高揮發低黏結性煤種的應用研究

林留戶

(首鋼長治鋼鐵有限公司焦化廠，山西 長治 046031)

中國鋼鐵及煉焦行業近15年的急速發展，加劇了煉焦煤資源日益緊缺、不均衡開發利用與焦炭質量日益提高之間的矛盾，為此擴大煉焦用煤的范圍和種類成為行業趨勢。其中，氣煤、長焰煤等高揮發分煤國內產量高，采購價格低，但使用比例也低。為降低焦炭的灰分和硫分，煉焦生產中使用低灰、低硫、低黏結性的弱黏煤或不黏煤的情況也日益普遍。但是，由于氣煤、長焰煤和弱黏煤的黏結性能較主要煉焦煤(主焦煤、肥煤、三分之一焦煤等)的差距大，導致了配合煤黏結性能指標預測的難度增加，從而給配合煤及焦炭質量的準確控制帶來困難。

首鋼長治鋼鐵有限公司焦化廠(長鋼焦化廠)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，引入長焰煤、弱黏煤等高揮發低黏結煤種，在可以保證工序指標穩定的前提下，盡可能利用價格較低的高揮發、低黏結煤降低煤成本，為保證焦炭質量得到有效控制，焦化廠開始對高揮發低黏結性煤配比與質量的影響進行研究[1-2]。

1 弱黏結性煤對焦炭質量及焦炭成本的影響

長鋼焦化廠計劃使用高揮發低黏結性煤種來降低焦炭成本，主要使用的煤種為氣煤、弱黏煤和長焰煤，為此，焦化廠通過一系列的工作，論證使用高揮發低粘結性煤種的可行性，將每次煤結構調整后預測質量與實際配比后化驗質量進行了長期的跟蹤對比。

1.1 根據初期預測模型制定配比方案(見表1)

表1 配比方案

配比1為在用配比，焦炭質量好，但配煤成本居高不下，經過對市場的調研，決定采用斜溝氣煤對結構進行優化。由于氣煤相比焦煤G值較低，揮發分較高，因此其使用比例需逐步進行提高，以確保焦炭質量穩定。根據現有煤結構及氣煤的指標來看，確定調整方向為氣煤取代部分1/3焦煤及肥煤，此時會造成焦炭質量下滑，因此隨著氣煤比例的增加，退出長焰煤，同時在高揮發煤種當中，比例控制方向為氣煤>肥煤>1/3焦煤。按照此方案測算，成本將明顯降低，同時焦炭質量將會略微下滑，因此為保證成本控制與質量管控的總成本控制得到降低，按照此方案逐步開展。

1.2 修正預測模型，提升配合煤預測模型準確度

由第172頁表2是可以看出，通過對配煤指標預測，配合煤G值有所降低，Vdaf有所上升，其他指標趨于穩定。

表2 配煤指標預測數據

通過預測及實際指標(見第172頁表3)來看，隨著弱黏結及高揮發煤種比例的提升，G值的預測值與實際值相差逐漸增大，主要原因是，由于氣煤雖然具有一定的黏結性，但是其膠質體質量較差，在受熱狀態下的流動性較差，就會限制其對外物的黏結能力，因此其理論上雖產生了較多的膠質體但受質量影響，不能與預測相對應。為解決此問題，需通過大量對比，確定G值的理論與實際相關系數，以便能夠有效對入爐煤質量進行控制。

表3 手工配煤指標數據

1.3 完善煤焦轉化預測模型，提高焦炭質量預測準確性

隨著高爐的大型化改造，對于焦炭質量的要求越來越高，因此對于配比調整后焦炭質量的把控變得尤為重要。在前期優化配煤結構的過程中，重點是對焦炭成分的控制，忽略了對焦炭冷態強度及熱態強度的預測。因此本次項目在配比的調整過程中，充分對數據進行對比分析，增加了對焦炭強度的預測(見表4)。為確保配煤結構的調整不對生產造成損失，因此前期進行了小焦爐實驗，實驗數據如表5所示。從數據分析來看，受小焦爐的裝煤量及溫度控制影響，實驗數據(見表6)與預測數據存在一定偏差，小焦爐所生產焦炭質量較預測質量較差，但根據生產實際情況來看，配比1在執行過程中焦炭質量明顯優于小焦爐生產焦炭。因此根據配比1的偏差對強度模型的系數進行修改，依次來執行其余配比。

表4 焦炭質量指標預測數據

表5 小焦爐試驗焦炭質量指標數據

表6 實際焦炭質量指標數據

在執行過程中又根據配比的多次調整后的焦炭質量對比，不斷對預測模型進行修改，最終建立了較為準確完善的煤焦預測模型。

1.4 對配煤系統進行完善，確保配比執行準確

通過對現有配煤系統的梳理，結合以往在此流程中出現的問題，全面對該流程進行優化管理。第一，對單種煤倉的上煤過程安裝視頻進行監控，避免因聯系不到位造成的上煤錯誤，同時能夠在單種煤出現問題時有源可溯，提前采取措施，防止進入下道工序；第二，對配料秤安裝報警裝置，在單種煤配料秤出現斷料時進行報警提示，報警期間配料秤全部停止運行，避免了因斷料造成的配比失真；第三，配煤水份調節實現集中控制，原來的配料秤加水裝置是手動控制，在配料秤出現斷裂的情況下，需要崗位操作人員及時去關閉加水裝置，在關閉加水裝置的過程中，配比出現波動，改造后，在加水裝置安裝自動控制，斷料后中控人員可以及時先關水，再停止配料，確保了配比的準確性；第四，建立配比檢查記錄，每小時根據流量對配比進行檢查計算，防止配比失真。

2 實施效果

經過對煤焦轉化流程的優化管控，尤其是在提高高揮發低黏結性煤種的使用量后，配合煤指標正常，焦炭質量持續保持穩定，同時煤結構成本大幅降低，位列行業排名前列，基本達到預期效果。產生的主要技術成果如下：

建立了完整的煤焦轉化預測模型，煤焦指標預測是配比結構調整的重要工作，建立科學完善的模型是保障焦炭質量穩定的重要依據。在以往的模型當中，焦化廠對焦炭灰分、硫分的預測積累了較多經驗，但缺乏對焦炭冷強度、熱強度指標預測的分析研究，因此導致焦炭強度的預測準確性較低。通過此次研究，焦化廠積極與下游焦炭使用單位煉鐵廠進行聯系，對大量煤焦數據進行分析，并結合焦化廠現用煤種及生產的實際情況，完善了焦炭強度的理論預測，使整個焦炭指標的預測更加科學。對比之前模型，主要取得的結果為增加了式(1)～式(4)指標預測。

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)

經過與實際化驗結果對比，該模型預測指標偏差較小，為煤結構的調整提供了科學的手段。

通過逐步調整主要煉焦煤中主焦煤、肥煤和三分之一焦煤與高揮發低黏結性煤種的配比，加上對配煤關鍵點的管控，首先單種煤指標較之前更加穩定，其次入爐煤指標趨于正常，尤其在關鍵指標G值的控制上較之前取得了明顯效果，每班之間波動均小于±3，同時配比準確率未出現過<0.99的情況。以上指標的穩定使焦炭指標趨于穩定，相比之前，焦炭硫分下降0.02%，灰分下降0.11%，并且焦炭強度達到87.59%，使高爐燃料比下降約為4.09%。

3 結語

長鋼焦化廠通過建立配煤預測模型，有效提高了高揮發低黏結性煤種的使用比例，且在滿足高爐對焦炭質量需求的情況下，優化了煤焦轉換管控流程，降低了配煤成本，且冶金焦綜合性能仍能滿足標準要求。高揮發低黏結配煤方案的研究應用，一方面延續了長鋼國內配煤成本的領先地位，并帶來較高經濟效益；另一方面，為我國煤炭行業生產安全和產業發展作出貢獻，取得良好的社會效益。