国内外煤资源情况与优化配煤技术

1．背景近年来，我国国民经济的持续高速发展极大地刺激了对钢铁的需求，因而强力拉动了炼焦生产的高速度发展。2006年焦炭产量达到29768万吨，同比增长17．14％，机焦26279万吨，同比增长l8．36％，占88．28％，土焦、改良焦1450万吨，占4．9％，半焦、无回收焦炉焦1784万吨，占6％，焦炭出口1450万吨。焦炭产能的快速扩张导致炼焦煤供应紧张，炼焦煤价格大幅度升高，又由于高炉大型化、喷吹煤粉等技术的应用，对焦炭质量提出了更高的要求，致使优质炼焦煤供应更加紧张。同时，由于焦炭产能过剩，焦炭价格低迷。焦化行业面临着煤炭资源供应紧张和经济效益低下的双重压力，如何合理利用煤炭资源，提高企业经济效益，满足钢铁工业持续发展是摆在焦化企业面前的紧迫任务，也是长期任务。2．国内外煤资源情况2．1国内煤资源情况我国煤炭资源丰富，但炼焦用煤种只占已查明煤炭资源储量的26％(2675亿吨)，至2001年底，中国炼焦煤种探明可采储量为660亿吨。在炼焦煤种资源中，由于煤的性质和质量等原因，并非所有的煤均可用于炼焦。Et前实际生产的炼焦煤中约有50％用于生产炼焦精煤，其它均作为动力煤使用，使炼焦用煤更趋紧张2．3拓展炼焦煤资源2，5．{充分利用国外优质炼焦煤资源我国炼焦煤中优质焦煤和肥煤十分缺乏，开采和使用比例严重失调。为解决我国经济长期稳定发展与炼焦煤资源供应的协调，东部沿海省份应考虑多从国外进口优质焦、肥煤，各边境省份可从临近国家进口炼焦煤，减轻国内资源和运输压力，保护我国的炼焦煤资源。目前我国主要从澳大利亚和加拿大等国进口炼焦煤。政府应制定政策鼓励进口优质炼焦煤，同时限制炼焦煤出口。2．5．2添加添加剂和非炼焦煤炼焦煤沥青、焦油渣加入配煤中可提高配合煤的粘结性，减少强粘结性煤的配入量或增加弱粘结性煤的配入量。该方法适于配煤粘结性偏低、强粘结性煤缺乏或煤沥青销路不畅的企业应用。随着我国焦炭产量的激增及煤焦油加工能力的提高，焦油渣和煤沥青产量大幅度提高，为炼焦配煤配加提供了物质基础。配加煤沥青或焦油渣炼焦会带来装煤困难和上升管结右墨等问题，可采用与煤料压块装炉一即型块配煤方式解决。对于配煤粘结性较高的企业，可以考虑配加优质的不粘煤、无烟煤、延迟焦、焦粉等，既可以针对性地改善焦炭质量，又可以节省炼焦煤资源。3．优化配煤技术3．1高炉对焦炭质量的要求和焦化生产面临的问题由于高炉容积目趋增大和风口喷煤量日渐提高，焦炭在高炉中停留时间随之增长，焦炭在高炉中劣化加剧。因此，提高焦炭质量是企业的紧迫任务。目前，评价焦炭质量的主要指标有：灰、硫、M。。、M⋯反应性(CRI)和反应后强度(CSR)。我国几家大型钢铁企业的大型高炉焦炭质量达到以下指标：Aad≤I2．5、St，d≤0．7、M40≥82、M10≤7、CRI≤30、CSR≥57。有些企业的焦炭质量远高于以上指标。焦炭质量不稳定，高炉的对应措施是提高焦比。如能将焦炭质量稳定在波动范围的下限，不仅降低了焦炭原料成本，而且有效保护了稀缺的中变质程度煤的有限资源。因此，提高焦炭质量，首先应是稳定焦炭质量。在当前煤炭市场资源紧张、秩序混乱和焦化厂储煤场地相对显得局促的情况下，实际上，稳定焦炭质量是相当困难的。目前，大多数大、中型焦化厂供煤点比计划经济时代大幅度增多，供煤单位除了煤矿，洗煤厂，还出现供煤的中间商，再加上某些供煤单位为了追求利润，利用煤分类和其分类指标本身存在的问题，使提供的牌号煤出现人为混煤现象。使原本技术基础不够牢固的经验配煤屡屡出现经验失灵现象。3．2焦炭质量的控制与预测3．2．1炼焦煤的评价与分类及分组为合理地使用炼焦煤，炼焦生产企业对其进行分类及分组组和评价，据此，指导炼焦生产出质量满足用户要求的焦炭。通常，炼焦生产企业依据国家烟煤分类标准对炼焦用煤的分类和分组方法进行采购、使用。但由于国标烟煤分类技术指标的局限性和煤结构的复杂性，使得属于同一牌号的炼焦煤单独炼焦时，得到的焦炭质量相差悬殊，在炼焦配煤中的作用有很大差异。因此如何对炼焦用煤进行评价、分类、分组，从而，合理采购和使用，对炼焦生产企业就是一项十分重要的研究课题。中国现行煤分类以挥发分为主要分类指标，煤的挥发分是表征煤的变质程度的指标。同一种煤中的镜质组、丝质组和稳定组具有不同产率的挥发分。煤中稳定组合量高的煤，用挥发分表征煤的变质程度会比实际偏低；反之，丝质组含量低，煤的变质程度会比实际偏高。另一项分类指标是煤的粘结性指标，粘结指数G、胶质层最大厚度Y和奥阿膨胀度b。其中，胶质层厚度仅仅是煤胶质体数量的指标，不是质量指标。因此，胶质层厚度相近的煤，焦炭质量可以相差很大。对于炼焦工作者来说，目前的煤分类，对于不同煤田相同牌号的煤在炼焦过程中不经炼焦试验不能确认其是否有互换性。镜质组平均最大反射率Rmax、粘结指数G、胶质层最大厚度Y等。煤的变质程度：挥发分和镜质组平均最大反射率均是反映煤的变质程度的技术指标。挥发分测定方法简单、迅速、准确，但影响煤的挥发分的因素有：煤岩组成。煤的粘结性：选用粘结指数G，其意义是烟煤干馏时粘结其自身或外来的惰性物质的能力。胶质体数量：胶质层最大厚度Y表示胶质体的数量，不能反映胶质体的质量。为全面反应煤的粘结特性，还经常使用奥阿膨胀度和基氏流动度指标。结焦性：结焦性通常以单种煤或配合煤用4r)公斤或200公斤试验焦炉炼焦试验得到的焦炭强度来表示。按照评价方法应简单、迅速、科学合理的原则，首先用煤的灰分、挥发分、胶质层厚度、粘结指数初步评价煤的变质程度、胶质体数量、粘结性；用煤的镜质组反射率进一步分析煤的变质程度，用煤的反射率分布图分析煤的混质程度。最后进行试验焦炉炼焦试验评价煤的结焦性。综合考虑煤的各项指标后，划分类别和组别。5，2．2根据炼焦煤煤质考旨标控割与预测焦炭质量如前所述，目前，评价焦炭质量的主要指标有：灰、硫、M⋯M⋯反应性(CRI)和反应后强度(CSR)。5．2．2．1焦炭灰分的控制与预测煤中的灰分在炼焦时全部转入焦炭中。因此，算出或测出配合煤的灰分，根据成焦率就可以较准确的预测出焦炭的灰分，从而控制焦炭的灰分。也有企业根据生产数据得出的统计公式或预测模型预测和控制焦炭灰分。5．2．2．2焦炭硫分的控制与预测煤中的硫分在炼焦时一部分转入焦炭中，其余部分转入荒煤气中。因此，算出或测出配合煤的硫分，根据成焦率和煤中硫在焦炭和荒煤气中的分配系数也可以较准确的预测出焦炭的硫分，从而控制焦炭的硫分。也有企业根据生产数据得出的统计公式或预测模型预测和控制焦炭硫分。3．2．2．6焦炭冷强度M⋯M，。的控制与预测焦炭冷强度M⋯M。。主要与配合煤的挥发分、粘结性和结焦性及惰性组分含量等指标相关。在气煤、l／3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤在配煤中煤种齐全且配比范围合理的条件下，焦炭的冷强度也能实现较好的控制与预测。焦化企业大多是根据生产数据和经验得出的统计公式或预测模型预测和控制焦炭冷强度。3．2．2．4焦炭热强度cRl、csR的控制与预测焦炭热强度CRI、CSR主要与配合煤的反射率分布、粘结性和结焦性、惰性组分含量、灰成分(灰催化指数)等指标相关。在气煤、l／3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤在配煤中煤种齐全且配比范围合理的条件下，焦炭的热强度也能实现一定程度的控制与预测。焦化企业大多是根据生产数据和经验预测和控制焦炭热强度，也有企业根据生产数据和经验得出的统计公式或预测模型预测和控制焦炭热强度。但焦炭热强度的控制和预测远比其他指标难。实际情况是：大部分企业其他指标控制较好，而热强度指标波动大且较难控制，规律难寻。目前，许多研究单位、大专院校和生产企业均在开展焦炭热强度的研究工作。根据生产经验：焦化厂生产配煤的工艺指标一般可以控制在：Vad25～28％，Y15～18mm，粘结指数G72～82，奥亚膨胀度b30～50％，基氏流动度100～2000，反射率Rrdm1．00～1．08，惰性组分28～32％。配煤比合理，控制好这些指标，正常情况下，就能生产出较好的焦炭。尤其是冷态强度能达到一，二级冶金焦炭质量标准。热态强度多数情况可以达到较好水平，但可能波动较大。5．2．3单种煤及其焦炭热性质的关系单种煤的结焦特性是配合煤结焦特性的基础，了解并掌握单种煤的结焦特性，尤其是对影响单种煤炼焦所获焦炭热性质的煤质指标进行系统分析与研究，是指导配煤炼焦的重要依据。5．2．4配合煤煤质指标与焦炭热性质的关系由于通过单利，煤焦炭热性质的加权平均值来求得配合煤焦炭热性质是很困难的。因此，进一步考察了配合煤煤质指标与焦炭质量的关系，以求找到预测配合煤焦炭热性顷的方法，从而指导配煤炼焦。在研究配合煤煤质指标意义及与焦炭热性质的关系时，配合煤矿物质催化指数、反射率使用的是单种煤矿物质催化指数、反射率的加权平均值，其它配合煤煤质指标则是实测值。3．3推动配煤技术进步，合理利用宝贵的炼焦煤资源近年来，通过增加优质炼焦煤的配用量，我国的焦炭质量有了明显的提高焦炭的冷、热态强度提高，焦炭的灰分、硫分降低。但在原料煤配比选择和焦炭质量控制上主要仍是延用多年来传统的技术方式，仍根据生产经验以挥发分(V俐)、胶质层厚度(y)及粘结指数(G)为主要控制指标开展配煤工作，配煤技术较多停留在定性的、经验的阶段。随着高炉冶炼技术的提高，要求焦炭质量灰、硫、冷强度和热强度稳定和提高。传统的经验配煤由于不能很好地实现从定性到定量的转化，尤其是对热强度的控制难以奏效，若原料煤中有混合煤，就使得焦炭质量控制更加困难，企业只好多配用优质炼焦煤来保证焦炭各项质量指标不低于目标值，使企业的配煤成本增加且浪费了宝贵的优质炼焦煤。采用煤岩学配煤是解决这一问题的有效方法。3．3．1采用煤岩配煤技术开展科学配煤5．5．1．1煤岩配煤技术的概念煤岩配煤技术是根据煤岩学的原理，利用煤岩学的检测方法和煤岩参数，指导炼焦原料煤管理、配合及其它煤焦工艺参数的调整，预测、控制焦炭质量，以达到稳定、提高焦炭质量、合理利用煤炭资源、降低生产成本的技术理论和技术方法。煤岩配煤的发展已经形成几条公认的基本原理：(1)煤是不均一的物质，煤是一种复杂的有机物质和无机物质的混合体。煤中有机物质的性质不同，在配煤中的作用不同。因此，可以说每种煤都是天然的配煤。根据煤在加热过程中的变化，把煤的有机物质按其在加热过程中能熔融并产生活性键的成分，视作有粘结性的活性成分；加热不能熔融的、不产生活性键的为没有粘结性的惰性成分。(2)一种煤的活性成分的质量不是均一的，这可用反射率分布图来说明。活性成分的质量差别可以很大，不但不同变质程度煤差别大，而且即使是同一种煤，所含的活性成分的质量也可有相当的差别。如果以反射率表示一种单种煤中所含不同性质的活性成分(指镜质组)的组成，则每一种煤的活性成分反射率图都大体成正态分布。这使得煤镜质组反射率分布成为鉴别混煤的唯一有效方法。(3)惰性组分与活性成分一样，同是配煤中不可缺少的成分，其含量的多少是决定配煤性质的又一重要指标。任何一种合理的炼焦配煤方案，都是不同质量(4)成焦过程中，不是煤粒相互熔融成均一焦炭的过程，而是通过煤粒间的界面反应、键合而连接成为焦块。