CN115772432B - 一种低阶煤改性方法及喷吹煤及配煤系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低阶煤改性方法及喷吹煤及配煤系统，属于高炉喷吹煤技术领域；通过对低阶煤破碎细磨并除去灰分，然后掺入催化剂进行水热处理，之后降温并脱水干燥得到预处理低阶煤；将添加有腐植酸的废油质加热，然后喷入预处理低阶煤中，混合均匀；经冷却固化后得到改性低阶煤；喷吹煤由质量百分比为10‑50%的改性低阶煤和50‑90%的高阶煤组成；配煤系统根据检测数据对煤料进行混合配制；本发明解决了喷吹煤现有优质煤炭成本高且资源匮乏、低阶煤利用率较低的问题。

Description

一种低阶煤改性方法及喷吹煤及配煤系统

技术领域

本发明属于高炉喷吹煤技术领域，涉及一种低阶煤改性方法及喷吹煤及配煤系统。

背景技术

高炉喷吹煤技术是现代高炉冶炼的一项重大技术革命。高炉喷吹煤粉具有非常重要的意义，以喷吹大量且廉价的煤粉代替价格高昂的焦炭，从而达到降低综合能耗及成本、实现绿色可持续发展的目标。

近年来，高炉喷吹煤的需求量不断增加，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、换煤政策力度的加强。因此，如何利用现有煤炭资源（例如储量丰富的低阶煤），开发出经济配煤技术方案已成为本领域研究的重点。

现如今，我国低阶煤储量丰富但应用有限。专利CN201911016554.X公开了一种低阶煤改性制备水煤浆的方法。专利CN201610891439.7公开了一种利用含聚污水制备的水煤浆及制备水煤浆的方法。这两个方案利用低阶煤制备水煤浆，所述方案处理简单并未考虑低阶煤中硫分和灰分等因素对燃烧性能的影响，对低阶煤利用技术存在不足，不适用于高炉喷吹煤领域。

目前在喷吹煤领域的配煤方案主要集中在不同煤种混合搭配来达到高炉喷吹煤种的特定要求。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。

此外，中国专利CN201911006518.5公开了一种高炉喷吹高钙低灰熔点烟煤的配煤方案，此方法利用氧化钙含量高、灰熔点较低的烟煤与无烟煤进行配煤，克服高钙低灰熔点烟煤软化温度低，爆炸性高的缺陷，得到适用性高炉喷吹煤。

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，大幅降低了铁水冶炼成本。

以上发明均采用特定煤种，资源可利用性低，并不适合大规模应用；此外这些方案并未考虑高炉风口实际情况。由于喷吹煤粉在进入风口时流速极快且风口回旋区内空间有限，会导致煤粉在极短的时间内无法完全燃烧，造成浪费；更严重的是，这些未燃煤粉会被煤气带到高炉料柱内，进而影响高炉软熔带、滴落带和块状带的通透性，直接导致高炉生产状况不稳。

因此，如何合理利用现有储量丰富的低阶煤资源，兼顾经济环保特性，开发出新型高效的喷吹煤技术，不仅可以解决我国煤炭资源合理利用和绿色环保的难题还可为企业节省经济成本。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种低阶煤改性方法及喷吹煤及配煤系统，以解决喷吹煤现有优质煤炭成本高且资源匮乏、低阶煤利用率较低的问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种低阶煤改性方法，包括以下步骤：

1）预处理：对低阶煤破碎细磨并除去灰分，然后掺入催化剂进行水热处理，水热处理的压力为0.5-3MPa，温度为250℃-340℃，水热处理时间为1-2h；之后降温并脱水干燥得到预处理低阶煤；

2）改性：将添加有腐植酸的废油质加热，然后喷入预处理低阶煤中，混合均匀；经冷却固化后得到改性低阶煤。

优选的，所述的腐殖酸的添加量为废油质质量的7~12wt.%。

优选的，废油质和预处理低阶煤的混合比为0.05-0.55。

优选的，所述的催化剂为金属氧化物或者碳酸盐；可以为CaO、CaCO₃、MgO氧化物。

优选的，所述的低阶煤为次烟煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤中的一种或任意组合；所述低阶煤的含碳量为65%~85%。

优选的，所述废油质为车用废机油、焦油、石油渣油、工业废油、餐厨废油、油泥中的一种或任意组合。

基于一种低阶煤改性方法的喷吹煤，由质量百分比为10-50%的改性低阶煤和50-90%的高阶煤组成。

优选的，所述的高阶煤为无烟煤、贫煤、瘦煤、贫瘦煤中的一种或任意组合。

优选的，所述的高阶煤和改性低阶煤的粒度＜0.071mm。

基于一种低阶煤改性方法的喷吹煤的配煤系统，包括储运供给单元、煤料预处理单元、煤料改性单元、煤料预混单元、喷吹煤检测单元以及配风供气单元；所述储运供给单元与煤料预处理单元相连接，储运供给单元为煤料预处理单元提供低阶煤；所述煤料预处理单元包括相连接的研磨制粉装置、干燥装置和水热装置，用于对低阶煤进行研磨干燥和水热处理；煤料改性单元包括混合装置，用于在预处理的低阶煤中混入掺有腐殖酸的废油质使低阶煤的发热值达到设定范围；煤料预混单元是将改性低阶煤与高阶煤按照设定比例进行混合形成喷吹煤，喷吹煤通过配风供气单元被送入燃烧装置；喷吹煤检测单元分别与煤料预处理单元、煤料改性单元、煤料预混单元连接，用于检测预处理后的煤料、改性后的煤料以及混合后的喷吹煤的固碳量、灰分、硫含量、发热值参数。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

1、腐植酸为天然有机高分子复合物，介于煤和废油质之间起桥梁的作用。一方面，腐植酸含有多种活性含氧官能团，具有非极性的亲油基团（表现出亲油性），增强了其与废油质之间的连接性；另一方面，作为一种有机粘结剂的腐植酸，根据相似相容的原理，煤与粘结剂有较强的亲和力。具有活性基团的粘结剂分子和煤中的活性基团(如含氧官能团)通过原子间共用电子形成共键或氢键，非极性分子间也可能产生色散力。此外腐植酸粘结剂会渗透到煤的微孔结构中，干燥固化后，粘结剂在界面产生啮合力，这些都能有效地增加了两者之间的吸引力，从而提高了煤的强度和耐磨性。

2、本发明能够有效实现废油质的高效利用，提高了低阶煤燃料的燃烧值及其他性能参数，得到兼顾熔融点、发热量、低灰分、低硫环保及燃烧性的高炉喷吹煤；此外，本方法又实现了废物利用，很好的解决了资源浪费和环境污染问题。

3、本发明可以拓宽喷吹煤配煤范围，优化了喷吹煤配煤结构方案，实现对现有煤炭资源的高效合理利用，从根本上解决了低阶煤利用率低的问题，为喷吹煤的配煤方案提供了新的方向。

4、本发明中煤粉预处理一方面可以去除低阶煤中过高的灰分，提高了煤粉质量；另一方面改善了煤粉的孔结构间隙，为后续的改性提供了支持；并且，在改性过程中添加的腐植酸由于其特定的结构和官能团既可以提高煤与废油质之间的连接性并兼顾两者优势，还由于其较强的结合力和化学键特点，提高改性煤的耐磨性和硬度，大大节省了生产成本。

5、本发明提供的一种喷吹煤及配煤系统，能充分降低企业成本。此外，本系统是在全程监控检测条件下进行，实现了整个配煤工艺的自动化运行，大大提高了配煤运行的可靠性及准确性。

6、本发明系统兼顾考虑喷吹煤粉在入口时的局限性，根据煤粉的性能参数系统调整煤粉在进入风口时的流速和风口回旋区内空间特点，使得煤粉在极短的时间内完全燃烧，避免煤粉资源造成浪费。

7、本发明所述的系统紧凑合理，层次分明，装置操作简单、安全可靠，对喷吹煤粉可实现连续定量处理，工作效率高。

附图说明

图1为本发明所述的配煤系统的连接示意图。

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，结合实施例和附图，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。下面结合实施例及附图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

一种低阶煤改性方法，具体为以下步骤：

（1）预处理：对含碳量为79.5%的长焰煤预先破碎细磨并重介质磁选除去灰分，并掺入一定量的CaCO₃催化剂，后经高压蒸汽在水热处理罐中水热处理，控制压力在2MPa，温度控制在300℃水热控制时间在1.5h；后经换热器降温并脱水干燥得到预处理煤。

（2）低阶煤改性：将添加有腐植酸的车用废机油加热，然后喷入预处理后的长焰煤中，按比例混合均匀；经冷却固化后得到改性的低阶煤，细磨至200目（0.071mm）以下作制得改性低阶煤配煤煤粉。腐植酸添加量为车用废机油质量的10%，添加了腐殖酸的废油质和预处理煤的混合比为0.5:1。

对比例1

一种低阶煤改性方法，具体为以下步骤：

（1）预处理：对含碳量为79.5%的长焰煤预先破碎细磨并重介质磁选除去灰分，并掺入一定量的CaCO₃催化剂，后经高压蒸汽在水热处理罐中水热处理，控制压力在2MPa，温度控制在300℃水热控制时间在1.5h；后经换热器降温并脱水干燥得到预处理煤。

（2）低阶煤改性：将车用废机油加热，然后喷入预处理后的长焰煤中，按比例混合均匀；经冷却固化后得到改性的低阶煤，细磨至200目（0.071mm）以下作制得改性低阶煤配煤煤粉，废油质和预处理煤的混合比为0.5:1。

对比例2

一种低阶煤仅经过预处理：对含碳量为79.5%的长焰煤预先破碎细磨并重介质磁选除去灰分，并掺入一定量的CaCO₃催化剂，后经高压蒸汽在水热处理罐中水热处理，控制压力在2MPa，温度控制在300℃水热控制时间在1.5h；后经换热器降温并脱水干燥得到预处理煤。该预处理煤直接与高阶煤配比使用。

对比例1和2以及实施例1所制备得到的低阶煤性能参数见表1：

从表1可以得出，低阶煤与添加了腐殖酸的废油质配比为1:0.5时，低阶煤的发热值最高，效果最明显。

实施例2

一种含有实施例1制备得到的改性低阶煤的喷吹煤，配煤方案为：无烟煤与改性低阶煤按照6:4、7:3、8:2三种比例进行混合，其中无烟煤和改性低阶煤的粒度＜0.071mm。并对混煤粉的参数进行测定，结果见表2。

对比例3

将无烟煤和对比例2制备的未改性的低阶煤按照6:4的比例进行混合，并对混煤粉的参数进行测定，结果见表2。

从表1中可以看出，改性后的低阶煤挥发分、灰分、固碳量和硫分均有明显的提升，均达到或优于喷吹煤用的烟煤标准；其中，改性处理中，添加腐植酸后，煤料的耐磨特性可磨指数提升，达到喷吹配煤的最佳可磨指数。表明其易粉碎，电耗较小，粉煤成本较低，有利于节省企业经济成本。此外，由表2可知，根据配煤方案制得喷吹煤各性能参数均有所提升，均达到喷吹煤的应用标准。

实施例3

本实施例提供一种喷吹煤配煤系统，如图1所示，包括储运供给单元、煤料预处理单元、煤料改性单元、煤料预混单元、喷吹煤检测单元以及配风供气单元；所述储运供给单元与煤料预处理单元相连接，储运供给单元为煤料预处理单元提供低阶煤；所述煤料预处理单元包括相连接的研磨制粉装置、干燥装置和水热装置，用于对低阶煤进行研磨干燥和水热处理；煤料改性单元包括混合装置，用于在预处理的低阶煤中混入掺有腐殖酸的废油质使低阶煤的发热值达到设定范围；煤料预混单元是将改性低阶煤与高阶煤按照设定比例进行混合形成喷吹煤，喷吹煤通过配风供气单元被送入燃烧装置；喷吹煤检测单元分别与煤料预处理单元、煤料改性单元、煤料预混单元连接，用于检测预处理后的煤料、改性后的煤料以及混合后的喷吹煤的固碳量、灰分、硫含量、发热值参数。

具体的，所述煤料预处理单元，即由储运供给单元传送来的低阶煤原煤料进行中速研磨制粉并干燥处理，以便后续煤料检测分析和改性使用。所述研磨干燥后利用重介质磁选除去灰分并利用水热处理改性煤粉的表面织构特性。

煤料改性单元根据配比的方案，将提质废油与低阶煤粉按相应比例配入混合，经干燥固化并破碎至相应粒度，将煤料提升至所用技术性能指标。所述技术性能指标主要包括发热量、固碳量、灰分、硫分、燃烧性及熔融性等，参见表1中实施例1的参数。

煤料预混单元是将经改性后低阶煤根据自身性能参数并根据煤料管理单元给出的配煤方案与部分无烟煤按照混合制得符合标准粒度的喷吹煤。喷吹无烟煤粒度应小于0.071mm（200目）的煤粉达到70%至80%，改性低阶煤粒度应小于0.071mm的煤粉达到60%至65%即可。配风供气单元对风速及风量进行调控用于将喷吹煤吹入燃烧装置。

喷吹煤检测单元使用现有的喷吹煤检测装置，本实施例中均采用现有的煤检测通用设备，分别检测预处理后的煤料、改性后的煤料以及混合后的喷吹煤的固碳量、灰分、硫含量、发热值参数，为低阶煤的改性和配比进行数据支持，可以基于计策数据制定出合理的煤改性方案。

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 (8)

1.一种低阶煤改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）预处理：对低阶煤破碎细磨并除去灰分，然后掺入催化剂进行水热处理，水热处理的压力为0.5-3MPa，温度为250℃-340℃，水热处理时间为1-2h；之后降温并脱水干燥得到预处理低阶煤；

2）改性：将添加有腐殖酸的废油质加热，然后喷入预处理低阶煤中，混合均匀；经冷却固化后得到改性低阶煤；所述的腐殖酸的添加量为废油质质量的7-12wt.%；废油质和预处理低阶煤的混合比为0.05-0.55。

2.根据权利要求1所述的一种低阶煤改性方法，其特征在于，所述的催化剂为金属氧化物或者碳酸盐。

3.根据权利要求1所述的一种低阶煤改性方法，其特征在于，所述的低阶煤为次烟煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤中的一种或任意组合；所述低阶煤的含碳量为65%-85%。

4.根据权利要求1所述的一种低阶煤改性方法，其特征在于，所述废油质为车用废机油、焦油、石油渣油、工业废油、餐厨废油、油泥中的一种或任意组合。

5.基于权利要求1-4任意一项所述的一种低阶煤改性方法的喷吹煤，其特征在于，由质量百分比为10%-50%的改性低阶煤和50%-90%的高阶煤组成。

6.根据权利要求5所述的基于一种低阶煤改性方法的喷吹煤，其特征在于，所述的高阶煤为无烟煤、贫煤、瘦煤、贫瘦煤中的一种或任意组合。

7.根据权利要求5所述的基于一种低阶煤改性方法的喷吹煤，其特征在于，所述的高阶煤和改性低阶煤的粒度＜0.071mm。

8.如权利要求5所述的基于一种低阶煤改性方法的喷吹煤的配煤系统，其特征在于，包括储运供给单元、煤料预处理单元、煤料改性单元、煤料预混单元、喷吹煤检测单元以及配风供气单元；所述储运供给单元与煤料预处理单元相连接，储运供给单元为煤料预处理单元提供低阶煤；所述煤料预处理单元包括相连接的研磨制粉装置、干燥装置和水热装置，用于对低阶煤进行研磨干燥和水热处理；煤料改性单元包括混合装置，用于在预处理的低阶煤中混入掺有腐殖酸的废油质使低阶煤的发热值达到设定范围；煤料预混单元是将改性低阶煤与高阶煤按照设定比例进行混合形成喷吹煤，喷吹煤通过配风供气单元被送入燃烧装置；喷吹煤检测单元分别与煤料预处理单元、煤料改性单元、煤料预混单元连接，用于检测预处理后的煤料、改性后的煤料以及混合后的喷吹煤的固碳量、灰分、硫含量、发热值参数。

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