淮南礦業1/3 焦煤在焦化企業配煤煉焦的應用實踐

張世東，陸啟均，劉國斌，馬 巖，徐秀麗，孟慶波

（1.中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司，遼寧 鞍山 114044；2.淮南礦業（集團）有限責任公司，安徽 淮南 232001）

引 言

淮南礦區位于安徽省中北部，是我國重要的煉焦煤產區?；茨厦禾锍擅河谑慷B紀，可開采煤層組為二疊系山西組、下石盒子組和上石盒子組（下段）含煤巖系，其中A、B、C 組為主要開采煤組，可采煤層為13～19 層[1]。礦區資源豐富，煤質好，以氣煤和1/3 焦煤為主，所產1/3 焦煤硫分低、黏結性能好，是優質的配煤煉焦原料[2-3]。

1/3 焦煤是介于焦煤、肥煤和氣煤三類煤之間的過渡煤種，是一種中等或較高揮發分的較強黏結性能的煤種。不同地區、不同礦點的1/3 焦煤的煤質特性及煉焦性質差異很大。有些1/3 焦煤的變質程度偏高，結焦性較好，其煤質特性接近焦煤。有些1/3 焦煤的膠質體流動性能較強，煤質特性接近肥煤。有些1/3 焦煤變質程度偏低，黏結性能偏低，煤質特性接近氣煤。張偉林[4]研究表明，利用寧夏地區的強黏結性1/3 焦煤替代部分寧夏地區主焦煤進行煉焦生產是可行的，生產的焦炭可滿足2 500 m3高爐冶煉需求。項茹等[5]研究表明，貴州1/3 焦煤流動度較高、膨脹度高，在配煤煉焦中按照肥煤使用，可充分發揮其流變膨脹特性，從而穩定焦炭質量。宋子逵等[6]研究表明，山東地區部分礦點的1/3 焦煤揮發分偏高、變質程度偏低、顯微結構中同性組分含量較高，性質接近于氣煤。馬巖等[7]對我國安徽、山東、黑龍江、內蒙古、河北、山西等省份的1/3 焦煤進行了對比分析，表明不同地區1/3 焦煤性質差異較大；淮南礦業1/3 焦煤具有低灰、低硫、結焦性好的特點，可合理利用來改善配煤結構。因此，在配煤煉焦時，應根據不同地區、不同礦點的1/3 焦煤特性來區分使用。本文重點分析了安徽淮南礦業典型1/3 焦煤特性及其在頂裝焦爐和搗固焦爐企業的生產應用實踐。

1 淮南礦業1/3 焦煤特性分析與評價

1.1淮南礦業精煤資源儲量

淮河能源控股集團為樹立商品煤品牌、穩定產品質量、推進產品升級，將淮南礦業煉焦煤注冊了“淮河一號”“淮河二號”“淮河三號”三個精煤品牌商標，實現高效開發利用淮南礦業煤資源，精煤年產量平均約680 萬t。各系列精煤產品資源儲量及可采年限見表1。

表1 淮南礦業系列精煤產品資源儲量及可采年限

1.2淮南礦業精煤煤質及煉焦特性

3 種精煤產品的工業分析、全硫及黏結性能的測定均按照相關國家標準進行，煤質質量指標分析檢測結果見表2。將3 種精煤產品按照《煉焦試驗用小焦爐技術規范》[8]分別開展單種煤40 kg 側開式試驗焦爐煉焦試驗，試驗條件為：入爐煤干基質量43 kg，粉碎細度（82±2）%，干基堆密度750 kg/m3，結焦時間15.5 h，焦餅中心溫度930 ℃～950 ℃。采用濕熄焦，用1/4 米庫姆轉鼓測定焦炭機械強度，焦炭反應性和反應后強度按照相關國家標準進行檢測，單種煤煉焦所得焦炭質量結果見表3。

表2 3 種精煤產品煤質質量指標

表3 40 kg 試驗焦爐所得焦炭質量 %

1.3淮南礦業精煤評價

1.3.1 淮河一號的分析與評價

淮河一號灰分為9.21%，揮發分為35.51%，硫分為0.33%，黏結指數G 值為92，膠質層最大厚度Y 值為23.0 mm。根據GB/T 5751—2009《中國煤炭分類》，淮河一號Y 值未達到肥煤大于25.0 mm 的要求，因此將其劃分為1/3 焦煤。但其膠質層體積曲線（見圖1）呈現出“之山混合型”，前期呈現小幅度的“山”型，隨后呈現出反復膨脹和收縮的“之”型，膠質體性質具有一定的肥煤特性。

圖1 淮河一號的膠質層體積曲線

由表2、表3 可知，淮河一號的基氏最大流動度αmax可達到31 253 ddpm，奧阿膨脹度b 值為108%，流動度和膨脹度較高，軟固化溫度區間寬。與文獻[4-7]中的1/3 焦煤對比，其黏結性能、流變性和膨脹性質量指標均優于山西、山東、河南、四川、寧夏等地的1/3 焦煤，其性質接近肥煤特性。單種煤煉焦所得焦炭具有較好的機械強度和熱態性能，CSR 達到60.0%。因此，淮河一號為中灰、低硫、強黏結性、具有較好煉焦特性的優質1/3 焦煤，兼具肥煤的特征。

1.3.2 淮河二號的分析與評價

淮河二號灰分為9.36%，揮發分為37.82%，硫分0.38%，G 值為86，Y 值為17.0 mm。根據GB/T 5751—2009，淮河二號揮發分大于37.0%，將其劃分為氣煤。但其膠質層體積曲線（見圖2）呈現出“之字型”，這種膠質體性質不同于氣煤，通常氣煤的膠質層曲線呈現出“微波型”或“平滑下降型”。

圖2 淮河二號的膠質層體積曲線

由表2、表3 可知，淮河二號的αmax為8 196 ddpm，b 值為55%，膠質體流動性較好。單種煤煉焦所得焦炭具有較好的機械強度，M40達到83.8%，熱性質適中，CSR 為45.9%?；春佣柕馁|量指標優于一般氣煤，可達到1/3 焦煤的質量水平。因此，淮河二號為中灰、低硫、強黏結性的氣煤，其膠質體特性、流動性和煉焦性能較好，具有1/3 焦煤的特征，可作為1/3 焦煤使用。

1.3.3 淮河三號的分析與評價

淮河三號灰分為6.20%，揮發分為36.77%，硫分為0.38%，G 值為82，Y 值為16.0 mm。根據GB/T 5751—2009，淮河三號劃分為1/3 焦煤?；春尤柲z質體性質與淮河二號相似，其膠質層體積曲線（見圖3）呈現出“之字型”。

圖3 淮河三號的膠質層體積曲線

由表2、表3 可知，淮河三號的αmax為2 904 ddpm，b 值為19%，膠質體流動性適中。單種煤煉焦所得焦炭M40為75.5%，CSR 為43.9%，其煉焦特性略低于淮河二號?；春尤柛黜椯|量指標中最大的優點是灰分低，這種低灰特性在國內1/3 焦煤中較為少見，文獻[4-7]中不同地區的1/3 焦煤灰分普遍在7.0%～11.0%。因此，淮河三號為低灰、低硫、強黏結性的1/3 焦煤，在使用過程中可起到降低配合煤灰分的作用。

2 淮南礦業1/3 焦煤在焦化企業的應用實踐

隨著我國優質焦煤、肥煤等資源的供應緊缺程度加劇，1/3 焦煤的需求量逐漸增大?；茨系V業典型的3種1/3 焦煤各具特點，已經在安徽、江西、江蘇、湖北、浙江等省份的焦化企業使用，在不同的配煤結構下，可實現合理配用。

2.1淮河一號在搗固焦爐替代肥煤的應用實踐

在某焦化企業4.3 m 搗固焦爐的生產實踐中，肥煤資源的供應量緊缺、運輸距離較遠且價格較高。為了保證煤場庫存肥煤的均衡使用，需開發肥煤的可替代性煤源，以保證焦炭質量的穩定。經研究比對，決定利用地域性優勢，選擇運輸距離較近的淮南礦業1/3焦煤以替代部分肥煤使用。肥煤和淮河一號1/3 焦煤的單種煤質量指標見表4，單種煤40 kg 試驗焦爐煉焦后的焦炭光學組織和熱態性質見表5。

表4 單種煤質量指標

表5 單種煤煉焦所得焦炭的光學組織和熱態性質 %

由表4 可知，淮河一號1/3 焦煤灰分與肥煤接近；揮發分為34.45%，比肥煤高4.21 個百分點；硫分為0.36%，低于肥煤；Y 值為22.0 mm，略低于肥煤；αmax高于肥煤?；春右惶?/3 焦煤的黏結性能與肥煤指標較為接近，膠質體數量較多，且流動性較好，在一定程度上具有可替代肥煤的特點。由表5 可以看出，單種煤煉焦所得焦炭光學組織中，淮河一號1/3 焦煤與肥煤均以中粒鑲嵌結構為主。對于中等變質程度的煉焦煤，所煉焦炭光學組織結構呈細粒鑲嵌結構向粗粒鑲嵌結構轉變，提高焦炭中粒鑲嵌、粗粒鑲嵌、不完全纖維狀、完全纖維狀與基礎各向異性組織結構含量可提高焦炭質量[9]。兩者在焦炭光學結構和熱態性質上也具有一定的相似性和替代性。

利用淮河一號1/3 焦煤開展替代肥煤的煉焦生產實踐，分別以3%和7%的比例進行替代，配煤方案見表6。配合煤質量指標及焦炭質量指標見表7。

表6 配煤方案（質量分數） %

表7 配合煤質量指標及焦炭質量指標

由表7 可知，替代一方案和替代二方案分別用質量分數3%和7%的淮河一號1/3 焦煤替代肥煤，配合煤和焦炭的灰分、硫分均比基礎方案有所下降，主要原因為1/3 焦煤比肥煤灰分、硫分低。替代一方案的焦炭質量M40達到85.6%、CSR 達到67.1%，均略高于基礎方案的焦炭質量，主要原因是淮河一號1/3 焦煤所得焦炭的光學組織以中粒鑲嵌結構為主，鑲嵌結構對焦炭的溶損反應可起到抑制作用，對焦炭反應后強度具有一定的貢獻。替代二方案淮河一號1/3 焦煤質量分數為7%，配合煤的揮發分有所提高，G 值和Y 值略有下降。揮發分偏高使得焦炭產生的裂紋增多，而黏結性有所下降使得焦炭的抗碎強度和反應后強度出現略微下降，但仍可達到企業的目標焦炭質量要求。

因此，淮河一號1/3 焦煤作為優質1/3 焦煤資源，在配煤煉焦生產中可以部分替代肥煤使用，替代質量分數為3%～7%，具有降灰和降硫的作用，可穩定焦炭質量，節約優質的肥煤資源。

2.2淮河二號在搗固焦爐中作為1/3 焦煤的應用實踐

搗固煉焦是一種以提高入爐煤餅堆密度的方式進行高溫干餾的煉焦技術，通過這種方式可配入較多的高揮發分煤或弱黏結性煤。在某焦化企業4.3 m 搗固焦爐的生產實踐中，使用了淮南礦業淮河二號和山東氣煤。單種煤質量指標見表8，單種煤40 kg 試驗焦爐煉焦后的焦炭光學組織和熱態性質見表9。

由表8 可知，淮河二號和山東氣煤的揮發分＞37.0%，G 值＞65，Y 值≤25.0 mm，兩者均劃分為氣煤，但兩種煤的黏結性能指標和單種煤煉焦所得焦炭質量有較大的差異?；春佣柕腉 值、Y 值和αmax均高于山東氣煤，表明淮河二號的膠質體數量較多且流動性較好，黏結性能優于山東氣煤。由表9 可知，淮河二號煉焦所得焦炭的光學組織以中粒鑲嵌結構為主，含有少量的絲質及破片，表明其變質程度偏高，惰性成分含量低，焦炭CSR 達到45.9%。山東氣煤焦炭光學組織以各向同性和絲質及破片結構為主，表明其變質程度偏低，惰性成分含量高，焦炭CSR 偏低，為28.8%。兩種煤從分類上均為氣煤，但性質差異較大，在生產應用中將淮河二號作為1/3 焦煤使用，將山東氣煤作為氣煤使用。

在4.3 m 搗固焦爐生產實踐中，配煤方案、配合煤質量指標及焦炭質量指標見表6、表7 中的基礎方案。在基礎方案的配煤結構中，配入大量高揮發分的淮河二號（1/3 焦煤）和山東氣煤（氣煤），兩者總質量分數為39%；其中，淮河二號配入質量分數達到25%，配入質量分數14%的山東氣煤起到降低配合煤灰分、硫分及配合煤成本的作用。所得焦炭M40可達到85.3%，CSR 可達到66.7%?？梢钥闯?，淮河二號揮發分偏高、黏結性能較好，對焦炭熱態強度的貢獻較好，在配合煤中可以起到補充黏結性和流動性的作用，有利于穩定焦炭質量，在搗固焦爐中可作為主力1/3 焦煤大比例配用。

2.3淮河三號生產高品質低灰低硫焦炭的應用實踐

高品質焦炭不僅應具有較高的機械強度和較好的反應后強度，還需具備低灰、低硫特性。高爐煉鐵過程中，焦炭灰分增加，使造渣所需的熔劑增加，焦比升高；焦炭中硫分每增加0.1%，焦比升高約1.2%～2.0%，產量降低2%以上，因此要求焦炭灰分和硫分越低越好[10]。在煉焦過程中，煤中的灰分幾乎全部轉入到焦炭中，大部分硫也轉入到焦炭中，因此選擇低灰、低硫的配煤煉焦煤種對于生產高品質低灰低硫焦炭至關重要。

在某焦化企業6 m 頂裝焦爐的生產實踐中，使用淮河三號1/3 焦煤來降低配合煤灰分和硫分，生產低灰低硫焦炭。配煤方案見表10，配合煤質量指標及焦炭質量指標見表11。

表10 配煤方案（質量分數） %

表11 配合煤質量指標及焦炭質量指標

由表10 可以看出，在日常焦的方案中，配煤結構中以1/3 焦煤為主，且淮河一號質量分數為30%，可作為主力1/3 焦煤使用。在生產低灰焦的方案中，配煤結構中大量使用了具有低灰、低硫特點的淮河三號，質量分數為26%，且搭配了淮河一號1/3 焦煤，兩者質量分數達到41%。低灰焦方案的配合煤灰分為8.98%、硫分為0.65%，焦炭灰分為11.90%、硫分為0.60%，明顯低于日常焦方案的灰分和硫分，且焦炭的M40和CSR 均略高于日常焦方案。生產的低灰低硫焦炭質量指標可以達到GB 50427—2015《高爐煉鐵工程設計規范》[11]中4 000 m3以上高爐用頂裝焦炭質量的技術指標。

3 結 論

3.1淮河一號為優質1/3 焦煤，在頂裝焦爐中可作為主力1/3 焦煤大比例配入使用，配入質量分數可達到30%?；春右惶柮嘿|特征兼具肥煤特性，可在搗固焦爐中部分替代肥煤使用，替代質量分數為3%～7%，焦炭質量穩定，可節約我國優質肥煤資源。

3.2利用搗固焦爐可配入較多高揮發分煤的工藝技術特點，淮河二號可以在搗固焦爐中作為主力1/3 焦煤配用，配入質量分數可達25%。

3.3淮河三號為低灰低硫1/3 焦煤，在頂裝焦爐和搗固焦爐中可起到降灰、降硫作用?？膳淙胭|量分數26%的淮河三號生產出灰分≤12.0%、硫分≤0.60%的高品質低灰低硫焦炭?？筛鶕髽I生產焦炭灰分和硫分要求，選擇合適的配入量。

3.4淮南礦區為我國中部地區重要的煉焦煤產區，主要生產1/3 焦煤產品，其供應可覆蓋我國中部、東部沿海等地區焦化企業。生產實踐應用案例可供焦化企業參考借鑒，焦化企業可結合自身煤源情況合理利用，以實現煤資源的高效利用。