高揮發(fā)低黏結(jié)性煤種的應(yīng)用研究

林留戶

(首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司焦化廠，山西 長(zhǎng)治 046031)

中國(guó)鋼鐵及煉焦行業(yè)近15年的急速發(fā)展，加劇了煉焦煤資源日益緊缺、不均衡開發(fā)利用與焦炭質(zhì)量日益提高之間的矛盾，為此擴(kuò)大煉焦用煤的范圍和種類成為行業(yè)趨勢(shì)。其中，氣煤、長(zhǎng)焰煤等高揮發(fā)分煤國(guó)內(nèi)產(chǎn)量高，采購(gòu)價(jià)格低，但使用比例也低。為降低焦炭的灰分和硫分，煉焦生產(chǎn)中使用低灰、低硫、低黏結(jié)性的弱黏煤或不黏煤的情況也日益普遍。但是，由于氣煤、長(zhǎng)焰煤和弱黏煤的黏結(jié)性能較主要煉焦煤(主焦煤、肥煤、三分之一焦煤等)的差距大，導(dǎo)致了配合煤黏結(jié)性能指標(biāo)預(yù)測(cè)的難度增加，從而給配合煤及焦炭質(zhì)量的準(zhǔn)確控制帶來困難。

首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司焦化廠(長(zhǎng)鋼焦化廠)主要使用的煤種有高硫主焦煤、低硫主焦煤、1/3焦煤、低硫肥煤、中硫肥煤、高硫肥煤、氣煤、貧瘦煤。如果加大氣煤的使用量，引入長(zhǎng)焰煤、弱黏煤等高揮發(fā)低黏結(jié)煤種，在可以保證工序指標(biāo)穩(wěn)定的前提下，盡可能利用價(jià)格較低的高揮發(fā)、低黏結(jié)煤降低煤成本，為保證焦炭質(zhì)量得到有效控制，焦化廠開始對(duì)高揮發(fā)低黏結(jié)性煤配比與質(zhì)量的影響進(jìn)行研究[1-2]。

1 弱黏結(jié)性煤對(duì)焦炭質(zhì)量及焦炭成本的影響

長(zhǎng)鋼焦化廠計(jì)劃使用高揮發(fā)低黏結(jié)性煤種來降低焦炭成本，主要使用的煤種為氣煤、弱黏煤和長(zhǎng)焰煤，為此，焦化廠通過一系列的工作，論證使用高揮發(fā)低粘結(jié)性煤種的可行性，將每次煤結(jié)構(gòu)調(diào)整后預(yù)測(cè)質(zhì)量與實(shí)際配比后化驗(yàn)質(zhì)量進(jìn)行了長(zhǎng)期的跟蹤對(duì)比。

1.1 根據(jù)初期預(yù)測(cè)模型制定配比方案(見表1)

表1 配比方案

配比1為在用配比，焦炭質(zhì)量好，但配煤成本居高不下，經(jīng)過對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研，決定采用斜溝氣煤對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。由于氣煤相比焦煤G值較低，揮發(fā)分較高，因此其使用比例需逐步進(jìn)行提高，以確保焦炭質(zhì)量穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)有煤結(jié)構(gòu)及氣煤的指標(biāo)來看，確定調(diào)整方向?yàn)闅饷喝〈糠?/3焦煤及肥煤，此時(shí)會(huì)造成焦炭質(zhì)量下滑，因此隨著氣煤比例的增加，退出長(zhǎng)焰煤，同時(shí)在高揮發(fā)煤種當(dāng)中，比例控制方向?yàn)闅饷?肥煤>1/3焦煤。按照此方案測(cè)算，成本將明顯降低，同時(shí)焦炭質(zhì)量將會(huì)略微下滑，因此為保證成本控制與質(zhì)量管控的總成本控制得到降低，按照此方案逐步開展。

1.2 修正預(yù)測(cè)模型，提升配合煤預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確度

由第172頁表2是可以看出，通過對(duì)配煤指標(biāo)預(yù)測(cè)，配合煤G值有所降低，Vdaf有所上升，其他指標(biāo)趨于穩(wěn)定。

表2 配煤指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

通過預(yù)測(cè)及實(shí)際指標(biāo)(見第172頁表3)來看，隨著弱黏結(jié)及高揮發(fā)煤種比例的提升，G值的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值相差逐漸增大，主要原因是，由于氣煤雖然具有一定的黏結(jié)性，但是其膠質(zhì)體質(zhì)量較差，在受熱狀態(tài)下的流動(dòng)性較差，就會(huì)限制其對(duì)外物的黏結(jié)能力，因此其理論上雖產(chǎn)生了較多的膠質(zhì)體但受質(zhì)量影響，不能與預(yù)測(cè)相對(duì)應(yīng)。為解決此問題，需通過大量對(duì)比，確定G值的理論與實(shí)際相關(guān)系數(shù)，以便能夠有效對(duì)入爐煤質(zhì)量進(jìn)行控制。

表3 手工配煤指標(biāo)數(shù)據(jù)

1.3 完善煤焦轉(zhuǎn)化預(yù)測(cè)模型，提高焦炭質(zhì)量預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性

隨著高爐的大型化改造，對(duì)于焦炭質(zhì)量的要求越來越高，因此對(duì)于配比調(diào)整后焦炭質(zhì)量的把控變得尤為重要。在前期優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)的過程中，重點(diǎn)是對(duì)焦炭成分的控制，忽略了對(duì)焦炭冷態(tài)強(qiáng)度及熱態(tài)強(qiáng)度的預(yù)測(cè)。因此本次項(xiàng)目在配比的調(diào)整過程中，充分對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，增加了對(duì)焦炭強(qiáng)度的預(yù)測(cè)(見表4)。為確保配煤結(jié)構(gòu)的調(diào)整不對(duì)生產(chǎn)造成損失，因此前期進(jìn)行了小焦?fàn)t實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。從數(shù)據(jù)分析來看，受小焦?fàn)t的裝煤量及溫度控制影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(見表6)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定偏差，小焦?fàn)t所生產(chǎn)焦炭質(zhì)量較預(yù)測(cè)質(zhì)量較差，但根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況來看，配比1在執(zhí)行過程中焦炭質(zhì)量明顯優(yōu)于小焦?fàn)t生產(chǎn)焦炭。因此根據(jù)配比1的偏差對(duì)強(qiáng)度模型的系數(shù)進(jìn)行修改，依次來執(zhí)行其余配比。

表4 焦炭質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

表5 小焦?fàn)t試驗(yàn)焦炭質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)

表6 實(shí)際焦炭質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)

在執(zhí)行過程中又根據(jù)配比的多次調(diào)整后的焦炭質(zhì)量對(duì)比，不斷對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修改，最終建立了較為準(zhǔn)確完善的煤焦預(yù)測(cè)模型。

1.4 對(duì)配煤系統(tǒng)進(jìn)行完善，確保配比執(zhí)行準(zhǔn)確

通過對(duì)現(xiàn)有配煤系統(tǒng)的梳理，結(jié)合以往在此流程中出現(xiàn)的問題，全面對(duì)該流程進(jìn)行優(yōu)化管理。第一，對(duì)單種煤倉(cāng)的上煤過程安裝視頻進(jìn)行監(jiān)控，避免因聯(lián)系不到位造成的上煤錯(cuò)誤，同時(shí)能夠在單種煤出現(xiàn)問題時(shí)有源可溯，提前采取措施，防止進(jìn)入下道工序；第二，對(duì)配料秤安裝報(bào)警裝置，在單種煤配料秤出現(xiàn)斷料時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示，報(bào)警期間配料秤全部停止運(yùn)行，避免了因斷料造成的配比失真；第三，配煤水份調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)集中控制，原來的配料秤加水裝置是手動(dòng)控制，在配料秤出現(xiàn)斷裂的情況下，需要崗位操作人員及時(shí)去關(guān)閉加水裝置，在關(guān)閉加水裝置的過程中，配比出現(xiàn)波動(dòng)，改造后，在加水裝置安裝自動(dòng)控制，斷料后中控人員可以及時(shí)先關(guān)水，再停止配料，確保了配比的準(zhǔn)確性；第四，建立配比檢查記錄，每小時(shí)根據(jù)流量對(duì)配比進(jìn)行檢查計(jì)算，防止配比失真。

2 實(shí)施效果

經(jīng)過對(duì)煤焦轉(zhuǎn)化流程的優(yōu)化管控，尤其是在提高高揮發(fā)低黏結(jié)性煤種的使用量后，配合煤指標(biāo)正常，焦炭質(zhì)量持續(xù)保持穩(wěn)定，同時(shí)煤結(jié)構(gòu)成本大幅降低，位列行業(yè)排名前列，基本達(dá)到預(yù)期效果。產(chǎn)生的主要技術(shù)成果如下：

建立了完整的煤焦轉(zhuǎn)化預(yù)測(cè)模型，煤焦指標(biāo)預(yù)測(cè)是配比結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要工作，建立科學(xué)完善的模型是保障焦炭質(zhì)量穩(wěn)定的重要依據(jù)。在以往的模型當(dāng)中，焦化廠對(duì)焦炭灰分、硫分的預(yù)測(cè)積累了較多經(jīng)驗(yàn)，但缺乏對(duì)焦炭冷強(qiáng)度、熱強(qiáng)度指標(biāo)預(yù)測(cè)的分析研究，因此導(dǎo)致焦炭強(qiáng)度的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較低。通過此次研究，焦化廠積極與下游焦炭使用單位煉鐵廠進(jìn)行聯(lián)系，對(duì)大量煤焦數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合焦化廠現(xiàn)用煤種及生產(chǎn)的實(shí)際情況，完善了焦炭強(qiáng)度的理論預(yù)測(cè)，使整個(gè)焦炭指標(biāo)的預(yù)測(cè)更加科學(xué)。對(duì)比之前模型，主要取得的結(jié)果為增加了式(1)～式(4)指標(biāo)預(yù)測(cè)。

M40_coke=93.867+0.152Vdaf+0.721S-0.250G-0.007X+0.007Y+0.212A

(1)

M10_coke=9.559-0.050X+0.098Y+0.021G-1.151S-0.104V-0.154A

(2)

CSR_coke=-46.168+10.274S+3.975G-2.265X+4.986Y-7.822A

(3)

CRI_coke=130.262-4.072G+2.071X-12.048Std-4.486Y+8.318A

(4)

經(jīng)過與實(shí)際化驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，該模型預(yù)測(cè)指標(biāo)偏差較小，為煤結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供了科學(xué)的手段。

通過逐步調(diào)整主要煉焦煤中主焦煤、肥煤和三分之一焦煤與高揮發(fā)低黏結(jié)性煤種的配比，加上對(duì)配煤關(guān)鍵點(diǎn)的管控，首先單種煤指標(biāo)較之前更加穩(wěn)定，其次入爐煤指標(biāo)趨于正常，尤其在關(guān)鍵指標(biāo)G值的控制上較之前取得了明顯效果，每班之間波動(dòng)均小于±3，同時(shí)配比準(zhǔn)確率未出現(xiàn)過<0.99的情況。以上指標(biāo)的穩(wěn)定使焦炭指標(biāo)趨于穩(wěn)定，相比之前，焦炭硫分下降0.02%，灰分下降0.11%，并且焦炭強(qiáng)度達(dá)到87.59%，使高爐燃料比下降約為4.09%。

3 結(jié)語

長(zhǎng)鋼焦化廠通過建立配煤預(yù)測(cè)模型，有效提高了高揮發(fā)低黏結(jié)性煤種的使用比例，且在滿足高爐對(duì)焦炭質(zhì)量需求的情況下，優(yōu)化了煤焦轉(zhuǎn)換管控流程，降低了配煤成本，且冶金焦綜合性能仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。高揮發(fā)低黏結(jié)配煤方案的研究應(yīng)用，一方面延續(xù)了長(zhǎng)鋼國(guó)內(nèi)配煤成本的領(lǐng)先地位，并帶來較高經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，為我國(guó)煤炭行業(yè)生產(chǎn)安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，取得良好的社會(huì)效益。