浅谈炼焦煤质量的优化管理定.doc

浅谈炼焦煤质量的优化管理郭晓强本溪北营钢铁（集团）股份有限公司，本溪 117017摘要：伴随着高炉大型化和富氧喷煤技术的广泛应用，各国对焦炭质量提出了越来越高的要求，这些要求包括低灰、低硫、低水分、更高的冷态机械强度和更低的热反应性等，而焦炭质量的优劣主要取决于炼焦煤的性质。因此，通过优化管理提高炼焦煤的质量作为现代炼焦行业的基本问题，越来越受到炼焦工作者的重视。关键词：炼焦煤 质量 优化 管理Abstract: With the large-scale blast furnace pulverized coal injection technology and extensive application of oxygen-rich, countries of the quality of coke made higher and higher requirements, which include low-ash, low sulfur, low moisture, high mechanical strength and cold lower thermal reaction, etc., but the quality of coke depends on the merits of the nature of coking coal. Therefore, by optimizing the management to improve the quality of coking coal as the basic problems of modern coking industry, more and more attention coking workers.Keywords: optimal management of quality coking coal目 录前言3第一章 炼焦用煤对配煤质量指标的要求4第二章 炼焦单种煤的优化管理6第三章 炼焦配煤过程的优化控制8第四章 总 结10参考文献10前 言由于高炉容积日趋增大和喷煤量日渐提高，焦炭在高炉冶炼中扮演的角色发生了很大的变化，高炉炼铁对焦炭质量指标的要求也越来越高，这些指标至少应当包括更高的冷热态机械强度、更低的热反应性、低灰、低硫和低且稳定的水分，而焦炭质量的优劣主要取决于炼焦煤的性质。但是，炼焦煤资源稀缺的现状限制了我国炼焦工业的发展，据统计，我国煤炭资源可开采储量为1891亿吨，但炼焦煤的储量占全国煤炭贮量的百分比仅为25.28%，主要炼焦煤种 (焦煤和肥煤) 的储量又在炼焦煤储量的40%以下。所以，仅靠提高主焦煤的配比来提高焦炭质量是不科学，也不经济的。现在我国焦炭生产能力已超过3亿吨。近年来，全国规模以上炼焦企业生产焦炭的能力同比以超过10%的速度稳步增长。按这种发展态势估计，我国炼焦煤资源很快就会出现供应紧张的局面。所以，我们应依靠配煤炼焦科技进步，加强配煤管理，逐步减少主焦煤的配比，而又不影响焦炭质量，甚至有所提高，有效促进我国炼焦工业的可持续发展。第一章 炼焦用煤对配煤的质量指标的要求 配煤质量指标主要是指配合煤的水分、灰分、挥发分、硫分、胶质层厚度、膨胀压力,粘结指数、细度等，不同的焦炭使用部门对其质量要求不同，则配合煤指标也有所不同。炼焦用煤对配煤质量指标的要求大体如下： (1)水分。配合煤水分主要取决于单种煤水分的大小和稳定，配合煤水分的大小和稳定与否，对装煤操作、焦炭的产量、质量及焦炉本身寿命都有很大影响，水分过小，会恶化焦炉装煤操作，水分过大，将使装煤操作困难并相应延长结焦时间，同时也影响焦炉寿命。当配煤水分波动太大时，将造成焦炉加热制度的混乱，使焦炉操作困难。一般情况下，配合煤水分稳定在8%一10%较为合适。 (2)灰分。炼焦煤的灰分区间应小于10%。配合煤灰分全部转入焦炭中，一般炼焦的全焦率在70一80，焦炭灰分为配合煤灰分的1.3一1.4倍。灰分是惰性物质，灰分高则粘结性降低，因为灰分颗粒较大，硬度比煤大，它与焦炭物质之间有明显的分界线，其膨胀系数也不同，半焦收缩时，在这个界面上应力集中，成为裂纹的中心，若配合煤的灰分高，则焦炭强度低。如果焦炭灰分小于13，全焦率按78%计，则配合煤灰分约为：137810.14。 配合煤灰分可利用加和性原则进行计算： Ad（A diXi）式中Ad一配合煤的干基灰分，； Adi=各单种煤的干基灰分，； Xi各单种煤的干煤配比，。例如：某焦化厂配煤情况见表则配合煤灰分为：Ad11.43510.81x 32%9.75258.42810.56 (3)挥发分Vdaf 。挥发分是反应煤化程度的指标，与煤化程度有着较为密切的线性关系，对焦炭的最终收缩量、裂纹度及化学产品的质量、产量有直接影响。据鞍山热能研究所对我国148种煤所做的研究结果表明，煤的可燃基挥发分、镜煤平均最大反射率(Rmax）可用下列回归方程式来表示； Rmax2.35一0.04 Vdaf上式中，配合煤的最大镜煤反射率Rmax可直接测定，也可按各单种煤的反射率加和性计算。配合煤挥发分可直接测定，也可按各单种煤的挥发分加和性计算。如上例中的VDAF算如下：Vdaf31.4%3527.8%3223.60%2514.30826 93。配合煤的挥发份指标保持在24-30%为宜，且班间波动应控制在1%，班间波动大会造成焦炭质量波动。(4)硫分。煤中的硫分有60%-70%转到焦炭中，若配合煤的全焦率为70一80，则焦炭硫分约为配合煤硫分的80%一90%。配合煤硫分可由化检分析得出，也可由各单种煤的硫分按加和性计算。硫在煤中是一种有害的物质，在炼焦配煤中可控制调节配煤比以调节配合煤的硫含量，通常配合煤的硫分可控制在10（质量分数）以下。(5)胶质层厚度。用胶质层指数测定仪测出的煤料最大的胶质层厚度称为胶质层厚度，用Y来表示。实验证明，炼焦煤的胶质层厚度为Y15一20mm时，焦炭质量最佳。胶质层厚度也可以用来评价炼焦煤的粘结性和结焦性。(6)配合煤的膨胀压力。在确定配煤方案时，必须了解配合煤的膨胀压力。它与粘结性指标不存在规律性关系，也不具有单种煤的膨胀压力的加和性，只能通过实验测定。膨胀压力过大会对炉墙造成损害，根据我国的生产实践，它的极限值应小于30KPa.(7)粘结指数G。在实验室条件下，炼焦煤由于被加热产生热软化、熔融、流动、膨胀和热分解后，粘结固化的性质称为炼焦煤粘结性，通常以粘结指数G。炼焦煤的粘结指数可通过试验测定，通常范围为72%-88%。(8)细度。煤的粉碎细度(小于3mm粒级占煤料的百分数)对焦炭质量有很大影响，具体包括： 1)细度对粘结性的影响。从煤料的均匀性来看，煤料粉碎得越细越好。但如果煤料细度小，则因存在有较大颗粒的弱粘结性煤及灰份而使焦炭裂纹增多，均匀性变坏。如果煤料粉碎粒度不均匀，则在运输过程中容易产生偏析现象，不同粒度的煤粒将按大小逐渐分层，颗粒大的和比重大的煤粒易集中在一起。由于参与配煤的各种煤硬度不同，大颗粒的煤往往又是硬度较大的煤，因而这种偏析现象，将使不同煤种逐渐分开，使煤料的均匀性变坏。在炼焦时，会造成入炉煤粘结性降低，进而导致焦炭耐磨指标变坏，即造成M10指标升高，2）细度对堆密度的影响。从生产操作来看，煤料细度越大，煤的堆密度越低，/从而使炭化室装煤量下降，导致焦炉生产能力降低；在装入焦炉时，细的煤粉易被煤气带出，又容易堵塞上升管，集气管，影响焦炉的正常生产，而且使集气管中的焦油增多，影响回收的操作。因此，从生产操作方面来看，煤料的细度不宜太大。依据炼焦生产实践，散装煤的顶装焦炉，煤料的粉碎细度一般控制在小于3mm的组分在73-83%范围内；捣固炼焦时，一般为90%左右。在此范围内，煤料的粉碎细度可以满足焦炭质量和焦炉操作的要求。第二章 炼焦单种煤的优化管理炼焦煤的性质是决定焦炭质量的基本因素。所以选择适当的炼焦煤及其配比是提高焦炭质量的重要要措施。但是，由于我国是一个炼焦煤分布不均且优质炼焦煤短缺的国家，因此，焦化厂需从煤的供应、接受、贮存到使用等环节进行系统的精细化管理,才能使焦炭质量得到提高。2.1炼焦用煤的供应。焦炭质量的优劣主要取决于炼焦煤的性质。所以，合理选择炼焦煤基地是保障焦炭质量的重要要措施。炼焦煤基地需具备的理想条件是：煤质好(含碳高，灰分少，含硫低，可磨和可选性好，粘接性好等)、性能稳定，供应量稳定，价格适中，争取运距短等。2.2加强来煤验收。来煤的接受是焦化工艺的第一道工序，在接受来煤时应注意以下几点：1）.由单位质检部门对每批来煤按煤种分别抽检，并与来煤单位的煤质分析数据对比，煤种核实无误后方可接受，如质量不合要求，应视具体情况及时处理。质量验收合格后，应根据来煤的煤种不同，要分别接受，并卸到指定位置，防止不同煤种在卸煤过程中互混。2）.煤场料堆细分后,各煤种按质量相近的原则堆放。在更换新的料堆时,要进行料堆取样化验,预测焦炭的强度,按照配煤成本低、焦炭质量好的原则寻找出最佳配比用于生产。3）.来煤使用单位（焦化厂）对每批来煤（翻车机处）也要分别采样留存，当焦炭质量发生波动时，对可疑煤种的煤样另外进行采样分析、对比，必要时，对照煤场用煤地点，对可疑煤种同时进行有针对性的抽检，两处煤样的化验指标与质检部门的化验指标要一致。4）.焦化厂对配煤盘各单种煤在配合前进行日常采样备份（质监部门也可在这个环节对来煤进行二次抽检）,当焦炭质量波动时，可对备份煤样有针对性的进行化验、分析，既检查了煤场送煤、上料情况又可对各单种煤质量进行筛查。2.3来煤的储存。在煤场储存有相当数量的煤，煤场管理的好坏，将直接影响到配煤的准确性以及焦炭的质量，因此，储存煤时有如下要求。1）.储煤场应有足够的容量，以保证有一定的储煤量，使焦炉生产能连续、稳定、均衡的进行。储煤场的大小应能提供各种煤分别堆、取、储的可能性，也就是堆、储与取用分开，所以每种煤需设置2-3个储煤区。为了提供煤场装卸、倒运机械的维修场地，煤场的长度应比有效煤堆长度约长十多米。一般大中型焦化厂应有不低于15天的储煤量。.2）.煤场的地坪应做妥善的处理，必须要有良好的排水条件。根据地下水位的高低，煤场土质及工厂的条件，可采用自然地坪，煤渣夯实，随时夯实灌浆，原土打夯、素土夯填以及混凝土等方式。处理地坪时，必须考虑坡度，保证雨季排水畅通。否则，煤堆容易塌落，或造成配煤水分波动大而影响焦炉操作及焦炭质量、产量。煤场地坪排水一般应由中部向两侧流动。3）.要确保不同煤种的煤单独存放。对于同一种煤，为了消除和减少由于不同矿井和矿层来煤所造成的煤质差别，在储存过程中，应尽量混匀，通常采用“平铺直取”的操作方式，即在存煤时，沿该煤种的场地由低向高逐渐地平铺堆放，取用时，沿该煤堆的一侧由上向下直取。同时，面对精煤灰分和硫分无法满足技术要求的现实,焦化厂可将焦煤、肥煤按高硫和低硫、1/3焦煤按高灰分和低灰分进行分开堆放、分开使用,来控制和稳定焦炭灰分、硫分。4）.储煤场要定点、编号，建立“来煤登记薄”,专门记录来煤的牌号、产地、来煤的日期、数量以及来煤堆放的位置等信息。5）.由于煤场不断变动，必须建立健全交接班制度，交班时当面交情来煤及煤场情况。同时，各种煤的卸煤场地必须保持清洁，更换堆煤场地时要彻底清扫。这样才能做到煤种清楚，配煤质量稳定。6）.煤的储放时间不能过长，以免氧化。特别是低变质程度的煤气孔率高，吸附氧多，更易被氧化。煤被氧化后，其结焦性变差，发热量降低，挥发分、碳和氢的含量降低，氧的含量和灰分增加，燃点降低，对炼焦不利。若存放的时间过长，煤氧化所产生的热量不能很快散发，易发生自燃。因此，应规定各单种煤允许的堆放时间，并按计划取用。煤的氧化除和煤种有关外，还和气温及煤场的通风条件有关。为了控制氧化，应定期检查煤堆温度，超过规定温度时应立即散开煤堆，以防自燃。根据鞍钢和武钢的生产实践，各单种煤允许的储存时间如下表：煤 种堆煤季节堆煤类型储存时间/天气 煤冬季夏季露天露天5060肥 煤冬季夏季露天露天6080焦 煤冬季夏季露天露天6090瘦 煤冬季夏季露天露天90150通过以上对炼焦用煤的控制措施，基本可以做到，在稳定M40和M10的同时,有效控制焦炭的灰分和硫分。第三章 炼焦配煤过程的优化控制从影响焦炭质量的因素分析,正常生产条件下影响焦炭质量的主要因素是原料煤的性质和配煤比。原料煤的性质通过第二章的分析，已基本可得到控制，本章主要分析通过配煤炼焦提高焦炭质量的优化控制措施。3.1配煤炼焦的概念及基本原理：3.1.1.把几种牌号不同的单种煤按一定的比例配合起来炼焦称为配煤炼焦。配煤的基本原理有胶质层重叠原理等。该原理要求配合煤中各单种煤的胶质体的软化区间和温度间隔能较好地搭接，这样可使配合煤在炼焦过程中，能在较大的温度范围内处于塑性状态（即胶质体状态），从而改善粘结过程，并保证焦炭的结构均匀。3.1.2.为降低成本，增加效益，配煤时还应考虑以下因素：1）. 要充分利用各单种煤的结焦特性，从而达到使用部门通过配煤提高焦炭质量的要求。2）.要考虑煤资源的平衡及供应情况，不断扩大弱粘结煤的用量，扩大炼焦用煤基地。3）.遵循区域配煤的原则，做到合理运输，防止对流和重复运输。4）.力争就近配煤，在特殊的情况下也能保证生产。5）.增加炼焦化学产品及焦炉煤气产量。6）.力争做到降低装炉煤的成本。另外，配煤炼焦还应考虑胶质体的质量和数量问题、气体逸出的速度问题及半焦收缩动态的问题，从而有效保证焦炭的强度。3.2焦炭质量预测：3.2.1焦炭灰分、硫分预测在生产状况稳定的条件下，焦炭的灰分、硫分与配合煤的灰分、硫分存在较好的线性关系。一般预测模型为：Y=aX+b应用数理统计中最小二乘法确定方程中的回归系数a，b，并以此控制配合煤的灰分、硫分，以及调整单种煤使用的比例和为选择煤源提供参考。3.2.2 焦炭冷态强度预测焦炭冷态强度（指M40、M10）预测所采用的指标一般为煤化度指标和粘结性指标。预测方法基本可以分为三类：第一类以煤的工艺指标为参数，如Vdaf与MF、G、y的组合，一般常用Vdaf与G的组合，因为这两个因素对焦炭质量起决定性作用。一般Vdaf为 28%-32%，G为72%-88%或y为14-18mm。配煤的挥发分升高，将导致焦炭裂纹增多，强度下降，特别是M40，配煤挥发分每变化1%，M40变化2.0%，M10变化0.2%；第二类是以煤岩指标为参数进行预测；第三类在考虑配合煤指标的同时，也考虑炼焦煤准备和炼焦工艺条件。3.2.3 热态性质预测法焦炭的热态性质通常采用焦炭的反应性指数（CRI）和反应后强度（CSR）来表示。预测方法有三种：1）焦炭冷态指标预测法：这类方法主要基于焦炭冷态性质指标，如焦炭强度（M40、M10）、气孔率与气孔分布、光学组织等来预测。2）配合煤指标预测法： 该方法依据配合煤反射率、粘结性、惰性物含量以及配合煤其他性质，如灰分、挥发分、灰组成等进行预测。多数预测模型仅限于生产实践数据或实验数据的统计分析，适用范围也局限于各自炼焦煤种。（3）单种煤性质预测法：冯安祖等从单种煤性质入手，研究了不同单种煤的煤化度指标（挥发分、镜质组最大反射率）、粘结性指标、灰组成与其焦炭热性质的关系。认为煤的挥发分与焦炭的反应性和反应后强度有非常密切的关系。挥发分位于22%-26%以及Rmax为 1.1-1.2 左右时，单种焦的热性质最佳。单种煤的粘结指数（G）、胶质层厚度（y）、全膨胀（a+b）、基氏流动度（MF）与焦炭热反应性和反应后强度之间存在基本一致的规律性。3.3配煤过程的优化控制：3.3.1.为了准确的进行配煤，在配煤工艺中，要尽量采用自动配煤技术。现多采用计算机核子秤自动控制技术,通过不断摸索和调节,可提高配煤精度,保证配煤比执行准确。3.3.2.由于放射源本身不断衰减、运输胶带磨损、粘料、伸缩等工况对秤量系统的精度产生影响,为了消除这些影响因素, 提高秤量系统的稳定性，要定期对秤量系统进行校正。设定合适的圆盘给料机起始调节量。为了在最短时间内达到给定值,结合每台圆盘给料机的实际工况,进行合理设定,缩短配煤达到稳定调节的时间。3.3.3.消除配煤偏差。由于煤水分波动、设备影响,下煤量经常处于正偏差或负偏差,影响配煤比的准确度。为了消除这些因素,对设备闸板要适当调节,使下煤量以给定值为中心进行自动调节。依据各单种煤的配比，制定允许波动的误差范围。依据本钢北营焦化厂的生产实践，一般情况下，配比小于10%的煤种允许波动误差为100g；配比1020%的煤种允许波动误差为200g；配比大于20%煤种允许波动误差为250g。3.3.4.对于我国北方地区的焦化厂，冬季生产困难时，还应考虑下列因素：1）由于温度低（最低时可达零下30以下），煤料中冻块多，上料比较困难，在煤场或移动车应配置电磁除铁器和冻块破碎装置，必要时要配备专职砸冻块人员，以保证煤料粒度均匀及上煤量，确保焦炭质量的稳定。同时，煤料中的杂物如草袋子、铁器等，在煤场工序和移动车工序阶段，应人工或用机械设备清捡干净，以防杂物进入配煤仓，影响配煤设备下料，造成焦炭质量波动。2）在配煤盘工序，要严格执行跑盘巡查制度, 加强人工巡盘的力度，认真执行跑盘误差标准值的规定。遇有下料口堵杂物、不下料时，要及时人工处理。同时，应保证配煤各生产岗位暖气供应有保证，以确保上料稳定。3）应加强配煤系统设备维护，减少因设备原因，造成配煤质量波动，进而影响焦炭质量。3.4优化配合煤细度细度是