炭质量提高, 硫分、 灰分降低后, 价格也有所提高, 考虑其他因素, 预计焦炭提高利润约100 元/t, 以年产销量70 万t 焦炭计算, 全年可提高效益7 000 万元。

6 结 语

以上研究分析可见, 通过合理的配比, 既可降低炼焦原料煤成本, 又可得到稳定质量的焦炭, 以上实践在总结经验的基础上, 利用科技方法科学配比、 精准施治、 充分试验验证, 取得了较好的效果。 建议在今后的炼焦生产上能够有计划地实施配煤炼焦, 通过小焦炉试验检测焦炭反应性及焦炭强度, 确保焦炭质量稳定合格。