史 曉 亮

(山西金巖能源科技有限公司 質(zhì)檢中心，山西 呂梁 032300)

0 引 言

我國煉焦煤資源日益匱乏[1]，尤其2021年煤價整體居高不下，因而將某些非煉焦用煤配入煉焦已是常態(tài)。在保障焦炭質(zhì)量的前提下，既要降低配煤成本且還需增加化產(chǎn)品回收率，合理采用非煉焦煤進(jìn)行配煤煉焦已成為必然趨勢[2-3]。

長焰煤是變質(zhì)程度最低的1種煙煤，其煤化程度僅高于褐煤，黏結(jié)性弱，一般不結(jié)焦，主要作為動力和化工用煤。大部分焦化廠利用其低硫、低灰、高揮發(fā)分且價格相對低廉的特性，將其配入煉焦具有經(jīng)濟(jì)效益。配用一定比例的長焰煤可基本保證焦炭的熱態(tài)強(qiáng)度要求，同時可緩解煉焦煤資源不足的問題，有效降低煉焦配煤成本[4-5]。

榆林千樹塔礦區(qū)面積約8.655 8 km2，可采長焰煤儲量為73.07 Mt，服務(wù)年限為45.1 a，主要可采煤層為3號煤層，煤層厚度較大，煤層厚度為9.75 m～11.21 m，平均厚度10.61 m，賦存穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件及構(gòu)造簡單[6]。研究千樹塔礦區(qū)長焰煤的特性以及根據(jù)配入比例的不同以確定千樹塔長焰煤配煤煉焦對焦炭質(zhì)量的影響，此舉具有重要的現(xiàn)實意義。

1 樣品采集與試驗

1.1 長焰煤及主焦煤的采樣與分析

按照GB/T 475—2008《商品煤樣人工采取方法》，在同興昌選煤廠采集陜西榆林千樹塔礦區(qū)長焰煤,在盛淵選煤廠采集山西呂梁黃家溝礦區(qū)主焦煤的精煤樣品作為試驗樣品。按照GB/T 40485—2021《煤的鏡質(zhì)體隨機(jī)反射率自動測定圖像分析法》、GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》、GB/T 214—2007《煤中全硫的測定方法》、GB/T 1574—2007《煤灰成分分析方法》、GB/T 5447—2014《煙煤黏結(jié)指數(shù)測定方法》、GB/T 479—2016《煙煤膠質(zhì)層指數(shù)測定方法》、GB/T 5450—2014《煙煤奧阿膨脹計試驗》、GB/T 25213—2010《煤的塑性測定恒力矩吉氏塑性儀法》對長焰煤和主焦煤樣品進(jìn)行煤巖分析、工業(yè)分析、全硫、煤灰成分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)、奧亞膨脹度、吉氏流動度等測試。

1.2 單種煤及配煤煉焦方案

采用黃家溝焦煤和千樹塔長焰煤進(jìn)行配煤，其小焦?fàn)t煉焦試驗3種配煤方案如下:①方案1:黃家溝焦煤與千樹塔長焰煤配比為9∶1；②方案2:黃家溝焦煤與千樹塔長焰煤配比為8∶2;③方案3:黃家溝焦煤與千樹塔長焰煤煤配比為7∶3。 對千樹塔長焰煤與黃家溝主焦煤按GB/T 474—2008《煤樣的制備方法》分別進(jìn)行制樣。首先將采集的樣品鋪在鐵板上，使其自然烘干，然后全部通過3 mm圓孔篩，篩上物用錘式破碎機(jī)進(jìn)行破碎。破碎程度控制指標(biāo)為長焰煤細(xì)度92%、主焦煤細(xì)度88%。破碎后的精煤經(jīng)堆錐四分法縮分，分別裝入塑料袋，封口存放等待試驗。

配煤煉焦樣品的制備:按照上述3種方案，分別采取相應(yīng)質(zhì)量的長焰煤和主焦煤，2種煤均勻混合后進(jìn)行工業(yè)分析；添加10 kg自來水，混合均勻后檢測煤樣水分，使其達(dá)到9.0%左右;以頂裝方式裝入預(yù)升溫度為800 ℃的100 kg試驗焦?fàn)t，煉焦時間24 h。

1.3 小焦?fàn)t試驗

采用ZKJL-100-4C型100 kg電加熱試驗焦?fàn)t進(jìn)行煉焦試驗。該試驗焦?fàn)t采用碳化硅磚，碳化室的長、寬、高分別為580 mm、450 mm、800 mm，碳化室有效尺寸為550 mm×450 mm×800 mm。碳化室兩側(cè)分設(shè)1個加熱火道，每個加熱火道可獨立控溫，預(yù)升溫度達(dá)到800 ℃時將試驗樣品裝入碳化室，開始啟動煉焦程序，煉焦時間、煉焦終溫分別為24 h、1 050 ℃，焦餅中心溫度達(dá)到950 ℃，產(chǎn)生的荒煤氣由碳化室頂部上升管排出。成熟后的焦炭由推焦機(jī)推至熄焦車內(nèi)，經(jīng)熄焦(水熄)后，按照GB/T 2001—2013《焦炭工業(yè)分析測定方法》、GB/T 4000—2017《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度試驗方法》進(jìn)行焦炭工業(yè)分析、機(jī)械強(qiáng)度、反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度測試。

2 試驗結(jié)果

2.1 原料煤煤質(zhì)特征

千樹塔長焰煤和黃家溝焦煤的煤質(zhì)檢驗結(jié)果見表1、表2。

由表1和表2可見，千樹塔長焰煤屬于低硫、低灰、低黏結(jié)、高揮發(fā)分的低變質(zhì)煙煤，其膠質(zhì)體數(shù)量少，黏結(jié)指數(shù)為16，膠質(zhì)層最大厚度為0，結(jié)焦性極差。千樹塔煤灰成分中堿性物質(zhì)含量偏高、酸性物質(zhì)含量偏低。黃家溝礦區(qū)焦煤屬于中硫、中灰、中等揮發(fā)分、中高黏結(jié)的中等變質(zhì)煙煤，其膠質(zhì)體數(shù)量較多，質(zhì)量較好，灰成分中堿性物質(zhì)含量偏低、酸性物質(zhì)含量偏高，具有良好的結(jié)焦性[7-8]。

表1 千樹塔長焰煤與黃家溝焦煤的煤質(zhì)特征Table 1 The coal quality characteristics of qianshuta long flame coal and Huangjiagou coking coal

表2 千樹塔長焰煤與黃家溝焦煤的灰成分測試結(jié)果Table 2 Test results of ash composition of Qianshuta long flame coal and Huangjiagou coking coal

千樹塔長焰煤和黃家溝焦煤均為單一煤類[9-10]，其煤巖分析如圖1、圖2所示。

圖1 千樹塔長焰煤的鏡質(zhì)體反射率分布Fig.1 Vitrinite reflectance distribution of Qianshuta long flame coal

圖2 黃家溝焦煤的鏡質(zhì)體反射率分布Fig.2 The vitrinite reflectance distribution of Huangjiagou coking coal

2.2 配煤煤質(zhì)分析

千樹塔長焰煤和黃家溝焦煤的配合煤煤質(zhì)分析結(jié)果見表3和表4。

表3 不同方案配煤工業(yè)分析及黏結(jié)性指標(biāo)測試結(jié)果Table 3 The industrial analysis of different coal blending schemes and test results of cohesion index

表4 不同方案配煤煤灰成分測試結(jié)果Table 4 Test results of coal ash composition in different blending schemes

從表3和表4可看出，隨著長焰煤比例的增加，配合煤的硫分、灰分、黏結(jié)指數(shù)、Y值、基氏流動度、奧阿膨脹度逐漸降低，揮發(fā)分、X值逐漸增高。其煤灰成分中堿性物質(zhì)含量逐漸增加、酸性物質(zhì)含量逐漸減少。

2.3 試驗焦炭質(zhì)量分析

將黃家溝焦煤、方案1、方案2、方案3分別在相同的試驗條件下進(jìn)行試驗焦?fàn)t煉焦實驗，各試驗所煉焦炭全部用自來水均勻熄滅，焦炭質(zhì)量分析結(jié)果見表5。

表5 黃家溝焦煤試驗的焦炭分析結(jié)果Table 5 The analysis results of Huangjiagou coking coal test

3 討 論

3.1 長焰煤配煤煉焦對成焦率的影響

成焦率是煤經(jīng)干餾轉(zhuǎn)為焦炭的百分率，主要取決于煤質(zhì)[11]。以下方案的裝煤干基總量均為100 kg，通過對焦炭進(jìn)行稱量并換算為干基以計算不同試驗條件下千樹塔長焰煤配煤煉焦的成焦率。黃家溝焦煤、方案1、方案2、方案3的焦炭干基總量(kg)分別為80.02、77.19、73.32、71.16，其相應(yīng)方案的成焦率分別為80.02%、77.19%、73.32%、71.16%。千樹塔長焰煤不同添加量對成焦率的關(guān)系如圖3所示。由圖3可知，隨著千樹塔長焰煤比例的增加，成焦率呈下降趨勢。

圖3 千樹塔長焰煤添加量對成焦率的影響Fig.3 The influence of the coking rate to the amount of Qianshuta long flame coal added

3.2 長焰煤配煤煉焦對焦炭質(zhì)量的影響

千樹塔長焰煤變質(zhì)程度低，含氧量高，熱分解產(chǎn)物的分子量小，液態(tài)產(chǎn)物很少，黏結(jié)性極弱，結(jié)焦性差。黃家溝焦煤結(jié)膠質(zhì)體流動度高、黏結(jié)性和結(jié)焦性好，煤灰成分中堿金屬含量適中[12-15]，單煤煉制焦炭強(qiáng)度高[16]。 通過試驗表明，隨著千樹塔長焰煤在主焦煤中配入量的增加，焦炭的硫分(St,d)、灰分(Ad)、反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)、抗碎強(qiáng)度(M25)均有不同程度的下降，耐磨強(qiáng)度(M10)變差，其影響關(guān)系如圖4所示。

圖4 千樹塔長焰煤添加量對焦炭質(zhì)量的影響Fig.4 Effect of amount of Qianshuta long flame coal to coke quality

4 結(jié) 語

采用榆林千樹塔礦區(qū)長焰煤和呂梁黃家溝主焦煤，將長焰煤以10%、20%、30%分別配入主焦煤中進(jìn)行100 kg小焦?fàn)t試驗，對單煤及配合煤進(jìn)行工業(yè)分析、黏結(jié)性指標(biāo)分析、灰成分分析，對所煉焦炭進(jìn)行工業(yè)分析、反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度分析。通過對千樹塔礦區(qū)長焰煤配煤煉焦對焦炭質(zhì)量影響的試驗結(jié)果分析，得出以下結(jié)論:

(1)千樹塔長焰煤的灰分、硫分低，可降低與黃家溝焦煤煉焦配煤所得焦炭的灰分和硫分。

(2)千樹塔長焰煤揮發(fā)分高、結(jié)焦性差、煤灰成分中堿金屬含量偏高， 一般情況下在煉焦配煤中長焰煤的配入量宜在10%～20%，可基本保證焦炭的成焦率和反應(yīng)后強(qiáng)度要求并有效降低配煤成本，具體配入量根據(jù)各煤種的結(jié)焦特性進(jìn)行控制。

(3)利用千樹塔長焰煤配煤煉焦具有明顯的優(yōu)勢,既可緩解煉焦煤資源不足的壓力,還能促進(jìn)礦區(qū)煤炭資源的有效利用。