818弱粘结性煤提高结焦性能的试验研究.docx
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818弱粘结性煤提高结焦性能的试验研究
弱粘结性煤提高结焦性能的试验研究
实
施
方
案
山东兖矿国际焦化有限公司
中国矿业大学
2009年2月
目录
一、项目的必要性1
二、研究开发内容3
三、项目的主要技术指标及最终目标4
四、关键技术及创新点5
五、研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤。
5
六、技术、经济可行性及可靠性分析、论证8
七、对安全、环境、健康的影响性分析8
八、现有基础、技术条件，保证体系8
九、经济、社会效益分析9
十、项目实施进度计划10
十一、经费计划11
十二、项目负责人、项目组成员及分工12
弱粘结性煤提高结焦性能的试验研究
一、项目的必要性
1、立项背景
焦炭是重要的工业原料，广泛应用于冶金、铸造、化工等行业。
我国炼焦原料资源存在的突出矛盾是：
传统的炼焦煤资源储量较低，约占全部煤炭保有储量的26%，其中主焦煤、肥煤等强粘煤资源仅占全部煤炭保有储量的9%，而且硫磷含量及灰分较高，随着经济发展对焦炭需求量的不断增加，规模化焦化厂不断建设，炼焦煤供应日趋紧张，质量不稳定。
我国炼焦煤以高挥发分气煤为主，强粘结性肥煤和焦煤少。
由于炼焦煤中焦煤和肥煤比例不足，1/3焦煤和气煤过多，导致中国冶金焦的机械强度不高，灰分大，硫分高，多以2、3级焦为主。
影响焦炭质量的因素很多，而在影响焦炭强度的众多因素中，起决定性作用的是配合煤的结焦性，即煤的煤化度和煤的粘结性，见下表。
影响焦炭质量的因素表
焦炭质量
炼焦煤性质
备煤和炼焦工艺条件
水分
灰分
硫分
挥发分
筛分组成
装炉煤的灰分
装炉煤的硫分
熄焦方式，熄焦操作
结焦终温，焦炉加热
筛焦，焦炭整粒
反应性：
反应性指数
反应后强度
炼焦煤的煤化度，煤岩显微组分，煤灰成分
炼焦煤的煤化度，煤岩显微组分，煤灰成分
结焦终温，结焦末期维温，熄焦方式
结焦终温，结焦末期维温，熄焦方式及装炉煤堆密度、粒度组成
机械强度
装炉煤的粘结性、挥发分、灰分、不同煤的配比，煤岩组分的比例
装炉煤水分控制、粉碎程度、堆密度，配煤添加物，焦炉加热、熄焦方式，整粒
依据影响焦炭质量的因素可知，要解决优质炼焦煤供应不足，增加弱粘结性和不粘结性煤在炼焦配煤中的比例是当前炼焦配煤中的一项重要课题。
运用弱粘煤进行配煤炼焦,存在两大难以解决的问题:
（1）弱粘煤粘结性很差,又几乎没有结焦性,正常情况下难以用于炼焦生产,在常规经验配煤结构中直接配入弱粘煤势必会造成焦炭强度降低,影响焦炭质量,进而影响高炉的生产顺行。
（2）对弱粘煤的性质了解不够深刻,在不影响焦炭质量的前提下,不易选择可以直接替代的合适煤种,且配比难以确定,选择不当会直接造成焦炭质量下滑。
而添加人造粘结剂是改善弱粘结和不粘结煤的结焦性能的有效措施之一。
2、国内外同类技术发展状况
国内外已采用相应的粘结剂进行了大量的实验和工业化试验研究。
邹祖桥]采用沥青作为粘结剂提高了粘结性差煤的焦炭质量。
杨明平利用焦油渣进行配煤炼焦的可行性，并在20kg实验焦炉上进行了焦油渣配煤炼焦实验，确定了焦油渣在炼焦煤中配人的最佳比例。
王福先等为扩大炼焦煤资源，节约优质炼焦煤，提高弱牯结性炼焦煤的配量，降低配煤成本，改善焦炭质量，根据配煤炼焦原理、煤的成焦特性及牯结剂的性质，进行了在炼焦煤中直接配人牯结剂生产优质焦炭的试验研究，并在生产中成功应用，取得了很好效果。
刘炯等在配煤炼焦中加配改质沥青进行试验和测定，认为配加少许改质沥青,可增加配合煤粘结性,提高焦炭的冷、热强度,同时可降低焦炭的灰分。
叶诚钧以石油改质沥青作弱粘结性炼焦煤料的添加剂进行了炼焦性能的研究，得到焦炭质量较优，但是，石油改质沥青热解析出挥发物量多，速度快，煤中配量多时，碳化室内积炭增多，配入量要受到制约。
3、国焦公司炼焦煤资源质量状况
目前中国炼焦煤资源严重不足，供应也日趋紧张，焦煤、肥煤和瘦煤价格持续上涨。
兖矿集团主要生产1/3焦煤和气煤，国际焦化公司生产特种和一级冶金焦，需要大量的优质炼焦煤，使得焦炭生产成本居高不下。
针对这种局面，就如何充分利用本公司现有气煤资源、提高弱粘结性煤的结焦性能、降低焦炭成本、提高企业经济效益，成为企业迫切需要解决的重要课题。
本研究在配煤炼焦中，添加合适的粘结剂、调整粘结性较弱的气煤的用量、降低主焦煤和肥煤的用量，保证焦炭质量、降低焦炭成本、提高企业经济效益，是本项目的目的和意义。
二、研究开发内容
现有国际焦化公司的配煤结构中主焦煤和肥煤的比例为43%，为降低焦炭的生产成本需降低主焦煤和肥煤的用量，提高粘弱结性煤气煤和瘦煤的用量，而要保证焦炭质量不下降，必须加入粘结剂提高炼焦过程中配煤的粘结性，因此项目的研究将围绕以下方面进行：
1、现有配煤煤样的分析测试（还是没说明现有什么煤样）
根据国际焦化公司现有生产的配煤结构情况，对其煤样进行工业分析及粘结性能的测定，作为粘结剂添加量及配煤比调整依据。
2、粘结剂的选择和性能测定
针对降低主焦煤和增加弱粘结性煤的配比的目标选择合理的粘结剂的类型，测定其粘结性能，初步确定其添加量和配煤比。
3、最佳配煤比的确定
根据初步配煤比例进行小焦炉炼焦试验，并对焦炭进行质量检测（灰分、挥发份、硫分、机械强度、反应性、反应后强度等），以确定最佳的配煤比。
4、炼焦最佳工艺的优化
依据最佳配煤比进行小焦炉炼焦试验，优化炼焦工艺，调整加热速度等参数。
5、现场焦炉试验
依据小焦炉试验优化的炼焦工艺，在现场进行大孔试验，验证小试试验结果，检验焦炭质量指标是否达到要求。
三、项目的主要技术指标及最终目标
主要技术指标：
1、添加3%～5%粘结剂后降低肥煤和主焦煤用量8%～10%，1/3焦煤5%～10%、提高瘦煤或气煤用量10%～13%。
2、添加粘结剂后在配煤结构不变的条件下焦炭质量达到如下指标，即灰分≤12.5%、硫份≤0.65%、挥发份≤1.8%、M40≥80.0%、M10≤7.5%、CRI≤30.0%、CSR≥60.0%。
最终目标：
通过试验研究最终能够得到粘结剂的加入量和配煤方案对焦炭质量的影响规律；以此规律可根据市场、资源、成本状况做好国际焦化公司的优化配煤，为国际焦化公司形成一套较为完整的优化配煤体系；紧紧围绕原料市场、资源、质量、成本总体状况，合理优化配煤结构适时调整配比，在保证焦炭质量稳定且符合目前国际焦化公司的焦炭质量指标、高炉顺行的基础上，最大限度地降低配煤成本。
四、关键技术及创新点
1、关键技术：
（1）创新性的在配煤炼焦中，添加合适的粘结剂、提高粘结性较弱的瘦煤的用量、降低主焦煤和肥煤的用量，而保证焦炭质量。
（2）选择合适的粘结剂类型及合适的配比。
（3）试验过程中确立的最佳的配煤比例和优化的炼焦工艺条件。
（4）获得粘结剂的加入量和配煤方案对焦炭质量的影响规律。
2、创新点：
在炼焦煤中适量配入粘结剂、抗裂剂等添加剂，可以改善煤的结焦性能。
配入粘结剂工艺适用于低流动性的弱粘结性的煤种，可以改善焦炭的机械强度和焦炭的反应性。
抗裂剂使用工艺适用于高流动性的高挥发性煤种，可增大焦炭块度，提高强度、改善焦炭气孔结构，提高焦炭反应后强度。
五、研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤。
在实验室采用煤质分析仪器对煤样及粘结剂进行工业分析和粘结性能的测定，充分了解其粘结性；在现场进行小焦炉炼焦试验，确定最佳配煤比，检测焦炭的各种性能指标，优化炼焦工艺，获得粘结剂的加入量和配煤方案对焦炭质量的影响规律。
1、技术路线：
试验技术路线图
2、详细实施步骤：
（1）、原料质量分析
对目前国际焦化公司配煤结构中的主焦煤、肥煤、瘦煤、1/3焦煤和气煤原料进行质量分析，进一步了解原料的粘结性能。
煤样和配入3%～５%粘结剂后的煤样的工业分析及硫分分析。
粘结性测定：
分别对单种煤样、各种粘结剂、单种煤配入3%～５%的凝结剂的粘结指数测定。
热重试验：
研究各单种煤、粘结剂和在加入3%～５%的粘结剂后的配煤的受热失重情况。
（2）、原料配比及粘结剂粒径对焦炭的质量影响
确定原料配比对焦炭质量的影响。
依据对原料的质量分析的基础上，选择适合的配煤比例进行小焦炉试验。
对实验所得的焦炭进行质量检测，包括灰分、挥发分、硫分、机械强度、反应性、反应后强度等。
具体试验过程为：
依据国际焦化公司的现有配煤方案：
主焦煤20%、肥煤23%、瘦煤15%、1/3焦煤27%和气煤15%，配入粘结剂后的试验配煤方案为：
粘结剂的配入量3%～5%，主焦煤由20%～17%、肥煤由23～16%、1/3焦煤由27～17%、瘦煤或气煤由15%～30%变化在小焦炉进行焦化试验测定焦炭质量后与原配煤焦炭质量进行比较，从而确定最佳的粘结剂配比。
粘结剂的粒径对焦炭质量的影响
在一定的加热条件以及粘结剂配比下，选用1～5mm粒径的粘结剂进行焦化试验，并比较焦炭质量，得到粘结剂粒径与焦炭质量的关系，从而确定最佳的粘结剂粒径。
（3）、炼焦工艺条件的研究
依据粘结剂的最佳配比，进行热重试验，确定此配比下的失重情况，参考此失重情况制定焦炉的热工技术。
进行小焦炉试验，分析焦炭质量，确定最佳的炼焦工艺条件。
（4）、现场焦炉实验
依据小试试验结果，使用实际生产用焦炉进行焦化试验。
比较焦炭质量，如不达标，作出相应调整，直至焦炭质量满足要求。
（5）、焦炭品质与气态产物
对现场生产所得焦炭进行全方面的检测，包括焦炭的化学性质（工业分析，元素分析）、焦炭的反应性、焦炭的粒度组成、机械强度、反应后强度、气孔率、微观组织光学鉴定等。
六、技术、经济可行性及可靠性分析、论证
技术可靠性分析：
依据查阅国内外相关资料和国内有关焦化厂的调研表明所添加的添加剂及试验研究方案理论和实践上都是可行的。
经济性分析：
按吨焦成本降低5～10元计，每年可增加1000～2000万元的经济效益，经济上较为可行。
七、对安全、环境、健康的影响性分析
本课题试验所使用的设备、设施都是符合国家安全、环境、职业健康要求的，能够满足国家相关的排放标准，对安全、环境及健康不会产生影响。
八、现有基础、技术条件，保证体系
现有基础：
中国矿业大学多年来一直致力于煤炭炼焦的基础理论研究和炼焦工艺技术的开发，拥有较完备的实验室研究手段和条件。
课题组现有18人，其中教授2人，讲师2人，博士研究生4人，硕士研究生12人。
研究小组一直从事煤炭炼焦的基础理论研究和炼焦工艺技术的开发，承担相关研究课题多项。
在煤炭炼焦理论与技术研究方面已具备了良好的基础和十分丰富的经验，并取得了较丰硕的成果，“焦粉成型代替粒焦作造气原料的技术开发”获2008年度中国煤炭工业协会科学技术三等奖，能够圆满完成此研究任务。
技术条件：
中国矿业大学拥有显微光度计、显微图象分析仪、微孔结构分析仪、激光粒度分析仪、CHN元素分析仪、红外-热重连用仪、比表面测定仪、表面电位仪、微热量仪等比较完备的试验手段和先进的测试分析仪器。
国际焦化公司拥有具有国内领先技术的鞍山热能研究院研制的40Kg试验小焦炉试验装置，并具备焦炭质量指标检测相关仪器可以顺利开展小焦炉试验研究，作为拥有国内第一座最大炭化室的焦炉并一次投产成功的企业，在炼焦的生产和管理方面具有较为丰富的经验和大量的技术人才，对于本项目的开展特别是项目后期的大孔炼焦试验的进行可以提供一定的技术支持和帮助。
保证体系：
中国矿业大学和兖矿集团公司有严格的科研管理制度，该项目成立了课题组，可以投入充足的科研时间和合适的科研经费，以确保项目的顺利完成。
九、经济、社会效益分析
由于煤粘结剂低灰、强粘结的特性，大大降低了配合煤的灰分，使焦炭的灰分大幅度降低。
另外由于粘结剂的配入，使配合煤的抗风险能力增强，当某种炼焦煤质量不稳定或质量较差时，焦炭质量能够相对保持稳定。
根据市场、资源、成本状况调节粘结剂的用量做好优化配煤，煤焦系统紧紧围绕原料市场、资源、质量、成本总体状况，合理优化配煤结构适时调整配比，在保证焦炭质量稳定、高炉顺行的基础上，最大限度地降低配煤成本。
经济效益：
按照添加3%～5%粘结剂降低肥煤和主焦煤用量8%～10%，1/3焦煤5%～10%，提高瘦煤或气煤用量10%～13%及目前原料的市场价格估算获得吨焦成本可降低5～10元，每年则可增加1000～2000万元的经济效益。
社会效益：
该项技术试验成功后，必将带动我国大型焦炉入炉煤配比的改变，减少了环境污染，具有较好的社会效益。
十、项目实施进度计划
2009.2~2009.3完成资料收集、调研和方案制订
2009.4~2009.5完成实验室研究
2009.6~2009.8完成小焦炉炼焦试验和焦炭性能测定
2009.9~2009.11完成大焦炉炼焦试验
2009.11~2009.12完成项目研究报告并验收
十一、经费计划
序号
经费名称
金额（万元）
费用性支出
1
材料消耗费（抗裂剂2万、热电偶1万，温度采集系统4万，红外热重联机系统3万）
10
2
试验费（实验室试验10万、小焦炉试验4万及大焦炉试验7万）
21
3
粘结剂研制费
10
4
原料和产品质量检测分析费
15
5
能源消耗费
9
6
人工费
15
7
差旅费
8
8
项目验收及成果鉴定费
5
合计
93
资本性支出
1
安装费
2
2
煤炭计量校正仪器SK2100
21
3
单孔煤炭计量电子汽车衡SCS-150
27
合计
50
总计
143
十二、项目负责人、项目组成员及分工
序号
姓名
性别
职称
学位
项目分工
1
吴国光
男
教授
博士
项目负责人
2
武建军
男
教授
博士
技术负责人
3
韩梅
女
高级工程师
大学
技术指导
4
朱本启
男
高级工程师
大学
技术负责人
5
王高峰
男
工程师
大学
项目小组负责人
6
李存涛
男
高级工程师
大学
技术负责人
7
孟献梁
男
讲师
硕士
炼焦工艺研究
8
苗真勇
男
讲师
硕士
粘结剂选择
9
刘存凤
女
工程师
大专
项目联络资料修改
10
郑志磊
男
研究生
硕士
焦炭性能分析
11
曹勇飞
男
研究生
硕士
粘结剂改性及用量选择
12
季伟
女
研究生
硕士
煤质分析
13
张文华
女
工程师
大专
煤质分析
14
于瑞军
男
工程师
大学
炼焦工艺
升级会员 