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炼焦煤中各种形态硫在炼焦过程中的析出规律探讨
 点击数:1546次 添加时间:2012-8-21  [关闭] [收藏]
摘  要 为控制并稳定焦炭硫分,依据相关国家标准分别对15种单种煤的全硫、各种形态硫以及相应焦炉所得焦炭全硫进行了测定,分析了各单种煤中硫的赋存形式及其在炼焦过程中的析出规律,并通过配合煤试验,验证了析出规律。

关键词 单种煤 焦炭 全硫 有机硫 无机硫 炼焦 规律

在炼焦时煤中硫分约有60-70%转入焦炭;而生铁中的硫主要来源于焦炭(约78%),为除去硫,在高炉生产中需要增加石灰石和焦炭用量,因而导致高炉生产能力降低,焦比升高。马钢炼焦煤的一个特点就是煤中含硫量偏高,此外,据悉山西焦煤集团的炼焦煤含硫量由于煤田地质原因还将持续上升,因此研究煤中各种形态硫含量及其在炼焦过程中的析出规律,对于控制、稳定焦炭硫分有着极为重要的意义。

1、技术方案

对15种单种煤进全硫、各种形态硫的测定。

对相应的煤种进行40kg焦炉炼焦试验,测定其对应焦炭的全硫含量。

分析研究各单种煤中硫的赋存形式及其在炼焦过程中的析出规律。

利用40kg试验焦炉进行配合煤试验,分析测定相应煤、焦的全硫含量。

分析验证单种煤中硫在炼焦过程中析出的规律。

2、单种煤试验

2.1试验用样煤

选定15种单种煤进行试验,并按1号-15号排序,其中1号-4号为1/3焦煤,5号-8号为肥煤,其余为焦煤,16号为瘦煤,在后续配煤试验中使用。

2.2试验方法

煤的全硫测定按照GB/T214-2007进行,煤中各种形态的硫按照GB/T215-2003进行,焦煤的全硫测定按照GB/T2286-2008进行。

40kg试验焦炉相关指标数据:

炭化室尺寸:400(宽)mm×595(高)mm×500(长)mm ;

装箱煤饼尺寸:344(宽)mm×412(高)mm×454(长)mm ;

装箱容积:64 531.46cm2

煤细度:75%-80% ;

装煤量:43kg/炉(常规干基),堆积密度为0.67t/m3

装煤时炭化室墙温度:800℃ ;

炉内温度:最高约1050℃,常用1050℃,焦饼中心温度980℃-1100℃ ;

总炭化时间:16h,采用湿法熄焦。

2.3试验结果及分析

试验结果见表1所示,数据分析见表2和表3.

煤中硫的存在分为无机硫和有机硫两大类。无机硫存在于矿物质中;煤中有机硫的含量较低,但与煤的有机质结为一体,分部均匀,很难清除。

试验所选的的煤种均为洗精煤,即经洗煤厂洗选后的煤。试验煤样的全硫分区间为0.44%-1.99%,涵盖了低硫、中高硫。从下页表1和表2中可以发现:(1)无论硫分高低,洗精煤中硫酸盐的硫质量分数均小于0.1%,含量极低;(2)硫化物硫占全硫比例一般小于30%;(3)洗精煤中的有机硫占全硫比例最高,通常高于65%,这与前面分析的有机硫与煤的有机质结合为一体,分部均匀,很难清除相符;(4)煤5和煤13属于同一地区的煤,其硫化物中硫含量均高于其他煤种,可能与有少许因粒度小且均匀分布在煤中难以选除有关;或者与洗选工艺有关。因此洗精煤中硫的赋存形式分为有机硫和无机硫两大类:以有机硫为主,其次以无机硫中硫化物硫以及少量的硫酸盐硫的形式存在。

炼焦过程中无机硫几乎全部转移至焦炭的灰分中;有机硫则部分以气体形式释放,进入焦炉煤气中,少量冷凝在煤焦油中,剩余全部转移至焦炭中。所以焦炭中的硫来源于无机硫和部分有机硫。从下页表3可以分析:(1)由于煤种不同,所得焦炭的硫含量不相同,有机硫转化率也不相同,但大部分煤种的有机硫转化率都在60%左右,偏差不是很大;(2)少数煤种偏差较大,如煤13中14.67%的有机硫进入到焦炭中,煤3中28.67%的有机硫进入到焦炭中;(3)根据1/3焦煤数据分析,其硫在炼焦过程中析出的规律性不强,但从肥煤和焦煤中数据可以看出,煤的有机硫的转户率随着煤中的有机硫转化率进行同类煤种相互替换,可以控制焦炭硫分。

表1 单种煤、焦形态硫实验数据

煤种

序号

 

煤中各种形态硫质量分数/%

焦炭全硫份

全硫

无机硫

有机硫

St,ad

Ss,ad

Sp,ad

Ss,ad+Sp,ad

So,ad

St,c/%

1

0.58

0.04

0.14

0.18

0.40

0.54

2

0.54

0.01

0.08

0.09

0.45

0.63

3

0.47

0.07

0.10

0.17

0.30

0.32

4

0.76

0.02

0.16

0.18

0.58

0.74

5

0.48

0.03

0.22

0.25

0.23

0.45

6

1.61

0.03

0.40

0.43

1.18

1.15

7

1.80

0.02

0.22

0.24

1.56

1.41

8

1.99

0.03

0.21

0.24

1.75

1.62

9

0.50

0.02

0.10

0.12

0.38

0.44

10

0.44

0.01

0.14

0.15

0.29

0.41

11

0.51

0.01

0.14

0.15

0.36

0.47

12

1.35

0.01

0.12

0.13

1.22

1.05

13

0.48

0.01

0.32

0.33

0.15

0.44

14

0.78

0.08

0.09

0.17

0.61

0.68

15

1.21

0.02

0.20

0.22

0.99

1.06

 表2 煤中各种形态硫占全硫的比例

煤种

无机硫占全硫比例/%

有机硫So,ad

序号

Ss,ad

Sp,ad

占全硫比例

1

6.9

24.14

68.97

2

1.85

14.81

83.33

3

14.89

21.28

63.83

4

2.63

21.05

76.32

5

6.25

45.83

47.92

6

1.86

24.84

73.29

7

1.11

12.22

86.67

8

1.51

10.55

87.94

9

4.00

20.00

76.00

10

2.27

31.82

65.91

11

1.96

27.45

70.59

12

0.74

8.89

90.37

13

2.08

66.67

31.25

14

10.26

11.54

78.21

15

1.65

16.53

81.82

3 配合煤试验

配合煤试验方案见表4,试验结果见表5。

表3单种煤、焦形态硫试验数据分析

煤种序号

Ss,ad+Sp,ad

So,ad

St,c

St,c×80%

St,c×80%-(Ss+Sp)

[St,c×80%-(Ss-Sp)]/So×100%

1

0.18

0.4

0.54

0.432

0.252

63.00

2

0.09

0.45

0.63

0.504

0.414

92.00

3

0.17

0.3

0.32

0.256

0.086

28.67

4

0.18

0.58

0.74

0.592

0.412

71.03

5

0.25

0.23

0.45

0.360

0.110

47.83

6

0.43

1.18

1.15

0.920

0.490

41.53

7

0.24

1.56

1.41

1.128

0.888

56.92

8

0.24

1.75

1.62

1.296

1.056

60.34

9

0.12

0.38

0.44

0.352

0.232

61.05

10

0.15

0.29

0.41

0.328

0.178

61.38

11

0.15

0.36

0.47

0.376

0.226

62.78

12

0.13

1.22

1.05

0.84

0.710

58.20

13

0.33

0.15

0.44

0.352

0.022

14.67

 14

0.17

0.61

0.68

0.544

0.374

   61.31

 15

0.22

0.99

1.06

0.848

0.628

   63.43

注:(1)单种煤成焦率按80%计算。

   (2)St,ad——空气干燥煤样中全硫含量,%;Ss,ad——空气干燥煤样中硫酸盐硫含量,%;Sp,ad——空气干燥煤样中硫化物含量,%;So,ad——空气干燥煤样中有机硫含量,%;St,c——空气干燥焦样硫含量,%;St,c×80%-(Ss+Sp)——以煤为基准,焦炭硫含量,%;[St,c×80%-(Ss-Sp)]/So×100%——以煤为基准,焦炭中有机硫含量,%;有机硫转化至焦炭的转化率,%。

表4 配合煤试验方案

方案

煤1

煤3

煤4

煤6

煤8

煤11

煤12

煤13

煤14

煤16

N1

5

15

15

10

10

10

15

10

0

10

N2

0

20

10

10

10

15

15

0

10

10

N3

15

15

0

10

10

0

10

15

15

10

N4

15

0

0

10

10

0

10

15

15

10

 表5 配合煤炼焦硫分数据

方案

配合煤St,ad/%

焦炭St,c/%

N1

0.88

0.76

N2

0.88

0.79

N3

0.87

0.73

N4

0.88

0.79

我们选择配合煤全硫含量相近的方案进行比较。从表5中看出,N1和N2方案中配合煤的硫分相同,但其对应焦炭的硫分N1比N2低0.03%。比较这2组方案,均属于焦煤的煤13和煤14相互替代,从单种煤有机硫转化率来看,煤13的转化率为14.67%,煤14则为61.31%,也就是说煤13中硫有少部分进入焦炭,而煤14中的大部分都进入焦炭,因此虽然N1和N2的全硫一样,但配有煤14即N2方案的焦炭硫高。比较N3和N4,这2组配合煤的全硫相差0.01%,但对应的焦炭硫分相差0.06%。这个2组方案中均属于1/3焦煤和煤3和煤4相互替代。煤3、煤4的转化率分别为28.67%、71.07%,配有煤4的配合煤其焦炭硫分高。尽管配合煤的硫分相同或想近,但其焦炭的含硫量因单种煤的有机硫转化率不同而不同,单种煤有机硫转化率大的,其配合煤炼焦所得焦炭的含硫量就偏高,相反则含硫量偏低。

4结论

4.1通过对15种单种煤的全硫、各种形态硫以及相应的焦炭全硫的测定,分析得出各种炼焦煤的有机硫转化率。结果表明,对肥煤和焦煤而言,其在炼焦过程中,硫分的转化率基本随着有机硫百分含量的升高而加大。

4.2在保证焦炭冷、热态强度的前提下,根据单种煤硫分在炼焦过程中不同有机硫转户率的析出规律,可在煤质硫分指标区间不大的情况下,选择有机硫转化率较低的煤种来炼焦,以此来更好的控制焦炭中硫含量。

4.3乙班洗煤厂通过洗选法除去煤中无机硫。从本次试验结果来看,煤中无机硫含量参差不齐,若有条件,可以与供煤商协商,进一步洗去煤中的无机硫,从而达到降低焦炭硫分的目的。

(非常感谢作者张增兰 沈江红提供的文章)