焦炭质量的提升与炼焦工艺的发展研究

摘 要：煤炭作为一种重要的化石能源，在我国社会经济发展中发挥着非常重要的作用，而伴随着工业化进程的加快，煤炭炼焦得到的焦炭质量备受社会各界的广泛关注，炼焦工艺也因此迅猛发展。基于此，本文从焦炭质量的影响因素出发，对其提升措施进行了分析，并就焦炭工艺流程和发展进行了研究，希望能够为炼焦工艺的进步提供借鉴。

关键词：焦炭质量;炼焦工艺;发展

在发展工业的过程中，我国对于焦炭以及钢铁的产量有着巨大需求，现有的炼焦能力约为7000万t/a，炼焦企业的数量接近200，不过对炼焦行业整体进行分析，不少炼焦企业在生产中都存在炼焦工艺和设备水平落后的问题，致使焦炭的质量无法很好的满足相关标准的要求，影响了焦炭在工业生产中的使用效果，需要炼焦企业重视起来，采取有效措施来促进焦炭质量的提高。

1 焦炭质量的影响因素分析

1.1 焦煤质量

在炼焦过程中，炼焦煤灰分接近100%都会留在焦炭内，而且焦炭产品中约60%-70%的硫分都是由炼焦煤转移得到，从这个角度分析，炼焦煤结焦性和粘接性会对焦炭质量产生直接影响。

1.2 配煤结构

焦炭生产中使用的一般是配合煤，其中的惰性组分和活性组分有着固定的比例，其中惰性成分所占的比例由煤的变质程度决定，假设配煤最大平均放射率Rmax>1.3%，应该选择的比例在20%-25%左右，若Rmax<1.3%，则应该将比例适当提升到30%-32%。配合煤中的惰性组分发挥着类似混凝土中砂石的作用，能够在一定程度上缓解焦炭收缩应力，提升焦炭的致密性，有效减少裂纹的出现。有研究表明，在配合煤中，惰性组分与焦炭反应性存在一定的关联，随着惰性组分含量的增加，焦炭反应性会有所下降[1]。

1.3 结焦速率

实践结果表明，结焦的速率越快，焦炭产品的稳定性越差，或者说较大的炉墙速度会导致焦炭产品裂纹数量的增加。对于常规煤炭，炼焦煤的粘结性更强，在结焦速度下降的情况下，炼焦煤的粘结性会得到一定的抑制，光學各向异性也会得到一定程度的下降。相关研究结果显示，可以通过对光学组织指数的控制，可以有效降低光学各向异性，从而抑制焦炭反应性。在结焦速率下降，结焦时间延长的情况下，焦炭的热状态可以得到改善。在装炉煤装煤前期，必须做好预先干燥工作，将煤分的水分控制在5%-6%之间，能够在一定程度上降低炼焦对于热量的消耗，提高焦炭质量。

1.4 调湿工艺

焦炉煤调湿可以保证煤炭水分含量，在降低炼焦热耗、改善焦炉生产能力等方面有着积极作用。为了研究煤调湿工艺对于焦炭质量的影响，这里采用实验论证的方式，配置两种不同的煤样本：一号样本为粉煤料，MS64.7mm，超过75mm的含量为36.8%，50mm-75mm之间的含量为40.8%，25mm-50mm之间的含量为17.5%，15mm-25mm之间的含量为0.8%，其余的小于15mm，DI150为81.9%、CSR为35.7%，CSR为48.8%;二号样本为煤调湿料，MS 67.5mm，超过75mm的含量为41.4%，50mm-75mm之间的含量为41.4%，25mm-50mm之间的含量为13.3%，15mm-25mm之间的含量为0.8%，其余的小于15mm，DI150为83.5%、CSR为30.6%，CSR为56.1%。结合上述数据分析，在经过调湿处理后，焦炭产品的平均粒度得以提升，焦炭冷热强度指标得到了强化。

2 焦炭质量提升的有效措施

2.1 设置添加物

炼焦过程中，想要提高焦炭的质量，可以在装煤炉内添加一定的外加物，如粘接剂、抗裂剂等，通过这样的方式，可以对焦炭的结焦性进行改善。对于一些具备较高挥发性和流动性的煤料而言，应该通过添加抗裂剂的方式，提高焦炭质量，添加剂能够在一定程度上改善焦炭的气孔结构，提升其规格和机械强度;对于一些粘接性差，流动性低的煤料，应该添加粘接剂，通过改善焦炭反应和机械强度的方式，促进焦炭质量的提高。

2.2 成型煤技术

煤炭的积聚密度会对焦炭产品的密度和强度产生直接影响，针对这样的问题，从提升焦炭质量的角度，可以采用成型煤技术，针对粉煤和成型煤进行混合，确定好最佳的混合比例，以此来提升高炉内部煤料的积聚密度，对焦炭的粘接性进行改善。不过，结合生产实践分析，成型煤技术在实际应用中存在很多的缺陷，需要采取有效的措施进做好优化：一是可以将成型煤技术和分组粉碎技术结合在一起，将劣质煤粉碎用做成型煤生产的原料;二是应该依照预先设计好的配比，对粉煤和成型煤占据的比重进行确认，以保证焦炭的质量;三是应该立足生产实践，做好煤种应用范围的延伸和拓展，促进焦炭质量的提高。

2.3 分组粉碎技术

分组粉碎技术能够对焦炭生产中存在的很多问题进行解决，如可以有效的缩小不同煤种之间存在的粉碎性差异;可以针对惰性组分高的结焦煤进行粉碎等。从工作人员的角度，在对煤炭进行预处理的过程中，应该明确，粉碎工作必须先对原料煤进行有效分类，依照不同的粉碎难度进行相应的操作。一般情况下，分组粉碎技术的应用包含了两个核心阶段：第一阶段是对完成分组后的煤料进行粉碎，对于一些规格较大，粉碎难度大的煤块，可以先单独粉碎，然后运到配煤槽进行粉碎，将煤料粉碎的细度控制在3mm以内;第二个阶段是将所有煤块粉碎后，搅拌均匀并运输到传送带，由相关设备自动完成分层处理。

2.4 焦炉管理技术

焦炉的操作水平和热工制度将会在很大程度上影响焦炭的质量，因此，从提升焦炭质量的角度，应该切实做好焦炉管理工作，从实际需求出发，建立起相应的焦炉管理制度，重视对于焦炉操作人员的培训工作，确保能够做到稳定配煤、稳定操作，将焦炉的性能充分发挥出来，以此来得到稳定的焦炭质量。从实现焦炉稳定生产，保障焦炭质量的角度，相关企业必须以高度重视焦炉管理技术的应用，定期对焦炉操控系统进行更新维护，强化管理新技术，如焦炉装煤量自动检测、煤气自动记录、自动推焦记录、红外测温技术以及四车定位系统等，实现对于焦炭质量的严格控制，在提高焦炉生产能力的同时，避免因为焦炉运行操作不规范对于焦炭质量的影响[2]。

3 炼焦工艺流程及发展

3.1 炼焦工艺流程

在现代炼焦生产中，基本的工艺流程为：洗煤→配煤→干燥→粉碎→焦化室处理→炭化室处理→熄焦→筛分→焦炭产品。在整个工艺流程中，有几个比较重要的环节，一是洗煤。要求在进行炼焦之前，对原料煤进行洗选，以降低煤料中的灰分，将杂质去除;二是配煤。配煤是通过将具备不同结焦性能的煤炭依照一定的比例配合在一起，能够在充分保证焦炭质量的基础上，扩大炼焦煤的使用范围，减少资源浪费的问题;三是炼焦，将配合好的煤料输入到炼焦路炭化室，将空气隔绝后，借助两侧燃烧室进行加热干馏，经过一定的时间后，就能够得到焦炭;四是产品处理。将炉内的焦炭熄灭，然后经过破碎、筛分和分级后，就能够获得不同粒度的焦炭产品[3]。熄焦的方法可以分为干湿两种，干法熄焦主要是将红热焦炭放入到熄焦室内，使用惰性气体来对焦炭散发的热量进行循环回收，熄焦时间在2-4h左右;湿法熄焦则是将红热焦炭放入到熄焦塔内，使用高压水进行喷淋，熄焦时间为60-90s。

3.2 炼焦工艺的发展

3.2.1 型焦工艺

型焦工艺在实际应用中可以添加粘接剂，也可以不添加粘接剂，可以先将一些无法在普通焦炉内炼制的煤炭，或者结焦性差的煤炭压制成煤块，配合高温碳化的方式进行炼焦，属于一种比较新颖的炼焦工艺，可以得到形状规则、大小均匀的型焦。伴随着技术研发的深入，型焦工艺的类型变得更加多样化，焦炭产品的质量也在不断提高，而且对比常规炼焦工艺，型焦工艺的污染更少，生产连续性好，粘接煤的用量达到了70%-200%，自动化程度高，因此成为了许多国家研究的热点工艺。我国于1958年，就将型焦工艺作为了重点研究对象，研发出了冷压型焦工艺、气体热载体热压型焦工艺等，而且伴随着研究的深入，型焦设备不断更新，积累了大量的实践经验，为型焦工艺的工业化奠定了坚实基础。将常规焦炭与JCR和FCP焦炭的性質进行对比，结果如表1所示。

3.2.2 巨型炼焦反应器

巨型炼焦反应器能够将煤炭预热和单炭化室联合在一起，将原本的多室系统改成单室系统，能够将生产能力提升一倍左右，而且燃烧室的侧向加固能够显著提升静荷载负荷能力，污染更少，能耗更低，有着更强的灵活性。巨型炼焦反应器中，火道温度在1380℃时，焦炭的质量能够得到有效改善，结焦时间约为24-26h。对比多室系统，单室系统的排放量下降了53%，能耗下降了8%，虽然投资相对较大，但是稳定性和灵活性更好，可以确保炼焦装置的运行达到最佳状态，设备的环保性好，维护成本低，从整体来讲，可以节约企业费用[4]。

4 总结

总而言之，焦炭是我国最为关键的生产性资源之一，而相比发达国家，我国在炼焦工艺方面存在较为明显的差距，需要相关部门和技术人员做好更加深入的研究，选择恰当的工艺和方法，提高焦炭的质量，推动炼焦工艺的优化，使得炼焦工业能够朝着绿色环保可持续的方向发展，提升炼焦生产效率的同时，尽可能降低环境污染问题，只有这样，才能真正实现经济效益、社会效益和环境效益的共同提升。

参考文献：

[1]战丽，李强生，盖云峰，等.特殊配煤结构下捣固与顶装炼焦工艺焦炭质量的对比分析[J].燃料与化工，2020，51 （05）：11-14.

[2]庞克亮，王超.提高入炉煤堆密度技术在炼焦生产中的应用与发展[J].鞍钢技术，2019（05）：1-6+10.

[3]杨瑞岭.分析炼焦化工工艺流程及新工艺的应用[J].化工管理，2019（27）：207-208.

[4]王立山.焦炭质量的提高与炼焦工艺的发展探析[J].环球市场，2019（24）：365.

作者简介：

成栋（1982- ），男，汉族，山西晋中市人，大专学历，助理工程师，研究方向：炼焦工艺。