低灰中硫焦煤在太钢配煤体系中的研究与应用

2019-11-29史永林屈秀珍

煤化工 2019年5期

贺佳，史永林，屈秀珍

（1.山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原 030003；2.山西太钢不锈钢股份有限公司焦化厂，山西太原 030003）

山西太钢不锈钢股份有限公司（简称太钢）分别于2006年8月、2007年11月和2013年11月建成投产了3×70孔7.63 m焦炉。7.63 m焦炉是目前亚洲炭化室最高、单孔炭化室容积最大的焦炉，集中了炼焦工艺、焦炉机械、焦炉自动控制等方面的先进技术，代表当今世界炼焦技术的发展方向。太钢3×70孔7.63 m焦炉配套荒煤气负压操作（PROven）和焦炉烟气脱硫脱硝、煤调湿、全封闭的煤罐储配煤、生化废水处理及化产品回收等系统，主要产品有焦炭、焦炉煤气、焦油、轻苯和硫铵等。

焦煤在世界范围内是稀缺资源之一，我国焦煤储量仅占煤炭储量的10%。山西焦煤主要分布在西山、古交、离石、柳林、乡宁和霍州等矿区[1]。山西优质炼焦煤资源稀缺，比较适宜炼焦的资源大约在900亿t，低灰、低硫的优质炼焦煤大约占炼焦煤查明资源储量的12%，而优质的焦煤和肥煤仅占2.5%[2]。

2000年以来，以4 350 m3高炉和5 500 m3高炉为代表的一批大型高炉在国内相继投产运行，大型高炉对焦炭质量提出了更高的要求，使得优质炼焦煤资源价格持续攀升，焦化企业的配煤成本持续升高。为此，太钢从2018年开始进行在配煤体系中配用低灰中硫焦煤的技术研究，以降低焦炭灰分和配煤成本，扩大中硫炼焦用煤资源利用率。

1 太钢配煤体系中单种煤质量指标

太钢现行配煤体系中在用炼焦煤有7种，其中焦煤3种、肥煤2种、1/3焦煤和瘦煤各1种，各单种煤均产自山西省内。单种煤质量指标见表1。

表1 单种煤质量指标

由表1可知，太钢在用的3种焦煤硫分均在1.0%以下，灰分普遍偏高，其中1#和3#焦煤灰分均在10.0%以上，只有2#焦煤灰分在9.5%左右。由于现行配煤体系中低灰焦煤较少，而且单种煤入厂灰分波动较大，个别单种煤灰分最高值和最低值相差1.0%以上，不利于稳定控制焦炭灰分。由于煤炭价格与其质量指标紧密相关，采购低灰炼焦煤资源势必导致成本升高。太钢4 350 m3高炉对焦炭灰分指标要求高且管控严格，但高炉脱硫能力强，对焦炭硫分有一定的裕量空间。为了降低焦炭灰分，同时控制配煤成本，对单种煤灰分指标提高标准，对硫分指标放宽要求，寻求质量指标与煤炭价格的平衡点，所以在炼焦煤市场寻求低灰中硫焦煤，进行开发研究以替代3#焦煤。

2 低灰中硫焦煤应用开发

2.1 单种煤煤质分析

2018年太钢共考察、研究了5种低灰中硫焦煤，分别表示为：JM1、JM2、JM3、JM4、JM5，5 种低灰中硫焦煤质量指标见表2，反射率图见图1。

表2 5种低灰中硫焦煤质量指标

图1 5种低灰中硫焦煤反射率图

由表2可知，5种低灰中硫焦煤灰分均在9.0%左右，硫分在1.20%～1.30%，黏结指数均在 80以上，胶质层厚度有所差异。从煤岩指标及反射率图来看：JM1、JM2、JM4 煤质指标较好，反射率均在 1.2%～1.5%，反射率标准差都在0.1%以内，属于单种炼焦煤。JM3反射率的标准差为0.099%，从该煤种的反射率图中可以看出，其反射率起始出峰位置前移至0.95%，而且反射率在1.30%～1.35%处有一个凹口，说明该煤种是混合煤，不宜作为研究开发资源。JM5反射率的标准差为0.177%，同时从该煤种的反射率图中可以看出，其反射率起始出峰位置前移至1.0%，而且反射率在1.20%～1.30%处有一个凹口，说明该煤种是混合煤，不宜作为研究开发资源。鉴于JM1、JM2、JM4与3#焦煤的煤质指标相近，有些指标甚至优于3#焦煤，所以可以考虑作为替代资源使用。

2.2 单种煤40 kg焦炉炼焦试验

为考察JM1、JM2、JM4低灰中硫焦煤的结焦性能，利用40 kg焦炉进行单种煤炼焦试验，所得焦炭质量指标见表3。

表3 单种煤40 kg焦炉炼焦试验所得焦炭质量指标%

从所炼焦炭冷、热态强度方面综合评价，JM1所炼焦炭质量最好，JM2所炼焦炭质量较差。从煤中硫分迁移方面来看，JM1和JM2煤中硫分向焦炭迁移的转化率较高，均在80%以上；JM4煤中硫分向焦炭迁移的转化率较低，为75%。在开发新资源煤种时，除着重关注对焦炭质量的影响外，还应考察煤中硫分向煤气的迁移转化，考虑煤气净化系统脱硫工序的处理能力，避免脱硫工序超负荷运行引起煤气H2S升高，进而导致使用混合煤气加热的焦炉烟气SO2升高。综合焦炭质量和煤中硫分向焦炭的迁移转化率，继续对JM1和JM4进行下一步研究开发。

2.3 配合煤300 kg焦炉炼焦试验

表4 配煤试验方案%

为考察JM1和JM4与现行配煤体系的适宜性，进行300 kg焦炉配合煤炼焦试验，按一定配比替代3#焦煤，配合煤试验方案见表4，配合煤质量指标见表5，所炼焦炭质量指标见表6。

由表6可知，随着低灰中硫焦煤配比的增加，焦炭灰分随之下降，硫分略有升高。配入低灰中硫焦煤后，焦炭冷态强度M40、M10都有小幅的改善，焦炭热态强度CRI、CSR变化不大。对比配入JM1和JM4的配合煤所炼焦炭可知，JM4对降低焦炭灰分更有利，且煤中硫分向焦炭的迁移转化率更低，焦炭质量提升幅度更大。同时考虑JM4新资源配套自有煤矿和洗煤厂，发运满足环保要求及太钢煤罐储配等因素，故选取JM4进行下一步研究。

表5 配合煤试验方案对应的配合煤质量指标

表6 配合煤试验方案对应的焦炭质量指标%

3 工业试验及生产实践

3.1 工业试验

为确保工业生产焦炭质量稳定，2018年8月23日—25日在7.63 m工业焦炉进行JM4-5#方案的工业试验。2018年8月17日—19日采购5 000 t JM4低灰中硫焦煤进行工业试验。JM4低灰中硫焦煤进厂质量指标见表7，工业试验期间配合煤质量指标见表8，所炼焦炭质量指标见表9。

表7 JM4低灰中硫焦煤进厂质量指标

由表7可知，工业试验期间采购的低灰中硫焦煤灰分均在9.0%以内，硫分均在1.20%以上，单种煤煤质指标较好。由表9可知，未配用低灰中硫焦煤前与工业试验期间所产焦炭质量均值对比，焦炭灰分降低近0.14%，硫分升高0.06%，焦炭强度指标并无明显变化。

表8 工业试验期间配合煤质量指标

表9 工业试验期间焦炭质量指标%

3.2 生产实践

为确保替代新资源不影响工业焦炉所产焦炭质量，在生产实践中调整配煤结构采取梯级递增的调整方式，同时考虑焦炉结焦时间变动、煤气净化系统脱硫工序的处理能力及炼焦煤资源煤质指标的波动情况，2018年9月—11月在工业化生产中低灰中硫焦煤分别以4%、6%和8%进行配用。2018年6月—11月工业生产期间焦炭质量见表10。