影響搗固煤餅質(zhì)量的全因素?cái)?shù)字化定量研究

郝瑛軒,王 起,關(guān)俊果,王建斌

(1.河南神馬減碳技術(shù)有限責(zé)任公司,河南 平頂山 467000 ; 2.河南中鴻集團(tuán)煤化有限公司,河南 平頂山 467045)

某公司現(xiàn)有兩座搗固焦?fàn)t,為1#、2#焦?fàn)t,兩座焦?fàn)t爐型為WKD6050D,為全國(guó)首座固定型6 m搗固焦?fàn)t,搗固焦?fàn)t為雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、焦?fàn)t煤氣下噴的單熱式焦?fàn)t。焦?fàn)t主要生產(chǎn)設(shè)備有五大車,生產(chǎn)任務(wù)的編排由集中控制室電腦獨(dú)立完成,生產(chǎn)工段組織按計(jì)劃實(shí)施。6 m搗固站1#站全部設(shè)備由德國(guó)進(jìn)口,屬于自動(dòng)定位、自動(dòng)給煤、自動(dòng)搗打的全自動(dòng)程序。2#搗固站則是江蘇長(zhǎng)力機(jī)械獨(dú)自設(shè)計(jì)的固定式搗固機(jī)。將煤塔內(nèi)混和成的煤料落至加煤車后經(jīng)過(guò)搗打,由機(jī)側(cè)裝入炭化室進(jìn)行干餾、溶解、熔融固化、收縮成焦餅,焦側(cè)由攔焦車、熄焦車、熄焦塔、干熄焦系統(tǒng)組成。搗固焦?fàn)t適用煤種范圍廣,多采用高揮發(fā)分弱黏結(jié)性或中等黏結(jié)性煤作為煉焦的主要配煤組分。將煤粉碎到比普通煉焦要細(xì)的細(xì)度,并用機(jī)械搗固成煤餅以提高裝爐煤堆相對(duì)密度,煉出質(zhì)量更好的焦炭,并擴(kuò)大煉焦的煤資源。受市場(chǎng)行情及原料煤的影響,需要調(diào)節(jié)配比來(lái)滿足焦炭質(zhì)量和降低配煤成本,會(huì)造成焦?fàn)t單孔焦炭產(chǎn)量波動(dòng)。為有效控制單孔產(chǎn)量,現(xiàn)從入爐煤密度(以下簡(jiǎn)稱堆密度)、入爐煤細(xì)度、搗固錘數(shù)進(jìn)行分析研究,進(jìn)而穩(wěn)定焦?fàn)t單孔產(chǎn)量,降低焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)保壓力,使焦?fàn)t生產(chǎn)更加穩(wěn)定高效。

1 堆密度與單孔產(chǎn)量的關(guān)系

搗固煉焦是將入爐煤用搗固機(jī)搗實(shí)成體積小于炭化室的煤餅后,推入炭化室煉焦稱為搗固煉焦。隨著煤料堆密度的增大,煤料顆粒間距縮小,空隙也減小,減小了結(jié)焦過(guò)程中為填充空隙所需的膠質(zhì)體液相產(chǎn)物的數(shù)量,可以多配入高揮發(fā)分弱黏結(jié)性煤,也能改善焦炭質(zhì)量,并擴(kuò)大煉焦煤資源[1]。因此入爐煤的堆密度不僅能夠決定焦?fàn)t單孔產(chǎn)量,更能增大入爐煤的選用種類。

而傳統(tǒng)對(duì)搗固煤餅取樣時(shí)是在煤餅搗打成型后,在加煤車煤餅上部挖取等體積的煤餅,然后稱取質(zhì)量計(jì)算堆密度。該方法得出的堆密度較實(shí)際堆密度偏低,因煤餅上部搗打次數(shù)少,堆密度較中下部偏低,無(wú)法測(cè)得真實(shí)數(shù)據(jù)。

采用自制的煤餅穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)平臺(tái),主要由煤餅搗固機(jī)和電子式萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)儀組成[2]。詳細(xì)步驟為:煤餅搗固機(jī)將煤料裝入內(nèi)底面規(guī)格為100 mm×100 mm的煤餅?zāi)＞咧小Ｄ＞叩纳厦嬗幸粋€(gè)底面為100 mm×100 mm,質(zhì)量10 kg的方形錘頭,可按需要調(diào)節(jié)錘頭高度,從而控制搗固所需的搗固功,搗制出符合實(shí)驗(yàn)所要求的密度、體積的煤餅。該方法投資相對(duì)大、操作復(fù)雜,能夠模擬出煤餅的堆密度,但是無(wú)法代表真實(shí)的數(shù)據(jù)。為追求真實(shí)的堆密度數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)多次探討分析,特發(fā)明了以下方法。

1.1 堆密度的取樣過(guò)程

設(shè)計(jì)專用取樣工具,在水鉆鉆頭上焊接一個(gè)半徑0.038 m,長(zhǎng)0.067 m的圓筒用于取樣。裝煤車按照正常流程搗打煤餅,搗打完成后到計(jì)劃爐號(hào)進(jìn)行加煤,加煤車加煤至8 m行程時(shí)(煤餅約6 m),從煤餅兩側(cè)約60 cm高的位置,采用水鉆打洞取樣,然后計(jì)算堆密度。該方法可以在煤餅的不同高度上進(jìn)行取樣,能夠直觀地獲得煤餅垂直方向的堆密度,反映出煤餅的整體性堆密度,對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)有極大的幫助。

1.2 堆密度與相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系

通過(guò)對(duì)2座焦?fàn)t煤餅堆密度的多次取樣并結(jié)合單孔產(chǎn)量及煤餅高度后,得出以下數(shù)據(jù),見(jiàn)表1。

表1 1#焦?fàn)t的統(tǒng)計(jì)表

由表1、表2可知,1#爐入爐煤堆密度平均為1.287 t/m3,平均單孔焦炭產(chǎn)量29.865 t,平均推焦電流328 A。2#爐煤堆密度平均1.25 t/m3,平均單孔焦炭產(chǎn)量29.774 t,平均推焦電流315 A。說(shuō)明入爐煤堆密度升高,單孔焦炭產(chǎn)量有提升情況,推焦電流的數(shù)據(jù)也表明堆密度提高,推焦電流有相應(yīng)的上漲,也佐證了單孔產(chǎn)量的提高。

表2 2#焦?fàn)t的統(tǒng)計(jì)表

2 入爐煤細(xì)度與單孔產(chǎn)量的關(guān)系

搗固煉焦主要配煤組分是高揮發(fā)分弱黏結(jié)性或中等黏結(jié)性煤,將煤粉碎到比普通煉焦更高的細(xì)度。配合煤細(xì)度是入爐煤細(xì)度的一項(xiàng)指標(biāo),用≤3 mm粒級(jí)占全部煤料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)表示。同行業(yè)的入爐煤<3 mm細(xì)度約88%,其中粒度<0.5 mm的企業(yè)占40%～50%。受市場(chǎng)行情及原料煤影響,公司使用的瘦煤庫(kù)存緊張,造成入爐煤揮發(fā)分維持在27.5%以上,對(duì)單孔焦炭產(chǎn)量的穩(wěn)定產(chǎn)生了不利影響。為穩(wěn)定單孔焦炭的產(chǎn)量,結(jié)合公司的實(shí)際情況,將入爐煤細(xì)度控制在85%～88%。

2.1 細(xì)度與單孔產(chǎn)量的關(guān)系

在對(duì)1#、2#焦?fàn)t的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總后,得出的數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 入爐煤細(xì)度及單孔產(chǎn)量

由表3可知,在一定范圍內(nèi),入爐煤細(xì)度與單孔產(chǎn)量成反比關(guān)系。入爐煤細(xì)度提高,單孔產(chǎn)量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì);入爐煤細(xì)度降低,則單孔產(chǎn)量呈現(xiàn)一定的增長(zhǎng)。

2.2 細(xì)度與單孔產(chǎn)量趨勢(shì)圖關(guān)系

1#、2#焦?fàn)t入爐煤細(xì)度與單孔產(chǎn)量趨勢(shì)圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 1#焦?fàn)t入爐煤細(xì)度與單孔產(chǎn)量趨勢(shì)圖

圖2 2#焦?fàn)t入爐煤細(xì)度與單孔產(chǎn)量趨勢(shì)圖

由圖1、圖2可看出,入爐煤細(xì)度與單孔產(chǎn)量呈現(xiàn)函數(shù)關(guān)系,反映出趨勢(shì)線的估計(jì)值與對(duì)應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)之間擬合程度較高,可信度較強(qiáng),入爐煤細(xì)度與單孔產(chǎn)量關(guān)聯(lián)性極大。

細(xì)度增加,入爐煤質(zhì)量的均勻性提高,焦炭結(jié)構(gòu)的均勻性增加,可提高焦炭強(qiáng)度。但細(xì)度增加,堆密度降低,也會(huì)降低煤粒間的黏結(jié)融熔,從而降低焦炭強(qiáng)度;細(xì)度太高,煤的黏結(jié)性降低,焦炭強(qiáng)度降低。所以需要結(jié)合單孔產(chǎn)量將入爐煤細(xì)度控制在合適的范圍內(nèi),在結(jié)合推焦電流后最佳的入爐煤細(xì)度應(yīng)控制在86%～87%。

3 搗固錘數(shù)與單孔產(chǎn)量的關(guān)系

搗固焦?fàn)t在煤餅進(jìn)入煤箱后,通過(guò)搗固錘的搗打,通過(guò)給煤機(jī)的給煤,將煤餅搗打成需要的高度后加入炭化室內(nèi)。每孔煤餅的搗打次數(shù)與單孔產(chǎn)量也有一定的關(guān)系,隨著搗固錘數(shù)的增多,相應(yīng)的煤餅堆密度也高,但是單孔操作時(shí)間也相應(yīng)增長(zhǎng)。借助現(xiàn)有的搗固錘計(jì)數(shù)器及干熄焦系統(tǒng)記錄的每班單孔產(chǎn)量,得出數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 1#焦?fàn)t搗固錘數(shù)與單孔產(chǎn)量趨勢(shì)圖

圖4 2#焦?fàn)t搗固錘數(shù)與單孔產(chǎn)量趨勢(shì)圖

由圖3、圖4可以看出,搗固錘數(shù)與單孔產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)呈對(duì)數(shù)關(guān)系。由于1#、2#焦?fàn)t未排除入爐煤細(xì)度、煤餅高度的影響,所以R2偏低。但趨勢(shì)線的估計(jì)值與對(duì)應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)之間擬合程度較高,可信度較強(qiáng),說(shuō)明搗固錘數(shù)與單孔產(chǎn)量關(guān)聯(lián)性極大。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)堆密度、入爐煤細(xì)度、搗固錘數(shù)的研究,發(fā)現(xiàn)堆密度與單孔產(chǎn)量呈線性關(guān)系,入爐煤細(xì)度與單孔產(chǎn)量呈現(xiàn)函數(shù)關(guān)系,搗固錘數(shù)與單孔產(chǎn)量在一定的范圍內(nèi)呈對(duì)數(shù)關(guān)系。通過(guò)對(duì)三項(xiàng)關(guān)系比對(duì)得出:最佳控制范圍為堆密度1.25～1.3 t/m3,入爐煤細(xì)度86%～87%,搗固錘數(shù)660～700次。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制這三項(xiàng)數(shù)值能夠?qū)慰桩a(chǎn)量維持在穩(wěn)定的水平上,達(dá)到穩(wěn)定焦炭產(chǎn)量的目的。

搗固煉焦生產(chǎn)中入爐煤的細(xì)度、堆密度、搗固錘數(shù)與焦?fàn)t的單孔產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性關(guān)系。通過(guò)對(duì)三項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)字化研究,有效地穩(wěn)定了焦?fàn)t的生產(chǎn)操作,提升焦?fàn)t的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)同行業(yè)的搗固焦?fàn)t生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。