40kg炼焦试验技术在焦化生产中的应用

40kg炼焦试验技术在焦化生产中的应用摘要：本文介绍了40kg炼焦试验技术在柳钢焦化厂的应用中，对评价炼焦用煤、新煤种煤、炼焦方案煤的质量，并运用试验数据进行配煤专家系统的应用及焦炭质量的预测，为柳钢焦化厂在选购煤种、煤矿点及调整炼焦配比方面起到了预期的效果，满足了炼铁焦炭质量的需求。关健词：炼焦试验焦炭强度气孔率配煤专家系统1前言随着柳钢焦化厂生产规模的不断扩大，全年焦炭产量达到了450万吨，且高炉的大型化和富氧喷煤技术的应用，对焦炭质量提出了更高的要求，而煤源紧张，煤种类不足，进厂煤不均衡，煤炭价格越来越高等等，制约着焦化厂的生产。如何扩大炼焦煤源，如何选择煤种类，如何选择合理的配煤方案，如何改善焦炭质量，降低生产成本，提高经济效益等等，是焦化厂生产中一直在研究实践的课题。柳钢焦化厂从1990年到2007年，一直使用20kg炼焦试验炉，用于焦化厂的炼焦研究试验。随着社会不断的发展，由于20kg炼焦试验炉存在试验样量少，代表性差，进样操作不统一，操作较复杂，其实验数据与大焦炉相比差距较大、相关性差等原因。由此，2008年2月焦化厂引进40kg炼焦试验炉，用于配煤炼焦试验研究，弥补了20kg炼焦试验炉的不足，而且在选择用煤矿点、优化配煤方案、预测焦炭质量等起到了明显的效果。240kg炼焦试验炉技术简介2.1 40kg炼焦试验炉结构及操作指标焦炉的技术、操作指标:炭化室有效尺寸（mm)500400595结焦时间（h)16装煤量（干煤）（kg）43装炉温度（）800装炉煤水分（%）10装炉煤细度（3mm）7580%装煤堆密度（t/cm3）0.7-0.8炉墙温度（）105020焦饼中心温度（）97010炼焦装煤铁箱尺寸（mm)450360350试验误差M403%; M101%2.2 40kg炼焦试验炉的特征性能40kg炼焦试验炉采用底开单炉门式构造，实现了装煤出焦的机械化。焦炉炭化室采用积木式设计，便于砌筑和维修，炉墙采用薄壁炭化镁铝硅砖，两侧分别有6根硅碳棒进行通电加热，烘炉时间短，冷态下升温及恒温达到装炉要求只需要时间4小时。与20kg试验焦炉比，升温、控温均采用电脑操作程序控温，操作简单方便，运行稳定可靠。由于装煤是用铁箱装炉，克服了原来20kg炼焦试验炉每次装煤密度不一致，各人操作装煤造成的差异；克服了原来20kg炼焦试验炉与大焦炉加热时间、炼焦时间不一致所造成的差异。340kg炼焦试验在焦化生产的应用为找出40kg炼焦试验焦炭与生产大焦炉焦炭的相关性，我们对多种煤及24组配比方案，进行40kg炼焦试验炉与生产大焦炉焦炭的对比试验。在生产大焦炉上，使用一次装煤量为243kg（干基），入炉煤的质量、细度、水分、堆密度与40kg炼焦试验炉入炉煤一致。生产焦炉结焦时间2225h，立火道温度1100以上，焦饼中心温度100050。铁箱采用圆柱形，高600mm，底面360mm，直接从焦炉炉顶装煤口放入炭化室。3.1利用40kg炼焦试验焦炭预测生产大焦炉焦炭强度将试验焦炭进行50kg和10kg转鼓试验及焦炭热性能的试验，并对其结果进行回归计算，所得一元一次回归方程如下：40kg炼焦试验炉与生产大焦炉炼焦试验对比数据表表1序号40kg炼焦试验焦炭（%）生产大焦炉焦炭(%)M25M10CRICSRM40M10CRICSR189.20 9.04 36.50 39.37 89.70 8.00 38.00 41.94 292.80 6.20 37.50 44.00 89.96 8.26 41.50 37.61 389.80 9.44 36.50 44.88 89.54 7.22 33.30 38.81 489.92 8.88 36.00 45.31 89.84 7.32 38.00 45.16 591.12 7.84 31.00 50.72 90.82 5.64 36.50 49.61 687.52 10.72 41.50 35.04 88.14 8.56 43.50 34.51 780.80 9.60 38.50 41.46 90.02 7.50 36.50 46.46 887.52 11.52 42.50 32.17 87.92 9.14 42.50 33.04 990.32 8.96 36.00 41.41 91.14 6.20 34.50 46.56 1089.36 9.28 33.50 47.37 91.34 6.68 35.50 51.16 1190.56 7.28 36.00 44.53 90.46 5.92 33.00 58.21 1290.56 8.56 39.50 42.98 89.62 7.44 33.50 52.63 1386.80 11.28 39.00 38.52 86.08 9.76 38.33 44.56 1462.0022.4040.5028.5747.5621.2038.4941.231587.92 10.96 32.50 48.15 84.86 10.90 33.89 49.36 1689.20 8.56 37.17 38.32 90.14 7.06 35.86 48.66 1783.52 15.20 36.34 38.85 82.44 13.84 37.77 40.11 1888.32 9.68 44.29 28.99 85.98 9.38 41.42 38.48 1987.12 10.64 43.95 30.54 85.04 10.90 43.20 37.66 2088.64 9.28 38.82 37.50 85.10 10.00 38.86 42.97 2188.08 9.76 41.15 27.85 88.90 7.32 39.83 36.07 2286.88 10.40 36.82 37.05 88.80 8.28 41.25 36.02 2389.44 8.88 33.93 44.21 89.74 7.54 36.81 43.88 2488.00 9.68 40.40 34.51 87.42 9.42 42.48 34.30 抗碎强度： 耐磨强度： 焦炭反应性： 反应后强度： 将以上四个相关公式进行实际应用，焦炭质量预测与生产焦炭实际试验数据进行对比，得：焦炭预测值与实测值对比数据表表2序号预测生产大焦炉焦炭质量（%）实测生产大焦炉焦炭质量(%)M40M10CRICSRM40M10CRICSR181.377.0933.3155.3881.406.7033.8455.66281.576.7432.8757.9581.606.8032.0058.82381.287.0634.1355.5981.007.0034.8854.62481.336.8833.0858.5481.606.8032.6859.13581.247.0633.3455.4581.207.2033.7455.91681.277.0731.0057.2481.407.0030.7156.06781.137.1331.0855.6182.006.7031.0756.18881.377.1330.6958.3782.006.7030.2058.28981.366.8429.7759.0981.206.6029.5059.401081.396.8128.6253.3981.806.9028.5054.08从表中可看出，生产大焦炉焦炭M40预测值与实测值，最大差值为1.03，最小仅为0.04；M10预测值与实测值，最大差值为0.39，最小仅为0.02；CRI预测值与实测值，最大差值为0.87，最小仅为0.01；CSR预测值与实测值，最大差值为1.18，最小仅为0.09；都远远小于国标规定的误差范围，从表中也可看出这些相关公式，在预测生产焦炭质量上起到了重要的作用。3.2 利用焦炭气孔率预测生产焦炭热性能3.2.1 单种煤焦炭气孔率与热性能的相关关系选择40kg试验焦炉单种煤炼焦试验的焦炭样品28个，进行气孔结构测定及CRI、CSR的检测，其试验结果见下表3：单种煤焦炭气孔结构及热性能表表3煤种煤Vdaf/%焦炭质量气孔直径分布含量%气孔壁厚度分布含量%气孔率%CRI%CSR%0-60 um61-300 um300 um气孔平均直径 um0-60um61-300um300um气孔壁厚度分布 um火铺31.3364.2734.421.506678.9320.630.444858.140.4050.43月亮田30.8661.8035.582.617472.2627.480.255358.039.6742.91平顶山东30.8445.1946.837.9811561.1636.981.877261.743.6232.43大足32.8960.5234.085.398668.2029.991.806257.942.7832.25火铺29.3766.3032.860.966253.3344.791.888143.441.7348.71羊尾哨31.8083.6816.040.264449.6047.512.908633.636.1450.86宋家铺33.3448.7040.5410.7612081.2145.440.364672.435.0035.02烂坝28.9672.4626.680.865672.2426.900.855649.731.9545.49平顶山东26.0872.6926.561.254460.3137.921.777241.236.9143.93水城23.1854.1442.163.678972.1627.440.325462.436.8738.39水城24.5068.2232.011.186258.3344.092.858042.130.2953.52品甸24.6159.9237.172.917751.0345.923.138746.738.2645.69威箐23.5459.4137.473.127969.3529.740.895857.737.0042.26谷口河22.2969.7624.945.305158.2439.292.476945.430.0750.25月亮田23.4850.0544.575.389662.3835.412.217257.238.8743.21沾益23.3660.6535.563.788183.3342.873.818748.034.6149.51品甸24.1954.0442.693.278547.3748.923.699347.633.6748.61资中24.1946.7338.3612.0414178.9020.450.654974.237.4733.48野马寨25.4376.7622.830.405160.3438.391.366942.427.8654.02谷口河25.1058.7535.715.548453.0243.423.068549.624.8754.19郑屯21.1678.8420.700.474969.6429.760.615945.434.2540.63滥坝21.6474.8924.490.605459.1738.462.377442.234.2342.57兴义21.5585.8613.610.544265.0634.470.486340.036.4536.53六盘水21.6753.0042.474.539065.0434.090.876159.732.7242.72烂坝21.8064.6531.344.027468.8830.350.785856.039.1533.36六枝22.1151.4743.914.639267.4730.560.996060.530.7050.76通过回归方程计算，单种煤焦炭气孔率与焦炭热性能的关系如下表：单种煤焦炭气孔率与热性能的关系式 表4项目公式R2气孔率与CRICRI=0.5165X+8.35530.7633气孔率与CSRCSR=-0.3715X+63.0050.7695从表4中可看出,单种煤焦炭的气孔率与焦炭热性能的相关性较好，说明气孔率对单种煤焦炭热性能影响较大。3.2.2 配合煤焦炭气孔率与热性能的相关关系选择40kg试验焦炉配合煤炼焦试验的焦炭样品共24个，进行气孔率及CRI、CSR的检测，其试验结果见下表3：40kg试验焦炉配合煤焦炭气孔率与热性能的相关关系 表5序号配合煤焦炭指标/%序号配合煤焦炭指标/%气孔率CRICSR气孔率CRICSR110155.8 36.50 39.37 1340159.8 39.00 38.52 210260.8 37.50 44.00 1440254.0 40.50 28.57 310357.6 36.50 44.88 1540360.3 32.50 48.15 410454.8 36.00 45.31 1650149.9 37.17 38.32 510571.2 31.00 50.72 1750241.3 36.34 38.85 610663.7 41.50 35.04 1860163.3 44.29 28.99 720151.7 38.50 41.46 1960264.1 43.95 30.54 820256.0 42.50 32.17 2070146.1 38.82 37.50 920337.9 36.00 41.41 2180152.6 41.15 27.85 1020455.8 33.50 47.37 2280254.2 36.82 37.05 1130162.8 36.00 44.53 2380356.5 33.93 44.21 1230245.3 39.50 42.98 2480441.9 40.40 34.51 40kg试验焦炉配合煤焦炭气孔率与焦炭热性能的相关关系如表6：配合煤焦炭气孔率与热性能的关系式 表6项目公式R2气孔率与CRICRI=0.2942X+24.1980.7146气孔率与CSRCSR=-0.4069X+57.5180.7278从表中可看出，配合煤焦炭随着气孔率增加，焦炭反应性增加，反应后强度降低，气孔率与热性能相关性较好，说明配合煤的焦炭气孔率对焦炭热性能影响较大。由于配合煤与单种煤在结焦性能上存在较大差异，其气孔率对焦炭热性能的影响程度不一样。但总的来讲，随着焦炭气孔率的增加，焦炭热性能降低。3.2.3 利用焦炭气孔率对生产焦炭热性能进行预测3.2.3.1 对6米焦炉的焦炭进行气孔率与热性能的检测，其结果如下表7：6米焦炉焦炭气孔率与热性能表7焦炭号指标/%序号指标/%气孔率CRICSR气孔率CRICSR1 48.6 38.00 41.94 1355.0 38.33 44.56 2 55.5 41.50 37.61 1453.9 38.49 41.23 3 52.8 33.30 38.81 1551.4 33.89 49.36 4 53.2 38.00 45.16 1644.6 35.86 48.66 5 53.3 36.50 49.61 1732.9 37.77 40.11 6 44.1 43.50 34.51 1839.8 41.42 38.48 7 48.9 36.50 46.46 1942.3 43.20 37.66 8 40.4 42.50 33.04 2054.1 38.86 42.97 9 53.4 34.50 46.56 2155.5 39.83 36.07 10 44.0 35.50 51.16 2241.3 41.25 36.02 11 43.9 33.00 58.21 2349.9 36.81 43.88 12 51.9 33.50 52.63 2456.5 42.48 34.30 6米焦炉焦炭气孔率与焦炭热性能的相关关系如表8：6米焦炉焦炭气孔率与热性能的关系式 表8项目公式R2气孔率与CRICRI=0.4792X+13.4750.7875气孔率与CSRCSR=-1.46X+119.150.8051从表中可看出，随着气孔率增加，焦炭反应性增加，反应后强度降低。说明气孔率对焦炭热性能影响明显。3.2.3.2 实际应用用表8中气孔率与热性能关系式的预测结果，跟踪对比实际6米焦炉焦炭的气孔率与热性能，结果如表9： 生产焦炭实测值与预测值的对比 表9序号气孔率/%实测值/%预测值/%差值%CRICSRCRICSRCRICSR142.90 30.67 57.87 34.03 56.52 3.36 1.35 2 40.20 28.59 60.65 27.18 60.46 1.41 0.19 3 43.20 37.72 54.67 34.18 56.08 3.54 1.41 440.40 29.85 60.00 32.83 60.17 3.00 0.17 539.10 31.45 58.77 32.21 62.06 0.76 3.29 645.20 27.81 58.64 26.80 53.16 1.01 5.48 743.10 30.16 60.12 34.13 56.22 3.97 3.90 845.30 32.87 56.88 35.18 53.00 2.31 3.88 平均42.43 31.14 58.45 32.07 57.21 2.42 2.46 从表9可看出，CRI、CSR实测值与预测值之间的最大误差均小于4%，平均误差分别为2.42%和2.46%，与CRI、CSR检测的精密度接近，说明用气孔率预测CRI、CSR是有实际意义的。3.3 利用40kg试验焦炉试验数据建立配煤专家系统1990年至2007年，柳钢焦化厂炼焦配煤主要依靠20kg试验焦炉数据及配煤经验指导配煤操作，但由于煤炭资源特别是炼焦煤资源越来越紧张，单种煤矿点复杂杂、煤质量波动大，生产上的可控范围较窄，影响因素多，经验数据获得周期较长且不及时，调控速度迟缓，时常导致焦炭质量波动，稳定性差。近年来，随着柳钢焦化厂生产规模的不断扩大，全年使用炼焦煤量达到600万吨，且炼焦煤品种逐步增多，如何利用煤种各自优势、取长补短实施配煤，有效降低生产成本成为一个新的课题。为此，经过充分科学的论证，利用40kg试验焦炉炼焦试验，将单种煤的全分析数据，灰分、挥发分、G值、Y值、煤的镜质组反射率及焦炭的各项指标，M40、M10、CRI、CSR等及多年来配煤、炼焦生产的各项实践数据，经过攻关组一年多的试验、统计，运用计算机科学建立起适合本厂特点的配煤专家系统。该系统投入使用后，在原料煤管理方面，具有优化煤场的