焦粉在配煤中的应用

2005/9/9 16:10:16

　摘　要　在试验室条件下，进行了焦粉回配试验。试验表明：焦粉的添加量和粒度对焦炭质量有较大影响，回配焦粉可提高块度和抗碎强度。
　　关键词　焦粉　配煤　炼焦

Application of Coke Fines to Coking Coal Blend

Xu Weirong

(Institute of Research, Shanghai Coking and Chemical Corporation 200241)

　　Abstract　Under laboratory coking condition, the test of coke fines that blended with coal shows that the effect of the quantity and particle-size of coke fines is obviously on the quality of metallurgical coke. It is indicated that the addition of coke fines to coal blend results in the increase of lump size and crushing strength.
　　Key words 　coke fines, coal blending, coking

引　言

　　上海焦化有限公司5座焦炉年产冶金焦炭175万t左右，小于10mm的焦屑接近焦炭总产量的5%。一般外卖给水泥厂、窑厂等，其价格比进厂的任一种原料煤煤价都低许多，且时有滞销发生，为了更合理地利用资源，获取较大的经济收益，公司决定开展焦粉回配工艺生产可行性研究。
　　焦粉配煤工艺技术早在50年代就应用于炼焦工业生产，主要为捣固炼制铸造焦。本试验是在常规散装煤条件下，结合本厂煤源及冶金焦质量要求，于7kg、20kg试验焦炉上所作的焦粉回配验证试验。

1　焦粉回配的理论依据和炼焦方案的设计试验

　　焦粉由于其表面多孔，比表面积较大，在炼焦过程中，本身为惰性物，与活性组分的液态产物接触面积大，其间的结合单纯依靠固体颗粒对液相的吸附作用，因此配入量不宜过多。焦粉一方面减少了半焦收缩和固化阶段的挥发分析出量，降低了两个阶段的收缩度；另一方面由于多孔结构的刚性小，使焦饼收缩产生的应力较小，减少了焦炭的气孔率，两方面的结果都使焦炭块度和抗碎性能增加，因此，在以往的生产实践中焦粉经常被用作瘦化剂。据资料介绍，要更好地发挥焦粉的添加作用，需添加等量的粘结剂以保证和改善配合煤的煤质。
　　基于焦粉回配的理论依据，结合本公司的炉型、加煤方式(散装)和原料煤情况(配合煤以气煤为主，粘结性和结焦性欠佳)，以3%的焦粉添加量为试验基点。同时小试还对不同焦粉粒度和添加量进行了试验。

2　试验部分

2.1　试验装置及分析方法
　　本试验所用的试验装置是7kg试验焦炉、20kg试验焦炉及其配套的粉碎-炼焦-强度测定系统以及煤质、煤岩分析测试系统。
　　基氏流动度分析参照《煤炭化验手册》(1979年版，煤科院北京煤化所编)，其它分析均按GB方法进行。
2.2　试验操作要求
　　(1)　入炉煤操作指标
　　　　 7kg试验焦炉：
　　　　　　一次装煤量(干基)：7.0kg
　　　　　　配合煤细度(＜3mm)：＞90%
　　　　　　焦粉细度(＜0.2mm)：＞80%
　　　　　　配合煤水分Mad：10%
　　　　　　煤料堆比重：0.91t/m³～1.00t/m³(夯实)
　　　　　　20kg试验焦炉：
　　　　　　一次装煤量(干基)：23kg
　　　　　　配合煤细度(＜3mm)：＞90%
　　　　　　焦粉细度(＜0.2mm)：＞80%
　　　　　　配合煤水分Mad：10%
　　　　　　煤料堆比重：0.78t/m³(散装)
　　(2)　炼焦操作试验指标
　　　　 7kg试验焦炉：
　　　　　　火道温度：1050℃
　　　　　　焦饼中心温度：900℃
　　　　　　结焦时间：3h～4h
　　　　 20kg试验焦炉：
　　　　　　燃烧室温度：970℃～1050℃
　　　　　　炭化室起始炉墙温度：800℃±10℃
　　　　　　焦饼中心温度：950℃
　　　　　　结焦时间：8h
2.3　试验原料
　　1996年、1997年试验原料分别见表1和表2。

表1　1996年小试原料的质量情况

煤　种		工业分析/%			基氏流动度		G	平均最大反射率　/%
煤　种		Ad	Vd	St	塑性范围/ ℃	最大流动度/ (℃/min)	G	平均最大反射率　/%
气煤	新汶大屯	11.29 10.12	34.79 32.56	0.84 0.52	77 60	110 420	64 57	0.95 1.03
1/3焦煤	官桥开滦交口	8.33 12.24 9.00	36.40 30.56 26.39	0.72 1.01 1.60	76 85 117	300 5 000 30 000	82 83 95	1.11 1.19 1.16
肥煤	枣庄	8.82	30.45	1.83	120	40 000	94	1.05
焦煤	西山临涣	10.75 11.93	19.2 21.28	0.76 0.58	97 106	1 500 5 000	96 89	1.33 1.34
瘦煤	淮北	10.98	19.29	0.51	60	1.0	16	1.56
进口澳洲焦煤		8.77	24.29	0.69	77	1 384	800	1.14
焦屑		14.17	3.26	1.23

表2　1997年小试原料的质量情况

煤　种		工业分析/%			基氏流动度		奥亚膨胀度/ %	G
煤　种		Ad	Vd	St	塑性范围/ ℃	最大流动度/ (℃/min)	奥亚膨胀度/ %	G
气煤	新汶大屯	9.72 8.66	33.98 33.73	0.64 0.49	81 95	1084 858	13.8 13.7	73.7 67.6
肥煤	枣庄	13.23	32.78	1.60	108	15000	235.0	91.0
焦煤	天府	12.43	19.33	0.86	62	28	9.6	73.5
瘦煤	淮北	12.33	21.31	0.60	61	4	-23.8	37.6
焦屑		13.31	2.10	1.12

2.4　试验方案和配合煤质量
　　本试验第1组配煤方案是在公司常规生产三级冶金焦配煤方案基础上，添加3%焦粉的试验；第2组配煤方案是在添加3%焦粉后，进行的出口冶金焦验证试验；第3组配煤方案是焦粉的粒度试验。上述3组试验均是1996年在7kg试验焦炉上进行的，第4组配煤方案是参照1997年公司常规生产三级冶金焦配煤方案基础上，在20kg试验焦炉上进行的焦粉添加量试验。
　　表3和表4分别列出了1996年和1997年焦屑分析数据。表3是第一炼焦分厂三级冶金焦焦屑(＜10mm)的粒度分布情况。

表3　1996年焦屑分析数据

粒度分布/mm		＞5	5～2	2～1	1～0.5	0.5～0.2	0.2～0.1	0.1～0.08	0.08～0.006	＜0.006	M_t/%
筛焦楼	称重/g 占总重/%	120 31.2	120 31.2	94 24.5	13 3.4	21 5.5	10 2.6	2 0.5	1 0.3	3 0.8	20
熄焦池	称重/g 占总重/%	35 9.3	50 13.3	105 28.0	41 10.9	93 24.8	32 8.6	2 0.6	5 1.2	12 3.3	23

表4　1997年焦屑分析数据

粒度分布/mm			＞5	5～2	2～1	1～0.5	0.5～ 0.2	0.2～ 0.1	0.1～ 0.08	0.08～ 0.006	＜0.006	M_t/%
第一炼焦分厂	筛焦楼	占总重/ %	46.9	15.5	25.9	1.9	5.2	3.3	0.1	1.2	/	21
第一炼焦分厂	熄焦池	占总重/ %	0.0	5.6	77.3	2.3	10.3	3.7	0.2	0.6	/	23
第二炼焦分厂	筛焦楼	占总重/ %	25.0	19.6	29.0	1.4	2.5	17.3	2.1	2.1	1.0	22
第二炼焦分厂	熄焦池	占总重/ %	21.3	22.2	31.4	5.6	15.8	1.2	0.1	2.4	/	23

　　从表3和表4焦屑的全水分含量工业分析数据来看，基本无太大差别，粒级分布虽有较大差别，但本次试验除第3组试验外均是在球磨粉碎
(0.2mm，＞80%)基础上进行的。因此作同一原料，不分开考虑。

3　各组试验结果和讨论

3.1　第1组配煤试验讨论
　　从配合煤的分析及试验结果看，在本公司三级冶金焦常规配煤方案范围内添加3%焦粉是可行的。试验结果表明：添加3%焦粉，总焦产率有所增加，块焦率大大提高。焦炭质量中的抗碎性能(用M⁷₂₅表征)也有所提高。这与前述理论均是一致的，但焦炭质量中的耐磨指标(用M⁷₁₀表征)总体有所上升，即指标变坏。应用破碎理论，可把焦炭强度的转鼓指数看作一级破碎过程。根据焦炭的破碎特性，可分为体积破碎和表面破碎二种，体积破碎主要与焦炭的抗碎强度有关，表面破碎则主要与焦炭的耐磨强度有关。破碎是由裂纹引起的，要减少焦炭的裂纹，首要的保证条件是增强焦炭的基质，在配合煤煤质即基质受到制约的一定范围内，添加焦粉起到降低和缓解焦炭因收缩而引起的裂纹。焦粉的适量加入，焦炭体积破碎率下降。表观反映就是块度增加和抗碎强度增加，但添加焦粉也有不利之处，因焦粉基本无熔融状态，无粘结性，添加入配合煤是起骨架作用，它与配合煤(基质)是一对矛盾，会降低基质的粘结物总量。因此，在回配焦粉时要充分考虑到配合煤的煤质情况，进行适量的添加。
　　表5列出了第1组配煤试验方案的试验结果。

表5　第1组配煤试验方案及试验结果

项　　目		J-1-0-1 空白方案	J-1-1 方案2	J-1-3 方案1	J-1-4 方案4	J-1-0-2 空白方案	J-1-5 方案5
配比/%	气煤 1/3焦煤肥煤焦煤瘦煤焦粉	53 25 10 　 12	53 25 10 　 9 3	55 24 8 10 　 3	55 10 10 15 7 3	60 20 10 　 10	60 20 10 　 7 3
粘结指数G		64.38	63.90	69.74	67.75	66.02	65.54
反射率/%		1.11	1.06	1.05	1.07	1.09	1.04
(煤/焦)工业分析 /%	Ad Vd St	10.97/14.56 30.93/0.64 0.87/0.74	10.64/14.34 30.35/1.35 0.74/0.66	10.75/14.44 30.472.36 0.83/0.58	10.08/13.24 28.49/1.43 0.71/0.74	10.20/13.70 30.46/1.01 0.97/0.75	9.87/13.24 29.88/1.86 0.95/0.72
总焦产率/%		67.10	68.05	67.76	68.15	67.24	67.95
块焦率/%		20.78	67.73	63.88	56.56	25.24	70.68
鼓前＞50mm量/kg		2.59	4.21	3.85	3.77	2.58	4.18
鼓前＜10mm量/kg		0.16	0.15	0.06	0.10	0.16	0.15
焦炭质量/ %	M⁷₂₅ M⁷₁₀	77.99 9.65	79.58 13.05	77.92 9.35	78.51 10.34	81.39 8.91	76.45 11.33

3.2　第2组验证配煤试验讨论
　　在三级冶金焦回配焦粉试验结果可行的情况下，从炼焦二分厂(5号焦炉)取原料煤进行了添加3%焦粉验证试验，用于炼制出口冶金焦，验证结果表明与设想基本一致。
　　表6列出了二级冶金焦验证配煤试验结果。

表6　验证试验结果

项目		J-2-0 (常规方案)	J-2-1 方案7	J-2-2 方案6
配比/%	气煤 1/3焦煤肥煤焦煤焦粉	20 30 20 30	30 20 20 27 3	13 30 12 42 3
基氏/(℃/min)			380℃～463℃ 111	380℃～468℃ 279
粘结指数G		67.77	77.78	82.20
反射率/%		1.19	1.12	1.15
(煤/焦)工业分析/%	Ad Vd St	8.96/12.92 29.30/1.35 0.86/0.76	9.09/12.82 27.66/0.97 0.81/0.72	9.00/12.80 27.18/0.98 0.80/0.74
总焦产率/%		67.59	68.51	69.34
块焦率/%		31.83	63.57	75.67
鼓前＞50mm量/kg		2.60	4.20	3.99
鼓前＜10mm量/kg		0.16	0.15	0.08
焦炭质量/ %	M⁷₂₅ M⁷₁₀	83.42 7.85	84.45 8.05	80.68 8.02

　　从表6所得试验的焦炭质量来看，与空白方案(J-2-0)相比，焦炭质量的指标值有所变坏，3%焦粉的添加量是适宜的，再多配入焦粉显然是不适合的，特别是肥煤的量在整个配合煤中起到举足轻重的作用。
　　第1组、第2组配煤方案的试验结果，单从焦炭质量(占入鼓量的百分比)来看，抗碎强度有所提高，耐磨强度有所下降(二级冶金焦的情况有所好转，这与基质有关)，但从＞50mm的焦炭绝对量来看添加焦粉与空白方案比，前者要多，＜10mm的焦炭绝对量要少，也即是添加焦粉后焦炭的大块焦量增加焦屑量减少，见图1、图2。图3是块焦率比较(空白方案为J-1-0-1)。

106.gif (2673 bytes) 　　　 107.gif (3281 bytes)

图1　入鼓量(鼓前＞50mm焦炭量)比较　　图2　焦屑(＜10mm)量的比较　　

108.gif (3341 bytes)

图3　块焦率(＞60mm焦炭)的比较

3.3　焦粉的粒度试验
　　焦粉的添加量为3%(重量)，＜3mm占100%，J-3-2方案(＜0.2mm占16.30%)和J-3-7(＜0.2mm占80%以上)方案的试验结果列于表7。

表7　焦粉粒度试验结果

项目		J-3-0 (常规方案)	J-3-2 方案9	J-3-7 方案7
配比/%	气煤 1/3焦煤肥煤焦煤进口焦煤焦粉	30 　 10 40 20	35 　 12 30 20 3	30 20 20 27 　 3
总焦产率/%		68.27	68.95	68.51
块焦率/%		31.92	81.18	63.57
焦炭质量/ %	M⁷₂₅ M⁷₁₀	84.38 6.39	77.41 10.31	84.45 8.05

　　试验虽未添加粘结剂但增加了焦粉的细度(配方J-3-7)以后，在同量焦粉(3%)回配下，配合煤的煤质(基质)情况是配方J-3-7还不如配方J-3-2，但取得较好的焦炭质量。作为焦炭骨架的焦粉添加物，理论上认为可使焦炭气孔率减少，但其粒度要求在0.5mm以下，最好是＜0.2mm的占80%，且要均匀地细分散在组份煤中，与组份煤紧密接触，方能收到最佳效果，试验证明焦粉的添加粒度是至关重要的。
3.4　焦粉的添加量试验
　　1997年根据炼焦一分厂的配煤方案(空白配方：J-4-0)在20kg试验焦炉上进行了焦粉添加量的试验，结果见表8。

表8　20kg试验焦炉焦粉添加试验结果

		J-4-0	J-4-1	J-4-2	J-4-3
配比/%	气煤肥煤焦煤瘦粉焦粉	50 28 12 10 0	50 28 12 6 4	50 28 12 7 3	50 28 12 8 2
配煤基氏 /(℃/min)		412～531℃ 247	412～531℃ 298	421～528℃ 300	417～531℃ 300
粘结指数		73.39	76.47	77.70	78.95
(煤/焦) 工业分析 /%	Ad Vd St	11.02/ 13.03 30.56/ 1.09 1.09/ 0.98	11.06/ 14.04 29.79/ 1.28 1.15/ 0.91	11.05/ 14.03 29.98/ 1.08 0.98/ 0.90	11.04/ 13.19 30.17/ 1.07 0.92/ 0.90
总焦产率/%		68.13	75.05	71.86	70.82
块焦率/%		55.26	64.93	65.78	64.38
鼓前＞50mm量/kg		11.82	13.50	13.40	12.73
焦炭质量/ %	M₂₅ M₁₀	75.83 14.10	79.30 17.34	80.46 15.44	82.29 12.83

　　从表8的20kg试验结果看，在现有配合煤煤质情况下(肥煤配量达28%，但1997年肥煤的煤质不如1996年，粘结指数从94降到91)添加焦粉，焦炭块度随焦粉加入基本上呈增长态势，焦炭质量的抗碎强度有所增加，焦粉添加量为4%时，其耐磨强度与空白比下降较多。因此，焦粉添加量不宜超过3%。

4　结　论

4.1　根据现有煤种情况，在常规散装煤工艺条件下的回配工艺添加适量焦粉(≤3%)，在技术上是可行的。
4.2　回配焦粉，块焦率明显增加：在同样煤质情况下，不添加粘结剂，要保证焦炭质量，焦粉的细度是至关重要的。
4.3　用焦粉替代瘦煤有一定的经济效益，这为远离煤炭产地的焦化厂，提供了一条降本增效的可能途径。

作者单位：上海焦化有限公司研究院　200241

煤炭网版权与免责声明：

凡本网注明"来源：煤炭网www.coal.com.cn "的所有文字、图片和音视频稿件，版权均为"煤炭网www.coal.com.cn "独家所有，任何媒体、网站或个人在转载使用时必须注明"来源：煤炭网www.coal.com.cn "，违反者本网将依法追究责任。

本网转载并注明其他来源的稿件，是本着为读者传递更多信息的目的，并不意味着本网赞同其观点或证实其内容的真实性。其他媒体、网站或个人从本网转载使用时，必须保留本网注明的稿件来源，禁止擅自篡改稿件来源，并自负版权等法律责任。违反者本网也将依法追究责任。如本网转载稿件涉及版权等问题，请作者在两周内尽快来电或来函联系。