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機械、焦?fàn)t自動控制等方面的先進技術(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，我國焦煤儲量僅占煤炭儲量的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量的12%，而優(yōu)質(zhì)的焦煤和肥煤僅占2.5%[2]。

2000年以來，以4 350 m3高爐和5 500 m3高爐為代表的一批大型高爐在國內(nèi)相繼投產(chǎn)運行，大型高爐對焦炭質(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年開始進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較大，個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。由于煤炭價格與其質(zhì)量指標(biāo)緊密相關(guān)，采購低灰煉焦煤資源勢必導(dǎo)致成本升高。太鋼4 350 m3高爐對焦炭灰分指標(biāo)要求高且管控嚴格，但高爐脫硫能力強，對焦炭硫分有一定的裕量空間。為了降低焦炭灰分，同時控制配煤成本，對單種煤灰分指標(biāo)提高標(biāo)準(zhǔn)，對硫分指標(biāo)放寬要求，尋求質(zhì)量指標(biāo)與煤炭價格的平衡點，所以在煉焦煤市場尋求低灰中硫焦煤，進行開發(fā)研究以替代3#焦煤。

2 低灰中硫焦煤應(yīng)用開發(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)見表2，反射率圖見圖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%處有一個凹口，說明該煤種是混合煤，不宜作為研究開發(fā)資源。JM5反射率的標(biāo)準(zhǔn)差為0.177%，同時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%處有一個凹口，說明該煤種是混合煤，不宜作為研究開發(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

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進行單種煤煉焦試驗，所得焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表3。

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

從所煉焦炭冷、熱態(tài)強度方面綜合評價，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%。在開發(fā)新資源煤種時，除著重關(guān)注對焦炭質(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，避免脫硫工序超負荷運行引起煤氣H2S升高，進而導(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JM1和JM4進行下一步研究開發(fā)。

2.3 配合煤300 kg焦?fàn)t煉焦試驗

表4 配煤試驗方案%

為考察JM1和JM4與現(xiàn)行配煤體系的適宜性，進行300 kg焦?fàn)t配合煤煉焦試驗，按一定配比替代3#焦煤，配合煤試驗方案見表4，配合煤質(zhì)量指標(biāo)見表5，所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表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)強度M40、M10都有小幅的改善，焦炭熱態(tài)強度CRI、CSR變化不大。對比配入JM1和JM4的配合煤所煉焦炭可知，JM4對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。同時考慮JM4新資源配套自有煤礦和洗煤廠，發(fā)運滿足環(huán)保要求及太鋼煤罐儲配等因素，故選取JM4進行下一步研究。

表5 配合煤試驗方案對應(yīng)的配合煤質(zhì)量指標(biāo)

表6 配合煤試驗方案對應(yīng)的焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

3 工業(yè)試驗及生產(chǎn)實踐

3.1 工業(yè)試驗

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進行JM4-5#方案的工業(yè)試驗。2018年8月17日—19日采購5 000 t JM4低灰中硫焦煤進行工業(yè)試驗。JM4低灰中硫焦煤進廠質(zhì)量指標(biāo)見表7，工業(yè)試驗期間配合煤質(zhì)量指標(biāo)見表8，所煉焦炭質(zhì)量指標(biāo)見表9。

表7 JM4低灰中硫焦煤進廠質(zhì)量指標(biāo)

由表7可知，工業(yè)試驗期間采購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)試驗期間所產(chǎn)焦炭質(zhì)量均值對比，焦炭灰分降低近0.14%，硫分升高0.06%，焦炭強度指標(biāo)并無明顯變化。

表8 工業(yè)試驗期間配合煤質(zhì)量指標(biāo)

表9 工業(yè)試驗期間焦炭質(zhì)量指標(biāo)%

3.2 生產(chǎn)實踐

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)實踐中調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)采取梯級遞增的調(diào)整方式，同時考慮焦?fàn)t結(jié)焦時間變動、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%進行配用。2018年6月—11月工業(yè)生產(chǎn)期間焦炭質(zhì)量見表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，焦炭強度指標(biāo)并無明顯變化。

2018年9月—11月低灰中硫焦煤市場價格為1410元/t，較3#焦煤價格低35元/t。按低灰中硫焦煤配比為8%進行計算，配煤成本降低2.8元/t。由此可見，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)濟效益，同時還可以擴大中硫煤資源的利用市場。

4 結(jié) 語

太鋼在2018年9月開始引入并在工業(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，擴大中硫煤資源的利用率，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。