低階煤配合煤煉焦技術(shù)研究

低階煤配合煤煉焦技術(shù)研究

0中國(guó)煤炭資源量中國(guó)是最重要的自然資源大國(guó)。2017年，中國(guó)新增了約67億噸煤炭，其次是美國(guó)和俄羅斯。其中，煉焦煤已查明的資源儲(chǔ)量約為2800億t，僅占中國(guó)煤炭資源總量的27%。其中經(jīng)濟(jì)可采的煉焦煤儲(chǔ)量?jī)H646億t左右，還不到煉焦煤查明資源儲(chǔ)量的20%，真正可以生產(chǎn)和建井的資源量比例較低2013年，《特殊和稀缺煤類開(kāi)發(fā)利用管理暫行規(guī)定》正式將肥煤、焦煤、瘦煤等優(yōu)質(zhì)煉焦煤作為特殊和稀缺煤種列入保護(hù)性開(kāi)采范圍，優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源短缺在未來(lái)將會(huì)制約煉焦行業(yè)的發(fā)展1邯鄲精煉與制備煤炭的技術(shù)總結(jié)目前，主要煉焦配煤技術(shù)包括搗固煉焦技術(shù)、配型煤煉焦技術(shù)、無(wú)回收煉焦技術(shù)、煤調(diào)濕技術(shù)、煤預(yù)熱煉焦技術(shù)等。1.1提高焦炭質(zhì)量，降低煉焦源入爐煤搗固后，煤料的堆密度可由散裝煤料的約0.72t/m搗固煉焦技術(shù)，可配入更多的高揮發(fā)分或弱黏結(jié)性的低階煤，能夠擴(kuò)大煉焦煤源，降低對(duì)優(yōu)質(zhì)煉焦用煤的依賴度和降低焦炭生產(chǎn)成本。搗固焦?fàn)t焦炭質(zhì)量的提升還能提高焦炭銷售價(jià)格，從而增加銷售收入。另外，搗固煉焦工藝裝煤的污染物排放量可減少90%，從而減少環(huán)境污染。1.2配型煤煉焦技術(shù)配型煤煉焦是在煉焦裝爐煤料中按一定比例配入成型煤料進(jìn)行煉焦的技術(shù)。配型煤技術(shù)可減小配型煤粒間的間隙，有助于改善煤料的黏結(jié)性，從而可多配用弱黏結(jié)性或適量配入非黏結(jié)性煤目前工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的配型煤煉焦技術(shù)主要包括新日鐵法和住友法該2種方法。新日鐵法是粉煤和成型煤采用同樣的配比，其基本流程如下:首先取出30%經(jīng)過(guò)配合、粉碎的裝爐煤并用黏結(jié)劑成型制成型煤，然后與其余70%的裝爐煤混合裝爐煉焦1.3無(wú)排放煤氣的煉焦工藝流程簡(jiǎn)單無(wú)回收焦?fàn)t也稱熱回收焦?fàn)t，是20世紀(jì)60年代首先在美國(guó)推出的1種環(huán)保型的煉焦新技術(shù)。其主要特點(diǎn)是在煤的煉焦過(guò)程中只生產(chǎn)焦炭而不回收化學(xué)副產(chǎn)品和焦?fàn)t煤氣，基本上也不排放其他污染物，而是在煉焦過(guò)程中把產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品及煤氣等在焦?fàn)t內(nèi)通入適量空氣使其完全燃燒，用燃后所產(chǎn)生的高溫廢氣來(lái)發(fā)電或產(chǎn)生蒸汽供動(dòng)力用無(wú)回收焦?fàn)t主要優(yōu)點(diǎn):(1)煉焦工藝流程簡(jiǎn)單;(2)無(wú)污水和苯等排放;(3)因焦?fàn)t生產(chǎn)時(shí)爐內(nèi)為負(fù)壓，所以生產(chǎn)無(wú)煙塵泄露;(4)廢熱得到利用送去發(fā)電;(5)一次建設(shè)投資少。1.4煤調(diào)濕的影響煤調(diào)濕技術(shù)是將裝爐煤在入爐前將水分調(diào)節(jié)至6%左右，然后再進(jìn)行裝爐煉焦。此技術(shù)不要求最大限度除去煤料中的水分，只是把水分穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)較低的水平。對(duì)裝爐煤調(diào)濕有利于穩(wěn)定焦?fàn)t操作，降低煉焦耗熱量和改善焦炭質(zhì)量等;另外在煉焦生產(chǎn)中不會(huì)因水分過(guò)低導(dǎo)致焦?fàn)t和回收系統(tǒng)操作困難;同時(shí)此技術(shù)還可利用焦?fàn)t煙道氣、上升管粗煤氣或紅焦的余熱進(jìn)行熱交換，充分節(jié)能煤調(diào)濕技術(shù)除了具有相似于煤預(yù)熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外，因?yàn)槊毫纤址€(wěn)定在6%的水平上，使得煤料的堆密度和干餾速率穩(wěn)定，對(duì)改善高爐操作狀態(tài)、延長(zhǎng)焦?fàn)t壽命和焦?fàn)t的節(jié)能高產(chǎn)十分有利。1.5煤預(yù)熱煉焦技術(shù)煤在裝爐前用氣體載熱體或固體載熱體快速加熱到150℃～250℃，再裝入煉焦?fàn)t中煉焦，稱為煤預(yù)熱煉焦。通過(guò)煤預(yù)熱煉焦可以擴(kuò)大煉焦煤源、改善焦炭質(zhì)量、增加焦?fàn)t的生產(chǎn)能力、降低能耗和減少環(huán)境污染煤預(yù)熱煉焦技術(shù)在不降低焦炭質(zhì)量的前提下，可多配用弱黏結(jié)煤。預(yù)熱煤煉焦所得焦炭的反應(yīng)性變化不大，但反應(yīng)后強(qiáng)度明顯提高，配合煤質(zhì)量愈差，預(yù)熱煤煉焦對(duì)提高焦炭質(zhì)量的效果愈明顯。由于煤預(yù)熱大多采用效率較高的沸騰爐等流態(tài)化熱交換設(shè)備，使預(yù)熱煤煉焦比傳統(tǒng)的濕煤煉焦耗熱量降低4%左右。同時(shí)，煤預(yù)熱煉焦采用密閉的裝爐系統(tǒng)，取消了平煤操作，消除了平煤時(shí)帶出的煙塵，減少了空氣污染。由于近年來(lái)先進(jìn)煉焦配煤技術(shù)的不斷推廣，我國(guó)煉焦配煤的煤種范圍總體呈擴(kuò)大趨勢(shì)。采用搗固煉焦技術(shù)，可以保證在氣煤配入比例較高的情況下，機(jī)械強(qiáng)度仍保持一定水平。2主要?dú)饩荷a(chǎn)產(chǎn)區(qū)2017年國(guó)內(nèi)煉焦精煤產(chǎn)量為4.46億t，其中氣煤產(chǎn)量6350萬(wàn)t，占煉焦精煤總產(chǎn)量的14.2%。2017年煉焦精煤產(chǎn)量如圖1所示。我國(guó)氣精煤的主要產(chǎn)地為山西、山東、新疆等省份。2017年，山西省氣精煤產(chǎn)量為2402.9萬(wàn)t，占全國(guó)氣煤產(chǎn)量的37.8%，山東省氣精煤產(chǎn)量1406.1萬(wàn)t，占全國(guó)氣煤產(chǎn)量的22.1%，新疆氣精煤產(chǎn)量為553.2萬(wàn)t，占全國(guó)氣煤產(chǎn)量的8.7%，江蘇省氣精煤產(chǎn)量538.1萬(wàn)t，占全國(guó)氣煤產(chǎn)量的8.5%我國(guó)主要?dú)饩寒a(chǎn)區(qū)如圖2所示。2017年我國(guó)煉焦煤消費(fèi)量為5.69億t，消耗氣煤0.51億t，占總消費(fèi)量的8.96%3低碳排放量在焦洗和配煤中的研究3.1車橋煤的質(zhì)量指標(biāo)為2.試驗(yàn)選用1號(hào)、2號(hào)該2種低階煤的洗精煤(以下簡(jiǎn)稱低階洗精煤)作為煉焦配煤進(jìn)行試驗(yàn)研究。1號(hào)低階洗精煤的灰分為10.31%，干基全硫?yàn)?.52%，膠質(zhì)層最大厚度為7.5mm。按照GB/T397—2009《煉焦用煤技術(shù)條件》規(guī)定，1號(hào)低階洗精煤為灰分為11級(jí)、全硫?yàn)?級(jí)、磷含量為1級(jí)、全水分為1級(jí)，黏結(jié)指數(shù)較高，是1種優(yōu)良的煉焦煤，但1號(hào)洗精煤樣品灰分略高，黏結(jié)指數(shù)與同類氣煤相比較低。2號(hào)低階洗精煤具有特低全水分、特低灰、特低硫、低磷、弱黏結(jié)的特點(diǎn)，其變質(zhì)程度與氣煤相當(dāng)。1號(hào)低階洗精煤、2號(hào)低階洗精煤的煤質(zhì)分析均按照現(xiàn)行國(guó)標(biāo)執(zhí)行，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。3.2反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)近年來(lái)，越來(lái)越多的生產(chǎn)和科研實(shí)踐表明，煉焦煤的黏結(jié)性等化學(xué)工藝指標(biāo)并不能完全客觀反映其結(jié)焦性能，煉焦煤結(jié)焦性最直接和有效的表征手段仍然是一定規(guī)模的煉焦試驗(yàn)小焦?fàn)t實(shí)驗(yàn)生成焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度是反映焦煤結(jié)焦性的直接指標(biāo)，用來(lái)評(píng)價(jià)焦炭的熱性質(zhì)根據(jù)國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)結(jié)焦性的判斷方法以及國(guó)外煤炭分類習(xí)慣，一般將小焦?fàn)t實(shí)驗(yàn)反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)檢測(cè)值50作為1個(gè)界限值，習(xí)慣上認(rèn)為50以下為結(jié)焦性較差的煤，同時(shí)國(guó)外一般將50以上作為硬質(zhì)焦煤的最低標(biāo)準(zhǔn)為了便于在相同其他原料煤和配合煤配比的前提下，對(duì)比配入氣精煤和替換之前配合煤的成焦性能和焦炭特性，試驗(yàn)選取某焦化廠的配合煤，分別用1號(hào)低階洗精煤、2號(hào)低階洗精煤替代原配合煤中的一種煤進(jìn)行40kg焦?fàn)t試驗(yàn)。方案中每組配比均煉制2爐焦炭，煉焦結(jié)果取其平均值。3.3配合煤2灰分略低設(shè)定原配合煤為配合煤1，設(shè)定加入了8%的1號(hào)低階洗精煤的配合煤為配合煤2。配合煤2的煤質(zhì)特性見(jiàn)表3。與配合煤1相比，由于加入的1號(hào)低階洗精煤的灰分略高，全硫略低，黏結(jié)性較弱，故配合煤2灰分略高，硫分略低。設(shè)定含28%的1/2中黏煤的配合煤為配合煤3，采用2號(hào)低階洗精煤去替代配合煤3中10%的1/2中黏煤，所得到的配合煤為配合煤4，配合煤3和配合煤4的煤質(zhì)特性見(jiàn)表4。3.3煤4焦炭質(zhì)量分析經(jīng)過(guò)40kg煉焦試驗(yàn)后，配合煤1所產(chǎn)出的1號(hào)焦炭、及配合煤2所產(chǎn)出的2號(hào)焦炭的分析結(jié)果見(jiàn)表5。根據(jù)表5可看出，2號(hào)焦炭的灰分、全硫高于1號(hào)焦炭，而冷強(qiáng)度(M經(jīng)過(guò)40kg煉焦試驗(yàn)后，配合煤3所產(chǎn)出的3號(hào)焦炭、及配合煤4所產(chǎn)出的4號(hào)焦炭的分析結(jié)果見(jiàn)表6。根據(jù)表6可看出，4號(hào)焦炭與3號(hào)焦炭的灰分、全硫基本相同，冷強(qiáng)度(M煉焦過(guò)程中，配合煤的灰分全部轉(zhuǎn)入焦炭中。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，焦炭的灰分每增加1%，焦炭的強(qiáng)度下降2.2%，焦炭用量增加2%～2.5%，焦比增加1.17%，高爐生產(chǎn)能力降低2.2%，生鐵成本上升0.72%。同時(shí)，灰分也是影響煉焦煤的銷售價(jià)格的1個(gè)重要指標(biāo)。2號(hào)低階洗精煤樣品灰分略高，導(dǎo)致2號(hào)焦炭的灰分高于1號(hào)焦炭。低階洗精煤作為煉焦配煤，為了不影響焦炭質(zhì)量，保證銷售價(jià)格，應(yīng)降低灰分。在煉焦過(guò)程中，煤中的硫大約有80%～85%保留到焦炭中，而焦炭中的硫分會(huì)嚴(yán)重影響生鐵的質(zhì)量。焦炭硫分每增加0.1%，石灰石和焦比分別增加2.0%，生鐵減產(chǎn)2%～2.5%4煉焦廠配煤方案我國(guó)煉焦煤資源稀缺，優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源短缺未來(lái)將制約煉焦行業(yè)的發(fā)展。作為煉焦煤中儲(chǔ)量最大的氣煤，部分用作動(dòng)力煤銷售。近年來(lái)，在先進(jìn)煉焦配煤技術(shù)的不斷推廣下，我國(guó)煉焦配煤的煤種范圍不斷擴(kuò)大。特別是搗固煉焦技術(shù)，可以保證配入比例較高的氣煤。通過(guò)在相同其他原料煤和配合煤配比的前提下，分別用1號(hào)低階洗精煤、2號(hào)低階洗精煤替代原配合煤中的一種煤