邯鋼公司焦化固體廢棄物配煤煉焦試驗研究

張 千，張 磊，楊 帆

（河北鋼鐵集團邯鄲分公司生產制造部鐵前研究所，河北 邯鄲 056015）

1 固體廢棄物基本情況

固體廢棄物是指在人類一切活動中產生的，且對原所有者不具有利用價值而被廢棄的固態或半固態物質。由于其對環境危害大、處理難度大，一直是業界難題，我國目前固體廢棄物處理主要采用填埋和焚燒等方式處理，產生了較大的污染。焦化廠在生產過程中會產生多種固體廢棄物，包括生物污泥、焦油渣、除塵灰等，大部分固體廢棄物很難對其進行資源化利用。邯鋼公司為更好的利用上述幾種固體廢棄物，降低環境污染、節約焦煤資源，實現焦化工序的閉環生產，在40 kg 試驗焦爐進行一系列的試驗研究[1]。試驗表明在一定條件下可以實現固體廢棄物的資源化利用。

污泥是水處理過程中產生的用于承接污水中大部分污染物的一種固體廢棄物（其中含有大量的重金屬、細菌、有害微生物等）。據權威機構估計中國至少80%的污泥并未得到有效處理，而是大量直排于環境中，對環境造成了非常大的危害。焦化生物污泥是污泥的一種，由于污泥中含有大量的重金屬對其配煤煉焦勢必會影響焦炭綜合質量，因此很難對其進行資源化利用大部分焦化廠采用外排的形式進行處理[2]。

焦油渣是一種黏稠狀的固體廢渣，處理不當將很容易造成二次污染，焦油渣的處理問題一直是焦化廠面臨的一大難題，由于其具有較高的粘結性，在配煤煉焦中有一定的利用價值，部分焦化企業將其制成型煤后參與煉焦。

除塵灰是干熄焦工藝的副產品，目前邯鋼西區焦化廠共有兩套干熄焦裝置，大部分除塵灰能夠回配煉焦。

固體廢棄物配煤煉焦試驗是在40 kg 試驗焦爐上進行的試驗研究，是在邯鋼現有配煤比的情況下配入不同比例的固體廢棄物，檢測試驗焦爐煉得焦炭性能隨固體廢棄物配比的變化情況，據此找出最佳的固體廢棄物配入量。

2 固體廢棄物及邯鋼基礎配合煤的工業分析

由表1 分析結果可知：污泥及焦油渣均具有高揮發性的特性，其在配煤中不易大量使用，而除塵灰的低揮發性可以和前兩者搭配使用；且污泥及除塵灰的灰分較高，焦油渣灰分較低。

表1 各固體廢棄物及基礎配合煤的工業分析

3 各固體廢棄物配煤煉焦試驗

3.1 試驗一污泥配煤煉焦試驗

將污泥按0%，1%，2%，3%的質量比例單獨配入基礎配合煤在40 kg 試驗焦爐上進行煉焦試驗，對所得焦炭進行全面的對比分析，所得結果如表2 所示：

表2 單獨配污泥焦炭化驗數據

由表2 數據可知：配入污泥將使焦炭質量明顯變差，隨著配入污泥比例逐漸升高，焦炭各項強度指標變差明顯，當配入污泥比例為1%時，焦炭的反應性提高了0.9%，焦炭的反應后強度降低了1.4%。

3.2 試驗二焦油渣配煤煉焦試驗

將焦油渣按0%，1%，2%，3%的質量比例單獨配入基礎配合煤在40 kg 試驗焦爐上進行煉焦試驗，對所得焦炭進行全面的對比分析，所得結果如表3 所示：

表3 單獨配入焦油渣焦炭化驗數據

由表3 數據可知：配入一定比例的焦油渣能夠改善焦炭的性能，當配入焦油渣比例為1%時，煉得焦炭反應性降低了1.5%，反應后強度提高了0.7%，焦炭的冷強度指標也有不同程度改善。

3.3 試驗三除塵灰配煤煉焦試驗

將除塵灰按0%、1%、2%、3%配入基礎配合煤，并在試驗焦爐上進行煉焦試驗，試驗結果如表4 所示：

表4 單獨配入除塵灰焦炭化驗數據

由表4 數據可以看出當除塵灰質量配入比為1%時，焦炭的熱態性能能保持穩定，焦炭的冷態強度有較大提高，試驗表明當除塵灰質量配比在1%附近時有利于焦炭整體性能的提高。

4 固體廢棄物單獨配煤煉焦試驗結果分析

根據試驗一、二、三數據繪制焦炭各化驗項目隨固體廢棄物配入比例變化情況，橫軸為固體廢棄物配入比例，縱軸為焦炭的化驗項目。

4.1 配入固體廢棄物煉得焦炭抗碎強度M40 與固體廢棄物配入比例關系

由圖1 可知：

圖1 焦炭M40 與配入固廢比例關系圖

1）配入污泥煉得焦炭的抗碎強度M40降低明顯，且當配入比例在0～1%范圍內急速降低，當配入比例超過1%時，M40下降緩慢，所以用污泥配煤煉焦時其配比不易過高，否則極易影響焦炭質量；

2）配入焦油渣煉得的焦炭的抗碎強度M40有先升高后降低的趨勢，且當配入比例在1%左右時焦炭的M40最佳，當質量配入比例超過2%時，M40下降緩慢，所以用焦油渣配煤煉焦時其質量配比不易過高，最佳為1%，不易高過2%，否則極易影響焦炭質量；

3）配入除塵灰煉得的焦炭的抗碎強度M40有下降趨勢，且下降趨呈現為平滑曲線，在配比超過1%時有加速下降趨勢。

4.2 配污泥、焦油渣、除塵灰煉得焦炭耐磨強度M10 與固體廢棄物配入比例關系

由圖2 可知：

圖2 焦炭M10 與配入固廢比例關系圖

1）隨著配入污泥的比例升高，焦炭的M10明顯變差，呈現平滑曲線；

2）隨著配入除塵灰比例增加，焦炭的耐磨性能變差，除塵灰質量配比在2%比例以下時焦炭的耐磨性能M10增加緩慢，超過2%時其升高有加速趨勢；

3）隨著配入焦油渣比例升高，焦炭的耐磨性能M10有先降低后升高的趨勢，在質量配比為1%附近時該指標最優，超過1%時焦炭的M10逐漸變差；

4.3 配污泥、焦油渣、除塵灰煉得焦炭熱反應性CRI與固體廢棄物配入比例關系

由圖3 可知：

圖3 焦炭熱反應性與固廢配入比例關系圖

1）配入污泥及除塵灰將使焦炭的反應性增高，且配入污泥的焦炭反應性增高幅度較大，配除塵灰煉得的焦炭反應性增加幅度較小；

2）配入焦油渣后焦炭的反應性先降低，在配比為1.5%左右達到最低點，然后有升高趨勢。

4.4 配污泥、焦油渣、除塵灰煉得焦炭反應后強度CSR 與固體廢棄物配入比例關系

由圖4 可知：

圖4 焦炭熱反應后強度與固廢配入比例關系圖

1）配入污泥將使焦炭的反應后強度有降低趨勢，且焦炭反應后強度呈直線下降；

2）配入焦油渣、除塵灰后焦炭的反應后強度有先升高后降低的趨勢，在配比為1%左右達到最高點，然后轉為下降趨勢。

5 結論

綜合以上三個試驗的結果分析可知，在邯鋼現有配合煤質量情況下焦油渣及除塵灰的最佳質量配比為1%，而生物污泥的質量配比不易超過0.5%，配比越小焦炭質量越高，配比過高將極大影響焦炭質量，按照以上固體廢棄物的配比進行配煤煉焦能夠最大程度地保證焦炭質量的穩定，且能有效地減少對環境的污染。