小焦爐試驗在煉焦生產中的價值與作用

孔魯慧，范繼宗，馬士猛，李國瑞，李峰，劉合彬，王景濤(濟寧中泰煤化有限公司，山東 濟寧 272100)

0 引言

由于煤炭價格居高不降，焦炭價格低迷，導致生產成本偏高，因此濟寧中泰煤化有限公司(以下稱公司)決定通過拓展煤炭資源，進行小焦爐試驗，并根據試驗數據持續優化配煤結構，以降低生產成本，提高公司經濟效益。

1 生產用煤的確定

公司處于山東省地域，山東地區主要出產氣煤、1/3 焦煤，焦煤、貧瘦煤稀缺。氣煤是變質程度較低、揮發分較高的煙煤，單獨煉焦時，焦炭細長、易碎，并有較多的縱裂紋；1/3 焦煤是介于焦煤、肥煤與氣煤之間的含中等或較高揮發分的強黏結性煤，煉焦時，1/3 焦煤的配入量可在較寬范圍內波動，是良好的煉焦基礎煤。根據地理位置選擇優質礦點就近采購氣煤、1/3 焦煤，其具有供貨周期短、運費成本低的優勢。山東地區大部分為氣煤、1/3 焦煤、肥煤等煤種，需依托其他地區的焦煤、貧瘦煤進行配入。主焦煤選擇山西呂梁地區性價比較高的中高硫、高熱強的主焦煤為主，貧瘦煤以山西、河南地區為主。山東地區配煤結構數據如表1 所示。

表1 山東地區配煤結構

2 煤炭資源選擇

公司位于山東省濟寧市魚臺縣老砦鎮，煤炭采購主要以公司附近的煤礦為主。

氣煤采購以公司周邊的氣煤礦點為主，1/3 焦煤采購從鹿洼、趙樓等礦點中擇優選擇。

3 小焦爐試驗規范與要求

40 kg 小焦爐設備裝置自動化程度高、加熱速度快，與生產焦爐加熱速度相近，爐墻的抗冷抗熱性能好，試驗所用樣品重量少，人員實際操作方便，可以很好地模擬生產焦爐，試驗結果根據實際生產狀況并結合煤炭特性可以準確預測焦炭質量。

40 kg 小焦爐試驗的條件為：對試驗所用煤炭或其他物料加煤炭的混配進行質量檢驗，配合煤細度(小于3 mm)大于85%，采用搗固裝煤方式，堆密度為1.0～1.1 t/m3，水分為10%～11%，結焦時間為19 h，焦餅中心溫度為950 ℃，進行2 次落下試驗，并對小焦爐試驗所得焦炭進行檢驗。

4 小焦爐試驗的應用

4.1 單種煤小焦爐試驗

對計劃采購的單種煤和已采購的單種煤進行單種煤的小焦爐試驗，利用小焦爐試驗后的數據研究單種煤的結焦性能和熱態性能，同時結合煤樣的煤質化驗結果，確定小焦爐配合煤的試驗方案等。從質量方面和經濟效益方面進行評價和分析，為合理利用煉焦煤資源，降低生產成本提供依據，并進行科學的配煤指導[1]。

4.2 小焦爐試驗數據

煤炭和焦炭質量檢驗的準確性直接關系到試驗結果的科學性和可行性，并影響到試驗方案是否可以投用到生產焦爐中，所以質量檢驗的準確性非常重要。根據以上原則，并結合生產實際，制定了方案，單種煤試驗結果如表2 所示。

表2 單種煤試驗結果

通過小焦爐試驗可以得出，單種煤試驗結果的反應性為19.1%，反應后強度為66.0%，硫分轉換率為84%，所選的主焦煤質量符合當前生產工藝用煤要求。根據該主焦煤各項化驗指標，并結合地域煤炭分布情況，同時考慮焦爐熱工控制情況，初步確定了配煤架構，并對配煤方案進行小焦爐試驗。

4.3 小焦爐配合煤試驗

(1) 配煤煉焦試驗是把幾種不同的單種煤按配煤方案比例進行混合后，裝入小焦爐進行模擬煉焦試驗。小焦爐配煤試驗的主要作用是根據公司所需的煤炭資源，結合計劃生產的焦炭質量指標要求，進行小焦爐配煤模擬煉焦試驗，驗證該配煤方案的可行性，以及是否具備投入焦爐試產的條件；還可以對不同配煤比例條件下的焦炭質量變化情況進行比較，幫助企業優化配煤方案，合理選用煤炭資源，在保證焦炭質量的前提下，有效降低配煤成本。

(2)通過小焦爐配合煤煉焦試驗，可以對配煤煉焦機理進行研究；配入高灰煤類、高硫煤類、非煤炭物料進行配煤煉焦試驗，了解不同煤源在配煤煉焦試驗中的作用；研究不同煤種間的配伍性，進一步優化配煤結構，提高生產的焦炭質量。由此可見，小焦爐進行配煤煉焦試驗對于焦爐生產有很大的指導意義。按照小焦爐操作規程進行煉焦試驗，并對所產出的焦炭進行了相關檢驗，數據如表3。

表3 配合煤小焦爐試驗

(3)根據以上數據記錄，小焦爐試驗后得出的焦炭灰分、硫的轉換率均在可控范圍內，焦炭的反應性及反應后強度在預測范圍內。

4.4 根據試驗數據預測生產焦炭的質量

配合煤小焦爐試驗所得到的焦炭可預測實際生產焦爐生產的焦炭質量，達到指導焦爐生產的目的。在相同配煤比的條件下，對試驗焦爐和生產焦爐分別進行煉焦試驗，并對焦炭質量數據進行分析后，找到兩者的相關性，從而建立起試驗焦炭與生產焦炭之間的數據庫，為降本增效提供有效支撐。

結合焦爐工藝實際控制情況判斷配煤方案均可在生產焦爐中試用，綜合考慮公司所在地域位置，保證焦炭產品質量的前提下控制生產成本，將配合煤小焦爐試驗試用于生產焦爐中進行中試。

5 搗固焦爐試生產

5.1 煤炭化驗分析

化驗結果的精準性直接影響著產品的科學生產與有效利用，因此降低化驗誤差尤為重要。公司應提升化驗室人員的專業能力與綜合素養，并對化驗室設備、化驗室環境進行嚴格管理；取樣人員應編制收發貨物數據對比表，定期召開數據對比分析會議，避免化驗誤差帶來的質量糾紛。煤焦化驗的工作人員要具有良好的專業技能與綜合素養，并且要選擇合理的化驗方法，時刻保持科學嚴謹的工作態度，提升實際化驗操作的專業性與規范性。

5.2 合理規劃管理煤場

公司煤場用于煤炭的穩定存儲，主要功能包括煤的立堆存放、取用方便，同時還要兼顧環境保護。焦化廠煤炭種類較多，應嚴格規范進、存、取，杜絕出現混煤現象。

5.3 煤倉下煤準確率校驗

為確保配煤準確性，配煤方案投入前應對所用煤倉進行下煤準確率校驗，從而保證配合煤的實際化驗指標在預測范圍內。

5.4 焦爐加熱制度

為確保該配煤方案投入生產后的焦炭質量穩定，應嚴格要求加熱制度，各炭化室焦餅在一定的結焦時間內沿長、高向均勻成熟，并制定直行溫度、橫排溫度的測量周期。在保證工藝指標達標的基礎上，對焦爐運行的各項工藝指標進行優化細分，由責任人進行專項管理，工藝指標控制等問題進行專人專項定期定點管理，對存在和發生的問題進行溯源解決，提高產品質量的穩定性。

試生產所產出的焦炭的相關檢驗數據如表4所示。

表4 試生產期間焦炭指標

以上指標為濟寧中泰煤化有限公司實際生產搗固準一級焦的配煤方案應用指標，公司生產焦炭的內控指標要求為：Ad含量≤13%、St,d 含量≤0.75%、CRI含量≤30%、CSR 含量≥60%、M250≥90、M10≤7.5、焦末含量≤8.0%、M40≥80。由以上數據可以得出，該配煤方案使用于當期生產工況時，所生產的焦炭質量合格，此外，可根據焦爐工藝優化情況和新購煤炭資源進一步進行小焦爐配煤方案試驗優化，以降低生產成本。

6 小焦爐試驗數據對焦爐生產的指導意義

小焦爐試驗數據作為焦爐生產的重要指標，對于優化焦爐生產過程和提高生產效率具有重要的指導意義。第一，優化焦炭配制。通過對小焦爐試驗數據的分析，可以得出不同比例的焦炭、焦粉、焦煤等在小焦爐中的最優配比，從而指導焦炭生產中的原料配比和工藝參數優化，這將有助于提高焦炭的質量和生產效率，降低成本[2]。第二，預測焦炭品質。小焦爐試驗數據可以用于預測大焦爐中焦炭的品質和產量。通過對小焦爐試驗數據的分析，可以得出不同原料比例下焦炭的熱值、揮發分、固定碳等指標，從而預測大焦爐中的焦炭品質和產量，指導生產過程的優化。第三，監測焦爐運行狀態。小焦爐試驗數據可以作為監測焦爐運行狀態的重要依據，通過對小焦爐試驗數據的分析，可以了解焦爐內部溫度、壓力等參數的變化情況，及時發現問題，指導焦爐生產過程的調整和優化，確保焦爐的正常運行。第四，幫助決策。小焦爐試驗數據可以為焦爐生產決策提供重要的參考依據[3]。通過對小焦爐試驗數據的分析，可以得出不同焦炭配比、焦炭粒度等因素對焦爐生產的影響，從而為生產決策提供依據，減少生產風險，提高生產效率和經濟效益。

7 結語

本文對小焦爐試驗數據的指導與應用進行了深入研究，介紹了數據采集、數據處理、質量控制、質量分析以及應用方法，探討了小焦爐試驗數據在焦爐生產過程中的應用價值。研究表明，小焦爐試驗數據能夠提供重要的指導信息，具有幫助焦爐優化運行，提高生產效率和產量，降低生產成本，預測焦炭質量和驗證技術可行性等現實意義。