干熄焦工藝對焦炭性能的影響

孫喜燕

(山西焦煤集團(tuán)五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 汾陽 032200)

引 言

隨著國內(nèi)外焦?fàn)t大型化的發(fā)展以及噴煤技術(shù)的應(yīng)用，使得焦比大幅度下降，并對焦炭質(zhì)量提出了更高的要求。一般情況下，在實(shí)際生產(chǎn)中常采用提高焦炭質(zhì)量的方式來增加優(yōu)質(zhì)煉焦煤的量。但是，隨著我國對鋼鐵需求量的不斷增大，對優(yōu)質(zhì)焦炭的需求量也越來越大，從而大大促進(jìn)了煉焦企業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致當(dāng)前焦炭在市場中的供應(yīng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。焦炭企業(yè)為了確保能夠在如此激烈的市場環(huán)境中具備核心競爭力，在合理降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，提升焦炭的質(zhì)量是主要途徑之一[1]。近年來，隨著焦?fàn)t的大型化的發(fā)展，在干熄焦工藝下如何進(jìn)行配煤煉焦，提升焦炭的質(zhì)量和性能是當(dāng)前急需解決的問題。本文著重通過試驗(yàn)研究干熄焦工藝對焦炭性能和質(zhì)量的影響。

1 干熄焦工藝概述

干熄焦工藝是目前應(yīng)用于煤炭焦化企業(yè)的綠色生產(chǎn)工藝，該方式是將炙熱的焦炭采用某種惰性氣體直接熄焦的工藝。干熄焦工藝具有資源可回收利用、保護(hù)環(huán)境以及提升焦炭質(zhì)量的優(yōu)勢。

1.1 干熄焦工作原理分析

干熄焦指的是將焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭通過惰性氣體在干熄爐內(nèi)進(jìn)行熄滅操作，并對熄滅時的熱量進(jìn)行回收。一般情況下，通過惰性氣體所回收的熱量通過余熱鍋爐將水加熱至蒸汽，并通過汽輪機(jī)帶到發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。高溫惰性氣體與水熱交換后低溫氣體利用繼續(xù)循環(huán)利用進(jìn)入干熄爐內(nèi)再與紅焦進(jìn)行熱交換[2]。在此往復(fù)作用下，最終焦炭的溫度被冷卻至200℃以下。干熄焦的工藝流程，如第73頁圖1所示。

1.2 干熄焦工藝對焦炭質(zhì)量的影響分析

基于干熄焦工藝對焦炭進(jìn)行熄滅操作時，空氣中的氧氣與焦炭反應(yīng)生成二氧化碳，二氧化碳在高溫的作用下又被還原為一氧化碳。隨著干熄焦工藝的不斷進(jìn)行，在焦炭的熱作用下會生產(chǎn)一氧化碳、氫氣以及甲烷等氣體，存在極大爆炸隱患。為了確保干熄焦工藝的安全性常通過向循環(huán)氣體中注入惰性氣體氮?dú)庀♂屢兹家妆瑲怏w的濃度或注入適量的空氣將易燃易爆氣體充分燃燒，進(jìn)而降低爆炸的風(fēng)險[3]。

簡單的說，干熄焦工藝在提升焦炭強(qiáng)度的同時降低焦炭的反應(yīng)性。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可通過合理、適當(dāng)?shù)呐淙躔そY(jié)性煤獲得高質(zhì)量、高性能的焦炭。與濕熄焦工藝相對較而言，干熄焦工藝避免由于噴水的急速冷卻導(dǎo)致焦炭內(nèi)存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象。此外，干熄焦工藝對焦炭具有保溫功能，能夠進(jìn)一步提升焦炭的成熟度。

2 基于干熄焦工藝的實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為本次實(shí)驗(yàn)選擇具有普遍代表性的煤樣。取樣方法如下：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，為保證所取煤樣的均勻性和普遍性在帶式輸送機(jī)上每間隔10 min取2 kg煤炭。按照上述取樣方法分別取四種不同煤質(zhì)的煤樣，分別為氣肥煤、肥煤、焦煤以及焦瘦煤[4]。將所選取的煤樣根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對其進(jìn)行嚴(yán)格破碎后進(jìn)行煉焦配煤試驗(yàn)。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為其配置顎式破碎機(jī)、焦?fàn)t、干熄焦裝置等反應(yīng)裝置；配置全硫分測定儀、顯微煤巖分析儀、黏結(jié)指數(shù)測定儀和膠質(zhì)層指數(shù)測定儀等測量設(shè)備。

圖1 干熄焦工藝流程框圖

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求，為本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)，如圖2所示的實(shí)驗(yàn)流程。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程框圖

如圖2所示，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求按照一定方法采集的煤樣經(jīng)顎式破碎機(jī)充分破碎后對其煤質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，主要檢驗(yàn)的項(xiàng)目包括有：硫分、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層指數(shù)等。檢驗(yàn)完成后將破碎后煤樣按照一定比例混合，并調(diào)整煤樣的水分和細(xì)度將其裝入煉焦?fàn)t中，經(jīng)煉焦操作后對焦炭的機(jī)械強(qiáng)度、工業(yè)分析以及其熱性能進(jìn)行對比分析。

3 干熄焦工藝對焦炭性能的影響

目前，焦?fàn)t已從傳統(tǒng)的4.3 m發(fā)展為6 m。隨著焦?fàn)t尺寸的改變，干熄焦工藝對焦炭質(zhì)量的改善也存在差異[5]。因此，本文著重研究6 m焦?fàn)t采用干熄焦工藝和濕熄焦工藝對所得焦炭性能進(jìn)行對比，從而得出干熄焦工藝對焦炭性能的改善。

3.1 干熄焦工藝對焦炭熱性能的影響

1) 基于干熄焦工藝下焦炭的氣孔含量低于基于濕熄焦工藝下焦炭的氣孔含量。而且，干熄焦工藝下焦炭的氣孔直徑低于基于濕熄焦工藝下焦炭的氣孔直徑。說明，干熄焦工藝下焦炭的與二氧化碳的接觸面積小，導(dǎo)致干熄工藝下焦炭的熱反應(yīng)能力下降，有利于提升焦炭的強(qiáng)度。

2) 濕熄焦工藝需將水蒸氣噴灑在紅焦上，高溫紅焦遇水蒸氣后出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，從而在內(nèi)部存在大量的裂紋；同時，水蒸氣的排放會導(dǎo)致大量氣孔的產(chǎn)生。對于干熄焦工藝而言，在惰性氣體的作用下紅焦的溫度緩慢下降，在焦炭內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力的可能性很小，從而有利于改善焦炭的質(zhì)量。

綜上所述，不同的熄焦工藝不會影響焦炭內(nèi)部本身的結(jié)構(gòu)，僅對其表面的氣孔有影響，從而影響其熱反應(yīng)強(qiáng)度。而且，干熄焦工藝下焦炭的熱反應(yīng)強(qiáng)度優(yōu)于濕熄焦工藝下焦炭的熱反應(yīng)強(qiáng)度。

3.2 干熄焦工藝對焦炭抗堿性的影響

分別取同一種煤樣采取不同熄焦工藝在相同的堿環(huán)境下對焦炭進(jìn)行處理，并對烘干后焦炭的熱反應(yīng)性能進(jìn)行檢驗(yàn)。

經(jīng)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，堿環(huán)境對干熄焦工藝和濕熄焦工藝焦炭的熱反應(yīng)性能均有影響。而且，在堿環(huán)境下焦炭的熱反應(yīng)強(qiáng)度均在下降，對應(yīng)的熱反應(yīng)性能均在升高。不同的是，在同等堿環(huán)境的影響下，干熄焦工藝下焦炭的熱反應(yīng)強(qiáng)度大于濕熄焦工藝，即干熄焦工藝下焦炭的熱反應(yīng)性能小于濕熄焦工藝。也就是說，干熄焦工藝的抗堿性由于濕熄焦工藝，進(jìn)而有利于降低高爐焦比，達(dá)到提高焦?fàn)t利用系數(shù)的目的。

3.3 干熄焦工藝對焦炭質(zhì)量的改善

經(jīng)對比4.3 m焦?fàn)t和6 m焦?fàn)t同樣采用干熄焦工藝獲得焦炭的機(jī)械強(qiáng)度性能進(jìn)行測定可知：基于干熄焦工藝在6 m焦?fàn)t下所獲得焦炭的機(jī)械強(qiáng)度得到明顯改善，且熱強(qiáng)度也得到顯著提升。而且，在干熄工藝下6m焦?fàn)t獲得焦炭的強(qiáng)度得到顯著提升，尤其是其耐磨性和抗碎強(qiáng)度得到提升。

總之，基于大容積焦?fàn)t干熄焦工藝下獲得焦炭的質(zhì)量得到明顯改善。

4 結(jié)語

隨著我國煉鋼企業(yè)的發(fā)展對焦炭的需求量越大越大，而且對焦炭的質(zhì)量要求也越來越高。在如今形勢下，煉焦企業(yè)如何在低成本運(yùn)行狀態(tài)下獲得最高質(zhì)量的焦炭是其在激烈市場環(huán)境中占據(jù)一席之地的關(guān)鍵。干熄工藝作為煉焦生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝，其對焦炭的質(zhì)量有明顯改善的作用。經(jīng)研究干熄焦工藝對焦炭性能的影響進(jìn)一步明確了干熄焦工藝會顯著提升焦炭的熱反應(yīng)強(qiáng)度、抗堿性和質(zhì)量。因此，可將干熄焦工藝在煉焦企業(yè)中推廣應(yīng)用。