優(yōu)化煉焦配煤方案，提升焦化企業(yè)生產(chǎn)效益

劉偉峰　劉鎧

摘 要：以?xún)?yōu)化配煤方案為研究切入點(diǎn)，以“降低煉焦配煤成本，提高焦炭質(zhì)量”進(jìn)行配煤方案優(yōu)化研究，并結(jié)合煉焦配煤方案的真實(shí)案例，闡述制定科學(xué)的配煤方案對(duì)焦化企業(yè)生產(chǎn)成本控制和效益提升的重要性。

關(guān)鍵詞：配煤方案;粘結(jié)性配煤;煤巖（巖相）配煤;熔融性配煤

0 引言

焦炭是高爐煉鐵生產(chǎn)的的重要原料，焦炭在高爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中要支撐爐料，發(fā)揮骨架作用，要為融化鐵水提供熱源，要在高爐中發(fā)揮還原劑作用，將氧化鐵還原成鐵，因此，焦炭質(zhì)量是維持高爐生產(chǎn)的持續(xù)性、穩(wěn)定性、高效性的關(guān)鍵。高爐生產(chǎn)對(duì)焦炭質(zhì)量要求包括：有害雜質(zhì)含量（如，灰分、硫份）;強(qiáng)度指標(biāo)（如，耐磨強(qiáng)度M40、抗碎強(qiáng)度M10），熱態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)（如，熱反應(yīng)強(qiáng)度CSR、熱反應(yīng)性CRI）。焦炭有害雜質(zhì)灰分、硫份要求越低越好;強(qiáng)度要求M40越高越好，M10越低越好;熱穩(wěn)定性要求熱反應(yīng)強(qiáng)度CSR越高越好、熱反應(yīng)性CRI越低越好。隨著高爐的大型化發(fā)展和富氧噴煤技術(shù)的應(yīng)用，高爐生產(chǎn)對(duì)焦炭質(zhì)量提出了更高標(biāo)準(zhǔn)。

決定焦炭質(zhì)量的關(guān)鍵因素就是煉焦煤，沒(méi)有優(yōu)質(zhì)的煉焦煤是很難生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的焦炭。在煉焦生產(chǎn)過(guò)程中，煉焦煤成本占據(jù)了焦炭總成本的近90%，因此煉焦生產(chǎn)的成本控制關(guān)鍵在配煤方案的制定。所以說(shuō)，煉焦配煤方案既是保證焦炭質(zhì)量的關(guān)鍵因素，又是控制成本的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 煉焦配煤方案制定及配煤方法選擇

為獲取高品質(zhì)、高性?xún)r(jià)比的焦炭，我們需要從煉焦配煤方案制定的第一關(guān)入手，在資源選擇、骨架煤種確定方面進(jìn)行充分的調(diào)研。

配煤方案制定：

首先要滿(mǎn)足焦炭質(zhì)量的要求。焦炭質(zhì)量既要保證高爐生產(chǎn)需要，又不能出現(xiàn)質(zhì)量過(guò)剩，導(dǎo)致成本增加。

其次，要考慮資源供應(yīng)的安全性。所謂供應(yīng)的安全性就是主要骨架煉焦煤必須質(zhì)量穩(wěn)定，且能夠充足穩(wěn)定供應(yīng)。如果骨架煉焦煤供應(yīng)得不到保證，必然導(dǎo)致頻繁變動(dòng)配煤比，造成焦炭質(zhì)量的波動(dòng)。

第三、要考慮資源的經(jīng)濟(jì)性。煉焦煤的運(yùn)輸半徑不易過(guò)長(zhǎng)，盡量降低資源采購(gòu)的物流成本，同時(shí)根據(jù)骨架資源情況，適當(dāng)擴(kuò)大中高硫煤、低粘結(jié)煤的使用量，降低配煤成本，提高煉焦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

第四、要有備用方案。在充分進(jìn)行資源調(diào)研的前提下，掌握各種煉焦煤的替代資源，一旦發(fā)生市場(chǎng)變化，可以快速啟動(dòng)備用方案，確保煉焦生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定。

配煤方法也是經(jīng)歷長(zhǎng)期實(shí)踐摸索，不斷發(fā)展起來(lái)的?，F(xiàn)有常用的配方法有：粘結(jié)性配煤、煤巖（巖相）配煤、熔融性配煤。早期的配煤方法是粘結(jié)性配煤。即根據(jù)配合煤的粘結(jié)性指標(biāo)進(jìn)行配煤。通常將參加配煤的各種煤的指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均測(cè)算，從中篩選出適合焦炭質(zhì)量要求的方案。在資源供貨區(qū)域較小，且區(qū)域內(nèi)煉焦煤資源質(zhì)量穩(wěn)定的情況，使用這種方法簡(jiǎn)單快捷，易于操作。隨著資源供貨半徑的擴(kuò)展，不同區(qū)域煤的品質(zhì)特性差異擴(kuò)大，一些洗煤企業(yè)為獲取更高利潤(rùn)，采取摻混的辦法，調(diào)制出價(jià)格更高主焦煤，導(dǎo)致煉焦煤的單一性被破壞，造成焦炭質(zhì)量波動(dòng)。針對(duì)此問(wèn)題，引進(jìn)了煤巖分析（巖相分析），通過(guò)煤巖分析（巖相分析），可以對(duì)煤的變質(zhì)程度及煉焦煤的單一性進(jìn)行判斷，逐步形成了煤巖（巖相）配煤方法。近年來(lái)，隨著進(jìn)口煉焦煤的使用，煤巖（巖相）配煤方法也暴露出來(lái)缺欠，一些巖相指標(biāo)較好的煤，在煉焦過(guò)程因不能與其他煤種融合到一起，導(dǎo)致焦炭質(zhì)量下降。針對(duì)這一問(wèn)題，就需要對(duì)各煤種進(jìn)行軟化溫度、膠質(zhì)體析出溫度、半焦形成時(shí)間進(jìn)行分析，要讓各種煤在高溫干餾過(guò)程從軟化、膠質(zhì)體析出、熔融、半焦形成、到固化收縮實(shí)現(xiàn)疊加重合。這就是熔融配煤法。近期日本正在研究使用粘合劑的配煤方法，降低成本，提升焦炭強(qiáng)度，該方法國(guó)內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)探索階段。配煤方法的選擇，要結(jié)合自身資源的特點(diǎn)選擇，不能生搬硬套。

2 配煤方案實(shí)施及實(shí)施過(guò)程中的管控重點(diǎn)

一個(gè)配煤方案的實(shí)施必須謹(jǐn)慎，首先通過(guò)化驗(yàn)手段進(jìn)行方案的測(cè)算，然后進(jìn)行化驗(yàn)室摻配，有條件的單位可以將篩選的方案進(jìn)行小焦?fàn)t實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有條件的單位可以開(kāi)展鐵箱實(shí)驗(yàn)，對(duì)新配煤方案進(jìn)行驗(yàn)證，在驗(yàn)證合格后，可以組織小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，能夠滿(mǎn)足預(yù)定目標(biāo)后，再組織生產(chǎn)。只有這樣才能確保煉焦質(zhì)量的穩(wěn)定。在配煤方案實(shí)施過(guò)程中，要做好過(guò)程控制，管控重點(diǎn)如下：

2.1 管控各單種煤的質(zhì)量

在日常原料煤采購(gòu)及生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)刻關(guān)注各單種煤質(zhì)量變化，即使是同一礦井的煉焦煤，不同時(shí)期的質(zhì)量也會(huì)因地質(zhì)條件變化、采掘工作面的調(diào)整、采煤方案調(diào)整發(fā)生變化。因此，管控單種煤質(zhì)量是長(zhǎng)期持續(xù)的工作，是穩(wěn)定配煤生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

2.2 管控配合煤指標(biāo)

配合煤的質(zhì)量要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行密切跟蹤，日常跟蹤項(xiàng)目包括：灰分、水分、硫分、揮發(fā)分、粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層厚度以及細(xì)度等指標(biāo)。定期跟蹤的項(xiàng)目包括奧亞膨脹度、基氏流動(dòng)度、羅加指數(shù)，有條件的單位還要關(guān)注巖相數(shù)據(jù)及活惰比情況。

3 煉焦配煤方案經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算方法

煉焦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)收益以煉焦生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)出的主要產(chǎn)品的產(chǎn)率為基準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)期各種產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格，計(jì)算煉焦生產(chǎn)中的效益。為方便測(cè)算，重點(diǎn)測(cè)算焦炭、焦油、粗苯、煤氣等主要產(chǎn)品的收益。

3.1 焦炭產(chǎn)率計(jì)算

為方便測(cè)算已經(jīng)利用公式計(jì)算出不同揮發(fā)分的《煤焦化產(chǎn)品產(chǎn)率表》，可以根據(jù)揮發(fā)分?jǐn)?shù)據(jù)查找到對(duì)應(yīng)產(chǎn)品產(chǎn)率。其中煤氣產(chǎn)率必須換算到體積產(chǎn)率，同時(shí)考慮到產(chǎn)生的煤氣中有45%的量用于焦?fàn)t的加熱，剩余煤氣部分考慮到有5%的損失，因此在計(jì)算時(shí)取產(chǎn)率的50%（各焦化企業(yè)管控水平，此項(xiàng)指標(biāo)可以結(jié)合實(shí)際調(diào)整）。

在M1測(cè)算中，配合煤的，Kd·j、Kd·y、Kd·b、Kd·g等參數(shù)是可以計(jì)算的，亦可以通過(guò)產(chǎn)率曲線(xiàn)或產(chǎn)率折算表查得。其中：Kd·g要折算成體積單位。（此產(chǎn)率為重量產(chǎn)率，因煤氣的計(jì)價(jià)是按照體積單位定價(jià)，所以需要換算成體積單位，煤氣的密度為0.4～0.5kg/標(biāo)準(zhǔn)m3）;F-為焦化企業(yè)噸焦加工費(fèi)用，元/t;對(duì)于不同焦化企業(yè)，其加工費(fèi)用是不同，主要是工藝裝備水平及管理水平存在差異決定的。

通過(guò)上述公式，可以測(cè)算出不同配煤方案的煉焦收益，并根據(jù)測(cè)算結(jié)果確定最終的配煤方案。

4 山東某焦化企業(yè)優(yōu)化煉焦配煤方案取得的效益分析

該公司是山東省國(guó)有企業(yè)，上市公司，生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)，技術(shù)研發(fā)能力雄厚，該公司2016年開(kāi)始引進(jìn)使用王家?guī)XI號(hào)精煤作為骨架煤種，并結(jié)合該煤種的特點(diǎn)，進(jìn)行了專(zhuān)題研究，制定了應(yīng)用方案。

該公司沒(méi)有使用王家?guī)XI精煤前，焦炭的熱反應(yīng)強(qiáng)度不穩(wěn)定，使用后，焦炭熱反應(yīng)強(qiáng)度可以穩(wěn)定在65以上，焦炭質(zhì)量從準(zhǔn)一級(jí)焦提升至一級(jí)焦，焦炭?jī)r(jià)格提升了近100元/t。2016年8月份之前，王家?guī)XI號(hào)精煤僅作為瘦煤資源使用，配比在13～25%左右，配合煤揮發(fā)份27～28%，生產(chǎn)焦炭熱強(qiáng)度66%左右;2016年8月份生產(chǎn)系統(tǒng)提高負(fù)荷以后，為保證環(huán)保指標(biāo)，需要進(jìn)一步降低配合煤揮發(fā)份，同時(shí)考慮焦炭?jī)r(jià)格上升因素，提高焦炭產(chǎn)率，逐漸增加王家?guī)XI號(hào)精煤的配入比例至40%左右，配合煤揮發(fā)份降到23～24%，生產(chǎn)焦炭熱強(qiáng)度保持在67%左右，2017年以后配比基本穩(wěn)定在35%左右。

該公司通過(guò)使用發(fā)現(xiàn)，王家?guī)XI號(hào)精煤是介于瘦煤和焦煤之間的煤種，既具有瘦煤的低揮發(fā)分品質(zhì)，又具備焦煤良好的粘結(jié)性，其低硫品質(zhì)也非常突出，僅有0.4%，增加了配煤方案調(diào)控的靈活度。其價(jià)格雖然比普通瘦煤高，但使用該煤種后，可以降低主焦煤的配比，同時(shí)可以用中硫主焦煤代替價(jià)格較高低硫主焦，生產(chǎn)總成本還略有下降。此外，王家?guī)X礦產(chǎn)能（600萬(wàn)t/a）較大，有獨(dú)立鐵路發(fā)運(yùn)站，已經(jīng)與該公司開(kāi)通班列運(yùn)輸，物流運(yùn)輸更有保證。

該公司通過(guò)優(yōu)化配煤方案，在入爐煤成本沒(méi)有增加的前提下，焦炭的產(chǎn)率及價(jià)格均有提升，焦炭從原來(lái)的準(zhǔn)一級(jí)提升至一級(jí)焦，焦炭?jī)r(jià)格提升了近100元/t，同時(shí)焦炭產(chǎn)率提升3-4%。雖然配煤方案優(yōu)化后，因配合煤揮發(fā)份的降低，粗苯、煤焦油等化產(chǎn)品的產(chǎn)率下降，煤氣量減少導(dǎo)致甲醇產(chǎn)量下降，但在焦炭?jī)r(jià)格持續(xù)高位的市場(chǎng)形勢(shì)下，新增焦炭產(chǎn)率的經(jīng)濟(jì)收益增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于化產(chǎn)品減少的經(jīng)濟(jì)收益。通過(guò)配煤方案優(yōu)化，該公司焦炭整體收益提升近80元/t（不含稅），按照該公司150萬(wàn)t/a的產(chǎn)量計(jì)算，每年可提升經(jīng)濟(jì)效益近1.2億元。

5 山西某焦化企業(yè)優(yōu)化煉焦配煤方案取得的效益分析

該企業(yè)山西省重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)，上市公司，管理規(guī)范，技術(shù)實(shí)力雄厚。該企業(yè)2014年引進(jìn)并使用王家?guī)XI精煤，并結(jié)合該煤種的特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化配煤方案的研究。

試驗(yàn)結(jié)果表明，王家?guī)XI號(hào)精煤?jiǎn)为?dú)結(jié)焦的焦炭低灰、低硫，冷、熱態(tài)強(qiáng)度遠(yuǎn)好于其他瘦煤，更接近于焦煤。根據(jù)王家?guī)X瘦煤的質(zhì)量特性，該公司又分別做了配用比例10%和21%小焦?fàn)t試驗(yàn)。

配煤方案：試驗(yàn)配煤比是將王家?guī)XI號(hào)精煤分別按10%和21%的比例配入裝爐煤，代替部分焦煤和瘦煤，減少1/3焦煤，增加氣煤，同時(shí)配用硫份為2.50%的肥煤等。

小焦?fàn)t試驗(yàn)結(jié)果表明，兩個(gè)方案所煉制的焦炭機(jī)械強(qiáng)度均較好，王家?guī)XI精煤配入比例由10%增加到21%，焦炭抗碎強(qiáng)度與耐磨度均有所改善。從試驗(yàn)結(jié)果看，由于王家?guī)X瘦煤結(jié)焦性較好，配用后可替代部分焦煤，增加氣煤用量，同時(shí)還可以起到降低焦炭灰份、硫份的作用。

配用10%的王家?guī)X瘦煤，焦煤比例減少2-3個(gè)百分點(diǎn)，配合煤成本降低約12.43元/t;配用21%的王家?guī)X瘦煤，焦煤比例減少7-8個(gè)百分點(diǎn)，配合煤成本降低約14.76元/t。

此外，利用王家?guī)X瘦煤硫份低的特點(diǎn)，可配用6-8%的低價(jià)（670元/t）高硫份（2.50%）的回坡底肥煤等煤種，從而有利于高灰、高硫煤種的配用，拓寬煤源，降低焦炭生產(chǎn)成本。

結(jié)合積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該公司組織了工業(yè)化生產(chǎn)使用，在二系統(tǒng)配入14%的王家?guī)XI號(hào)精煤進(jìn)行大爐生產(chǎn)，焦煤比例減少2個(gè)百分點(diǎn)，肥煤改配結(jié)焦性較差的地方肥煤，1/3焦煤減少14個(gè)百分點(diǎn)，氣煤增加7個(gè)百分點(diǎn)。配合煤成本較配用前降低10.28元/t。按照該公司300萬(wàn)t/a的產(chǎn)量計(jì)算，年使用配合煤400萬(wàn)t，通過(guò)優(yōu)化配煤方案即可帶來(lái)4000萬(wàn)元的效益。

6 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)是焦炭生產(chǎn)大國(guó)，每年焦炭產(chǎn)量在6.5億t以上，占世界焦炭產(chǎn)量的65%以上，通過(guò)優(yōu)化配煤方案，不僅可以大幅降低配煤成本，提升產(chǎn)品價(jià)值，增強(qiáng)企業(yè)盈利能力，還可以拓展配煤范圍，緩解優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的供需矛盾。因此，優(yōu)化配煤方案既可以提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，又可推進(jìn)煉焦煤資源的高效利用。