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Geega科普丨浅析几种焦煤的配煤炼焦性能及适配性

2022-04-08 14:17:38

我国焦煤资源量有限,目前市场上各种焦煤的质量也参差不齐。本文通过利用与某大学合作的试验结果,探究了某焦化厂采购的四种焦煤的结焦性能及其配煤炼焦。比较各种焦炭成焦率K、冷态强度及热态强度的差异,并通过运用煤岩学的方法探究几种焦煤配煤炼焦性能及适配性。

我国煤炭资源丰富,但优质炼焦煤资源有限,科学合理配煤不仅是保证焦炭质量和满足焦炉生产要求的基本措施,也是合理利用煤炭资源、节约优质炼焦精煤、降低配煤成本的有效途径。目前我国开采出来的煤炭比较年轻,变质程度较低,适合炼焦的焦煤数量比较少,同时市场上经常出现劣质煤混入优质煤中造成“混煤”的现象,对焦炭质量造成不良影响,也会损害了企业的利益。选用煤岩分析的方法,通过分析煤的镜质组反射率来鉴定煤种是目前公认最有效的方法。在配煤炼焦中,由于气煤、肥煤、焦煤和瘦煤的特性差异比较大,通过镜质组随机反射率分布图来调整各种煤的配比情况也是十分有效的手段,分布图越趋近于正态分布,几种煤的适配性就越好,配煤质量就越好,焦炭性能也就越好。

产自不同地区的焦煤质量也存在一定的差异,本文以某企业采购的不同产地的焦煤进行配煤炼焦,探究不同的焦煤在配煤炼焦中的性能及适配性。

1.试验方法

1.1实验室坩埚焦试验

采用高温电阻炉进行坩埚焦试验,原料煤样150 g,试验终温1050 ℃,在300℃及1050℃停留30分钟。将试验所得全部焦炭参照 GB /T 2006—1994《冶金焦炭机械强度的测定方法》 测定焦炭抗碎强度和耐磨强度( 本文定义为 M 13 和 M 3 ) 。

1.2煤岩分析

参照 GB /T 6948—2008《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》及GB /T 8899—1998《煤的显微组分组和矿物测定方法》 ,采用 Zeiss Imager.A2m全自动偏光显微镜测定炼焦煤镜质组平均最大反射率(R max )及其显微成分,利用 HD 型全自动显微镜光度计软件采集相关数据,并拟合得出配煤镜质组随机反射率分布图。

2.实验结果分析与讨论

2.1单种煤的特性分析

对本文中所采用的7种煤进行工业分析,以及对单煤所炼制的焦炭进行冷态强度、热态强度分析,结果如表1所示。

表1.单煤炼焦的特性数据

焦煤在配煤炼焦中是主要的配煤原料,试验用到的四种焦煤从以下进行分析

①从成焦率来看,DXJ焦煤、LXJ焦煤、HSJ焦煤的成焦率十分接近,BWJ焦煤由于挥发分含量低,因此它的成焦率最高,达到了82.36%,相比于其他三种焦煤要高出3%以上。

②从焦炭冷态强度来看,DXJ焦煤的耐磨强度为2.79%,抗碎强度达到了96.74%,这两项指标都是四种焦煤中最好的,LXJ焦煤紧随其后,相对来讲,BWJ焦煤的冷态强度要差一些,尤其是抗碎强度只有93.47%。

③从焦炭的热态强度看,反应性指数CRI越低,CSR越高,则焦炭的热态强度越好。由表1可知,DXJ焦煤的热态强度也是焦煤中最好的,它的CRI仅为26.91%,CSR高达83.83%。CRI与CSR具有呈一定的负相关性 [4][5] ,焦炭的孔隙越多,导致与CO 2 的反应点也越多,CRI也就越高,反应结束后也会造成焦炭的CSR下降。

④挥发分是形成焦炭气孔的内因 [6] ,LXJ的挥发分含量在焦煤中最高,因此 HKJ焦煤的热态强度是四种焦煤中最差的。

⑤四种焦煤中,LXJ焦煤的硫含量是最低的,仅为0.56%,而其他三种焦煤的硫含量均在2%以上,属于高硫焦煤,会造成焦炭硫含量过高,因此在考虑配煤方案时不宜多配。

2.2配煤炼焦

在配煤方案中,按照气煤∶肥煤∶瘦煤∶焦煤=30∶25∶15∶30进行配比,共150g。为了探究不同焦煤在配煤中的特性差异,因此气煤、肥煤、瘦煤都采用表1中的煤种,仅仅改变焦煤的种类。配合煤炼焦后的焦炭特性如表2所示。

表2.配煤炼焦的特性数据

从数据看,LXJ焦煤在配煤后的数据变化不大,剩下三种焦煤耐磨强度均有下降,其中DXJ焦煤的下降程度最为明显,完全没有单煤炼焦时的优势。LXJ焦煤的抗碎强度变化依旧不大,DXJ焦煤的抗碎强度下降的幅度同样是最大的。配煤后的冷态强度属LXJ焦煤最佳,耐磨强度为3.91%,抗碎强度95.60%;BWJ焦煤在单煤时的冷态强度时最差的,经过配煤后依然是四种焦煤中最差的。

从配煤炼焦后焦炭热态强度看,由于配合的气煤与肥煤热态强度不如焦煤的优良,因此四种煤的热态强度均有下降。单煤焦炭性能最好的DXJ焦煤的经过配煤后的性能下降幅度最大,说明DXJ焦煤与LXF肥煤、DTQ气煤、HNS瘦煤配合后的效果不理想,而LXJ焦煤配煤后的质量却相对稳定。

2.3煤岩组分与R max 对焦炭质量的影响

煤中的活性组分与惰性组分的含量与比例直接影响了焦炭的质量,因此了解煤的煤岩组分是十分有必要的。R max 能够判断煤样的变质程度,而镜质组随机反射率分布图能够反映变质程度的变化细节,同时能够鉴定煤样是否存在混煤的现象。

 

表3.不同焦煤的煤岩组分对比

从表3中可见,BWJ焦煤和DXJ焦煤的活惰比都很高,说明其中镜质组的含量相对比较高,而LXJ焦煤的活惰比是最低的,只有1.3。由表3可见,DXJ焦煤的R max 达到了1.688, 其煤化程度是四种焦煤中最高的 ,BWJ焦煤其次为1.450,LXJ焦煤和HSJ焦煤的R max 比较低,虽为焦煤,但判定为肥煤。

通过四种煤样的煤镜质组随机反射率分布图可以看到,四种煤样均存在不同程度的混煤现象。DXJ焦煤虽然R max 值较高,但是其的反射率分布较宽,重叠度不高,没有明显的峰值,存在明显的多处凹口。LXJ焦煤的混煤程度也比较明显,峰值出现在0.8%、1.2%,存在多处明显的凹口,由此可以判断可能是两种或以上的煤混合而成,因此可能会造成焦炭强度的不稳定性。HSJ焦煤在1.0%有个峰值,在1.0%后的峰面积比较大,相对来讲混煤的情况比较少。BWJ焦煤的峰型比较对称,峰值在1.3%左右,煤化程度比较高,凹口较少,基本没有混煤的现象。

以上是四种配合煤的煤镜质组随机反射率分布图。理想的配煤方案的分布图曲线分布均匀连续,没有大的凹口,图形呈正态分布。

从上述四个方案中可以看出,图e的曲线小凹口比较多,峰值主要出现在1.1%到1.2%。图f的曲线是最不均匀连续的,这是由于DXJ焦煤的R max 比较高,而肥煤、气煤属于中低变质程度的烟煤,它们的R max 是不高的,气煤R max 一般在0.6-0.8%之间波动,肥煤R max 一般在0.9-1.1之间波动,因此出现了断层的现象,由此可以看出DXJ焦煤单煤炼焦时,其冷态强度和热态强度都是四种焦煤中最好的,但是进行配煤炼焦时,其焦炭性能却不是最好的。图g在0.8%到0.9%处的峰值过高,根据LXJ焦煤的单煤镜质组分布图发现,这是由于LXJ煤在该处存在一个峰值的缘故,加上气煤和肥煤的影响,导致该处的峰值过高,但是整体的连续性还可以,因此,虽然LXJ焦煤存在混煤情况,但是配合煤结焦性能却良好。图h的曲线连续性要比图g要差一些,在1.0%和1.3%处有明显的凹口,但是整体上要比图a和图b的曲线好。因此,从配煤的反射率分布图看,LXJ焦煤在配合煤中的适配性比较好,图形基本呈正态分布。

3.结论

不同的焦煤其结焦性能会影响其配合煤的结焦性能,但不同的焦煤对其配合煤所产生的的影响大小不同,在配煤炼焦时需要结合煤的镜质组随机反射率分布图来推断配合煤的结焦性能。需要调整配煤的比例来使镜质组随机反射率分布图的曲线达到连续,且保证配合煤反射率在合理范围之内。在R o e指标小于1.0时,配煤质量下降,偏离越多,下降较快。在R o e指标大于1.2时,偏离越远,配煤质量也下降,但下降较慢 。当R o max在1.1至1.2之间,配煤质量可提升 [7],焦炭质量可增强。

从四种焦煤的配煤炼焦比较分析,HKJ焦煤配合煤的冷态强度最好,综合热态强度对比,LXJ焦煤硫分较低、在配合煤中的适配性比较好,可适当多用于配煤炼焦中。

参考文献:

[1] 刘洪春,李芳升. 中国焦炉的大型化之路[J]. 燃料与化工,2009,40(6):1-4.

[2] 2016-2022年中国炼焦煤行业市场调研与投资前景预测报告[M]. 国家安监局,2016.

[3] 张勋,王钰博,邓存宝. 稀缺炼焦煤资源保护性开采能控制模型[J]. 中国人口·资源与环境,2015,25(5):95-97.

[4] 陈影,付利俊,江鑫. 焦炭热态强度及其影响因素分析[J]. 燃料与化工,2013.

[5] 于青,王德全,吴子良等. 焦炭反应性和反应后强度的关系及影响因素研究[J]. 中国冶金,2012.

[6] 池学平. 煤的镜质组反射率分布在控制焦炭质量管理中的指导作用[J].辽宁科技学院学报,2008.

[7] 姚伯元. 合成配煤反射率分布图在指导炼焦配煤中的作用.