煉焦煤及配煤結(jié)構(gòu)優(yōu)化試驗研究

侯瑞芳

(山西西山煤氣化有限責任公司，山西 太原 030205)

引 言

煉焦是對煤炭再加工的工藝，能夠為不同的應(yīng)用行業(yè)獲得不同品質(zhì)的焦煤。在實際煉焦過程中存在優(yōu)質(zhì)焦煤配用比例較高導致最終所得焦炭產(chǎn)品的成本較高。與此同時，目前焦炭市場處于供大于求的現(xiàn)狀導致各大煉焦企業(yè)出現(xiàn)虧損，為提升煉焦企業(yè)的競爭力需對配煤煉焦技術(shù)進行優(yōu)化[1]。經(jīng)研究影響焦炭質(zhì)量的因素包括有煉焦原煤的質(zhì)量的均衡性、在煉焦過程中的控制能力以及煉焦配煤結(jié)構(gòu)的合理性。本文著重對煉焦煤及配煤結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化研究。

1 配煤管理系統(tǒng)概述

針對影響焦炭質(zhì)量的三大因素包括：原煤質(zhì)量、煉焦的控制以及配煤結(jié)構(gòu)的合理性。本節(jié)著重對煉焦過程的控制進行優(yōu)化，傳統(tǒng)采用人工手段對其進行控制，為進一步保證對煉焦的控制，公司設(shè)計了配煤管理系統(tǒng)?；谂涿汗芾硐到y(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對煉焦煤各個工藝環(huán)節(jié)的科學、優(yōu)化管理，為后續(xù)配煤方案的指定和優(yōu)化提供一定的依據(jù)。配煤管理系統(tǒng)的基本構(gòu)架框圖，如圖1所示。

如圖1所示，配煤管理系統(tǒng)主要功能包括有數(shù)字化煤場、料倉的管理、焦炭質(zhì)量的信息、供應(yīng)管理和配煤質(zhì)量的預(yù)測和優(yōu)化方案[2]。

圖1 配煤管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

2 煉焦煤及配煤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在配煤管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，只有通過進一步優(yōu)化煉焦煤和配煤的結(jié)構(gòu)才能夠提升焦炭的質(zhì)量，降低焦炭生產(chǎn)的成本。為此，本節(jié)著重在配煤管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開展煉焦煤及配煤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化試驗。

2.1 現(xiàn)狀分析

目前，公司煉焦煤所采用的煉焦煤配煤成分包括有1/3焦煤、肥煤、焦煤、氣煤以及瘦煤，其在近些年來各種煉焦配煤的比例，如表1所示。

表1 煉焦配煤結(jié)構(gòu)平均比例

如表1所示，煉焦煤的主要配煤成分為焦煤，其所占比例高達66.18%，而且焦煤的供應(yīng)目前最緊張，而且焦煤的硫分較高導致所得焦炭產(chǎn)品的硫分偏高；其次為1/3焦煤，其作為煉焦煤的基礎(chǔ)煤。

總的來講，目前公司煉焦煤所存在的最為突出的問題為稀缺焦煤的占比較高，即生產(chǎn)成本較高。而且，由于焦煤硫分較高導致焦炭的硫分較高，因此，本著降低焦煤比例，提高瘦煤、氣煤的比例已達到降低成本，提高焦炭質(zhì)量的目的。

2.2 配煤結(jié)構(gòu)優(yōu)化實驗

在滿足各行業(yè)對焦炭質(zhì)量需求的基礎(chǔ)上，本著降低成本的原則對配煤結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。將基于40 kg小焦爐為實驗設(shè)備對不同配煤結(jié)構(gòu)下產(chǎn)品質(zhì)量和成本進行對比。本次實驗所采用40 kg小焦爐的煉焦工藝與我公司的一致，具體為：將不同配煤結(jié)構(gòu)的煤樣裝入鐵箱中將其送至炭化室，整個煉焦過程中的溫度由計算機控制：煤樣送入炭化室(溫度為800 ℃)后，在17 h內(nèi)將室內(nèi)溫度升至1 050 ℃，并在該溫度下燜爐2 h后從40 kg小焦爐底部排出并采用濕法對已煉好的焦炭進行冷卻處理。備注：對上述工藝過程中所得產(chǎn)品嚴格按照GB/T2005-94(冷態(tài)強度)和GB/T4000-1996(熱強度)的相關(guān)規(guī)范檢測[3]。

從整體考慮，應(yīng)從降低焦煤使用量，提升焦炭產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)合我省區(qū)域性配煤的因素主要是降低價格較高的焦煤的比例，適當增加價格偏低的氣煤和瘦煤的比例。本次實驗設(shè)計的煉焦配煤結(jié)構(gòu)比例，如表2所示。

表2 配煤結(jié)構(gòu)比例優(yōu)化方案

經(jīng)核算，目前我公司配煤比例下對應(yīng)的成本為1 324.19 元/t；對應(yīng)各個方案下的成本分別為：1#方案-1 314.05 元/t；2#方案-1 290.21 元/t；3#方案-1 300.87 元/t；4#方案-1 276.845 元/t；5#方案-1 249.96 元/t；

為衡量上述不同配煤結(jié)構(gòu)對應(yīng)所生產(chǎn)焦炭的性能差距，由于焦炭灰分、硫分以及揮發(fā)分主要與當?shù)亟姑旱馁|(zhì)量相關(guān)，無法直觀反映不同配煤結(jié)構(gòu)對焦炭質(zhì)量的影響[4]。因此，通過對不同配煤結(jié)構(gòu)對應(yīng)焦炭冷態(tài)強度和熱態(tài)性能的對比得出最佳配煤結(jié)構(gòu)的比例。實驗數(shù)據(jù)，如表3所示。

綜合表2和表3實驗結(jié)果分析，得出如下結(jié)論：

表3 不同配煤結(jié)構(gòu)對焦炭產(chǎn)品質(zhì)量的影響

1)當焦煤配煤比例減少10%，適當增加肥煤、1/3焦煤以及瘦煤的比例所得焦炭產(chǎn)品的冷態(tài)強度得到提升，而對應(yīng)的熱態(tài)強度變化不明顯；與此同時，成本僅降低10.14 元/t。

2)當焦煤配煤比例整體減少16%左右，在保證氣煤和1/3焦煤比例不變的前提下，增加肥煤和瘦煤的比例所得焦炭產(chǎn)品的性能雖然都下降，但下降幅度不明顯，而此時成本降低約33.98 元/t。

3)在2#方案的基礎(chǔ)上，將氣煤的比例增加5%，瘦煤的比例降低5%時，所得焦炭產(chǎn)品的熱態(tài)和冷態(tài)強度均下降，而且生產(chǎn)成本也高于2#方案約10 元/t。

4)4#方案在現(xiàn)階段配煤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上將焦煤比例下降22%的同時，將其他煤種的比例均適當?shù)脑黾樱媒固慨a(chǎn)品的熱態(tài)和冷態(tài)強度進一步降低當可比肩于3#方案，不同的是，4#方案的成本降低幅度最大，約為47.35 元/t。

5)5#方案在現(xiàn)階段配煤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上將焦煤比例下降27%，雖然該方案對應(yīng)生產(chǎn)成本降低最明顯，但是所得焦炭產(chǎn)品的熱態(tài)和冷態(tài)強度明顯下降，即該方案不可行[5]。

綜上所述，2#方案和4#方案對配煤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化基本上能夠符合降低生產(chǎn)成本，提升焦炭質(zhì)量的改造目標。因此，適合于我公司的最佳配煤結(jié)構(gòu)比例如下：

將焦煤的比例控制在45%～50%，將氣煤的比例控制在5%～10%，將1/3焦煤的比例控制約為20%，將瘦煤的比例控制約為15%，將肥煤的比例控制約為10%。而且，在我公司當前生產(chǎn)規(guī)模下采用上述最優(yōu)配煤結(jié)果每噸焦炭可節(jié)約成本約為40元。

3 結(jié)語

焦炭作為煤炭再加工后的產(chǎn)品，可根據(jù)不同的用途控制煉焦工藝。為適應(yīng)當前我國在焦炭行業(yè)的激烈競爭，提升焦炭質(zhì)量，降低焦炭生產(chǎn)成本，需結(jié)合當?shù)孛嘿|(zhì)對煉焦配煤結(jié)構(gòu)和煉焦管理系統(tǒng)進行優(yōu)化。本著降低成本，提高質(zhì)量的優(yōu)化思路，采用40 kg小焦爐對不同配煤結(jié)構(gòu)方案下的成本和焦炭性能進行對比，最終得出適用于我公司最佳配煤結(jié)構(gòu)比例如下：

焦煤比例：45～50%；氣煤比例：5%～10%；1/3焦煤比例：20%；瘦煤比例：15%；肥煤比例：10%。而且，在上述配煤結(jié)構(gòu)對比下對應(yīng)成本節(jié)約為40 元/t。