干熄焦除尘灰代替部分高炉喷吹煤的应用研究

亓俊杰

（莱芜职业技术学院， 山东 莱芜 271100）

目前，我国大部分地区的焦炭企业，干熄焦除尘灰主要的处理方式是运到烧结料场进行烧结，与其他的回收料在一起使用，由于干熄焦除尘灰中的粉尘颗粒较细，在存储过程中又是露天堆放，烧结中又极易被风吹散，不仅浪费了资源，而且还会造成环境的污染。在冶金行业中高炉喷吹煤所使用的原料，与干熄焦除尘灰相似。若用干熄焦除尘灰作为高炉喷吹煤来使用，对于节约资源和降低环境污染具有很大的意义。

1 干熄焦除尘灰代替高炉喷吹煤的可行性

1.1 干熄焦除尘灰的研究

近年来，由于科学技术的发展，和资源利用意识的提高，我国的焦化企业生产中开始逐渐的使用干熄焦技术，在干法熄焦的过程中，会产生大量的除尘灰。根据有关资料的显示，焦化厂产生的除尘灰会占焦炭产量的4%左右，这是一个很大的比例。以鄂钢焦化厂中106万t/年的JN60-6焦炉举例分析。该厂以干熄焦技术产生的除尘灰以及通过地面除尘产生的除尘灰一共是3.6万t/年左右，具体情况如表1所示。

表1 JN60-6焦炉除尘灰情况 %

由表1中的数据可以看出，鄂钢焦化厂中产生的除尘灰有90%是干熄焦除尘灰，而焦炉的地面站除尘灰仅占了10%左右。干熄焦除尘灰在焦化企业中占得份额非常大，如何将干熄焦除尘灰进行合理的二次利用，是我国科研工作者长期研究的问题。我国的焦化企业最早的干熄焦除尘灰大部分是用于燃料外卖进行烧结，焦化厂在进行燃料外卖的时候需要把除尘灰进行存储和运输，并且还需要联系买家。在存储和运输的过程中，由于除尘灰的颗粒较细，很容易被风吹散，造成环境的污染和资源的浪费。而且由于市场的问题，除尘灰的价格比普通燃料的价格要低很多，而且很容易滞销。在厂区长时间储存不仅占用了厂区的面积，还需要对除尘灰加大保护，一面污染环境，白白消耗人力物力。近些年来，我国的科研工作者都在大力的研究焦化厂干熄焦除尘灰如何进行二次利用，达到资源利用的最大化。太原煤炭气化公司、神华乌海能源有限公司等一些相关企业，在生产过程中采用焦化除尘灰回配炼焦技术，取得了良好的经济效益。

1.2 冶金工业中高炉喷吹煤的要求

冶金行业的高炉喷吹煤技术起原于19世纪40年代，后来基本属于停滞时期，一直到20世纪60年代，由于石油资源的开发和利用，许多国家开始研究高炉喷油技术，也有部分国家随即开始研究高炉喷煤技术。至此，高炉喷煤技术才开始在世界范围内开展起来。我国在20世纪60年代开始研制高炉喷煤技术，并成功的在首钢和鞍钢进行了高炉喷煤实验，成为世界上最早应用高炉喷煤技术的国家之一。

尽管我国的煤炭储量十分丰富，但是并不是所有的煤都可以用做高炉喷吹煤。高炉喷吹技术对煤粉的要求：一是对煤粉性能的要求，二是对煤粉制造过程的精度要求。

1.2.1 高炉喷吹对煤粉性能的要求

1）黏结性。高炉喷吹工艺要求喷吹煤的黏结性要低。在金属冶炼过程中，从高炉风口喷入的煤粉如果黏结性比较高的话，煤粉会在风口处结焦，使煤粉不能有效地与金属融合，导致冶炼的技术质量下降。所以，在高炉冶炼过程中，一般采用无烟煤或者是贫煤等黏结性不高的煤来当作高炉喷吹煤。

2）灰分要求。高炉使用的喷吹煤要求煤的灰分要低，因为高含量的灰分会严重影响生铁的产量，同时也能增加燃料的消耗。根据研究表明，在进行高炉冶炼时，高炉喷吹煤中灰分的含量（质量分数）不要超过15%。

3）杂质含量要求。煤中的一些杂志元素如磷、硫的含量要相对来说低一些，煤炭中的磷和硫在金属冶炼过程中都是有害元素。如果生铁中的磷元素过多，会改变生铁的物理性能，坚固性降低。研究表明，在生铁冶炼过程中磷元素的质量分数不能高于0.05%。而喷吹煤中的硫元素如果增多，会使石灰石的用量也增加，进而使生铁产量下降。

4）可磨性。高炉喷吹用的煤可磨性要好。高炉喷吹工艺对煤粉的要求很高，因此要求原煤有很强的可磨性，才能生产出一定量煤粉。不仅如此，可磨性差的原煤对磨煤机设备的使用寿命也影响很大。研究表明，原煤的哈氏可磨指数为60～90之间才算符合高炉喷吹煤的使用标准。

5）燃烧性。高炉喷吹对煤粉的燃烧性要有很高的要求，因为高炉喷吹的风口是一个十分有限的空间，喷吹出来的煤粉要在这个有限的空间里充分的燃烧。如果喷吹出来的煤粉燃烧性能比较好，则会实现在风口处的完全燃烧，能够大大提高煤粉的置换比。

6）灰熔点。高炉喷吹用煤的熔点要适宜，选择用煤的熔点要比高炉喷吹风口处的温度要高。如果高炉喷吹风口的温度高于煤的熔点，则煤会在风口处结焦，结焦的煤粉会堵塞喷枪。一般高炉风口区的温度约为1 100℃左右，所以煤的灰熔点选择要高于这个温度。

1.2.2 煤粉的制作要求

1）粒度的要求。煤粉的粒度大小影响着煤粉的燃烧率，煤粉的粒度越小，煤粉的比表面积就越大，煤粉的燃烧率就越高研究表明，在进行高炉喷吹时，煤粉粒度小于200目的比例占到70%～80%。同时，煤粉的粒度也不应太小，煤粉越小，对于磨煤机的精度就会越高，增加制作成本。

2）温度的要求。对于高炉喷吹的煤的温度要有一个合理的控制，经过研究表明，喷吹煤粉的温度应该控制在70～80℃之间，这个温度的喷吹煤粉在运输的过程中不会与烟气中的水蒸气相遇后结露，煤粉在运输中如果结露的话，则会严重影响煤粉的喷吹效果。

3）水分的要求。高炉喷吹煤的水分含量影响这煤粉的流动性，水分含量越小，煤粉的流动性越大。根据研究证明，煤粉中的水分含量（质量分数）在2.0%以内，高炉喷吹中的运输才比较适中。

1.3 干熄焦除尘灰与其他燃料的性能对比

经过研究表明，干熄焦除尘灰与高炉喷吹用煤的性质基本接近，干熄焦除尘灰与无烟煤、高炉混合煤相比，灰分稍微高一些，其他性质明显要比这两者要有优势。而三者之间的流动性指标相差不大，如表2和表3所示。

表2 干熄焦除尘灰与其他燃料成分（质量分数）对比 %

表3 干熄焦除尘灰与其他燃料流动性对比 （°）

2 采用干熄焦除尘灰代替高炉喷吹煤应用

随着我国冶金工业的逐步发展，高炉喷吹煤技术的应用也越来越广泛，因此，对于高炉喷吹煤的需求量也与日俱增。而适合高炉喷吹使用的煤资源十分有限，后来研究人员提出了混合煤的概念，是有烟煤和无烟煤，进行一定量的配比组成的。随着焦化厂的干熄焦技术的不断发展，在焦化厂中生产过程中产生了大量的干熄焦除尘灰，经过研究和分析表明，干熄焦除尘灰与冶金行业中的高炉喷吹用的无烟煤性质十分相似。干熄焦除尘灰的固定含碳量高，含磷硫等杂质的含量也低。而固定含碳量使煤粉发出热量的主要条件，也是衡量能否用于高炉喷吹的重要条件。煤粉的发热量越高，焦比的程度就越小，高炉就会产生足够的热量，冶金过程就会越顺利。其次，干熄焦喷吹煤是焦化企业的生产废料，在价格上要比普通高炉喷吹煤更加便宜。

3 结语

目前，我国国内已经有部分钢铁冶炼企业已经开始利用干熄焦除尘灰来代替部分高炉喷吹煤，据了解，本溪钢铁公司在2008年就开始使用干熄焦除尘灰代替部分高炉喷吹煤来进行生产操作，本溪钢铁公司每月可以收集1 200 t干熄焦除尘灰，全部用来进行高炉喷吹煤的使用。每年可以节约喷吹煤1.5万t。其他钢铁企业也通过干熄焦喷吹煤的利用，取得了良好的经济效益和环境效益。

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