改善煉焦工藝擴(kuò)大煉焦用煤范圍

馮金龍

（山西西山煤氣化有限責(zé)任公司 焦化二廠，山西 太原030205）

隨著我國煉焦煤市場的持續(xù)擴(kuò)大，我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展對煤炭需求量的擴(kuò)大為煉焦行業(yè)的發(fā)展帶來了更大的壓力。目前，包括我國的煤炭儲量較為豐富的山西省在內(nèi)的煤炭產(chǎn)地的煤炭儲量的逐漸減少也導(dǎo)致了焦煤價格的不斷上漲和煉焦行業(yè)競爭日益激烈的現(xiàn)狀。因此要想使得煉焦行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展，就必須通過煉焦工藝的提高來擴(kuò)大煉焦煤源的范圍和對儲量豐富煤源的充分利用來提高降低煉焦煤源的成本和促進(jìn)煉焦行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。本文主要圍繞擴(kuò)大煉焦煤源范圍的相關(guān)問題展開討論。

1 影響煉焦用煤范圍的主要因素

1.1 煤料堆密度對煤料煉焦的影響

煤料堆密度對煤料之間的間隙具有很大的影響，煤料的堆密度較大時，煤料間的間隙就較小，那么采用同樣劑量的膠質(zhì)體不僅可以填充更多的煤粒間隙，而且也會極大地增強(qiáng)煤料界面的結(jié)合效果。不僅如此，在煤料煉焦中析出的氣體不但有利于加強(qiáng)煤粒間的緊密性，增強(qiáng)了膨脹壓力和氣體逸出時的阻力，而且在很大程度上有助于膠質(zhì)體穩(wěn)定性的增強(qiáng)和數(shù)量的加大〔1〕。因此，堆密度的提高不但有助于煤炭黏結(jié)性和結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)，而且在某種程度上有利于焦炭耐磨性能的提高，但焦炭收縮度的變化會導(dǎo)致焦炭抗碎性能的下降。從煤料堆密度與水分的關(guān)系研究可以看出，影響煤料堆密度的因素主要有粒度和水分這兩大因素，當(dāng)水分占煤料大約7%～10%之間時，煤料的堆密度值為最小，如果處于這一范圍之外，那么堆密度值就會增加。

1.2 入爐煤粉碎工藝對煤料煉焦的影響

如果把煤作為有機(jī)巖石來考慮，在煤料的粉碎之中，亮煤、絲炭（阮絲炭）、暗煤、鏡煤和硬絲炭等的抗碎性相對比較大，那么在同樣的惰性條件下，那些抗碎性能較大的惰性組分就存在于煤料的粗粒級中，而那些抗碎性能相對較小的黏結(jié)組分就存在于煤料的細(xì)粒級中。在輸入的時候，由于惰性組分和粘結(jié)性組分容易發(fā)生偏析的現(xiàn)象，就造成了爐煤質(zhì)量的不均，而且粗粒中的一些惰性物質(zhì)會由于與其它巖相成分收縮性不一樣，容易產(chǎn)生很多裂縫。因此，為了通過對惰性的成分進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆鬯閬硐姑旱牧鸭y中心，煉焦人員可以在煤料粉碎過程中采用選擇性粉碎工藝。

1.3 煤料加熱速度對煤料煉焦的影響

煤料在軟化過程中產(chǎn)生的膠質(zhì)體的數(shù)量和質(zhì)量會因為煤料加熱速度變化而受到影響，那么同一種焦煤的膨脹性和流動性也就會由于加熱速度變化而改變。如果給煤料加熱的速度一直加大，那么膠質(zhì)體產(chǎn)生液態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)量也會一直加大，當(dāng)加熱速度增加到一定程度的時候，產(chǎn)物的產(chǎn)量速度會隨之減慢而且逐漸處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。所以，煤料加熱速度對煤料粘結(jié)性性能的提高具有重要作用。

2 發(fā)展煉焦煤源工藝的技術(shù)和應(yīng)用

2.1 添加黏結(jié)劑的技術(shù)

配煤質(zhì)量是決定焦炭質(zhì)量的關(guān)鍵因素，配煤質(zhì)量的檢驗至關(guān)重要。通過在配合煤中添加粘結(jié)劑來增強(qiáng)煤料的粘結(jié)性能，從而擴(kuò)大煉焦用煤的范圍是一項非常行之有效的技術(shù)，目前已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用。隨著石油產(chǎn)業(yè)的不斷興起和快速發(fā)展，大量的石油劑產(chǎn)品不僅為粘結(jié)劑的應(yīng)用提供了較大的資源空間，目前傳統(tǒng)的煤系粘結(jié)劑開始逐漸被石油系列的粘結(jié)劑所替代。與傳統(tǒng)的煤系粘結(jié)劑相比較，石油系列的粘結(jié)劑在結(jié)構(gòu)組成與外觀方面都存在很大的不同。在具體的應(yīng)用中技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：如果型煤配比大于40%就會造成膨脹壓力過大而導(dǎo)致推焦困難甚至損壞爐墻，因此在具體的粘結(jié)技術(shù)應(yīng)用中型煤配比大多數(shù)都不超過30%。例如，與我國常規(guī)煉焦工藝相比，我國鞍鋼某化工廠采用日本住友開發(fā)的將單獨(dú)的非煉焦煤和一部分配合煤用粘結(jié)劑壓制的比例為30%的成型煤中配型煤的焦炭M10降低了約0.6%～1.7%之間，焦炭 M40的量提高了約1.6%～1.9%；粒度在80～25mm之間的焦塊比例明顯增加，而且粒度分布相對過去更加均勻〔2〕。圖1為日本住友配煤的流程路線。

圖1 日本住友配煤的流程路線

2.2 煤的預(yù)熱工藝

煤的預(yù)熱是指將爐外預(yù)熱到大約200℃煉焦的煤料裝入炭化室內(nèi)進(jìn)行煉焦的過程。通常情況下，在煤料預(yù)熱之后，與濕煤堆的密度相比，裝爐的煤堆密度會得到大幅度的增加，而且裝爐煤堆的密度在分布方面也相對比較均勻，除此之外，煤料在塑性狀態(tài)下的升溫會逐漸緩慢，炭化室內(nèi)溫度場的分布也會發(fā)生相對比較大的變化，膠質(zhì)體溫度間隔區(qū)間也會明顯增大，這就非常有助于煤料的粘結(jié)性和焦炭質(zhì)量的提高。由于煤在預(yù)熱煉焦時的膨脹壓力和推焦電流值都相對比較大，那么就要在煤料中加入適量的收縮性較大的煤。目前，預(yù)熱煤煉焦主要有考泰克（Coaltak）、西姆卡（Simcar）和普列卡邦（Precarbon）這三種類型的工藝。而煤調(diào)濕技術(shù)基本用焦?fàn)t余熱進(jìn)行調(diào)濕或者用干熄焦余熱發(fā)電后的二級蒸汽進(jìn)行間接的換熱。例如，用煙道氣顯熱與濕煤直接或者間接的換熱等。例如，我國某焦化廠用年產(chǎn)量大約為0.70Mt焦炭的焦?fàn)t與煤調(diào)濕技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用，利用焦?fàn)t煙道的廢氣作為熱源，用風(fēng)機(jī)鼓入流化床干燥機(jī)與煤料直接接觸加熱干燥，將水分減到大約6%，用袋式除塵器將煙道廢氣中的細(xì)煤粉進(jìn)行分離，最后再與粗煤料同時裝進(jìn)煤塔。通過應(yīng)用這套設(shè)備，不僅降低了入爐煤的水分，而且極大地節(jié)約了煉焦的耗熱量。

2.3 搗固煉焦的技術(shù)

搗固煉焦技術(shù)在我國已經(jīng)得到了較為成熟的使用，可以說是一種擴(kuò)大煉焦煤源的非常有效的方法。這種技術(shù)可以直接對濕煤進(jìn)行預(yù)熱，這樣不但有助于增強(qiáng)煤料堆密度，可以對軟化之前的煤料的加熱速度進(jìn)行改變，而且可以使得焦炭的質(zhì)量得到很好的改善和提高單爐焦炭的產(chǎn)量。搗固煉焦技術(shù)主要是通過對膠質(zhì)體的數(shù)量和反應(yīng)時間等因素進(jìn)行充分利用的前提下，在煉焦的過程中進(jìn)行抗裂劑和補(bǔ)充黏結(jié)劑的添加來提高焦炭的質(zhì)量。我國攀鋼在2009年建成了2座62孔jnd55－7型5.5m復(fù)燃式的搗固煉焦?fàn)t采用搗固煉焦技術(shù)，不僅優(yōu)化了配煤的結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大了煉焦用煤的資源和極大地改善了焦炭的質(zhì)量，而且在很大程度上提高了經(jīng)濟(jì)效益。圖2為攀鋼具體的搗固煉焦工藝流程圖。

圖2 攀鋼搗固煉焦工藝流程示意

3 結(jié)語

通過對煉焦工藝的發(fā)展來促進(jìn)煉焦煤源的范圍和質(zhì)量，不僅有助于減少對一些緊缺性煉焦煤源的有效使用及我國煉焦事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，而且有助于促進(jìn)我國走上環(huán)境友好型的道路，促進(jìn)我國煤炭資源的最佳優(yōu)化配置。因此我國煉焦的相關(guān)單位一定要加強(qiáng)對擴(kuò)大煉焦用煤范圍和煉焦工藝的發(fā)展研究，從而為我國煉焦質(zhì)量的提高和長遠(yuǎn)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

〔1〕狄紅旗，解京選，劉彥強(qiáng)，等 .配型煤煉焦工藝研究概況〔J〕.廣州化工，2011，39（21）：167－168，177.

〔2〕白金鋒，徐 君 .搗固煉焦—解決優(yōu)質(zhì)煉焦煤短缺的重要發(fā)展方向〔J〕.鞍鋼技術(shù)，2011，（4）：1－5.