煉焦工藝及用煤技術(shù)發(fā)展分析

李偉

（南京鋼鐵股份有限公司煉鐵事業(yè)部技術(shù)質(zhì)量處，江蘇南京 210035）

伴隨優(yōu)質(zhì)煉焦煤儲(chǔ)量的降低，煉焦工藝逐漸得到重視，焦化行業(yè)對于煉焦工藝的不斷改善也促使著煉焦企業(yè)整體市場競爭力的提升。因此，需對煤料煉焦行業(yè)的各方面影響因素進(jìn)行深入研究，并在此基礎(chǔ)上，提升煉焦工藝水平，以滿足工業(yè)用煤的需求。

1 煉焦工藝概述

目前，依據(jù)煤化程度，我國煤炭資源包括焦煤、氣煤以及黏煤等類型，通稱煉焦煤，在傳統(tǒng)煉焦行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。此外通過室式焦?fàn)t萃取而成的焦化煤種由于其黏結(jié)性較差，統(tǒng)稱為非焦煤。伴隨工業(yè)化煉煤技術(shù)的發(fā)展，煉焦技術(shù)也在不斷進(jìn)步，不斷取得更大的突破，工藝水平較前期有較大的提升。借助焦?fàn)t設(shè)備的發(fā)展和焦化技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)煉焦技術(shù)和工藝已不斷趨于成熟，逐漸推廣應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中，有利于改善焦煤緊缺的現(xiàn)狀。

煉焦技術(shù)路線圖見圖1，主要包括土焦及機(jī)焦兩大方面，分別占據(jù)5%～12%和88%～95%。其中機(jī)焦包括配煤煉焦和搗固煉焦兩方面，在采用兩項(xiàng)技術(shù)加工后可分別得到含有不同煤組分的中間產(chǎn)物，經(jīng)由配煤槽進(jìn)行配煤作業(yè)，經(jīng)搗固及作業(yè)加工為煤餅，然后進(jìn)入煉焦?fàn)t分解為焦?fàn)t煤氣和煤焦油，最后經(jīng)熄焦作業(yè)后生成焦炭，完成整個(gè)煉焦工藝流程。

2 影響煤料煉焦的主要因素

在對煉焦工藝技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化分析的基礎(chǔ)上，從煤料堆密度、入爐煤粉碎工藝、煤料加熱速度3個(gè)方面分析了影響煉焦用煤范圍的主要因素，以期找到改善煉焦技術(shù)的有效方法，以更好地加快工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

圖1 煉焦技術(shù)路線圖

2.1 煤料堆密度對煤料煉焦的影響

（1）煤料堆密度對煤料煉焦有著直接影響。煤料堆密度直接關(guān)系到煤料間隙：當(dāng)煤料堆密度較小時(shí)，煤料間隙會(huì)變大，使間隙中填充的膠質(zhì)體量增大、用量增多，而這會(huì)影響到煤料界面的結(jié)合效果，進(jìn)而影響到煤料的焦化效果。（2）在煤料煉焦工藝中由于一系列化學(xué)及物理反應(yīng)，煤料中會(huì)不斷生成反應(yīng)氣，反應(yīng)氣的存在又會(huì)填充煤粒間結(jié)構(gòu)，并提升煤粒間的結(jié)合可靠性，增強(qiáng)反應(yīng)產(chǎn)物的密實(shí)性，使得氣體逸出時(shí)阻力增加，并有效提升膨脹壓力。（3）在膠質(zhì)體生成的過程中，煤粒間的密實(shí)性增強(qiáng)又會(huì)提升膨脹壓力，提升膠質(zhì)體的化學(xué)及物理穩(wěn)定性，膠質(zhì)體在后續(xù)的反應(yīng)中會(huì)不斷膨脹，有助于改善煤料界面的結(jié)合效果，增強(qiáng)煤結(jié)構(gòu)煉化的穩(wěn)定性，提升生成煤炭的粘結(jié)性及結(jié)構(gòu)特性，改善煤炭的應(yīng)用表現(xiàn)，如耐磨性、耐蝕性以及剛度特性[1]。

伴隨焦炭收縮特性的轉(zhuǎn)變，其結(jié)構(gòu)本質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致其具有易碎的特點(diǎn)，因此需合理把控反應(yīng)進(jìn)程及煤料堆密度，確保其發(fā)揮最佳性能。此外，深入研究煤料堆密度及水分含量間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，煤料堆中煤料粒度的粒徑以及含水量是影響煤料堆密度最主要的兩方面因素[2]。煤料堆的最小密度出現(xiàn)于含水量約8%左右時(shí)，因此可以利用這一特點(diǎn)，根據(jù)需求的煤結(jié)構(gòu)找到合理的煤料堆密度，并通過有效控制含水量至合理范圍內(nèi)進(jìn)行堆密度控制。

2.2 入爐煤粉碎工藝對煤料煉焦的影響

入爐煤粉碎工藝也是影響煤料煉焦特性的重要因素，根據(jù)其結(jié)構(gòu)及理化特性，若將煤視作有機(jī)巖石進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在入爐前開展煤塊的粉碎工藝，不同特性的煤塊粉碎特性有差異，如鏡煤等具有較優(yōu)的抗碎特性，在入爐粉碎中較難被粉碎。在入爐煤粉碎工序中，利用此特點(diǎn)將煤粒送進(jìn)不同粒級(jí)的堆料中，較易粉碎的成分被分配于煤料的細(xì)粒級(jí)堆料中，而難以被粉碎的成分，如絲炭（阮絲炭）、暗煤等被分配于煤料的粗粒級(jí)中，此問題會(huì)直接影響到爐煤質(zhì)量分布的均勻特性，進(jìn)而影響到爐煤組分中各成分的收縮性。若組分差異較大，會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，影響到爐煤界面的結(jié)合程度和密實(shí)度。為避免產(chǎn)生較大的裂縫，需對爐煤組分中的惰性成分進(jìn)行有效控制，即采取選擇性粉碎工藝，消除焦煤的裂縫中心，提升煤料煉焦質(zhì)量。

2.3 煤料加熱速度對煤料煉焦的影響

在煤料煉焦過程中，需對煤料進(jìn)行加熱。在此過程中，煤料內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，在煤料軟化過程中會(huì)產(chǎn)生膠質(zhì)體，而煤料加熱速度會(huì)直接影響到膠質(zhì)體產(chǎn)生的數(shù)量和質(zhì)量，這又會(huì)直接影響到煤料的膨脹性和流動(dòng)特性，因此煤料加熱速度也會(huì)影響到焦煤的流動(dòng)性。膠質(zhì)體等液態(tài)產(chǎn)物的量也會(huì)直接影響到焦煤的黏結(jié)程度。煤料的加熱速度不斷加快，則液態(tài)產(chǎn)物的占比將不斷增大，但加熱速度達(dá)到一定程度后，膠質(zhì)體占比將趨于穩(wěn)定，此時(shí)煤料將處于相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，需視具體需求，通過控制煤料加熱速度對煤料的黏結(jié)特性進(jìn)行有效控制。

3 煉焦工藝及用煤技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的實(shí)踐

伴隨煉煤焦化技術(shù)的不斷成熟，煉焦用煤工藝不斷取得新的突破，后續(xù)煉焦工藝及用煤技術(shù)的發(fā)展將步上新的臺(tái)階，需進(jìn)行多方面的技術(shù)嘗試及工藝路線的開拓。（1）需不斷開拓新型煤礦資源，綜合利用多煤種，提升煤種利用效率，以便可持續(xù)化利用現(xiàn)有煤礦資源，并開拓新的煤礦資源。（2）加強(qiáng)對區(qū)域性煤礦資源的管理。由于煉煤質(zhì)量及成分存在差異，各區(qū)域煉焦煤的質(zhì)量也不盡相同，因此需結(jié)合各地域用煤特點(diǎn)對煤煉化工藝水平開展針對性監(jiān)管和控制，做好對煉焦煤工藝流程及產(chǎn)成品質(zhì)量的監(jiān)督和檢查，確保焦炭質(zhì)量的穩(wěn)定性。（3）基于外部資源的支持，對于現(xiàn)有的煉焦和備煤工藝技術(shù)進(jìn)行完善和升級(jí)，并不斷完善工藝水平，通過采取煤調(diào)濕、配型煤、搗固煉焦等措施不斷提升焦炭質(zhì)量。

具體的工程實(shí)踐可從干熄焦工藝、煤調(diào)濕技術(shù)和脫硫脫氫制酸工藝3方面入手，不斷推動(dòng)煉焦工藝及用煤技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，提升工業(yè)化水平。煤焦化應(yīng)用于具體工程實(shí)踐中發(fā)揮作用的環(huán)節(jié)，綜合了煤焦化裝置、廢水處理裝置、熱電聯(lián)產(chǎn)裝置、煤焦油加工裝置、炭黑生產(chǎn)裝置以及各中間產(chǎn)物生成裝置等，構(gòu)成整套工藝。因此，后續(xù)煉焦工藝及用煤技術(shù)也需不斷集成各類其他相似系統(tǒng)，形成綜合性工藝體系，通過各系統(tǒng)間的配合實(shí)現(xiàn)更多的功能。

3.1 干熄焦工藝

干熄焦工藝是實(shí)現(xiàn)冷卻焦炭的一類新型工藝技術(shù)。其利用的冷卻介質(zhì)為溫度較低的惰性氣體，紅焦進(jìn)入干熄爐后,惰性氣體與干熄爐內(nèi)焦煤直接進(jìn)行熱量交換，進(jìn)而使得焦煤溫度降低。在干熄焦技術(shù)發(fā)展的過程中，工藝不斷完善，應(yīng)用逐步趨于成熟，在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的熱量回收、濕熄焦污染等問題已得到顯著改善，具備實(shí)際應(yīng)用條件，將對焦炭的質(zhì)量產(chǎn)生極大的改善作用。

3.2 煤調(diào)濕技術(shù)

煤調(diào)濕技術(shù)是一類蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)，是將煙氣攜濕降氧與間接傳熱技術(shù)相結(jié)合，并將其用作熱源和載氣。這一技術(shù)提高了我國煉焦工藝技術(shù)水平，并在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域有著重要的推動(dòng)作用，實(shí)際應(yīng)用中將有助于提升經(jīng)濟(jì)效益，并收獲較好的社會(huì)回報(bào)[3]。

3.3 脫硫脫氫制酸工藝

脫硫脫氫制酸工藝是煉煤焦化工藝技術(shù)中的重要方面。通過對煤氣脫硫脫氫，可進(jìn)一步提升煤氣的純度，降低其應(yīng)用過程中對環(huán)境的污染程度，對于可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意義重大。目前，常用的煤氣脫硫脫氫工藝包括了AS法脫硫脫氫技術(shù)、HPF氨法脫硫等，在實(shí)際應(yīng)用中雖然取得了一定的成效，但仍存在著脫硫效率低、廢液處理難、設(shè)備腐蝕等問題，影響到實(shí)際應(yīng)用效果。因此，需在現(xiàn)有技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，不斷開拓創(chuàng)新，探索技術(shù)的改進(jìn)方向，不斷改善現(xiàn)有工藝技術(shù)，提升煉煤焦化的工藝水平。

4 結(jié)語

煉焦技術(shù)是保障我國鋼鐵業(yè)持續(xù)長久發(fā)展的重要技術(shù)，焦炭是高爐冶煉不能替代的原燃料。我國的煉焦煤資源越來越匱乏，對我國未來煉焦產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展有著不利影響，也對我國鋼鐵業(yè)的整體發(fā)展形成一定阻礙。伴隨優(yōu)質(zhì)煉焦煤儲(chǔ)量的降低，煉焦工藝逐漸得到重視，焦化行業(yè)對于煉焦工藝的不斷改善促使著煉焦企業(yè)整體市場競爭力的提升。除了繼續(xù)優(yōu)化傳統(tǒng)工藝之外，還應(yīng)當(dāng)積極尋求可代替常規(guī)工藝的非焦煤煉焦新技術(shù)，擴(kuò)大煉焦用煤資源，為我國鋼鐵業(yè)的持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。