一文了解捣固炼焦技术

一文了解捣固炼焦技术过年喜庆歌曲 所谓捣固炼焦技术（StampCokingTechnology，简称SCT），是一种能够通过增加配煤中高挥发分、弱粘结性或不粘结性的低价煤的含量来扩大炼焦煤资源的方法。其优点如下：（1）提高焦炭质量和节约资源：煤料经

所谓捣固炼焦技术（StampCokingTechnology，简称SCT），是一种能够通过增加配煤中高挥发分、弱粘结性或不粘结性的低价煤的含量来扩大炼焦煤资源的方法。其优点如下：（1）提高焦炭质量和节约资源：煤料经捣固后，堆密度可提高到0.95~1.15t/m3，煤粒间接触致密，比常规顶装煤煤粒子间的间距缩小28%~33%，所得焦炭的致密程度明显改善，有明显的改善焦炭质量的效果。同时，在保证同样焦炭质量的前提下，可多用20%~30%左右的高挥发分弱粘煤及部分非粘结煤，扩大炼焦用煤源，降低对优质炼焦用煤的依赖度和提升焦炭生产的成本优势。（2）经济效益显著：尽管捣固焦炉的捣固机和装煤车的投资高于顶装煤的机械费用，但是捣固煤饼的堆积密度比顶装煤高1/3，故相同生产规模的焦炉，捣固焦炉可以减少炭化室的孔数或炭化室容积，因此，捣固焦炉的总投资并不比顶装焦炉高。此外，捣固炼焦工艺可以比顶装煤炼焦工艺配入更多的高挥发分或弱粘结性的低价煤，同时增加石油焦及焦粉的配入量，减少焦煤用量，直接降低了焦炭的生产成本，并使捣固焦炉焦炭质量提高，可相应提高销售价格，增加销售收入。（3）减少环境污染：与顶装焦炉相比较，在产量相同的情况下，捣固焦炉具有减少出焦次数、减少机械磨损、降低劳动强度、改善操作环境和减少无组织排放的优点；装煤的污染物排放量减少90%；工艺除尘效率高，减少了环境污染。

捣固炼焦工艺由于具有诸多优点，已在许多国家大量采用，特别是在缺乏强粘结性煤资源的国家。原苏联从1989年开始将一个顶装焦炉改造为捣固炼焦炉以后，开始在其高挥发分煤矿地区采用捣固炼焦工艺。波兰由于其国内挥发分高的煤源比较多，适合炼焦的煤源不太丰富，因此也大量采用捣固工艺。

目前，世界上比较先进的捣固技术是由德国开发的萨尔堡捣固技术。这种技术应用的较为广泛，我国青岛管道燃气公司采用的就是这种技术。

德国萨尔堡矿业公司开发的这种新一代捣固技术，采用薄层连续给料代替传统的分层捣固法，捣固时间由12min左右缩短到4min左右，提高了捣固机效率，并有效控制了煤饼装炉时的烟尘。由于捣固机械的改进，捣固焦炉得以大型化。萨尔堡矿业公司在迪林根中心焦化厂投产建造了炭化室高6.25m的大容积捣固焦炉，该焦炉一次装煤量为48t，生产效率可与顶装大容积焦炉相当，同时采用了消烟除尘装置，炼焦生产环境得到改善。由此，这一工艺日渐成熟，规模扩大，被广泛应用。

前言

我国钢铁工业近几年来迅速发展,大中型钢铁企业不断建设大容积的现代化高炉,设备的大型化使得高炉料柱增高、入炉料压缩率升高,高炉透气性变差,对焦炭质量提出了更高的要求。而我国优质炼焦煤资源趋于紧缺,目前我国炼焦煤资源中适用于冶金生产的炼焦煤仅占27%,在炼焦煤中,气煤比例约为50%,而肥煤、焦煤仅分别占12. 2%和21.8%,优质炼焦煤储量不多且用量过大,已属非常珍贵的资源。有关部门统计,到2010年,中国优质炼焦煤资源将缺口4000万吨。在当前资源环境下,国内许多焦化厂大都存在炼焦煤资源紧张的现象,优质肥煤、焦煤供应量持续偏紧,煤价持续上涨,采购成本逐年升高。

捣固炼焦工艺作为一种能够增加配煤中高挥发分、弱粘结性甚至不粘结性煤含量以扩大炼焦原料煤资源的方法,现已成为一种成熟的炼焦工艺,被国内外广泛采用。捣固后煤的堆密度增大,炼焦时粘结性增大,从而提高焦炭质量,同时可以扩大弱粘煤用量,缓解炼焦煤资源紧缺的不利局面。

1捣固炼焦工艺流程及其技术优势

1.1捣固炼焦机理及工艺流程

将配合煤在捣固箱内捣实成体积略小于炭化室的煤饼后,由托板从焦炉的机侧推入炭化室内高温干馏,称为捣固炼焦。煤料捣成煤饼后,一般堆密度可由顶装工艺散装煤的0.75t/m3提高到1.00~1.15t/m3。通过捣固煤料,增加了煤料的堆密度,减少煤粒间的空隙,从而减少结焦过程中为填充空隙所需的胶质体液相产物的数量,这样,较少量的胶质体就可以在煤粒之间形成较强的界面结合。另外,煤饼的堆密度增加,其透气性变差,使得结焦过程中产生的干馏气体不易析出,增大了胶质体的膨胀压力,使变形煤粒受压挤紧,进一步加强了煤粒间的结合,从而改善煤的粘结性,达到提高焦炭强度的目的。其工艺流程图如图1所示:

1.2技术要点

捣固炼焦的主要工艺操作参数如下:

1)用60%~70%的高挥发份气煤或1/3焦煤,配以适量的焦煤、瘦煤,要求挥发分在30%左右,粘结指标Y值为11mm~14mm左右,这样的煤料捣固效果最好;

2)捣固煤料的粉碎度应保持在:粒度≤3mm的占90%~93%,粒度≤0.5mm应在40%~50%之间。对难于粉碎的煤料要在配煤前先行预粉碎;

3)捣固煤料最合适的水份为8%~11%,最好控制在9% ~10%;

4)应尽量保持配煤煤种的稳定,频繁变换煤种容易影响焦炭质量和生产操作。

1.3捣固炼焦技术优势

1.3.1提高焦炭的冷态强度

在同样的配煤比下,捣固焦炭与常规顶装焦炭相比,其抗碎强度M40提高1~6百分点,耐磨指标M10改善2~4百分点。捣固炼焦对焦炭冷态强度的改善程度取决于配煤质量。配煤粘结性较差时,焦炭冷态强度改善明显;配煤质量好,即主焦煤和肥煤配入量多,配煤粘结性好时,捣固工艺对焦炭冷态强度的改善不明显,尤其是M40指标几乎没有改善,个别情况还略有下降。捣固炼焦生产的焦炭块度均匀,大块焦炭较少,粉焦(小于10mm)减少,耐磨指标M10明显改善。

1.3.2提高焦炭反应后强度

焦炭的热性质,尤其是焦炭的反应性主要取决于焦炭的化学性质———焦炭光学显微结构,而后者又主要取决于煤的性质,因此,捣固炼焦工艺对焦炭的反应性影响不大;而焦炭的反应后强度不仅与焦炭的光学显微结构有关,还与焦炭的孔隙结构和焦炭的基质强度密切相关。捣固炼焦工艺不能改善焦炭的化学性质,但可以改善焦炭的孔隙结构,提高焦炭的基质强度。因为在捣固煤饼中煤颗粒间的间距比常规顶装煤粒子的间距缩小28% ~33%,而且,结焦过程中产生的干馏气体不易析出,增大煤料的膨胀压力,使煤料进一步受压挤紧,增加煤粒间的接触面积,焦炭孔壁厚度增大,气孔直径变小,气孔率降低。因此,捣固炼焦工艺对焦炭的反应性影响不大,但可以明显提高焦炭的反应后强度,一般可提高CSR值1~6百分点。

1.3.3扩大炼焦煤资源

炼焦生产工艺要求煤料具有一定的粘结性,这样粉状煤料在加热时就能够软化、熔融,经过胶质状态,使煤粒彼此结合,固化成坚实的块状焦,因此炼焦煤中都需要配入一定量的强粘结性煤,以保证焦炭的质量。目前,我国强粘结性煤的资源有限,而捣固炼焦工艺可多用弱粘结性煤,少用强粘结性煤,通常的情况下,普通工艺炼焦只能配入气煤35%左右,而捣固炼焦工艺可配入气煤55%左右。此外,捣固炼焦工艺煤料的粘结性可选范围宽,多用一些低粘结性煤料,经过合理的配煤,也可以生产出高质量的焦炭。

1.3.4降低配煤和入炉煤成本

一般情况下,在入炉煤相同时,采用捣固炼焦生产的焦炭质量要好于顶装炼焦生产的焦炭;在焦炭质量要求相同时,采用捣固炼焦可以多用高挥发份的弱粘结性煤料,从而降低入炉煤成本,强粘结性煤与高挥发分或弱粘结性煤差价越大,入炉煤成本降低得就越多。

中国炼焦行业协会焦炭煤资源委员会调查24个顶装炼焦和8个捣固炼焦的焦化厂,对比其入炉煤的配比,得出的结论是:捣固炼焦比顶装炼焦多用气煤和1/3焦煤共约8%,多用瘦煤和贫瘦煤共约7%,相应少用焦煤9%、肥煤5%。

综上所述,采用捣固炼焦比顶装炼焦可少用15% ~20%的强粘结性煤。

1.4高炉使用捣固焦炭的情况

近几年,随着强粘结性煤供应的逐步紧张,我国的一些钢铁企业在1000m3级的高炉上使用了捣固焦炭,效果良好。在国外,乌克兰、德国和印度有在2000m3级的高炉上使用捣固焦炭15~24年的生产经验。我国攀钢焦化厂拟在2009年将其新建的5. 5m捣固焦炉生产的焦炭用在1000m3~2000m3的炼钒钛磁铁矿的高炉上;涟钢焦化厂拟在2009年将其新建的5.5m捣固焦炉生产的焦炭用在3000m3的高炉上;印度塔塔钢铁公司焦化厂拟在2009年将其新建的5.0m捣固焦炉生产的焦炭用在4200m3的高炉上。国内外钢铁企业使用或拟使用捣固焦炭情况见表1:

2捣固炼焦与顶装炼焦工艺对比捣固炼焦与顶装炼焦的主要工艺特点对比见表2:

3顶装炼焦改捣固炼焦

3.1国内顶装炼焦改捣固炼焦的情况

近年来,不少独立焦化厂为了降低入炉煤成本,将已有的4.3m顶装焦炉改为捣固焦炉。2004年~2005年河北裕泰实业集团有限公司的TLJ4350型炭化室高4.3m、宽500mm的顶装焦炉改造为捣固焦炉; 2005年初,景德镇焦化煤气总厂将其3座105孔JN43-80型(炭化室宽450mm)顶装焦炉直接改造为既可捣固又可顶装的焦炉;北台钢铁集团公司拟将其3、4号顶装焦炉(2×72孔、炭化室高4. 3m、宽500mm)改造为捣固焦炉,预计2008年5月底竣工。

3.2改造项目

以炭化室平均宽450mm,高4.3m的焦炉为例,一般需改造以下项目。

3.2.1配合煤粉碎系统改造捣固炼焦配合煤细度要求控制在90%~93%(至少要>85%),其中粒度<0.5mm的应在40%~50%;而顶装煤炼焦配合煤细度要求75%~80%。因此,顶装焦炉改捣固炼焦配合煤的粉碎系统需要进行相应改造,确保煤料细度满足捣固炼焦要求。

3.2.2煤塔改造

一般在旧煤塔旁向机侧延伸增设侧装煤塔,上部一体,下部设2×9个水平漏嘴(两座焦炉共用一煤塔),同时配套安装摇动给料器和捣固设备。

3.2.3焦炉机侧平台整体下移

顶装焦炉机侧平台比捣固焦炉机侧平台走行高出700mm~800mm,为配合新增侧装煤车的正常运行,机侧操作平台(包括平台下水、暖、电、气等管线,部分管线可改到焦侧)需整体调整,采用螺栓导引法或重新制作钢结构在正常生产情况下将平台整体下移。

3.2.4推焦车摩电道改造

原推焦车摩电道在机侧平台下移后需要相应下移或改到推焦车外侧。

3.2.5配套改造或增设的设备

保留现有推焦车(每座焦炉一台)、熄焦车、电机车。新增捣固装煤车、摇动给料机、捣固机。按环保要求新建装煤、出焦地面除尘站,新上导尘车,并对现有的拦焦车、电机车、熄焦车进行改造(已有配套的除尘设备时只需改造装煤除尘)。

4捣固焦炉存在的问题及目前采用的最新技术

4.1存在的主要问题

1)煤饼掉角、局部倒塌;

2)推送煤饼时机侧严重冒烟;

3)捣固装煤膨胀压力大。

4.2可采用的新技术和措施

1)新型装煤烟尘治理方法。采用U型管导烟车(CGT车),配高压氨水装煤喷射,使装煤烟尘从三个炭化室流向集气管,烟尘治理效果好,生产操作简便、稳定;

2)为减少装煤饼时机侧冒烟,在装煤推焦机上安装有活动的炉门密封框,在装煤过程中,依靠可变形的密封设备,使煤饼和炉门框之间充分密封,减少烟尘外泄;

3)将上升管、集气管和吸煤气道设置在焦侧,方便装煤烟尘的引出;

4)在机侧和焦侧炉门设置炉头吸烟尘装置,减少炉门打开时烟尘的外冒。机侧将炉门烟尘吸至推焦机上的烟尘处理装置;焦侧炉门烟尘吸至集尘管,导入推焦除尘地面站;

5)配置煤饼切割机、刮板运输机及胶带运输机。一旦出现煤饼倒塌现象,可以快速对余煤进行处理,减轻工人的劳动强度,尽可能减少由于一孔炭化室煤饼倒塌对整个炉组生产操作的影响;

6)拦焦机改型。取消拦焦机第三轨,使拦焦机横跨在熄焦车上,彻底解决带集尘罩拦焦机的走行不平衡问题,并使焦侧操作台宽阔、安全;

7)采用SCP机(捣固——装煤——推焦一体车),在车上捣固,同车装煤,同车推焦,节省了分体车接煤饼和车体移位的时间,实现了炉组多孔化;

8)增加炭化室宽度,降低煤饼高宽比,增加煤饼的稳定性,减少煤饼倒塌的几率;

9)设计时,选择适宜的炭化室中心距、炉顶厚度、炭化室墙厚度、立火道隔墙厚度等,增大炉体强度,提高炉墙极限侧负荷(SUGA值),使其能承受煤饼的膨胀压力,延长炉体寿命。

5结语

高炉的大型化对焦炭质量提出了更高的要求,使用常规焦炉生产出满足高炉需求的焦炭受到炼焦煤资源的限制。捣固炼焦工艺是扩大和充分利用炼焦煤资源及提高焦炭质量的有效途径,是炼焦技术的发展方向之一。捣固炼焦生产的焦炭,其质量可以满足较大(2000m3级)高炉生产的需要。在钢铁联合企业发展捣固炼焦以及对顶装炼焦进行捣固炼焦改造,具有可行性。

捣固炼焦技术是一种可根据焦炭的不同用途，配入较多的高挥发分煤及弱粘结性煤，在装煤推焦车的煤箱内用捣固机将已配合好的煤捣实后，从焦炉机侧推入炭化室内进行高温干馏的炼焦技术。

捣固炼焦工艺是在炼焦炉外采用捣固设备, 将炼焦配合煤按炭化室的大小, 捣打成略小于炭化室的煤饼, 将煤饼从炭化室的侧面推入炭化室进行高温干馏。成熟的焦炭由捣固推焦机从炭化室内推出,经拦焦车、熄焦车将其送至熄焦塔, 以水熄灭后再放到凉焦台, 由胶带运输经筛焦分成不同粒级的商品焦炭。

捣固炼焦的技术优势

1.节约资源、降低成本。煤饼堆密度由顶装煤炼焦的0.74t/ m3 提高到1.1 t/ m3, 煤料颗粒间距减小,煤饼堆比重增加,有利于多配入高挥发性煤和弱黏结性煤。如选用40 %的瘦煤、30%的焦煤和30%的肥煤也可生产出了一级冶金焦。采用捣固炼焦工艺节约了大量不可再生的优质炼焦煤,降低了生产成本。

2.提高焦炭质量。捣固炼焦可以提高焦炭的机械强度和反应后强度,两个月试生产表明:在配入30%的弱黏结性煤时,焦炭的机械强度M40平均为90% ,M10为4 % ,热反应性CRI为22%,反应后强度CSR 为65%。

3.环境保护方面的优势

（1）产量相同时,与炭化室高450 mm 顶装焦炉相比较,捣固焦炉具有减少出焦次数、减少机械磨损、降低劳动强度、改善操作环境和减少无组织排放的优点。

（2）装煤逸散烟尘采用炉顶消烟除尘车进行燃烧、洗涤除尘,完成无烟装煤操作,使装煤的污染物排放量减少90%。

（3）出焦粉尘通过除尘拦焦车集尘罩进入地面除尘站,工艺除尘效率高,减少了环境污染。

（4）敲打刀边新型炉门,密封效果好,减少炉门荒煤气的逸散。

4.经济效益显著。

（1）尽管捣固焦炉的捣固机和装煤车的投资高于顶装煤的机械费用,但是捣固煤饼的堆积密度比顶装煤高1/3,故相同生产规模的焦炉,捣固焦炉可以减少炭化室的孔数或炭化室容积,单套机械的服务孔数也增加到了72孔,因此,捣固焦炉的总投资并不比顶装焦炉高。

（2）捣固炼焦工艺可以比顶装煤炼焦工艺配入更多的高挥发分或弱黏结性的低阶煤,同时增加石油焦及焦粉的配入量,减少焦煤用量,原料煤的采购费用具有明显的优势,直接降低了焦炭的生产成本。

（3）捣固焦炉焦炭质量提高,可相应提高销售价格,而其操作费用和动力消耗与顶装煤工艺基本相同,直接增加了销售收入。

（4）捣固焦炉增加了焦炭的筛分粒度,相应增加了销售收入。