焦炭質(zhì)量的提升與煉焦工藝的發(fā)展研究

摘 要：煤炭作為一種重要的化石能源，在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著非常重要的作用，而伴隨著工業(yè)化進程的加快，煤炭煉焦得到的焦炭質(zhì)量備受社會各界的廣泛關(guān)注，煉焦工藝也因此迅猛發(fā)展。基于此，本文從焦炭質(zhì)量的影響因素出發(fā)，對其提升措施進行了分析，并就焦炭工藝流程和發(fā)展進行了研究，希望能夠為煉焦工藝的進步提供借鑒。

關(guān)鍵詞：焦炭質(zhì)量;煉焦工藝;發(fā)展

在發(fā)展工業(yè)的過程中，我國對于焦炭以及鋼鐵的產(chǎn)量有著巨大需求，現(xiàn)有的煉焦能力約為7000萬t/a，煉焦企業(yè)的數(shù)量接近200，不過對煉焦行業(yè)整體進行分析，不少煉焦企業(yè)在生產(chǎn)中都存在煉焦工藝和設(shè)備水平落后的問題，致使焦炭的質(zhì)量無法很好的滿足相關(guān)標準的要求，影響了焦炭在工業(yè)生產(chǎn)中的使用效果，需要煉焦企業(yè)重視起來，采取有效措施來促進焦炭質(zhì)量的提高。

1 焦炭質(zhì)量的影響因素分析

1.1 焦煤質(zhì)量

在煉焦過程中，煉焦煤灰分接近100%都會留在焦炭內(nèi)，而且焦炭產(chǎn)品中約60%-70%的硫分都是由煉焦煤轉(zhuǎn)移得到，從這個角度分析，煉焦煤結(jié)焦性和粘接性會對焦炭質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

1.2 配煤結(jié)構(gòu)

焦炭生產(chǎn)中使用的一般是配合煤，其中的惰性組分和活性組分有著固定的比例，其中惰性成分所占的比例由煤的變質(zhì)程度決定，假設(shè)配煤最大平均放射率Rmax>1.3%，應(yīng)該選擇的比例在20%-25%左右，若Rmax<1.3%，則應(yīng)該將比例適當提升到30%-32%。配合煤中的惰性組分發(fā)揮著類似混凝土中砂石的作用，能夠在一定程度上緩解焦炭收縮應(yīng)力，提升焦炭的致密性，有效減少裂紋的出現(xiàn)。有研究表明，在配合煤中，惰性組分與焦炭反應(yīng)性存在一定的關(guān)聯(lián)，隨著惰性組分含量的增加，焦炭反應(yīng)性會有所下降[1]。

1.3 結(jié)焦速率

實踐結(jié)果表明，結(jié)焦的速率越快，焦炭產(chǎn)品的穩(wěn)定性越差，或者說較大的爐墻速度會導致焦炭產(chǎn)品裂紋數(shù)量的增加。對于常規(guī)煤炭，煉焦煤的粘結(jié)性更強，在結(jié)焦速度下降的情況下，煉焦煤的粘結(jié)性會得到一定的抑制，光學各向異性也會得到一定程度的下降。相關(guān)研究結(jié)果顯示，可以通過對光學組織指數(shù)的控制，可以有效降低光學各向異性，從而抑制焦炭反應(yīng)性。在結(jié)焦速率下降，結(jié)焦時間延長的情況下，焦炭的熱狀態(tài)可以得到改善。在裝爐煤裝煤前期，必須做好預先干燥工作，將煤分的水分控制在5%-6%之間，能夠在一定程度上降低煉焦對于熱量的消耗，提高焦炭質(zhì)量。

1.4 調(diào)濕工藝

焦爐煤調(diào)濕可以保證煤炭水分含量，在降低煉焦熱耗、改善焦爐生產(chǎn)能力等方面有著積極作用。為了研究煤調(diào)濕工藝對于焦炭質(zhì)量的影響，這里采用實驗論證的方式，配置兩種不同的煤樣本：一號樣本為粉煤料，MS64.7mm，超過75mm的含量為36.8%，50mm-75mm之間的含量為40.8%，25mm-50mm之間的含量為17.5%，15mm-25mm之間的含量為0.8%，其余的小于15mm，DI150為81.9%、CSR為35.7%，CSR為48.8%;二號樣本為煤調(diào)濕料，MS 67.5mm，超過75mm的含量為41.4%，50mm-75mm之間的含量為41.4%，25mm-50mm之間的含量為13.3%，15mm-25mm之間的含量為0.8%，其余的小于15mm，DI150為83.5%、CSR為30.6%，CSR為56.1%。結(jié)合上述數(shù)據(jù)分析，在經(jīng)過調(diào)濕處理后，焦炭產(chǎn)品的平均粒度得以提升，焦炭冷熱強度指標得到了強化。

2 焦炭質(zhì)量提升的有效措施

2.1 設(shè)置添加物

煉焦過程中，想要提高焦炭的質(zhì)量，可以在裝煤爐內(nèi)添加一定的外加物，如粘接劑、抗裂劑等，通過這樣的方式，可以對焦炭的結(jié)焦性進行改善。對于一些具備較高揮發(fā)性和流動性的煤料而言，應(yīng)該通過添加抗裂劑的方式，提高焦炭質(zhì)量，添加劑能夠在一定程度上改善焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)，提升其規(guī)格和機械強度;對于一些粘接性差，流動性低的煤料，應(yīng)該添加粘接劑，通過改善焦炭反應(yīng)和機械強度的方式，促進焦炭質(zhì)量的提高。

2.2 成型煤技術(shù)

煤炭的積聚密度會對焦炭產(chǎn)品的密度和強度產(chǎn)生直接影響，針對這樣的問題，從提升焦炭質(zhì)量的角度，可以采用成型煤技術(shù)，針對粉煤和成型煤進行混合，確定好最佳的混合比例，以此來提升高爐內(nèi)部煤料的積聚密度，對焦炭的粘接性進行改善。不過，結(jié)合生產(chǎn)實踐分析，成型煤技術(shù)在實際應(yīng)用中存在很多的缺陷，需要采取有效的措施進做好優(yōu)化：一是可以將成型煤技術(shù)和分組粉碎技術(shù)結(jié)合在一起，將劣質(zhì)煤粉碎用做成型煤生產(chǎn)的原料;二是應(yīng)該依照預先設(shè)計好的配比，對粉煤和成型煤占據(jù)的比重進行確認，以保證焦炭的質(zhì)量;三是應(yīng)該立足生產(chǎn)實踐，做好煤種應(yīng)用范圍的延伸和拓展，促進焦炭質(zhì)量的提高。

2.3 分組粉碎技術(shù)

分組粉碎技術(shù)能夠?qū)固可a(chǎn)中存在的很多問題進行解決，如可以有效的縮小不同煤種之間存在的粉碎性差異;可以針對惰性組分高的結(jié)焦煤進行粉碎等。從工作人員的角度，在對煤炭進行預處理的過程中，應(yīng)該明確，粉碎工作必須先對原料煤進行有效分類，依照不同的粉碎難度進行相應(yīng)的操作。一般情況下，分組粉碎技術(shù)的應(yīng)用包含了兩個核心階段：第一階段是對完成分組后的煤料進行粉碎，對于一些規(guī)格較大，粉碎難度大的煤塊，可以先單獨粉碎，然后運到配煤槽進行粉碎，將煤料粉碎的細度控制在3mm以內(nèi);第二個階段是將所有煤塊粉碎后，攪拌均勻并運輸?shù)絺魉蛶В上嚓P(guān)設(shè)備自動完成分層處理。

2.4 焦爐管理技術(shù)

焦爐的操作水平和熱工制度將會在很大程度上影響焦炭的質(zhì)量，因此，從提升焦炭質(zhì)量的角度，應(yīng)該切實做好焦爐管理工作，從實際需求出發(fā)，建立起相應(yīng)的焦爐管理制度，重視對于焦爐操作人員的培訓工作，確保能夠做到穩(wěn)定配煤、穩(wěn)定操作，將焦爐的性能充分發(fā)揮出來，以此來得到穩(wěn)定的焦炭質(zhì)量。從實現(xiàn)焦爐穩(wěn)定生產(chǎn)，保障焦炭質(zhì)量的角度，相關(guān)企業(yè)必須以高度重視焦爐管理技術(shù)的應(yīng)用，定期對焦爐操控系統(tǒng)進行更新維護，強化管理新技術(shù)，如焦爐裝煤量自動檢測、煤氣自動記錄、自動推焦記錄、紅外測溫技術(shù)以及四車定位系統(tǒng)等，實現(xiàn)對于焦炭質(zhì)量的嚴格控制，在提高焦爐生產(chǎn)能力的同時，避免因為焦爐運行操作不規(guī)范對于焦炭質(zhì)量的影響[2]。

3 煉焦工藝流程及發(fā)展

3.1 煉焦工藝流程

在現(xiàn)代煉焦生產(chǎn)中，基本的工藝流程為：洗煤→配煤→干燥→粉碎→焦化室處理→炭化室處理→熄焦→篩分→焦炭產(chǎn)品。在整個工藝流程中，有幾個比較重要的環(huán)節(jié)，一是洗煤。要求在進行煉焦之前，對原料煤進行洗選，以降低煤料中的灰分，將雜質(zhì)去除;二是配煤。配煤是通過將具備不同結(jié)焦性能的煤炭依照一定的比例配合在一起，能夠在充分保證焦炭質(zhì)量的基礎(chǔ)上，擴大煉焦煤的使用范圍，減少資源浪費的問題;三是煉焦，將配合好的煤料輸入到煉焦路炭化室，將空氣隔絕后，借助兩側(cè)燃燒室進行加熱干餾，經(jīng)過一定的時間后，就能夠得到焦炭;四是產(chǎn)品處理。將爐內(nèi)的焦炭熄滅，然后經(jīng)過破碎、篩分和分級后，就能夠獲得不同粒度的焦炭產(chǎn)品[3]。熄焦的方法可以分為干濕兩種，干法熄焦主要是將紅熱焦炭放入到熄焦室內(nèi)，使用惰性氣體來對焦炭散發(fā)的熱量進行循環(huán)回收，熄焦時間在2-4h左右;濕法熄焦則是將紅熱焦炭放入到熄焦塔內(nèi)，使用高壓水進行噴淋，熄焦時間為60-90s。

3.2 煉焦工藝的發(fā)展

3.2.1 型焦工藝

型焦工藝在實際應(yīng)用中可以添加粘接劑，也可以不添加粘接劑，可以先將一些無法在普通焦爐內(nèi)煉制的煤炭，或者結(jié)焦性差的煤炭壓制成煤塊，配合高溫碳化的方式進行煉焦，屬于一種比較新穎的煉焦工藝，可以得到形狀規(guī)則、大小均勻的型焦。伴隨著技術(shù)研發(fā)的深入，型焦工藝的類型變得更加多樣化，焦炭產(chǎn)品的質(zhì)量也在不斷提高，而且對比常規(guī)煉焦工藝，型焦工藝的污染更少，生產(chǎn)連續(xù)性好，粘接煤的用量達到了70%-200%，自動化程度高，因此成為了許多國家研究的熱點工藝。我國于1958年，就將型焦工藝作為了重點研究對象，研發(fā)出了冷壓型焦工藝、氣體熱載體熱壓型焦工藝等，而且伴隨著研究的深入，型焦設(shè)備不斷更新，積累了大量的實踐經(jīng)驗，為型焦工藝的工業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。將常規(guī)焦炭與JCR和FCP焦炭的性質(zhì)進行對比，結(jié)果如表1所示。

3.2.2 巨型煉焦反應(yīng)器

巨型煉焦反應(yīng)器能夠?qū)⒚禾款A熱和單炭化室聯(lián)合在一起，將原本的多室系統(tǒng)改成單室系統(tǒng)，能夠?qū)⑸a(chǎn)能力提升一倍左右，而且燃燒室的側(cè)向加固能夠顯著提升靜荷載負荷能力，污染更少，能耗更低，有著更強的靈活性。巨型煉焦反應(yīng)器中，火道溫度在1380℃時，焦炭的質(zhì)量能夠得到有效改善，結(jié)焦時間約為24-26h。對比多室系統(tǒng)，單室系統(tǒng)的排放量下降了53%，能耗下降了8%，雖然投資相對較大，但是穩(wěn)定性和靈活性更好，可以確保煉焦裝置的運行達到最佳狀態(tài)，設(shè)備的環(huán)保性好，維護成本低，從整體來講，可以節(jié)約企業(yè)費用[4]。

4 總結(jié)

總而言之，焦炭是我國最為關(guān)鍵的生產(chǎn)性資源之一，而相比發(fā)達國家，我國在煉焦工藝方面存在較為明顯的差距，需要相關(guān)部門和技術(shù)人員做好更加深入的研究，選擇恰當?shù)墓に嚭头椒?，提高焦炭的質(zhì)量，推動煉焦工藝的優(yōu)化，使得煉焦工業(yè)能夠朝著綠色環(huán)?？沙掷m(xù)的方向發(fā)展，提升煉焦生產(chǎn)效率的同時，盡可能降低環(huán)境污染問題，只有這樣，才能真正實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的共同提升。

參考文獻：

[1]戰(zhàn)麗，李強生，蓋云峰，等.特殊配煤結(jié)構(gòu)下?lián)v固與頂裝煉焦工藝焦炭質(zhì)量的對比分析[J].燃料與化工，2020，51 （05）：11-14.

[2]龐克亮，王超.提高入爐煤堆密度技術(shù)在煉焦生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].鞍鋼技術(shù)，2019（05）：1-6+10.

[3]楊瑞嶺.分析煉焦化工工藝流程及新工藝的應(yīng)用[J].化工管理，2019（27）：207-208.

[4]王立山.焦炭質(zhì)量的提高與煉焦工藝的發(fā)展探析[J].環(huán)球市場，2019（24）：365.

作者簡介：

成棟（1982- ），男，漢族，山西晉中市人，大專學歷，助理工程師，研究方向：煉焦工藝。