煉焦煤料預處理的應用前景對比分析

戴永燕，閆立東

(1.鞍鋼教育培訓中心，遼寧 鞍山 114032；2.遼寧科技大學，遼寧 鞍山 114051)

焦化工業是冶金工業的重要組成部分，其主要任務是為鋼鐵企業提供燃料，包括焦炭和焦爐煤氣，煉焦生產過程中所得的各種化學產品又為化肥、農藥、醫藥、染料、合成纖維等提供原料。此外，還為城市煤氣化提供煤氣[1]。據國家統計局數據，2018年我國粗鋼產量9.28億t，同比增長6.6%，焦炭產量4.38億t，同比增長0.8%，粗鋼的產能需求強力拉動了焦化工業的快速發展，保證了國民經濟發展對焦炭的巨大需求，成為影響國民經濟發展的重要產業[2]。因此，在工業生產中，焦炭的質量高低是至關重要的。

1 焦炭質量的影響因素

煙煤的結焦機理是煤中有機質的熱分解和熱縮聚，焦炭是由煤經過高溫干餾最終經過一定的結焦時間而形成的。因此，影響焦炭質量的內因是煤料的性質，外因是備煤和煉焦的工藝條件[3]。

1.1 配合煤的成分和性質

焦炭是由煉焦用煤經過高溫干餾，發生一系列的物理化學變化最終而形成的。因此，作為原料的煉焦用煤的質量的好壞將直接影響焦炭的質量。目前，由于優質煉焦用煤資源短缺，普遍采用配煤煉焦工藝，此法還可以充分利用各單種煤的結焦特性改善焦炭質量，例如配合煤中增加肥煤配比，可以改善裝爐煤的粘結性；配合煤中配入焦煤，可以改善裝爐煤的結焦性；配合煤中配入合適比例的瘦煤，可以提高焦炭的塊度；配合煤中配入適量的氣煤，可以提高化學產品的產率等等。

1.2 煤料的堆比重

根據粘結機理，裝爐煤堆比重越大，焦炭質量越好，特別是對弱粘結煤尤為明顯。由于堆比重的增加，可以使煤粒與煤粒之間的距離縮短，即使液態產物較少，也能在干餾過程中充滿變形煤粒間隙，提高膨脹壓力，改善粘結性，從而改善焦炭質量。影響裝爐煤堆比重的因素包括：裝爐煤水分、裝爐煤細度以及煤料的預處理。

煉焦煤入爐前的預處理包括煤接受、儲存、倒運、粉碎、配合和混勻等工作，為了擴大弱粘結性煤的用量，目前來說常采用配型煤煉焦、搗固煉焦、煤預熱技術、煤調濕與煤干燥等預處理工藝。

1.3 煉焦的工藝條件

煉焦生產的過程中，煉焦的工藝條件也影響著焦炭的質量。例如，煉焦速度、煉焦溫度、燜爐時間以及焦爐操作水平等。

煙煤的結焦過程，如加快升溫速度，膠質體中的一部分液態組分由于來不及熱解和收縮，從而導致其固化溫度升高，達到增大膠質體軟化區間，直接改善膠質體的性質，從而改善焦炭質量。生產實踐表明，提高焦餅中心溫度，可以使焦炭粒度均勻，大塊焦減少，這也是有利于高爐生產需要的。在一定的配煤之狼和結焦時間的條件下，確定合理的加熱制度和改善焦餅加熱的均勻性也是保證焦炭質量的重要因素。

2 提高焦炭質量的途徑

綜合上述影響焦炭質量的主要因素，目前來說，改善焦炭質量的途徑主要有提高配合煤質量、增加裝爐煤的堆比重、煤料均勻化及合理粉碎、摻入添加劑、提高煉焦速度、提高煉焦溫度與延長燜爐時間、提高焦爐操作和管理水平。在裝爐煤性質確定的條件下，對于室式煉焦，備煤與煉焦條件就是影響結焦過程的主要因素，同時也是影響焦炭質量的主要因素。

3 煉焦煤料的預處理的應用前景

我國的大型鋼鐵聯合企業中，大多數的煉焦生產單位采用的煉焦方式以常規的頂裝焦爐為主，逐漸的趨于大型化，當然也有一些焦化廠采用搗固焦爐。就目前我國的煤炭貯量以及分布而言，煉焦用煤資源占煤炭資源貯量的37%，但一半以上是高揮發份煤、粘結性弱煤，其中優質煉焦煤不足30%，所以僅想要從提高配合煤的成分和性質上來改善焦炭質量不會是長久之計。

因此，要想提高焦炭質量，我認為比較可行的方式是從煉焦煤料的預處理和改進煉焦的工藝條件上來研究，節約優質煉焦煤，多配入弱粘結用煤。其中在改進煉焦的工藝條件方面，比如提高煉焦溫度、延長燜爐時間、確定合理的加熱制度和改善焦餅加熱的均勻性等是我們在生產的過程中一直在進行的工作，也不斷的在提高這方面的能力。在改進煉焦工藝條件，優化加熱制度上只能在現有的配煤狀況下，提高焦炭質量，而在擴大弱粘結用煤上，煤的預處理技術就顯得效果更加明顯。目前，常見的煤料的預處理技術主要有以下幾種。

3.1 選擇性粉碎可以比較合理的改善煤料的粒度，使各單種煤的粒度均勻性更好

煉焦煤的粉碎工藝必須適應煉焦煤的粉碎特性，使粒度達到或接近最佳粒度分布，由于煤的最佳粒度分布因煤種、巖相組成而不同，因此在實際生產中應根據不同煤種采用相應的粉碎工藝。配煤煉焦中，常用的煉焦煤主要有四種，包括氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤，當然也有采用氣肥煤和1/3焦煤等。如果按照常規的先配后粉工藝把四種常用的煉焦煤同時進行粉碎，得到的粒度組成是不均勻的，或者按照先粉后配工藝單獨粉碎四個煤種，雖然粒度控制比較好，但是投資大，操作復雜，不經濟。

按照變質程度來說，氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤是依次加深的，同時不同變質程度的煤的硬度是不同的。較低變質程度的氣煤和較高變質程度的瘦煤的硬度較大，因此粉碎粒度較大，而中等變質程度的肥煤、焦煤的硬度較小，因此粉碎粒度較小。更重要的是，根據粘結機理，結焦性較差的煤氣煤、瘦煤希望其粒度小些，可以改善焦炭質量。而結焦性較好的煤肥煤、焦煤如果過度粉碎反而會破壞其粘結性，所以希望其粒度大些較好。這恰恰又與我們實際得到的是相反的。所以采用選擇性粉碎工藝，可以分別按照我們的需要進行合理的粉碎。

因此，選擇性粉碎工藝是目前比較經濟有效的預處理方式，大多數采用氣煤、瘦煤同時粉碎，肥煤、焦煤同時粉碎，這樣既根據單種煤的硬度不同可得到合適的粒度組成，又可以節省粉碎機的數量、節省投入成本。并且只需要在原有的生產工藝上增加一套單獨的粉碎系統，只需要再增加幾臺粉碎設備即可完成，比較簡單方便。

3.2 配型煤煉焦可以在不降低焦炭質量的情況下，多配入10%～15%低灰低硫的弱粘結性煤，以降低焦炭灰分、硫分及焦炭成本[4]

以弱粘結煤或不粘結煤為原料加入一定量的有機粘結劑混捏，成型后制成型煤，按一定比例和粉煤混裝煉焦叫配型煤煉焦。因此配入一定量的型煤會提高整個裝爐煤的堆密度，改善焦炭質量。另外，配型煤煉焦時，型煤結構緊密，其煤粒與煤粒距離近，其導熱性比粉煤好，因此在煉焦過程中升溫速度較快，能較早的出現膠質體，延長膠質體的軟化溫度區間，改善粘結性，從而也能達到提高焦炭質量的效果。但是當型煤的配比量大到一定程度時，型煤的設備投入和生產成本增加，另外型煤配比超過40%時裝爐煤堆比重開始出現下降，同時也會引起對爐墻膨脹壓力的急劇增加，影響焦爐壽命，所以一般情況下，型煤配入量以不超過30%為宜。

3.3 煤調濕技術(CMC)[5]

煤調濕技術的基本原理是利用外加熱能將煉焦煤料在煉焦爐外進行干燥、脫水以降低入爐煤水分，使水分調整、穩定在6%左右，從而縮短結焦時間，提高加熱速度，控制煉焦耗熱量、改善焦爐操作、保護爐體、提高焦炭質量或擴大弱粘結性煤用量的煉焦技術，同時煤調濕也是煉焦生產中節能降耗的一個重要手段。

采用煤調濕可以利用焦爐的煙道廢氣、上升管粗煤氣等余熱作為干燥熱源，這樣不但能回收廢氣的熱量，而且能對環境保護起到一定的作用。

目前我國在實際生產中采用的煤調濕技術大多是采用低壓蒸汽為熱源或者以焦爐煙道廢氣為熱源。例如寶鋼2套煤調濕裝置，生產能力330 t/h，其是采用低壓蒸汽為熱源，一套正常運轉，另外一套由于與焦爐匹配不好而停運；攀鋼有1套380 t/h的煤調濕裝置，只投產幾個月，就一直處于停產狀態；邯鋼焦化采用焦爐煙道廢氣為熱源的煤調濕裝置在投產后一直在完善。因此，煤調濕在工業化生產中的應用需要解決由于裝爐煤水分的降低而造成的一系列問題，包括在裝煤時會加劇裝爐的冒煙冒火、炭化室及上升管結石墨現象和煤氣冷卻凈化系統易堵等問題，只有這些技術問題得到徹底解決，才能保證煤調濕技術在我國的大規模推廣。

3.4 煤預熱技術

煤預熱技術是將裝爐煤在焦爐外預先加熱至150～250℃后，再裝爐煉焦。煤預熱的基本原理是根據煙煤的成焦機理，在煤干餾過程中，從常溫到300℃，煤的本質沒有發生變化，固有性質并沒有發生明顯變化，只是被干燥和預熱了，沒有發生化學變化。但是，當生產過程中將預熱煤再送入到焦爐內進行煉焦時，導熱性明顯改善，炭化室內的結焦過程發生了顯著變化(如軟化、熔融、熱解、固化、收縮等)，同時預熱煤的堆密度比濕煤增加10%～13%，且分布較均勻，裝爐煤的升溫速度加快從而達到改善焦炭質量，但是若預熱溫度過高，會造成裝煤過程大量荒煤氣析出以及部分煤粒變粘，最終導致堆密度又出現下降。目前為解決熱煤裝爐的密封、防止煤粒氧化、發生爆炸、灰塵逸出導致焦油渣含量增加的實際問題，一般煤的預熱均采用流態化裝置進行，采用專門的裝爐技術，比如英國奧托-西姆卡夫公司提出的裝煤車裝爐、美國阿賴德化工公司開發的管道裝爐法、德國煤礦聯營公司和迪弟爾公司開發的埋刮板裝爐法。煤預熱技術能提高焦炭質量、改善環境污染，提高經濟效益，但是技術要求高、難度大，在今后的發展中需要進一步解決相關的技術問題。

所以，從生產工藝上來說，想要在原有煉焦生產工藝的前提下提高焦炭質量，我認為還是從煤料的預處理方面來解決是目前比較可行且有效的措施。而在煤料的預處理的幾種方式中，目前我國的生產工藝情況上比較容易在生產中進行技術改造并生產較為穩定的就是選擇性粉碎和配型煤煉焦。