無煙煤配煤對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

周盡暉，丁 玲，王世杰，王海蓉

(1.武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢， 430081 ；2.武漢科技大學(xué)煤轉(zhuǎn)化與新型炭材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢， 430081 )

無煙煤配煤對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

周盡暉，丁 玲，王世杰，王海蓉

(1.武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢， 430081 ；2.武漢科技大學(xué)煤轉(zhuǎn)化與新型炭材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢， 430081 )

用5 kg試驗(yàn)焦?fàn)t對(duì)無煙煤進(jìn)行配煤煉焦試驗(yàn)，基于無煙煤性質(zhì)的分析，研究無煙煤粒度和配入量對(duì)焦炭質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，4種無煙煤性質(zhì)相近，屬易磨中、低熱穩(wěn)定性煤，在煙煤中的容惰能力相差不大；添加3%～5%粒度不大于1 mm的無煙煤煉焦，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度分別提高了2.30%和6.03%。

無煙煤；配煤煉焦；冷態(tài)強(qiáng)度；熱態(tài)強(qiáng)度

隨著優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的日益短缺[1]，無煙煤配煤煉焦技術(shù)不斷得到發(fā)展。利用我國(guó)豐富的無煙煤資源，在不改變現(xiàn)有煉焦生產(chǎn)工藝的條件下，添加無煙煤配煤煉焦既擴(kuò)大了煉焦煤源、降低了配煤成本，同時(shí)還降低了焦炭中的灰分和硫含量，改善了焦炭氣孔壁結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度[2-3]。無煙煤配煤煉焦應(yīng)用研究表明，無煙煤粒度和配入量等是影響焦炭質(zhì)量的重要因素[4-6]。本研究采用5 kg試驗(yàn)焦?fàn)t對(duì)4種無煙煤進(jìn)行配煤煉焦試驗(yàn)，在對(duì)無煙煤性質(zhì)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研究無煙煤粒度和配入量對(duì)焦炭質(zhì)量的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

試驗(yàn)原料：焦煤及無煙煤均取自國(guó)內(nèi)某焦化公司生產(chǎn)用煤。其中：焦煤粉碎粒度小于3 mm；無煙煤分A、B、C和D四種，均為低灰、低硫的無煙煤。

1.2 試驗(yàn)方法

煉焦試驗(yàn)：將不同破碎粒度的無煙煤分別按3%、5%、7%和9%的配入量添加到配合煤中進(jìn)行煉焦試驗(yàn)，用鐵箱裝煤，裝煤堆密度為0.75 t/m3，入爐煤水分為10%、細(xì)度(0～3 mm)為80%±1%，裝煤溫度為800 ℃，焦餅中心終溫控制為950～960 ℃，結(jié)焦時(shí)間6 h，濕法熄焦。全焦樣經(jīng)過1840 mm 三次落下后采樣，測(cè)定焦炭冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度。

轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)：取粒度大于25 mm的焦炭2 kg入鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)300 轉(zhuǎn)后，粒度小于10 mm粉焦質(zhì)量與入鼓焦炭質(zhì)量的百分率為M10，轉(zhuǎn)動(dòng)500 轉(zhuǎn)后，粒度大于25 mm塊焦質(zhì)量與入鼓焦炭質(zhì)量的百分率為M25。

1.3 分析檢測(cè)

煤的工業(yè)分析按GB/T212—2008執(zhí)行，煙煤黏結(jié)指數(shù)測(cè)定按GB/T5447-1997執(zhí)行，煤的元素分析按GB/T 476—2001執(zhí)行，煤中全硫含量測(cè)定按GB/T214—2007執(zhí)行，無煙煤的熱穩(wěn)定性測(cè)定按GB/T 1573—2001執(zhí)行，無煙煤的可磨性測(cè)定按GB/T2565—1998執(zhí)行，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度測(cè)定按GB/T4000—2008執(zhí)行，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度測(cè)定參照GB/T1996—2003執(zhí)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 無煙煤性質(zhì)分析

2.1.1 工業(yè)分析

無煙煤工業(yè)分析如表1所示。從表1中可看出，4種無煙煤均屬高變質(zhì)程度無煙煤，其中，無煙煤A灰分較低、硫含量偏高。

2.1.2 可磨性和熱穩(wěn)定性

無煙煤可磨性和熱穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果如表2所示。從表2中可看出，無煙煤D屬于易磨煤，無煙煤A、B和C均屬于極易磨煤[7]；無煙煤A屬于中熱穩(wěn)定性煤，無煙煤B、C和D屬于低熱穩(wěn)定性煤[8]。

表2 無煙煤可磨性和熱穩(wěn)定性

Table 2 Grindability and thermal stability indexes of anthracite

2.1.3 粒度篩分

將4種無煙煤等比例混勻，制取3 mm以下、2 mm以下、1 mm以下、0.5 mm以下和0.2 mm以下5個(gè)破碎粒度的無煙煤樣，對(duì)每一粒度樣分別進(jìn)行3～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0.2 mm和≤0.2 mm等5個(gè)粒級(jí)的篩分分析。

混合無煙煤粒度篩分組成如表3所示。從表3中可看出，每一粒度樣篩分組成中，篩分組成越小的組分所占比例越高；d≤3mm的粒度中，≤1mm的粒級(jí)占66.56%；d≤2mm的粒度中，≤1mm的粒級(jí)占77.36%。

2.1.4 在配合煤中的容惰率

將破碎粒度為0.2 mm以下的無煙煤，按試驗(yàn)要求添加到配合煤中混勻，按煙煤黏結(jié)指數(shù)的測(cè)定方法進(jìn)行配合煤容惰率表征。

無煙煤種類及配入量對(duì)配合煤容惰率的影響如圖1所示。從圖1中可看出，隨著無煙煤配入量的增加，配合煤的容惰能力呈下降趨勢(shì)。無煙煤的配入量為2%時(shí)，配合煤對(duì)無煙煤A和C的容惰率約為80.3，配合煤對(duì)無煙煤B和D的容惰率約為78.7；無煙煤配入量為3%時(shí)，配合煤對(duì)4種無煙煤的容惰率幾乎相同；無煙煤的配入量為5%時(shí)，配合煤對(duì)4種無煙煤的容惰率呈較大差異；無煙煤的配入量為7%時(shí)，配合煤對(duì)4種無煙煤的容惰率又趨于一致。這表明上述4種無煙煤的表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)大體相近，一定的配入量下，配合煤對(duì)其容惰能力相差不大。

Fig.1 Effect of kind and additive amount of anthracite on the inert component capacity of the blended coal

2.2 無煙煤粒度對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

無煙煤配入量為5%所制焦炭冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度隨無煙煤粒度的變化如圖2、圖3所示。未配加無煙煤時(shí)，焦炭的M10和M25分別為9.90%和84.41%,從圖2中可看出，除d≤3 mm無煙煤外，其他不同粒度無煙煤所制焦炭M10指標(biāo)均有所降低(見圖2(a))；同一粒度的無煙煤所制焦炭M10與M25的變化趨勢(shì)完全相反，配入d≤1 mm和d≤0.2 mm的無煙煤，焦炭M10分別降低了12.32%和2.02%,焦炭M25則分別增大了2.30%和0.79%?？梢?，配入d≤1 mm的無煙煤對(duì)焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度改善最大。其原因?yàn)閐≤1 mm的無煙煤有較為合適的比表面，煙煤軟化熔融后產(chǎn)生的膠質(zhì)體能浸潤(rùn)、黏結(jié)其表面，從而起到了瘦化補(bǔ)強(qiáng)的作用。未配加無煙煤時(shí)，焦炭的CRI和CSR分別為29.3%和53.1%,從圖3中可看出，不同粒度無煙煤所制焦炭CRI呈普遍增大趨勢(shì)；隨著無煙煤粒度的增大，焦炭CSR呈先增大后減小趨勢(shì)；當(dāng)無煙煤粒度d≤1 mm時(shí)，焦炭CSR出現(xiàn)極大值，較未配加無煙煤所制焦炭的CSR值提高了6.03%，相應(yīng)CRI提高了1.02%,這表明粒度d≤1 mm的無煙煤對(duì)焦炭熱態(tài)強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)作用。這是由于該粒度的無煙煤以鑲嵌狀存在于焦炭氣孔壁結(jié)構(gòu)中，起到了改善焦炭熱態(tài)強(qiáng)度的作用。

Fig.2 Effect of particle size of anthracite on the cold strength of coke

Fig.3 Effect of particle size of anthracite on the hot strength of coke

上述結(jié)果表明，配入粒度d≤1 mm的無煙煤使焦炭冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度分別提高了2.30%和6.03%。

2.3 無煙煤配入量對(duì)焦炭質(zhì)量的影響

無煙煤配入量對(duì)焦炭強(qiáng)度的影響如圖4、圖5所示。由圖4中可見，無煙煤配入量為3%時(shí)，M10略有增大，M25略有減小，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度無明顯變化；無煙煤配入量為5%時(shí)，M10減小10.51% ，M25增大2.30%，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度明顯改善；無煙煤配入量為7%和9%時(shí)，M10顯著增大，M25顯著減小，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度急劇變差。從圖5中可看出，隨無煙煤配入量的增加，焦炭CRI基本呈增大趨勢(shì)，無煙煤配入量為3%時(shí)，CRI增大10.24% ，CSR略有增大，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度無明顯改善；無煙煤配入量為5%時(shí)，CRI略有增大，CSR增加6.03%，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度明顯增大；無煙煤配入量為7%和9%時(shí)，CRI呈快速增大趨勢(shì)，同時(shí)CSR降低幅度較大，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度顯著變差。

Fig.4 Effect of additive amount of anthracite on the cold strength of coke

Fig.5 Effect of additive amount of anthracite on the hot strength of coke

綜上所述，添加配入量為3%～5%的無煙煤可有效提高焦炭冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度。

3 結(jié)論

(1)試驗(yàn)用4種無煙煤性質(zhì)相近，屬于易磨中、低熱穩(wěn)定性煤，在煙煤中的容惰能力相差不大，參與配煤煉焦可以降低焦炭的灰分和硫含量。

(2)配加5%的粒度d≤3 mm、≤2 mm和≤1 mm的無煙煤煉焦，焦炭的CRI和CSR都有所提高；無煙煤配入粒度d≤1 mm時(shí)，焦炭質(zhì)量提高幅度最大，與未配加無煙煤相比，CSR提高了6.03%，CRI提高了1.02%。

(3)配加3%～5%粒度不大于1 mm的無煙煤煉焦，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)強(qiáng)度分別提高2.30%和6.03 %。

[1] 劉立文.論焦化擴(kuò)大無煙煤煉焦研究及應(yīng)用[J].企業(yè)家天地，2013(11)：97.

[2] 閆立強(qiáng)，王杰平，陳君安，等.瘦煤和貧瘦煤及無煙煤粒度對(duì)焦炭質(zhì)量的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2013，36(4)：36-40.

[3] 諸榮孫，伊廷鋒，徐華煒. 無煙煤與添加劑煉焦實(shí)驗(yàn)研究[J]. 煤炭轉(zhuǎn)化，2012，35(1)：46-50.

[4] 樊麗軍. 無煙煤配入對(duì)焦炭性質(zhì)的影響[J]. 山西焦煤科技，2004(7)：27-29．

[5] 高哲發(fā). 配無煙煤煉焦的試驗(yàn)研究及工業(yè)應(yīng)用[J]. 煤質(zhì)技術(shù)，2002(5):16-19.

[6] 趙奇，陳明波，商鐵成，等. 配入無煙煤煉制優(yōu)質(zhì)冶金焦技術(shù)研究[J]. 潔凈煤技術(shù)，2006，12(3):91-94.

[7] MT/T852—2000.煤的哈氏可磨性指數(shù)分級(jí)[S].

[8] MT/T560—2008.煤的熱穩(wěn)定性分級(jí)[S].

[責(zé)任編輯 彭金旺]

Effect of anthracite blending on coke quality

ZhouJinhui,DingLing,WangShijie,WangHairong

(1.College of Chemical Engineering and Technology，Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China； 2.Hubei Coal Conversion and New Carbon Materials Key Laboratory,Wuhan University Science and Technology,Wuhan 430081,China)

Coals blended with anthracite were carbonized in an experimental coking oven of 5 kg.Based on the properties of anthracite,effect of the particle size and additive amount of anthracite on coke quality was studied.The results show that four kinds of anthracite have similar properties and inert component capacities in bituminous coal,and their thermal stabilities are moderate or poor.When the dosage of 1～0 mm anthracite is kept in the range of 3%～5%,the cold strength and hot strength of coke have increased by 2.30% and 6.03%,respectively.

anthracite；coal blending for coking；cold strength；hot strength

2014-07-10

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究基金資助項(xiàng)目(Q20131105)；武漢科技大學(xué)煤轉(zhuǎn)化與新型炭材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(WKDM201301).

周盡暉(1969-)，女，武漢科技大學(xué)高級(jí)工程師.E-mail:zhoujinhui@wust.edu.cn

TQ520.62

A

1674-3644(2015)01-0027-04