環保限產條件下河鋼邯鋼焦化廠配煤結構及焦爐工藝優化研究

楊 帆， 張 千， 安占來

(河鋼邯鋼焦化廠，河北 邯鄲 056015)

引 言

近年來,隨著京津冀地區環保形勢的日益嚴峻，延長結焦時間已經呈常態化趨勢，而如何解決結焦時間延長對焦炭的質量產生的不利影響以及對焦爐爐體的影響問題，已成為研究重點，但是不論是文獻還是其他焦化廠都沒有進行過延長結焦時間條件下的焦炭質量分析研究報道，也沒有進行針對超過24 h的結焦時間制定新的配比和煉焦煤預測模型。焦爐由正常結焦時間變為長結焦時間，再由長結焦時間縮短回正常的結焦時間需要一個循環的調整過程。長結焦時間下的集氣管壓力等焦爐參數和干熄焦參數都需要進行調整。

1 研究內容

1.1 延長結焦時間對焦炭質量的影響

制定7個試驗方案，具體配比方案見表1。主要思路是增加黏性煤種和弱黏性煤的比例，使用肥煤和三分之一焦煤，減少焦煤的用量。與之對應的配合煤質量數據見表1。

針對不同結焦時間，小焦爐試驗結果見表2。

表1 配比方案

表2 對應的配合煤質量

從第265頁表3中可以看出，7種方案的灰分、硫分、揮發分都變化不大，比較穩定。但是G值有所降低，主要原因應是三分之一焦煤和氣煤含量增加導致。圖1中可以看出，隨著結焦時間的延長，小焦爐和大焦爐的反應性指數CRI都有所下降，而反應后強度CSR上升。所以延長結焦時間對熱強度有正面的影響。

表3 長結焦時間下的小焦爐和大焦爐的熱強度

圖1 不同結焦時間小焦爐和大焦爐焦炭熱強度變化

從圖2中可以得出，按照7個方案進行配比條件下，40 h結焦時間中，方案5的配比比例的熱強度最優。所以確定方案5為最佳方案。

圖2 小焦爐和大焦爐40 h結焦時間條件下7種方案的熱強度變化

1.2 建立配合煤質量預測模型

由于灰分A、揮發分V、硫份S、鏡質組反射率(R)、LgMF(最大基氏流動度的對數)有加和性，而全膨脹(a+b)、G值基本沒有加和性，Y值有一定加和性,所以選擇V、G、Y值、鏡質組反射率(R)作為單種煤預測配合煤質量的幾個關鍵因子分別考慮。

V配合煤=V1+V2+V3+…+VX；R配合煤=R1+R2+R3+…+RX；Y配合煤=Y1+Y2+Y3+…+YX

結合我廠對于焦炭灰分和硫份的要求，目前灰分≤12.5%，硫份≤0.75%。

A配合煤=A1+A2+A3+…+AX；S配合煤=S1+S2+S3+…+SX

結合我廠之前配煤數據統計分析，正常結焦時間下，配合煤G值范圍75～80，Y值范圍15～18。

1.3 建立配合煤指標與小焦爐質量之間的擬合關系

由寶鋼焦炭質量預測模型[1]，煤的揮發分、鏡質組反射率、無機質部分與焦炭反應性和反應后強度有著非常密切的關系。揮發分在22%～26%、反射率在1.1～1.2左右的煤,其焦炭的熱性能較佳。此外，配合煤黏結指數G、強黏結煤配比與焦炭熱性質關系密切。強黏結煤配比亦和焦炭強度有密切關系。用最大鏡質組反射率、∑I(煤惰性組分總含量)預測焦炭質量[2]。

綜合以上，本研究確定煤的揮發分、配合煤黏結指數、最大鏡質組反射率、強黏結煤配比作為由配合煤質量預測小焦爐質量的關鍵因子。

1) 回歸分析：小焦爐CRI與G、Vdaf%、強黏結煤配比、Rmax平均值；回歸方程：小焦爐CRI=51.8-0.0171G-0.392Vdaf%-0.179強黏結煤配比+2.61Rmax平均值。

2) 回歸分析：小焦爐CSR與Rmax平均值,G、Vdaf%、強黏結煤配比；回歸方程：小焦爐CSR=8.1+5.70Rmax平均值+0.084G+1.30Vdaf%-0.077強黏結煤配比。

1.4 建立大焦爐質量預測模型

1) 回歸方程：大焦爐CRI=-10.3+1.01小焦爐CRI；2) 回歸方程：大焦爐CSR=23.7+0.882小焦爐CSR；按照以上擬合關系，確定40 h配合煤指標最低要求,見表4，其中，熱性能標準分別為CSR=23和CRI=67。

表4 40 h配合煤指標最低要求

按照以上結論制定了配煤結構，見第266頁表5。

1.5 焦爐參數調整

1) 延長結焦時間的調整

48 h以內延長結焦時間的調整：結焦時間延長大于6 h的，以每循環延長6 h進行調整，直至延長到要求的結焦時間；結焦時間延長小于6 h的，在一個循環內一次調整到位。48 h至72 h內的結焦時間調整：結焦時間延長大于12 h的，以每循環延長12 h進行調整，直至延長到要求的結焦時間；結焦時間延長小于12 h的，在一個循環內一次調整到位。

2) 集氣管壓力為160 Pa～220 Pa；空氣過剩系數，高爐煤氣加熱時為1.15～1.35，焦爐煤氣加熱時為1.20～1.40；爐長伸長量以調節彈簧保持噸位不變為準。

1.6 相應變更干熄焦控制參數，并標準化

1) 鍋爐入口氣體溫度(℃)由原來的700～960，調整為600～960；蒸發量(t/h)由50～70，調整為20～70。

表5 40 h結焦時間下的配煤結構調整

2) 因限產期間煤氣量降低，調整化產系統規程參數指標，并標準化。

2 結論

綜上所述，本研究在結焦時間超過24 h以上尤其是40 h的特殊條件下的配煤結構進行了優化調整，優選了方案5的配比。并更新了配合煤質量預測模型，建立了回歸方程：1) 大焦爐CRI=-10.3+1.01小焦爐CRI；(2)大焦爐CSR=23.7+0.882小焦爐CSR。并根據擬合關系，確定了結焦時間40 h時的配合煤指標最低要求Rmax為1.1，G值≥69，Vdaf%≤27，強黏結煤配比為57%。同時，還對焦爐的工藝參數進行了調整，保證了焦爐在特殊條件下正常運行。