捣固焦炭热态强度的影响因素与精准配煤措施_吴延锐.pdf

工艺管控134|2023年05月2.2 岩相配合煤中活性组分与惰性组分比例过高或过低都会对焦炭强度造成影响，配合煤的岩相指标如镜质组最大反射率、反射率分布范围、标准偏差及分布图、活惰比也是配煤中的重要参考指标，是否合理对焦炭强度同样重要。岩相组成不同，焦炭强度差异较大，合理结构框架的设定，将各种煤排列组合，是配煤过程的指导思想。2.3 G 值煤炭 G 值是指煤炭的黏结指数，该指数会影响到炼焦过程中焦炭的结合程度。煤的黏结性是由胶质体的数量和品质决定的，胶质体中可液化物质多、流动性能好，就能填充焦炭微观下的颗粒空隙，从而发生黏合作用。因此 G 值可以作为单种煤结焦性的一个初步直观判断。如表 1 所示。2.4 Y 值煤炭 Y 值是指煤的最大胶质层厚度，是在实验过程中用实验探针测量后加权平均得到的数据，表征煤的胶质层数量、流动性、热稳定性和透气性，在配煤过程中需要有一定的 Y 值才能生产出合格的焦炭。1 概述捣固炼焦技术是将配合煤在捣固机内捣固成煤饼后，推入炭化室内炼焦的技术。煤料经捣固后，由于煤粒间接触更加紧密，堆密度提高，改善了煤料的结焦性能和提高了焦炭的机械强度，受到下游用户的欢迎。配煤工作是焦化企业确保捣固焦炭质量的重心工作。山东铁雄新沙能源有限公司(以下称新沙公司)地处山东能源集团煤矿的腹地，周边拥有优质的 1/3 焦煤、肥煤和气煤，作为独立焦化企业在配煤方面具有得天独厚的优势。自 2019 年生产以来新沙公司一直致力于炼焦煤和焦炭的研究，经过近 15 年的经验摸索，通过研究配煤技术，在提高捣固焦炭强度方面也摸索了一些经验。2 影响焦炭强度的因素2.1 灰分煤的部分灰成分含有铁、钾、钠、钙、钾、锶等氧化性物质对焦炭反应性有正反应作用，含量增加时，反应性上升，反应后强度下降，一般通过荧光分析可以参考测定以上金属含量。捣固焦炭热态强度的影响因素与精准配煤措施吴延锐1,2(1.山东科技大学经管学院，山东 菏泽 274900；2.山东铁雄新沙能源有限公司，山东 菏泽 274900)摘要：文章从影响焦炭强度的因素分析出发，介绍了 G 值、Y 值、奥亚膨胀度、岩相分析等主要试验方法，并根据对配煤工作的理解，分享了新沙公司在构建配煤结构、小焦炉实验、提高皮带秤的准确性以及拉长火焰的一些做法，最后归纳了科学配煤指导思路，以便于分析捣固焦炭强度波动原因，提高配煤精准性。关键词：精准配煤；捣固焦炭强度；岩相分析；小焦炉；高向加热中图分类号：TQ520 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)14-0134-04DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.14.040Factors Affecting the Thermal Strength of Stamp Charged Coke and Precise Coal Blending MeasuresWU Yan-rui1,2(1.College of Economics and Management,Shandong University of Science and Technology,Heze 274900,China;2.Shandong Tiexong Xinsha Energy Co.,Ltd.,Heze 274900,China)Abstract:Based on the analysis of factors affecting coke strength,this paper introduces the main test methods such as G value,Y value,Aoya expansion and petrographic analysis,and shares some practices of Xinsha Company in building coal blending structure,small coke oven experiment,improving the accuracy of belt weigher and lengthening the flame according to the understanding of coal blending work.Finally,the guiding ideology for scientific coal blending was summarized to facilitate the analysis of the reasons for fluctuations in the strength of tamped coke and improve the accuracy of coal blending.Keywords:accurate coal blending;stamp charged coke strength;petrographic analysis;small coke oven;high direction heating2023年05月|135个重要方面，在实际下煤过程中存在个别配种下多、个别煤种下少的情况，导致焦炭强度出现波动。在新建焦化配煤皮带秤一般采用核子称进行计量，计量相对来说比较准确；大部分生产的焦化企业以电子秤为主，出现零点漂移、K 值漂移导致配煤不准确的情况，时有发生，这就需要配煤技术人员将皮带秤的校准做为保证配煤准确的一项重要工作。2.12 配煤过程中杂物的添加在炼焦生产过程中产生的一些污泥、焦油渣、余煤、高盐废水、杂盐等物质，通过危废处理会增加较大的处理成本。在焦化生产过程中将杂物加入配煤的做法，是大部分企业都采取的惯常方式，但是如果添加不合理，会对焦炭强度产生不同程度的影响，也会间接影响配煤成本。杂物的添加需要大量的实验和实践数据支撑，需不断摸索添加量经验，规避对焦炭强度的影响。3 精准配煤的相关实验方法3.1 G 值测定制取一定质量的试验煤样和标准无烟煤，在一定的条件下混合后干馏成焦，计算混合成焦的焦块的强度，从而反映其煤种的黏结指数，以表示试验煤样黏结性、结焦性、融惰能力。3.2 Y 值测定将一定质量的煤样装入煤杯，以规定的升温速度进行单侧加热，使煤样形成半焦层期间释放胶质体的最大数量，为煤炭胶质层最大厚度。根据实验记录的体积曲线测得最终收缩度值，其实验反映煤种的胶质体数量及热稳定性3.3 奥阿膨胀度(奥亚膨胀度)测定将试验煤样按标准制成一定规格的煤笔，放在标准口径的膨胀钢管内，钢管上面有一根能在管内自由上下滑动的膨胀钢杆。膨胀钢管放在专用的电炉内，以设置的升温曲线进行均匀加热，在加热过程中记录膨胀杆的上下滑动距离的曲线。依据位移曲线得出最大膨胀度 b 值，最大收缩度 a 值，并根据曲线判断出 b负值、b 零、仅收缩类别，其实验反映出烟煤的软化温度、硬化温度、塑性区间。3.4 基氏流动度(基式流动度)测定将一定质量的实验煤样装入坩埚，放入金属浴2.5 X 值煤的 X 值表示最终收缩度，即半焦收缩的程度，一般使用配合煤测定，主要表征在炼焦过程中煤饼变成焦饼收缩的范围，在实际配煤过程中，必须考虑配合煤的 X 值，防止焦饼收缩不够产生推焦困难的情况，影响炼焦生产。2.6 水分配合煤水分变化焦炭热强度也具有一定的影响。配合煤水分增大会导致配合煤会填充煤饼空间，捣固系数偏低，焦炭出现生焦，生产出来的焦炭气孔较多，甚至出现黑头泡焦，焦炭热强度降低。而配合煤在实际控制过程中，因来煤水分的不稳定使配合煤水分波动较大，炼焦过程又不能及时根据水分变化对炉温进行调整，使焦炭质量出现较大波动。2.7 细度配合煤细度控制在 86%90%，细度不够，配合煤掺混不充分，成焦过程不均匀，导致强度低。如果细度偏高高，比表面积增大，活性组分在炼焦过程被煤气带走，胶质体变少，从而影响焦炭强度。2.8 结焦时间焦炭成熟以后，经碳过程化挥发分降低，焦炭更加紧密，焦炭热态强度合格的目的。结焦时间不够导致焦炭收缩或者固化阶段没有完全完成，碳化时间不足，导致焦炭强度受一定影响。2.9 标准温度的控制标准温度的制定参照焦饼中心温度的测量结果，如果标准温度控制偏低，焦炭的挥发份不能够充分挥发，焦炭内部结构松散，膨胀过程不能完全到位，导致出现生焦，影响焦炭强度。2.10 干熄炉停留时间目前在干熄焦普及的年代，焦炭在干熄炉的停留时间也是影响焦炭强度的一个方面，在 970 以上的温度下可以加速焦炭的热分解，使焦炭得到二次熔炼，达到提高强度的目的，而在干熄炉停留的时间也是区别焦炭强度的一个方面。以山东铁雄新沙能源有限公司为例：两座焦炉满负荷生产停留时间为 4.7 h，单座焦炉如一期 2#炉生产停留时间为 6.6 h1。2.11 配煤准确性配煤方案的制定是一个重要方面，实际的也是一表1 新沙公司常用煤种G值区间分布煤种气煤1/3焦煤肥煤主焦煤瘦煤贫瘦煤G 值区间40856590909765972065015工艺管控136|2023年05月(5)G 值、Y 值在炼焦过程中与强度属于正向线性相关性系数关系，主焦煤的 G 值相关性系数最高，但是不同的主焦相关性系数也不相同。5 新沙公司保证焦炭强度的几点做法5.1 构建科学配煤的结构新沙公司周边矿点以 1/3 焦、肥煤、气煤为主，经过15年来的经验摸索，逐渐形成了以气煤、1/3焦为主框架，辅助主焦、贫瘦煤，构成现有配煤结构，如表 2 所示。由于配煤过程中既要兼顾配煤成本又要兼顾焦炭强度，因此气煤主要选用山东能源旗下的鲍店、兴隆庄、唐口、彭庄、梁宝寺等单一煤种为主，标准方差 S0.1；1/3 焦选用附近矿点赵楼、郭屯、鹿洼、付村等单一煤种为主，标准方差 S0.13；主焦采用山西柳林、吕梁一带高强度主焦煤为主标准方差 S0.1；贫瘦煤选用山西长治、河南鹤壁一带贫瘦煤为主，标准方差 S0.132。5.2 利用小焦炉试验进行指导5.2.1 小焦炉试验利用小焦炉试验结果，建立主焦煤、瘦焦煤、肥煤、1/3 焦煤单种煤强度台账，对配煤方案的选择进行指导，将经验值逐步数据化、规范化。同时，利用小焦炉对配煤方案进行验证，根据小焦炉和焦炉生产线的温度差异，求同存异，找出预测焦炭强度差异，指导配煤方案的制定。5.2.2 铁箱试验按照试验方案将人工配置均匀的配合煤捣固成形，使用标准铁箱的装入煤箱，进入碳化室，借助焦炉生产线的温度环境进行试验，通过铁箱实验结果，进行对比，确定最佳配煤方案，保证焦炭的热态强度。5.3 提高皮带秤的准确性5.3.1 煤仓形式皮带秤校正检测人员在不影响生产用煤的前提下，将煤仓现(提前加热)，按照标准升温曲线进行升温。煤样受热后形成胶质体，由于阻力降低，坩埚上方的搅拌桨开始旋转，将转速按照分度进行测量得出的数据就是煤样的胶质体在流动的状态下的最大动角速度，基氏流动度是表征煤在热解过程中所生成胶质体流动性的指标，能够反映煤炭的可塑性。3.5 岩相分析使用一定质量的煤样制取粉煤光片，在反光显微镜中放入 20 点网格片，根据各种显微组分为镜质组、惰质组和壳质组，依据在网格交点下的数量来鉴定显微煤岩类型、显微矿化类型和显微矿质类型，用数点统计每种类型的体积分数，其实验反映出煤种的镜质体的反射率从而定性煤种的煤化程度和特性，获得煤岩测试结果，对科学配煤具有重要的指导意义，如图 1 所示。4 煤炭G 值、Y 值在焦炭强度的作用(1)G 值在结焦过程起到一个粘结剂或者是说能够起到一定的骨架作用，但是不同煤种和岩相中不同正态分布的的煤起到作用是不完全一样的，这就需要有一个经验的判断。(2)黏结高的煤并不一定黏结能力强。如常见的肥煤、1/3 焦煤强黏煤同样的黏结经过小焦炉试验后，冷热强度差异较大。(3)相同 G 值的主焦煤或瘦煤在配煤炼焦中可能并不能起到骨架作用，反而起到破坏的作用，如青海、新疆、俄罗斯等煤种灰成分碱金属含量偏高，导致焦炭加剧反应，导致热强度变差。(4)配煤过程中将不同煤种的 G 值加权平均累加后，得到的配合煤 G 值是不完全一样的，其在结焦过程起到的作用也大相径庭，通俗的说，如：