煉焦煤及配煤結構優化試驗研究

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，能夠為不同的應用行業獲得不同品質的焦煤。在實際煉焦過程中存在優質焦煤配用比例較高導致最終所得焦炭產品的成本較高。與此同時，目前焦炭市場處于供大于求的現狀導致各大煉焦企業出現虧損，為提升煉焦企業的競爭力需對配煤煉焦技術進行優化[1]。經研究影響焦炭質量的因素包括有煉焦原煤的質量的均衡性、在煉焦過程中的控制能力以及煉焦配煤結構的合理性。本文著重對煉焦煤及配煤結構進行優化研究。

1 配煤管理系統概述

針對影響焦炭質量的三大因素包括：原煤質量、煉焦的控制以及配煤結構的合理性。本節著重對煉焦過程的控制進行優化，傳統采用人工手段對其進行控制，為進一步保證對煉焦的控制，公司設計了配煤管理系統?；谂涿汗芾硐到y能夠實現對煉焦煤各個工藝環節的科學、優化管理，為后續配煤方案的指定和優化提供一定的依據。配煤管理系統的基本構架框圖，如圖1所示。

如圖1所示，配煤管理系統主要功能包括有數字化煤場、料倉的管理、焦炭質量的信息、供應管理和配煤質量的預測和優化方案[2]。

圖1 配煤管理系統結構框架圖

2 煉焦煤及配煤結構的優化

在配煤管理系統的基礎上，只有通過進一步優化煉焦煤和配煤的結構才能夠提升焦炭的質量，降低焦炭生產的成本。為此，本節著重在配煤管理系統的基礎上開展煉焦煤及配煤結構的優化試驗。

2.1 現狀分析

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 煉焦配煤結構平均比例

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%，而且焦煤的供應目前最緊張，而且焦煤的硫分較高導致所得焦炭產品的硫分偏高；其次為1/3焦煤，其作為煉焦煤的基礎煤。

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，提高焦炭質量的目的。

2.2 配煤結構優化實驗

在滿足各行業對焦炭質量需求的基礎上，本著降低成本的原則對配煤結構進行優化。將基于40 kg小焦爐為實驗設備對不同配煤結構下產品質量和成本進行對比。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：將不同配煤結構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內將室內溫度升至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品嚴格按照GB/T2005-94(冷態強度)和GB/T4000-1996(熱強度)的相關規范檢測[3]。

從整體考慮，應從降低焦煤使用量，提升焦炭產品質量，結合我省區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。本次實驗設計的煉焦配煤結構比例，如表2所示。

表2 配煤結構比例優化方案

經核算，目前我公司配煤比例下對應的成本為1 324.19 元/t；對應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構對應所生產焦炭的性能差距，由于焦炭灰分、硫分以及揮發分主要與當地焦煤的質量相關，無法直觀反映不同配煤結構對焦炭質量的影響[4]。因此，通過對不同配煤結構對應焦炭冷態強度和熱態性能的對比得出最佳配煤結構的比例。實驗數據，如表3所示。

綜合表2和表3實驗結果分析，得出如下結論：

表3 不同配煤結構對焦炭產品質量的影響

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品的冷態強度得到提升，而對應的熱態強度變化不明顯；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#方案的基礎上，將氣煤的比例增加5%，瘦煤的比例降低5%時，所得焦炭產品的熱態和冷態強度均下降，而且生產成本也高于2#方案約10 元/t。

4)4#方案在現階段配煤結構的基礎上將焦煤比例下降22%的同時，將其他煤種的比例均適當的增加，所得焦炭產品的熱態和冷態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#方案在現階段配煤結構的基礎上將焦煤比例下降27%，雖然該方案對應生產成本降低最明顯，但是所得焦炭產品的熱態和冷態強度明顯下降，即該方案不可行[5]。

綜上所述，2#方案和4#方案對配煤結構的優化基本上能夠符合降低生產成本，提升焦炭質量的改造目標。因此，適合于我公司的最佳配煤結構比例如下：

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，在我公司當前生產規模下采用上述最優配煤結果每噸焦炭可節約成本約為40元。

3 結語

焦炭作為煤炭再加工后的產品，可根據不同的用途控制煉焦工藝。為適應當前我國在焦炭行業的激烈競爭，提升焦炭質量，降低焦炭生產成本，需結合當地煤質對煉焦配煤結構和煉焦管理系統進行優化。本著降低成本，提高質量的優化思路，采用40 kg小焦爐對不同配煤結構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構比例如下：

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，在上述配煤結構對比下對應成本節約為40 元/t。