炼焦煤及配煤结构优化试验研究

侯瑞芳

(山西西山煤气化有限责任公司，山西 太原 030205)

炼焦是对煤炭再加工的工艺，能够为不同的应用行业获得不同品质的焦煤。在实际炼焦过程中存在优质焦煤配用比例较高导致最终所得焦炭产品的成本较高。与此同时，目前焦炭市场处于供大于求的现状导致各大炼焦企业出现亏损，为提升炼焦企业的竞争力需对配煤炼焦技术进行优化[1]。经研究影响焦炭质量的因素包括有炼焦原煤的质量的均衡性、在炼焦过程中的控制能力以及炼焦配煤结构的合理性。本文着重对炼焦煤及配煤结构进行优化研究。

针对影响焦炭质量的三大因素包括：原煤质量、炼焦的控制以及配煤结构的合理性。本节着重对炼焦过程的控制进行优化，传统采用人工手段对其进行控制，为进一步保证对炼焦的控制，公司设计了配煤管理系统。基于配煤管理系统能够实现对炼焦煤各个工艺环节的科学、优化管理，为后续配煤方案的指定和优化提供一定的依据。配煤管理系统的基本构架框图，如图1所示。

如图1所示，配煤管理系统主要功能包括有数字化煤场、料仓的管理、焦炭质量的信息、供应管理和配煤质量的预测和优化方案[2]。

图1 配煤管理系统结构框架图

在配煤管理系统的基础上，只有通过进一步优化炼焦煤和配煤的结构才能够提升焦炭的质量，降低焦炭生产的成本。为此，本节着重在配煤管理系统的基础上开展炼焦煤及配煤结构的优化试验。

目前，公司炼焦煤所采用的炼焦煤配煤成分包括有1/3焦煤、肥煤、焦煤、气煤以及瘦煤，其在近些年来各种炼焦配煤的比例，如表1所示。

表1 炼焦配煤结构平均比例

如表1所示，炼焦煤的主要配煤成分为焦煤，其所占比例高达66.18%，而且焦煤的供应目前最紧张，而且焦煤的硫分较高导致所得焦炭产品的硫分偏高；其次为1/3焦煤，其作为炼焦煤的基础煤。

总的来讲，目前公司炼焦煤所存在的最为突出的问题为稀缺焦煤的占比较高，即生产成本较高。而且，由于焦煤硫分较高导致焦炭的硫分较高，因此，本着降低焦煤比例，提高瘦煤、气煤的比例已达到降低成本，提高焦炭质量的目的。

在满足各行业对焦炭质量需求的基础上，本着降低成本的原则对配煤结构进行优化。将基于40 kg小焦炉为实验设备对不同配煤结构下产品质量和成本进行对比。本次实验所采用40 kg小焦炉的炼焦工艺与我公司的一致，具体为：将不同配煤结构的煤样装入铁箱中将其送至炭化室，整个炼焦过程中的温度由计算机控制：煤样送入炭化室(温度为800 ℃)后，在17 h内将室内温度升至1 050 ℃，并在该温度下焖炉2 h后从40 kg小焦炉底部排出并采用湿法对已炼好的焦炭进行冷却处理。备注：对上述工艺过程中所得产品严格按照GB/T2005-94(冷态强度)和GB/T4000-1996(热强度)的相关规范检测[3]。

从整体考虑，应从降低焦煤使用量，提升焦炭产品质量，结合我省区域性配煤的因素主要是降低价格较高的焦煤的比例，适当增加价格偏低的气煤和瘦煤的比例。本次实验设计的炼焦配煤结构比例，如表2所示。

表2 配煤结构比例优化方案

经核算，目前我公司配煤比例下对应的成本为1 324.19 元/t；对应各个方案下的成本分别为：1#方案-1 314.05 元/t；2#方案-1 290.21 元/t；3#方案-1 300.87 元/t；4#方案-1 276.845 元/t；5#方案-1 249.96 元/t；

为衡量上述不同配煤结构对应所生产焦炭的性能差距，由于焦炭灰分、硫分以及挥发分主要与当地焦煤的质量相关，无法直观反映不同配煤结构对焦炭质量的影响[4]。因此，通过对不同配煤结构对应焦炭冷态强度和热态性能的对比得出最佳配煤结构的比例。实验数据，如表3所示。

综合表2和表3实验结果分析，得出如下结论：

表3 不同配煤结构对焦炭产品质量的影响

1)当焦煤配煤比例减少10%，适当增加肥煤、1/3焦煤以及瘦煤的比例所得焦炭产品的冷态强度得到提升，而对应的热态强度变化不明显；与此同时，成本仅降低10.14 元/t。

2)当焦煤配煤比例整体减少16%左右，在保证气煤和1/3焦煤比例不变的前提下，增加肥煤和瘦煤的比例所得焦炭产品的性能虽然都下降，但下降幅度不明显，而此时成本降低约33.98 元/t。

3)在2#方案的基础上，将气煤的比例增加5%，瘦煤的比例降低5%时，所得焦炭产品的热态和冷态强度均下降，而且生产成本也高于2#方案约10 元/t。

4)4#方案在现阶段配煤结构的基础上将焦煤比例下降22%的同时，将其他煤种的比例均适当的增加，所得焦炭产品的热态和冷态强度进一步降低当可比肩于3#方案，不同的是，4#方案的成本降低幅度最大，约为47.35 元/t。

5)5#方案在现阶段配煤结构的基础上将焦煤比例下降27%，虽然该方案对应生产成本降低最明显，但是所得焦炭产品的热态和冷态强度明显下降，即该方案不可行[5]。

综上所述，2#方案和4#方案对配煤结构的优化基本上能够符合降低生产成本，提升焦炭质量的改造目标。因此，适合于我公司的最佳配煤结构比例如下：

将焦煤的比例控制在45%～50%，将气煤的比例控制在5%～10%，将1/3焦煤的比例控制约为20%，将瘦煤的比例控制约为15%，将肥煤的比例控制约为10%。而且，在我公司当前生产规模下采用上述最优配煤结果每吨焦炭可节约成本约为40元。

焦炭作为煤炭再加工后的产品，可根据不同的用途控制炼焦工艺。为适应当前我国在焦炭行业的激烈竞争，提升焦炭质量，降低焦炭生产成本，需结合当地煤质对炼焦配煤结构和炼焦管理系统进行优化。本着降低成本，提高质量的优化思路，采用40 kg小焦炉对不同配煤结构方案下的成本和焦炭性能进行对比，最终得出适用于我公司最佳配煤结构比例如下：

焦煤比例：45～50%；气煤比例：5%～10%；1/3焦煤比例：20%；瘦煤比例：15%；肥煤比例：10%。而且，在上述配煤结构对比下对应成本节约为40 元/t。