CN116479195B - 一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，属于钢铁冶炼技术领域；该方法通过测定喷吹配煤各煤种的煤岩参数，建立煤岩参数与喷吹煤燃烧性能以及标准参数关系模型公式，并以此公式计算混合煤的固定碳、挥发分、燃烧率以及发热值，评估混合煤是否符合喷吹煤标准；本发明以此模型公式来优化不同煤种混合比例并应用于喷吹配煤方案，以确保配煤方案的科学性和合理性；本发明以煤岩学为基础，通过煤岩参数和预测公式直接得到混合煤的燃烧参数，不需要采用检测设备单独对相应的燃烧参数进行测定，简化了测定方式，能够指导现有配煤方案上的不足，有效保证了煤炭资源的合理性利用。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及冶炼用喷吹煤，具体为一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法。
背景技术
近年来，随着高炉冶炼水平的不断进步，高炉喷吹煤的需求量也在不断增加。但优质原料煤炭资源日趋紧张且成本不断上涨，使得钢铁冶炼企业意识到合理开发并利用高炉喷吹煤资源的必要性。喷吹煤对煤的质量有一定的要求，具体要求有：煤的灰分要低，全硫要低，发热值要高，可磨性、燃烧性和输送性要好，爆炸性要低，反应性要好。目前各钢铁企业普遍采用烟煤和无烟煤混合喷吹的模式。一方面，无烟煤资源匮乏且价格不断攀升，再加上烟煤种类及性能差异较大，配煤难度较高，使得钢铁企业致力于找到性能优良、价格更为低廉的喷吹煤种；另一方面，随着国家环保政策日趋严格，减煤、限煤、换煤的政策力度在不断的加强。因此，如何利用现有煤炭资源，开发出严谨且经济合理的配煤技术已是现阶段喷吹煤技术方案研究的重点。
中国专利CN202010888180.7公开了一种高炉喷吹用含兰炭混合燃料及其制备方法。此方法主要解决现有高炉喷吹用含兰炭混合燃料制粉效率低、兰炭利用低以及含兰炭混合燃料中兰炭占比低的技术问题。中国专利CN201310401915.9公开了一种高炉喷吹用兰炭及其制造方法。该方法提高了喷吹用煤缓和燃料中兰炭占比，降低了高炉喷吹用混合燃料的成本，也大幅降低了铁水冶炼成本。
中国专利CN201510137576.7公开了一种高炉喷吹煤的配煤方法及高炉喷吹煤。中国专利CN201510136506.X公开了一种低阶煤在高炉喷吹煤中配入量的方法。这两个方案通过控制低阶煤的固定粒度含量和其配煤比例来达到高炉喷吹煤的安全要求。此方案适用于低硫、低灰、不粘结等特定低阶煤，对低阶煤其他性能提升较小，对现有低阶煤资源应用有限，不适合大规模应用。
以上发明的喷吹配煤技术方案虽在一定程度上取得进步，但并未从本质上解决配煤问题。配煤技术的核心在于对不同煤种的认识深度。煤岩学把煤视为不均一体，在显微尺度下对其组分进行分析评价，研究结果能从本源角度表示煤的性质。因此，利用煤岩学配煤被认为是较为先进且科学的方法，其优越性主要体现在从显微尺度对煤质不均一性进行表征、使喷吹配煤技术真正走向科学化、合理解释煤质波动及异常情况等几个方面。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法。避免了传统经验配煤的弊端，根据煤岩参数借助预测公式配煤，以保证精确配煤和喷吹煤质量的稳定。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，包括以下步骤：
1）将用于喷吹配煤的不少于两种的烟煤或烟煤和无烟煤按照一定质量比进行混合得到混合煤样，对烟煤、无烟煤以及混合煤样的煤岩参数进行测定；所述的煤岩参数包括镜质组最大反射率、镜质组和惰质组。
2）将混合煤样的煤岩参数代入预测公式计算所述混合煤样的固定碳含量、发热值、挥发分以及燃烧率，所述的预测公式为：
固定碳预测公式：
Y1=-0.838X1 2+1.828X2 2+0.766X3 2+0.345X1X2+2.683X1X3-5.839X2X3+0.899
发热值预测公式：
Y2=67.684X1 2+117X2 2-30.612X3 2-197.13X1X2+73.491X1X3-79.317X2X3+38.49
挥发分预测公式：
Y3=0.693X1 2-2.598X2 2-1.194X3 2+0.212X1X2-2.53X1X3+5.693X2X3+0.12
燃烧率预测公式：
Y=0.238 X1 3-0.841 X1 2+0.488 X1-0.137 X2-0.169 X3+0.893
式中：X1：镜质组最大反射率Rmax；X2：镜质组含量；X3：惰质组含量。
3）与高炉喷吹用煤标准对照评定所述混合煤样是否满足高炉喷吹配煤要求，若结果未达标，则根据不少于两种的烟煤或烟煤和无烟煤的煤岩参数进行质量比调整，返回步骤2）重新计算，直至合格。
优选的，所述的烟煤为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、气煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤的一种或任意组合。
优选的，所述的烟煤的质量占10-100%，无烟煤质量占0-90%。
优选的，所述的预测公式通过Origin绘图软件得到。
优选的，所述的高炉喷吹用煤标准为GB/T 18512-2008 高炉喷吹用煤技术条件国家标准。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
1、本发明采用煤岩学分析手段，结合常规煤化分析数据，能够全面、准确地了解煤质特征，为掌握煤源质量，评价煤质、鉴别混和煤和进一步优化原料煤的合理利用奠定基础。
2、本发明利用煤岩分析数据指导和优化原料煤种，实现科学混煤，对精确配煤比的指向和保证喷吹煤质量的稳定提供保障。此外完善传统配煤方案的不足，实现喷吹配煤技术的新突破；实现资源和能源的综合利用，提高和稳定质量，具有经济和社会效益。
3、本发明利用煤岩学方法优化喷吹配煤系统，保证喷吹配煤的质量，合理利用现有资源，在保证喷吹煤质量的前提下节省优质煤，既能降低生产成本，又能稳定喷吹煤质量。
4、本发明优化的喷吹配煤方案避免了传统经验配煤的弊端，根据煤岩参数借助预测公式配煤，不需要采用专门设备单独检测喷吹煤的固定碳含量、发热值、挥发分以及燃烧率；灵活且省时省力。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，具体步骤为：
第一步、选用常见喷吹配煤的不黏煤和无烟煤，分别测定不黏煤和无烟煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数。
第二步、取少量上述两种煤样按照质量比为不黏煤：无烟煤=1:9的比例混合制得混合煤。测定混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表1：
第三步、根据上述已知的混合煤的煤岩参数代入如下预测公式，计算该混合煤的固定碳含量、发热值、挥发分以及燃烧率。所述的预测公式通过Origin绘图软件得到。
固定碳预测公式：
Y1=-0.838X1 2+1.828X2 2+0.766X3 2+0.345X1X2+2.683X1X3-5.839X2X3+0.899
发热值预测公式：
Y2=67.684X1 2+117X2 2-30.612X3 2-197.13X1X2+73.491X1X3-79.317X2X3+38.49
挥发分预测公式：
Y3=0.693X1 2-2.598X2 2-1.194X3 2+0.212X1X2-2.53X1X3+5.693X2X3+0.12
燃烧率预测公式：
Y=0.238 X1 3-0.841 X1 2+0.488 X1-0.137 X2-0.169 X3+0.893
式中：X1：镜质组最大反射率Rmax；X2：镜质组含量；X3：惰质组含量。
通过预测公式计算得出预测值，同时通过测试仪器对混合煤的固定碳、发热值、挥发分和燃烧率进行测定，得出实际值；计算出的预测值以及实际值见下表2：
根据表2可知，根据预测公式计算的混合煤各项指标与实测值相近，则该预测公式可靠。
第四步、与GB/T 18512-2008 高炉喷吹用煤技术条件国家标准对照是否符合喷吹煤标准，并评定喷吹配煤方案的合理性。喷吹煤粉性能指标如下表3：
第五步、根据喷吹煤的性能指标，该混合比例（不黏煤：无烟煤=1:9）计算的固定碳、挥发分以及发热值满足喷吹煤标准，且燃烧率≥70%，计算结果合格则可以大规模应用。
评定结果合格则满足大型高炉喷吹配煤要求，并以此煤岩参数调控、优化喷吹配煤方案。
实施例2
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，具体步骤为：
第一步、选用常见喷吹配煤的常用长焰煤和无烟煤，分别测定长焰煤和无烟煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数。
第二步、取少量上述两种煤样按照质量比为长焰煤：无烟煤=2:8的比例混合制得混合煤。各参数指标如下表4：
第三步、根据上述已知混合煤的煤岩参数代入如下预测公式，计算该混合煤的固定碳含量、发热值、挥发分以及燃烧率。
固定碳预测公式：
Y1=-0.838X1 2+1.828X2 2+0.766X3 2+0.345X1X2+2.683X1X3-5.839X2X3+0.899
发热值预测公式：
Y2=67.684X1 2+117X2 2-30.612X3 2-197.13X1X2+73.491X1X3-79.317X2X3+38.49
挥发分预测公式：
Y3=0.693X1 2-2.598X2 2-1.194X3 2+0.212X1X2-2.53X1X3+5.693X2X3+0.12
燃烧率预测公式：
Y=0.238 X1 3-0.841 X1 2+0.488 X1-0.137 X2-0.169 X3+0.893
式中：X1：镜质组最大反射率Rmax；X2：镜质组含量；X3：惰质组含量。
通过预测公式计算得出预测值，同时通过测试仪器对混合煤的固定碳、发热值、挥发分和燃烧率进行测定，得出实际值；计算出的预测值以及实际值见下表5：
根据表5可知，通过预测公式计算的混合煤各项指标与实测值相近，则该预测公式可靠。
第四步、与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照是否符合喷吹煤标准，并评定喷吹配煤方案的合理性。
第五步、根据喷吹煤的性能指标，该混合比例（长焰煤：无烟煤=2:8）计算的固定碳、挥发分以及发热值满足喷吹煤标准，且燃烧率≥70%，计算结果合格则可以大规模应用。
评定结果合格则满足大型高炉喷吹配煤要求，并以此煤岩参数调控、优化喷吹配煤方案。
实施例3
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，按照实施例1中步骤进行，所不同的是烟煤采用气煤，按照质量比为气煤：无烟煤=4:6的比例混合制得混合煤。测定气煤、无烟煤以及混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表6。
将上述煤岩参数代入预测公式中，通过预测公式计算得出预测值，同时通过测试仪器对混合煤的固定碳、发热值、挥发分和燃烧率进行测定，得出实际值；计算出的预测值以及实际值见下表7：
根据表7可知，通过预测公式计算的混合煤各项指标与实测值相近，则该预测公式可靠。
与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照是否符合喷吹煤标准，并评定喷吹配煤方案的合理性。根据喷吹煤的性能指标，该混合比例（气煤：无烟煤=4:6）计算的固定碳和挥发分符合喷吹煤标准，发热值略低于喷吹煤标准，燃烧率≥70%，则该比例制得的混合煤基本符合喷吹煤标准。
实施例4
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，按照实施例1中步骤进行，所不同的是烟煤采用焦煤，取少量上述两种煤样按照质量比为弱黏煤：无烟煤=5:5和9:1的比例混合制得混合煤。测定弱黏煤、无烟煤以及混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表8：
将上述煤岩参数代入预测公式中，通过预测公式计算得出预测值，同时通过测试仪器对混合煤的固定碳、发热值、挥发分和燃烧率进行测定，得出实际值；计算出的预测值以及实际值见下表9：
根据表9可知，通过预测公式计算的混合煤各项指标与实测值相近，则该预测公式可靠。
与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照是否符合喷吹煤标准，并评定喷吹配煤方案的合理性。用该煤种的混合比例（弱黏煤：无烟煤=5:5和9:1）计算的固定碳、挥发分以及发热值均低于喷吹煤标准，则该比例制得的混合煤不符合喷吹煤标准，主要原因是弱粘煤煤化程度较低，干燥无灰基挥发分较高的影响。改进方法：需根据测得的弱黏煤和无烟煤的煤岩参数进一步调控混合比例或使用煤阶程度较高的烟煤进行配合制得喷吹煤。
实施例5
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，按照实施例1中步骤进行，所不同的是烟煤采用煤阶较高的瘦煤，取少量上述两种煤样按照质量比为瘦煤：无烟煤=6:4的比例混合制得混合煤。测定混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表10，并通过预测公式计算得出预测值，结果见表11。
与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照，该配煤方案以及混合比例（瘦煤：无烟煤=6:4）计算的固定碳、挥发分以及发热值满足喷吹煤标准，且燃烧率≥70%，计算结果合格则可以大规模应用。可见利用煤阶程度较高的瘦煤配合无烟煤使用，可更大程度上较少无烟煤在喷吹煤中的应用比例。
实施例6
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，按照实施例1中步骤进行，所不同的是烟煤采用本公司发明专利CN202310106418.X实施例1制得的改性低阶煤与无烟煤混合，混合比例为7:3制得喷吹煤。测定混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表12，并通过预测公式计算得出预测值，结果见表13。
与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照，该配煤方案以及混合比例（改性低阶煤：无烟煤=7:3）计算的固定碳、挥发分满足喷吹煤标准，发热值略低于标准，且燃烧率≥70%，计算结果合格则基本可以大规模应用。
实施例7
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，按照实施例1中步骤进行，所不同的是喷吹煤采用的是贫煤和瘦煤的混合煤种，混合比例为贫煤：瘦煤=7:3，测定混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表14，并通过预测公式计算得出预测值，结果见表15。
与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照，利用煤阶较高的不同烟煤配合制得喷吹煤，该配煤方案以及混合比例（贫煤：瘦煤=7:3）计算的固定碳、挥发分以及热值满足喷吹煤标准，且燃烧率≥70%，计算结果合格则基本可以大规模应用。
实施例8
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，按照实施例1中步骤进行，所不同的是喷吹煤采用的是贫煤和贫瘦煤的混合煤种，混合比例为贫煤：贫瘦煤=8:2，测定混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表16，并通过预测公式计算得出预测值，结果见表17。
与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照，利用煤阶较高的不同烟煤配合制得喷吹煤，该配煤方案以及混合比例（贫煤：贫瘦煤=8:2）计算的固定碳、挥发分以及热值满足喷吹煤标准，且燃烧率≥70%，计算结果合格则基本可以大规模应用。
实施例9
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，按照实施例1中步骤进行，所不同的是喷吹煤采用的是贫煤和瘦煤的混合煤种，混合比例为贫煤：贫瘦煤：瘦煤=3:3:4，测定混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表18，并通过预测公式计算得出预测值，结果见表19。
与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照，利用煤阶较高的不同烟煤配合制得喷吹煤，该配煤方案以及混合比例（贫煤：贫瘦煤：瘦煤=3:3:4）计算的固定碳、挥发分以及热值满足喷吹煤标准，且燃烧率≥70%，计算结果合格则基本可以大规模应用。
实施例10
一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，按照实施例1中步骤进行，所不同的是喷吹煤采用的是贫煤和瘦煤的混合煤种，混合比例为贫煤：瘦煤：弱粘煤=4:4:2，测定混合煤的镜质组最大反射率、镜质组、惰质组参数，各参数指标如下表20，并通过预测公式计算得出预测值，结果见表21。
与国家喷吹煤标准（参见实施例1中的表3）对照，利用煤阶较高的不同烟煤配合制得喷吹煤，该配煤方案以及混合比例（贫煤：瘦煤：弱粘煤=4:4:2）计算的固定碳、挥发分以及热值满足喷吹煤标准，且燃烧率≥70%，计算结果合格则基本可以大规模应用。
综上所述，本发明利用煤岩学参数指导不同煤阶程度的烟煤与无烟煤配合可优化出喷吹配煤方案，同时根据煤岩学预测公式还可应用于指导不同煤阶的烟煤之间配合制得喷吹煤，应用范围较广，对减少了喷吹煤中高阶煤的利用量以及低阶煤的高效利用具有重要意义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (3)
1.一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将用于喷吹配煤的不少于两种的烟煤或烟煤和无烟煤按照一定质量比进行混合得到混合煤样，对烟煤、无烟煤以及混合煤样的煤岩参数进行测定；所述的煤岩参数包括镜质组最大反射率、镜质组和惰质组；
2）将混合煤样的煤岩参数代入预测公式计算所述混合煤样的固定碳含量、发热值、挥发分以及燃烧率，所述的预测公式为：
固定碳预测公式：
Y1=-0.838X1 2+1.828X2 2+0.766X3 2+0.345X1X2+2.683X1X3-5.839X2X3+0.899
发热值预测公式：
Y2=67.684X1 2+117X2 2-30.612X3 2-197.13X1X2+73.491X1X3-79.317X2X3+38.49
挥发分预测公式：
Y3=0.693X1 2-2.598X2 2-1.194X3 2+0.212X1X2-2.53X1X3+5.693X2X3+0.12
燃烧率预测公式：
Y=0.238 X1 3-0.841 X1 2+0.488 X1-0.137 X2-0.169 X3+0.893
式中：X1：镜质组最大反射率Rmax；X2：镜质组含量；X3：惰质组含量；
3）与高炉喷吹用煤标准对照评定所述混合煤样是否满足高炉喷吹配煤要求，若结果未达标，则根据不少于两种的烟煤或烟煤和无烟煤的煤岩参数进行质量比调整，返回步骤2）重新计算，直至合格；
所述的高炉喷吹配煤要求是指灰分≤11.00%、全硫≤0.8%、固定碳≥72.50%、挥发分≤19.5%、发热值≥29800kJ/kg、燃烧率≥70%。
2.根据权利要求1所述的一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，其特征在于，所述的烟煤为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、气煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤的一种或任意组合。
3.根据权利要求1所述的一种基于煤岩参数优化高炉喷吹煤配煤的方法，其特征在于，所述的烟煤的质量占10-100%，无烟煤质量占0-90%。
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