第四章 非常规炼焦技术与工艺

一、煤干燥炼焦
据日本钢管福山厂5号焦炉的调湿设备和日本新日铁君津 厂l、2号焦炉煤调湿设备的操作情况，干燥设备的处理能力前 者为270t（干煤）/h ,后者为390～440t（干煤）/h，煤料初 始水分9％～9.55％，干燥后水分5.5％～6.0％。水分降低3％， 生产能力约提高6％左右。在相同的结焦时间条件，初始煤料 水分和干燥煤料水分分别为10.85％和6.16％时，火道温度可 降低13℃～30℃。炼焦耗热量的降低，大约每降低1％的水分， 干燥装置的耗热量为42kJ／kg干煤，而焦炉的耗热量降低62kJ ／kg干煤。因此每干燥1％水分可节约热耗约为20kJ／kg干煤。 对强度的影响，据福山厂的操作实绩，煤的水分每降低1 ％，焦炭的强度DI3015提高约0.25，水分越低，焦炭强度越好。 煤料干燥的设备主要有转筒干燥机、多层圆盘立式干燥机 和流化床等。
2、机械作业率
机械作业率是指每台焦炉机械的昼夜操作的炉孔数，捣 固炼焦发展缓慢的另一个原因是，将煤料捣成饼推入炭化室 (加上推焦的全过程)一般需25～30min，每套机械一天的作 业率只有70～90炉孔，而常规炼焦工艺一般操作时间为10mi n左右，一天作业率为130～150炉，目前在德国迪林根中心 炼焦厂，每套机械作业率可达到140～150炉。
一、基本原理 二、配型煤工艺 三、配型煤炼焦的效果和影响因素
一、基本原理
配型煤炼焦，其方法是在装炉煤料中配入一定比例的 型煤，然后装炉炼焦的方法，该方法炼焦提高焦炭质量的 基本原理是： 1) 配入成型煤块后，提高了装炉煤料的密度。这样 可降低炭化过程中半焦的收缩，从而减少焦炭的裂纹，提 高焦炭的强度。 2) 型煤块中配有一定量粘结剂，从而改善了煤料的 粘结性能，对提高焦炭质量有利。 3) 型煤块的视密度为1.1～1.28t／m3，而一般粉煤 装炉仅0.70～0.758t／m3。成型煤中煤粒相互接触远比粉 煤紧密，从而显著地提高了型块煤料的结焦性能。高密度 型块与粉煤配合炼焦时，在软化熔融阶段，型块本体产生 的膨胀，对周围煤料施加压紧作用，促进了煤料颗粒间的 胶结，使焦炭结构更加致密。
图4-1 常规炼焦与捣固炼焦焦炭质量对比
一、捣固炼焦的特点
3) 提高焦炭产量 捣固炼焦的装炉煤堆密度是常规顶装炉 煤料堆比重的1.4倍左右，而结焦时间延长仅为常规顶装 工艺的1.1～1.2倍，故焦炭产量增加。 4)捣固炼焦炭化室的锥度 捣固炼焦既要减少煤饼与炭化室 两侧间隙，又要保证能顺利推焦，因此一般捣固焦炉炭化 室仍有锥度，但锥度比项装焦炉的锥度小得多，如德国迪 林根中心焦化厂6m捣固焦炉，其炭化室长17.25m，高6.25 m, 平均宽490mm，而锥度只有20mm。我国新设计的JN38-8 6 型捣固焦炉，炭化室主要尺寸为：长12.56m，高3.8m， 平均宽为460mm，锥度仅10mm，有效容积19.5m3，结焦时 间19h，生产铸造焦时结焦时间为28h。
2、煤预热和装炉工艺
制约煤预热炼焦发展最重要的因素是煤预热和装炉的 方法，至今，已有三种煤预热炼焦工艺在工业上应用，它 们分别是西姆卡(Simcar )法、考泰克(coaltak)法和普列 卡邦(Precarbon)法。在这三种工艺中，煤预热系统的基 本原理相同，即采用煤气燃烧产生的烟气在气流床内对煤 进行加热。在考泰克系统中，气流干燥器内设破碎机，入 料粒度为＜20mm，干燥破碎后的粒度＜3mm。三种系统的 加煤方法各不相同，考泰克系统属流态化装炉，因此装炉 煤堆密度相对较小，荒煤气夹带煤尘量较多，但密闭较好， 因此消除了装炉时烟尘污染大气的现象。普列卡邦和西姆 卡系统采用重力装炉，因此装炉煤堆密度较大，装炉时荒 煤气夹带煤尘量少，但装炉孔口与装煤斗或装料小车之间 的密封不如管道装炉，故在防止烟尘污染方面稍差。
2、型煤配比对焦炭质量的影响
日本住友金属的生产配煤所做的试验表 明，随配比增加，焦炭强度提高。大约配比 每增加 10％，强度升高0.4％～0.55％，当 配比达40％～50％时，强度达到最大值。
3、原料煤性质的影响
粘结性强的煤部分成型炼焦，其效果不如粘结性弱的 煤效果提高的显著，对弱粘结性煤而言，煤化度高的低挥 发分煤比煤化度低的高挥发分煤有利。对各种不同配煤组 成，在型煤配比均为20％时，以该条件下得到的试验结果 为例，当焦炭强度随配煤质量改善而提高时，型煤的配合 效果却逐步降低。
第四章 非常规炼焦技术与工艺
第一节 配型煤炼焦 第二节 捣固炼焦 第三节 煤干燥炼焦和预热炼焦 第四节 其它炼焦方法
第一节 配型煤炼焦
配型煤炼焦是在炼焦装炉煤料中按一定比例配入成型煤料进行炼焦的技术。 该工艺的研究始于上世纪50年代末60年代初，在前西德和前苏联都曾进行过试验 研究。前西德于上世纪50年代在40孔炭化室高6m的焦炉上，采用了部分煤料压块， 在混配到炼焦煤料中入炉的炼焦技术。 上世纪70年代，日本采用配粘结剂成型，并改善了成型煤的加工工艺和设备， 从而使成型煤炼焦得到了很快的发展。我国宝钢从日本新日铁公司引进了配型煤 炼焦技术和设备，并在国内首次大规模应用于工业生产。
1、预热
炼
对
质 改 机
图4-2 煤料预热温度与堆密度关系
1、预热
炼
对
质 改 机
图4-3焦炭性质与煤预热温度的关系
1、预热
炼
对
质 改 机
此外，预热煤炼焦时，膨胀压力和推焦电流值 都比较大，表4-1的数据表明，预热煤和干燥煤的堆 密度增加后，膨胀压力均比湿煤大3～10倍，但这种 变化可以通过多配收缩性大的煤(例如气煤)和在炼 焦时使焦饼充分收缩两个途径来解决。
6、配型煤对炼焦膨胀压力和推焦电流的影响
成型煤炼焦时，对炉墙产生的膨胀压力随型煤配比的 增加而提高，推焦电流也随成型煤的配入而升高。配入30 ％的型煤较不配型煤时推焦电流约升高10％，对强粘结性 的成型煤料，推焦电流会急剧上升。因此应密切注意成型 煤炼焦时型煤配比和原料煤性质对膨胀压力和推焦电流产 生的影响。
表4-1
煤预热处理后堆密度和膨胀压力的变化
预热温度，℃ 湿煤 干煤 150 200 250 300 350
结焦时膨胀压力，Pa 1960 16170 20480 20190 21950 24000 21560
煤料堆密度，kg/m3 炉外测定数据 705 853 818 812 815 814 732 炉内测定数据 660 850 1050 1100 900 950 950
二、捣固炼焦的技术关键
捣固炼焦技术的主要技术关键有以下几方面。 1、煤饼的稳定性 捣固煤饼的稳定性直接影响生产的正常进行，也是制约 捣固焦炉向高大炭化室发展的重要因素。煤饼的稳定性与煤 饼的高宽比、煤料的水分、煤料的粒度组成及捣固机的捣固 强度有关。 煤料细度一般要求95％以上，水分控制在9％～11％。水 分低，煤饼不易捣实，水分过高对捣固和炭化都不利。煤饼 的高宽比数值越大，对煤饼的稳定性要求越高，JN38-86型捣 固焦炉，炭化室的高为3.8m，宽0.46m，煤饼高宽比约为8:1。 前西德萨尔捣固炼焦技术较好地解决了这个难题，炭化室高6 m，煤饼高宽比是15:1，而煤饼的倒塌率只有万分之一。
第二节 捣固炼焦
捣固法炼焦至今已有100多年的历史，它是各种非常规 炼焦技术中发展较为完善的一种炼焦方法。该方法是将配合 煤料在捣固箱内捣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炼焦。 由于煤饼捣固后堆密度可由散装煤的 0.72t／m3提高到1. 00～1.15t／m3，因而煤料颗粒间距缩小，接触致密，有利 于多配入高挥发分弱粘结煤，并改善和提高焦炭的质量。
二、煤预热炼焦
煤预热炼焦，是指炼焦煤料在炉外预热到200℃左右， 然后装入炭化室内的炼焦。 煤预热炼焦的优点明显：煤预热炼焦可以增加气煤的 用量、改善焦炭质量；煤预热炼焦可以缩短结焦时间，提 高焦炉的生产能力，煤料预热到250℃装炉，可以使焦炉 的生产能力增加35％以上；煤料中无水分蒸发吸热，耗热 量可以节约293kJ/kg。考虑实际生产中存在其它影响因素， 一般认为，炼焦耗热量可以降低10％。煤料预热后不含水 分，这样可大幅度减少焦化厂剩余氨水的用的粘结剂主要来自煤焦油产品， 如沥青和焦油等。一般来说，粘结剂添加量适当 增加可以改善型煤强度和密度，提高成品率，对 焦炭质量提高有利。
5、对焦炭粒度组成的影响
成型煤炼焦，可以改善焦炭的粒度组 成，表现在＞80mm级的大块焦减少，80～2 5mm级的中块增多，特别是60～40mm级增多 较显著，而＜25mm级的碎焦下降约1％～2 ％，焦炭的平均粒度得到改善。
2、住友法
该工艺是将非炼焦煤或弱粘结性煤单独添加粘结剂成型处理， 然后按比例将成型煤配合到另外单独处理的粉煤中，经混合装炉。其 工艺流程如下：
装炉煤------------------------------粘结剂 混合----装炉
装炉煤+非粘结煤---混合---加热混炼---成型---型煤 该工艺可以多用一些弱粘结煤，在同样的原料煤配比条件下，由 于弱粘结性煤的集中成型使用，使得住友法较新日铁法对于改善煤料 的结焦性能效果更好一些。
一、捣固炼焦的特点 二、捣固炼焦的技术关键
一、捣固炼焦的特点
1）扩大炼焦煤源 可以多配入高挥发分煤和弱粘结煤炼焦， 生产高炉用焦；也可渗入焦粉和石油焦粉生产优质高炉用 焦和铸造用焦，还可用100％高挥发分煤生产气化焦。 2）焦炭质量 在使用同样的配煤比之下，捣固炼焦的焦炭 质量比常规顶装煤炼焦有所改善和提高，M40可提高2％～ 4％，M10可改善3％～5％，如图4-1所示。
三、配型煤炼焦的效果和影响因素
1、对焦炭产量影响 配型煤炼焦由于装炉煤堆密度增加，焦炭产量提高。 当型煤配比为10％ 时，装炉料堆密度比粉煤装炉提高2.6 ％；配比为20％时，堆密度提高5.9％；配比达30％时， 堆密度提高8.1％。 配型煤炼焦，结焦时间也要相应延长，生产操作表明， 型煤配比为20％时，结焦时间要延长4.3％；配比增加到3 0％，结焦时间延长7.1％。因此，不能希望配型煤炼焦有 较大的增产效果。