賀 佳，史永林 ，屈秀珍

（1.山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003；2.山西太鋼不銹鋼股份有限公司焦化廠，山西 太原 030003）

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（簡(jiǎn)稱太鋼）分別于2006年8月、2007年11月和2013年11月建成投產(chǎn)了3×70孔7.63 m焦?fàn)t。7.63 m焦?fàn)t是目前亞洲炭化室最高、單孔炭化室容積最大的焦?fàn)t，集中了煉焦工藝、焦?fàn)t機(jī)械、焦?fàn)t自動(dòng)控制等方面的先進(jìn)技術(shù)，代表當(dāng)今世界煉焦技術(shù)的發(fā)展方向。太鋼3×70孔7.63 m焦?fàn)t配套荒煤氣負(fù)壓操作（PROven）和焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝、煤調(diào)濕、全封閉的煤罐儲(chǔ)配煤、生化廢水處理及化產(chǎn)品回收等系統(tǒng)，主要產(chǎn)品有焦炭、焦?fàn)t煤氣、焦油、輕苯和硫銨等。

焦煤在世界范圍內(nèi)是稀缺資源之一，我國(guó)焦煤儲(chǔ)量?jī)H占煤炭?jī)?chǔ)量的10%。山西焦煤主要分布在西山、古交、離石、柳林、鄉(xiāng)寧和霍州等礦區(qū)[1]。山西優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源稀缺，比較適宜煉焦的資源大約在900億t，低灰、低硫的優(yōu)質(zhì)煉焦煤大約占煉焦煤查明資源儲(chǔ)量的12%，而優(yōu)質(zhì)的焦煤和肥煤僅占2.5%[2]。

2000年以來(lái)，以4 350 m3高爐和5 500 m3高爐為代表的一批大型高爐在國(guó)內(nèi)相繼投產(chǎn)運(yùn)行，大型高爐對(duì)焦炭質(zhì)量提出了更高的要求，使得優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源價(jià)格持續(xù)攀升，焦化企業(yè)的配煤成本持續(xù)升高。為此，太鋼從2018年開(kāi)始進(jìn)行在配煤體系中配用低灰中硫焦煤的技術(shù)研究，以降低焦炭灰分和配煤成本，擴(kuò)大中硫煉焦用煤資源利用率。

1 太鋼配煤體系中單種煤質(zhì)量指標(biāo)

太鋼現(xiàn)行配煤體系中在用煉焦煤有7種，其中焦煤3種、肥煤2種、1/3焦煤和瘦煤各1種，各單種煤均產(chǎn)自山西省內(nèi)。單種煤質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 單種煤質(zhì)量指標(biāo)

由表1可知，太鋼在用的3種焦煤硫分均在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。由于現(xiàn)行配煤體系中低灰焦煤較少，而且單種煤入廠灰分波動(dòng)較大，個(gè)別單種煤灰分最高值和最低值相差1.0%以上，不利于穩(wěn)定控制焦炭灰分。由于煤炭?jī)r(jià)格與其質(zhì)量指標(biāo)緊密相關(guān)，采購(gòu)低灰煉焦煤資源勢(shì)必導(dǎo)致成本升高。太鋼4 350 m3高爐對(duì)焦炭灰分指標(biāo)要求高且管控嚴(yán)格，但高爐脫硫能力強(qiáng)，對(duì)焦炭硫分有一定的裕量空間。為了降低焦炭灰分，同時(shí)控制配煤成本，對(duì)單種煤灰分指標(biāo)提高標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)硫分指標(biāo)放寬要求，尋求質(zhì)量指標(biāo)與煤炭?jī)r(jià)格的平衡點(diǎn)，所以在煉焦煤市場(chǎng)尋求低灰中硫焦煤，進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究以替代3#焦煤。

2 低灰中硫焦煤應(yīng)用開(kāi)發(fā)

2.1 單種煤煤質(zhì)分析

2018年太鋼共考察、研究了5種低灰中硫焦煤，分別表示為：JM1、JM2、JM3、JM4、JM5，5 種低灰中硫焦煤質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2，反射率圖見(jiàn)圖1。

表2 5種低灰中硫焦煤質(zhì)量指標(biāo)

圖1 5種低灰中硫焦煤反射率圖

由表2可知，5種低灰中硫焦煤灰分均在9.0%左右，硫分在1.20%～1.30%，黏結(jié)指數(shù)均在 80以上，膠質(zhì)層厚度有所差異。從煤巖指標(biāo)及反射率圖來(lái)看：JM1、JM2、JM4 煤質(zhì)指標(biāo)較好，反射率均在 1.2%～1.5%，反射率標(biāo)準(zhǔn)差都在0.1%以內(nèi)，屬于單種煉焦煤。JM3反射率的標(biāo)準(zhǔn)差為0.099%，從該煤種的反射率圖中可以看出，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%處有一個(gè)凹口，說(shuō)明該煤種是混合煤，不宜作為研究開(kāi)發(fā)資源。JM5反射率的標(biāo)準(zhǔn)差為0.177%，同時(shí)從該煤種的反射率圖中可以看出，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%處有一個(gè)凹口，說(shuō)明該煤種是混合煤，不宜作為研究開(kāi)發(fā)資源。鑒于JM1、JM2、JM4與3#焦煤的煤質(zhì)指標(biāo)相近，有些指標(biāo)甚至優(yōu)于3#焦煤，所以可以考慮作為替代資源使用。

2.2 單種煤40 kg焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)

為考察JM1、JM2、JM4低灰中硫焦煤的結(jié)焦性能，利用40 kg焦?fàn)t進(jìn)行單種煤煉焦試驗(yàn)，所得焦炭質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 單種煤40 kg焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)所得焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

從所煉焦炭冷、熱態(tài)強(qiáng)度方面綜合評(píng)價(jià)，JM1所煉焦炭質(zhì)量最好，JM2所煉焦炭質(zhì)量較差。從煤中硫分遷移方面來(lái)看，JM1和JM2煤中硫分向焦炭遷移的轉(zhuǎn)化率較高，均在80%以上；JM4煤中硫分向焦炭遷移的轉(zhuǎn)化率較低，為75%。在開(kāi)發(fā)新資源煤種時(shí)，除著重關(guān)注對(duì)焦炭質(zhì)量的影響外，還應(yīng)考察煤中硫分向煤氣的遷移轉(zhuǎn)化，考慮煤氣凈化系統(tǒng)脫硫工序的處理能力，避免脫硫工序超負(fù)荷運(yùn)行引起煤氣H2S升高，進(jìn)而導(dǎo)致使用混合煤氣加熱的焦?fàn)t煙氣SO2升高。綜合焦炭質(zhì)量和煤中硫分向焦炭的遷移轉(zhuǎn)化率，繼續(xù)對(duì)JM1和JM4進(jìn)行下一步研究開(kāi)發(fā)。

2.3 配合煤300 kg焦?fàn)t煉焦試驗(yàn)

表4 配煤試驗(yàn)方案%

為考察JM1和JM4與現(xiàn)行配煤體系的適宜性，進(jìn)行300 kg焦?fàn)t配合煤煉焦試驗(yàn)，按一定配比替代3#焦煤，配合煤試驗(yàn)方案見(jiàn)表4，配合煤質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表5，所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表6。

由表6可知，隨著低灰中硫焦煤配比的增加，焦炭灰分隨之下降，硫分略有升高。配入低灰中硫焦煤后，焦炭冷態(tài)強(qiáng)度M40、M10都有小幅的改善，焦炭熱態(tài)強(qiáng)度CRI、CSR變化不大。對(duì)比配入JM1和JM4的配合煤所煉焦炭可知，JM4對(duì)降低焦炭灰分更有利，且煤中硫分向焦炭的遷移轉(zhuǎn)化率更低，焦炭質(zhì)量提升幅度更大。同時(shí)考慮JM4新資源配套自有煤礦和洗煤廠，發(fā)運(yùn)滿足環(huán)保要求及太鋼煤罐儲(chǔ)配等因素，故選取JM4進(jìn)行下一步研究。

表5 配合煤試驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的配合煤質(zhì)量指標(biāo)

表6 配合煤試驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

3 工業(yè)試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 工業(yè)試驗(yàn)

為確保工業(yè)生產(chǎn)焦炭質(zhì)量穩(wěn)定，2018年8月23日—25日在7.63 m工業(yè)焦?fàn)t進(jìn)行JM4-5#方案的工業(yè)試驗(yàn)。2018年8月17日—19日采購(gòu)5 000 t JM4低灰中硫焦煤進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。JM4低灰中硫焦煤進(jìn)廠質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表7，工業(yè)試驗(yàn)期間配合煤質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表8，所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表9。

表7 JM4低灰中硫焦煤進(jìn)廠質(zhì)量指標(biāo)

由表7可知，工業(yè)試驗(yàn)期間采購(gòu)的低灰中硫焦煤灰分均在9.0%以內(nèi)，硫分均在1.20%以上，單種煤煤質(zhì)指標(biāo)較好。由表9可知，未配用低灰中硫焦煤前與工業(yè)試驗(yàn)期間所產(chǎn)焦炭質(zhì)量均值對(duì)比，焦炭灰分降低近0.14%，硫分升高0.06%，焦炭強(qiáng)度指標(biāo)并無(wú)明顯變化。

表8 工業(yè)試驗(yàn)期間配合煤質(zhì)量指標(biāo)

表9 工業(yè)試驗(yàn)期間焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

3.2 生產(chǎn)實(shí)踐

為確保替代新資源不影響工業(yè)焦?fàn)t所產(chǎn)焦炭質(zhì)量，在生產(chǎn)實(shí)踐中調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)采取梯級(jí)遞增的調(diào)整方式，同時(shí)考慮焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間變動(dòng)、煤氣凈化系統(tǒng)脫硫工序的處理能力及煉焦煤資源煤質(zhì)指標(biāo)的波動(dòng)情況，2018年9月—11月在工業(yè)化生產(chǎn)中低灰中硫焦煤分別以4%、6%和8%進(jìn)行配用。2018年6月—11月工業(yè)生產(chǎn)期間焦炭質(zhì)量見(jiàn)表10。

表10 2018年6月—11月工業(yè)生產(chǎn)期間焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

由表10可知，配入低灰中硫焦煤后，所得焦炭灰分下降0.14%，硫分略有升高，焦炭強(qiáng)度指標(biāo)并無(wú)明顯變化。

2018年9月—11月低灰中硫焦煤市場(chǎng)價(jià)格為1410元/t，較3#焦煤價(jià)格低35元/t。按低灰中硫焦煤配比為8%進(jìn)行計(jì)算，配煤成本降低2.8元/t。由此可見(jiàn)，按一定比例配入低灰中硫焦煤生產(chǎn)焦炭具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還可以擴(kuò)大中硫煤資源的利用市場(chǎng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

太鋼在2018年9月開(kāi)始引入并在工業(yè)生產(chǎn)中配入低灰中硫焦煤后，有效降低了焦炭灰分，焦炭硫分雖有升高但仍在可接受范圍內(nèi)，可以在一定程度上降低配煤成本，擴(kuò)大中硫煤資源的利用率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。