最優活惰比及工藝優化技術在低成本配煤煉焦中的應用

安占來，楊 帆

（邯鄲鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司，河北 邯鄲 056000）

1 概述

活惰比（AI）是煤巖理論的重要指標之一，近年來逐漸成為煤巖領域研究的一個熱點方向，用好活惰比可以使配煤更加合理、更能充分利用優質煉焦煤資源。但是在實際配煤中卻少有具體應用技術。很多研究都停留在實驗室層面下，究其原因是由于煤的多樣性及復雜性，各種指標不能全面反映煤的結焦性質。另一方面，不同企業來煤特性不同，同是一種煤種，煤源不同表現的性質可以有所不同，如果生搬硬套其他企業數據或經驗很容易偏離生產實際情況。通過開展本文項目，深入研究配煤煉焦機理同時，總結出新的配煤技術，優化配煤結構，在穩定焦炭質量前提下，降低焦、肥煤配入比例，從而達到降低配煤成本，實現低成本配煤煉焦目的。

2 焦化廠單種煤活惰比及性能分析

結合邯鋼焦化廠的來煤情況，對單種煤進行反射率、活惰比、加權活惰比、單種煤煉焦CSR 進行測定和計算，得出最佳活惰比參數區間，進而找出優化焦炭質量最有效煤種鏡質組反射率區間，并基于此進行小焦爐配煤煉焦和工業焦爐試驗，在保證焦炭質量滿足大高爐生產需要前提下，優化配煤結構，降低焦、肥煤比例，找出適合焦化廠實際特點的配煤煉焦技術。

按照煤巖配煤原理，焦炭質量取決于煉焦煤中活性組分質量、活性組分與惰性組分含量及煉焦操作條件。由于不同企業各單種煤中活性組分質量（黏結性）不一樣，配煤后的活性組分與惰性組分合適比例只適用于該配煤中的煤種。因此需要找到適合邯鋼焦化廠自身來煤情況的配煤最佳活惰比。

取11 種焦化廠現有煉焦單種煤，測出每種單種煤平均隨機反射率、活惰比，再按照活性權函數方程計算加權活惰比。再分別進行40 kg 小焦爐單種煤煉焦試驗，并測得焦炭反應后強度CSR。然后根據表1中不同煤種的加權活惰比及對應的反應后強度CSR繪制加權活惰比對CSR 擬合曲線圖，其中，兩個瘦煤單獨煉焦結果很小未在圖中做出，具體見圖1。

表1 不同煤種鏡質組平均隨機反射率、活惰比及CSR 測定

圖1 加權活惰比對CSR 擬合曲線圖

基于加權活惰比原理，由表1、圖1 可以得出最佳活惰比范圍在2.8～3.2，在此區間，活性組分與惰性組分分配比較合理，得到較好的焦炭質量（CSR＞51%）。在區間以外可以解釋為，隨著活性組分含量降低，活惰比降低，黏結組分不夠，焦炭強度降低；隨著活性組分含量增大時，活惰比增大，由于惰性組分不足同樣造成焦炭質量下降，這也與生產實際相符合。通過引用鏡質組性權函數，使得配煤中各單煤的活惰比具有可加性，可以以最佳活惰比為參考，優化配煤，從而為科學合理地確定配煤比提供技術依據。另外，根據表1，可以通過最佳活惰比區間得出對應的對提升焦炭質量貢獻最大的變質程度區間，即平均隨機反射率R’ran區間為1.30～1.41，根據轉換公式R’max=1.064 R’ran（R’max和R’ran具有線性關系）可以算出平均最大反射率R’max 區間為1.38～1.50，在此區間的煤種對改善焦炭質量效果最好。

3 現煤種情況及最佳配比

將焦化廠現行煉焦煤不同煤種的活惰比、黏結指數G 和鏡質組平均最大反射率R’max統計如表2。

表2 不同煤種3 種指標統計

根據表2，同時結合降低焦、肥煤比例、提高1/3焦和瘦煤比例原則，初步擬定5 個配煤比方案，具體參見表3。

表3 40 kg 小焦爐試驗配煤比方案

對應的焦炭質量見表4。

表4 40 kg 小焦爐試驗焦炭質量

本研究測定所有方案的活惰比，同時為了解鏡質組反射率分布范圍重疊程度，對現有工業方案及5 個方案的R’max及分布圖進行了測定。結果見表5。

合并統計表3～表5 得到表6，其中0#就是現行使用的配比。

表5 活惰比及R’max 測定

表6 不同方案的配煤比例及相關指標

由表6 得出配煤比例對應圖，見圖2：

圖2 不同方案煤種占比

由圖2 可以看出，對比現行配比，5 個方案的焦、肥煤比例（52%～60%）對比原配比（63%）都在下降，1/3 焦與瘦煤比例（40%～80%）對比原配比（37%）都在上升。現行工業配比及5 組配比方案中，現行配比方案與方案2#活惰比較大，原因是肥煤比例較高，其對應的活惰比值也相應較高，方案4#的1/3 焦加入比例最大，其活惰比值最高；方案1#、3#、5#的活惰比數值均落在最佳活惰比區間2.8～3.2 內，對應的焦炭強度也較高，驗證了最佳活惰比理論區間。

4 項目實施效果

本文試驗為焦化廠用煤要求及配煤方案提供了可靠數據經驗，為今后生產高質量焦炭與降低成本提供了詳實的理論依據。保證大高爐生產用高質量焦炭積累了豐富的配煤經驗，取得了明顯的效果。同時兼顧了煉焦煤資源狀況，確保了方案在實際配煤中的可行性及持續性，達到了預期效果。