改善炼焦工艺扩大炼焦用煤范围

冯金龙

（山西西山煤气化有限责任公司 焦化二厂，山西 太原030205）

随着我国炼焦煤市场的持续扩大，我国钢铁行业的发展对煤炭需求量的扩大为炼焦行业的发展带来了更大的压力。目前，包括我国的煤炭储量较为丰富的山西省在内的煤炭产地的煤炭储量的逐渐减少也导致了焦煤价格的不断上涨和炼焦行业竞争日益激烈的现状。因此要想使得炼焦行业得以持续发展，就必须通过炼焦工艺的提高来扩大炼焦煤源的范围和对储量丰富煤源的充分利用来提高降低炼焦煤源的成本和促进炼焦行业的持续发展。本文主要围绕扩大炼焦煤源范围的相关问题展开讨论。

1 影响炼焦用煤范围的主要因素

1.1 煤料堆密度对煤料炼焦的影响

煤料堆密度对煤料之间的间隙具有很大的影响，煤料的堆密度较大时，煤料间的间隙就较小，那么采用同样剂量的胶质体不仅可以填充更多的煤粒间隙，而且也会极大地增强煤料界面的结合效果。不仅如此，在煤料炼焦中析出的气体不但有利于加强煤粒间的紧密性，增强了膨胀压力和气体逸出时的阻力，而且在很大程度上有助于胶质体稳定性的增强和数量的加大〔1〕。因此，堆密度的提高不但有助于煤炭黏结性和结构的增强，而且在某种程度上有利于焦炭耐磨性能的提高，但焦炭收缩度的变化会导致焦炭抗碎性能的下降。从煤料堆密度与水分的关系研究可以看出，影响煤料堆密度的因素主要有粒度和水分这两大因素，当水分占煤料大约7%～10%之间时，煤料的堆密度值为最小，如果处于这一范围之外，那么堆密度值就会增加。

1.2 入炉煤粉碎工艺对煤料炼焦的影响

如果把煤作为有机岩石来考虑，在煤料的粉碎之中，亮煤、丝炭（阮丝炭）、暗煤、镜煤和硬丝炭等的抗碎性相对比较大，那么在同样的惰性条件下，那些抗碎性能较大的惰性组分就存在于煤料的粗粒级中，而那些抗碎性能相对较小的黏结组分就存在于煤料的细粒级中。在输入的时候，由于惰性组分和粘结性组分容易发生偏析的现象，就造成了炉煤质量的不均，而且粗粒中的一些惰性物质会由于与其它岩相成分收缩性不一样，容易产生很多裂缝。因此，为了通过对惰性的成分进行恰当的粉碎来消除焦煤的裂纹中心，炼焦人员可以在煤料粉碎过程中采用选择性粉碎工艺。

1.3 煤料加热速度对煤料炼焦的影响

煤料在软化过程中产生的胶质体的数量和质量会因为煤料加热速度变化而受到影响，那么同一种焦煤的膨胀性和流动性也就会由于加热速度变化而改变。如果给煤料加热的速度一直加大，那么胶质体产生液态产物的产量也会一直加大，当加热速度增加到一定程度的时候，产物的产量速度会随之减慢而且逐渐处于相对稳定的状态。所以，煤料加热速度对煤料粘结性性能的提高具有重要作用。

2 发展炼焦煤源工艺的技术和应用

2.1 添加黏结剂的技术

配煤质量是决定焦炭质量的关键因素，配煤质量的检验至关重要。通过在配合煤中添加粘结剂来增强煤料的粘结性能，从而扩大炼焦用煤的范围是一项非常行之有效的技术，目前已经得到了广泛地应用。随着石油产业的不断兴起和快速发展，大量的石油剂产品不仅为粘结剂的应用提供了较大的资源空间，目前传统的煤系粘结剂开始逐渐被石油系列的粘结剂所替代。与传统的煤系粘结剂相比较，石油系列的粘结剂在结构组成与外观方面都存在很大的不同。在具体的应用中技术人员发现：如果型煤配比大于40%就会造成膨胀压力过大而导致推焦困难甚至损坏炉墙，因此在具体的粘结技术应用中型煤配比大多数都不超过30%。例如，与我国常规炼焦工艺相比，我国鞍钢某化工厂采用日本住友开发的将单独的非炼焦煤和一部分配合煤用粘结剂压制的比例为30%的成型煤中配型煤的焦炭M10降低了约0.6%～1.7%之间，焦炭 M40的量提高了约1.6%～1.9%；粒度在80～25mm之间的焦块比例明显增加，而且粒度分布相对过去更加均匀〔2〕。图1为日本住友配煤的流程路线。

图1 日本住友配煤的流程路线

2.2 煤的预热工艺

煤的预热是指将炉外预热到大约200℃炼焦的煤料装入炭化室内进行炼焦的过程。通常情况下，在煤料预热之后，与湿煤堆的密度相比，装炉的煤堆密度会得到大幅度的增加，而且装炉煤堆的密度在分布方面也相对比较均匀，除此之外，煤料在塑性状态下的升温会逐渐缓慢，炭化室内温度场的分布也会发生相对比较大的变化，胶质体温度间隔区间也会明显增大，这就非常有助于煤料的粘结性和焦炭质量的提高。由于煤在预热炼焦时的膨胀压力和推焦电流值都相对比较大，那么就要在煤料中加入适量的收缩性较大的煤。目前，预热煤炼焦主要有考泰克（Coaltak）、西姆卡（Simcar）和普列卡邦（Precarbon）这三种类型的工艺。而煤调湿技术基本用焦炉余热进行调湿或者用干熄焦余热发电后的二级蒸汽进行间接的换热。例如，用烟道气显热与湿煤直接或者间接的换热等。例如，我国某焦化厂用年产量大约为0.70Mt焦炭的焦炉与煤调湿技术进行结合使用，利用焦炉烟道的废气作为热源，用风机鼓入流化床干燥机与煤料直接接触加热干燥，将水分减到大约6%，用袋式除尘器将烟道废气中的细煤粉进行分离，最后再与粗煤料同时装进煤塔。通过应用这套设备，不仅降低了入炉煤的水分，而且极大地节约了炼焦的耗热量。

2.3 捣固炼焦的技术

捣固炼焦技术在我国已经得到了较为成熟的使用，可以说是一种扩大炼焦煤源的非常有效的方法。这种技术可以直接对湿煤进行预热，这样不但有助于增强煤料堆密度，可以对软化之前的煤料的加热速度进行改变，而且可以使得焦炭的质量得到很好的改善和提高单炉焦炭的产量。捣固炼焦技术主要是通过对胶质体的数量和反应时间等因素进行充分利用的前提下，在炼焦的过程中进行抗裂剂和补充黏结剂的添加来提高焦炭的质量。我国攀钢在2009年建成了2座62孔jnd55－7型5.5m复燃式的捣固炼焦炉采用捣固炼焦技术，不仅优化了配煤的结构、扩大了炼焦用煤的资源和极大地改善了焦炭的质量，而且在很大程度上提高了经济效益。图2为攀钢具体的捣固炼焦工艺流程图。

图2 攀钢捣固炼焦工艺流程示意

3 结语

通过对炼焦工艺的发展来促进炼焦煤源的范围和质量，不仅有助于减少对一些紧缺性炼焦煤源的有效使用及我国炼焦事业的长远发展，而且有助于促进我国走上环境友好型的道路，促进我国煤炭资源的最佳优化配置。因此我国炼焦的相关单位一定要加强对扩大炼焦用煤范围和炼焦工艺的发展研究，从而为我国炼焦质量的提高和长远发展奠定坚实的基础。

〔1〕狄红旗，解京选，刘彦强，等 .配型煤炼焦工艺研究概况〔J〕.广州化工，2011，39（21）：167－168，177.

〔2〕白金锋，徐 君 .捣固炼焦—解决优质炼焦煤短缺的重要发展方向〔J〕.鞍钢技术，2011，（4）：1－5.