焦化工艺技术发展概述_配煤炼焦篇_一_

莱钢科技 代以来建设了许多炭化室高度大于 7 m 的大容积焦 炉 , 德国史韦根 ( Schw elgern) 焦化厂拥有当今世 界最大焦炉, 炭化室高达 8 43 m, 该焦炉为两座 70 孔 焦 炉年 产 焦 炭 250 万 , t 相 当 于 我 国普 通 4 3 m焦炉 8座 , 6 m 焦炉 4 5 座。 近年来 , 我国新建顶装焦炉大多数以 6 m 焦炉 为主, 2007 年我国新建投产的焦炉 41 座, 新增产 能 2 163 万 , t 其中炭化室高大于 6 m 大容积焦炉 (含 5 5 米捣固焦炉 ) 23座 , 产能 1435 万 , t 占新 增产能的 66 3 % 。 2008年和 2009 年, 我国每年新 建投产的焦炉都在 50 座以上 , 新增焦炭产能均在 3 000 万 t以上 , 其中顶装焦炉绝大多数为 6 m 以 上的大型焦炉。现我国 6 m 以上大容积机焦年产能 已在 1 亿吨左右 , 已接近当前总产能的 25 %。 2005年 , 鞍山焦耐院开发出 了具有自主知识 产权的 7 m 焦炉 ( 炭化室实际高度 6 98 m ) , 焦炉 炉体﹑焦炉机械﹑焦炉工艺和环保水平等诸多方面 与 6 m 焦炉相比都有了本质的改变, 达到了国际先 进水平且成熟可靠。
莱钢科技
2010 年 2月
焦化工艺技术发展概述
孙业新
1
配煤炼焦篇 ( 一 )
2
苑
路
邓
群
2
( 1 技术研发中心
摘
2 焦化厂 )
要: 介绍了国内外配煤Leabharlann Baidu焦技术的发展和应用情况, 并对国外前沿的炼焦新技术的开发 新技术 应用 开发
情况作了介绍 。 关键词: 配煤炼焦
0 前言
焦化是煤化工产业的重要组成部分, 近年来 , 伴随着我国钢铁工业的高速发展, 其工艺技术装备 水平得到了全方位的提高 ; 可以预见 , 高炉炼铁工 艺在未来很长一段时期内 ( 在国内至少 30 年 ) 不 会退出历史舞台的主流, 这将为焦化行业生存发展 提供了强有力的支撑 , 但受日益紧缺的优质炼焦煤 资源以及其它诸多因素的影响 , 其工艺技术的革新 显得越发重要。 现有形式的焦炉大约产生于 100 年多年前。其 间贯穿的工艺技术课题是在煤特性的制约中寻求以 下目的 : 1) 提高生产能力 (如高效操作化, 焦炉大型 化) 2) 提高热效率 ( 如设置蓄热室 ) 3) 回收 副产 物 ( 如煤 化学 及焦 炉煤气 的利 用) 4) 节约资源、环境友好 ( 如科学配煤技术和 新炼焦技术的研究应用 ) 不断追求以上目的的结果致使国内外配煤炼焦 技术经历了一个长期进步发展过程, 现在主要体现 在科学配煤专家系统的开发应用、顶装焦炉的超大 型化、捣固焦炉的推广及大型化、干熄焦技术的推 广及大型化、煤调湿技术的发展及推广等方面 ; 此 外 , 还有一批前沿技术正在研究开发。下面就先进 技术的应用及新技术的研究发展情 况作进一步介 绍。
孙业新, 等: 焦化工艺技术发展概述
配煤炼焦篇 ( 一 )
第 1期 (总第 145 期 )
在阿莫索 夫方法的基础上 , 美国学 者夏皮洛 1961年进一步 发展和 完善了 这种煤 岩配煤 方法。 该法的特点是以煤岩组成和活性成分反射率为基础 资料, 也把煤岩显微组分分为两大类 : 活性组分 = 镜质组 + 壳质组 + 1 / 3半镜质组; 惰性组分 = 惰质 组 + 2 / 3半镜质组 + 矿物。它的主要发展是把活性 组分 ( 主要是镜质组 ) 以 0 1% 反射率为间隔 , 从 0 3 % ~ 2 1 % 分成 18 类 , 以此标志煤的煤化程度 , 引入强度指数 SI 和组成平衡指数 CB I 两个煤岩参 数作为配煤指标。其中 SI 标志活性组分的平均质 量 , 组成平衡指数 CB I是标志配煤中惰性组分含量 适合与 否的一个 指标, 夏 皮洛以 S I 、 CB I 参数为 纵、横坐标 , 作出一组等强度曲线, 预测值与焦炉 实测值相当吻合 , 其相关系数可达 0 93 , 可较好 的指导配煤。 1 1 3 周师庸煤岩配煤方法 我国周师庸教授于 20 世纪 80 年代初在对新疆 钢铁公司的配煤预测焦炭强度的研究中, 采用镜质 组反射率作为煤化度指标 , 以惰性组分含量作为煤 岩组成指标 , 通过试验选择罗加指数或容惰能力作 为煤的还原程度指标。基于此原理模型, 新疆钢铁 公司和酒泉钢铁公司经过系统的试验 , 建立了预测 方程, 其相关系数 M 40可达 0 86 , M 10可达 0 94 。 1 2 焦炭强度预测及配煤专家系统的开发应用 1 2 1 焦炭强度预测 焦炭强度预测进展大体可分为两个阶段, 第一 阶段是焦炭 的机械强 度的预测。第二阶 段是 CRI 和 CSR 作为焦炭质量指标的预测。 目前, 大多数预测模型所涉及的参数都包括三 个方面 , 1) 用镜质组平均最大反射率作为煤化度 指标反映焦炭的显微结构 ; 2) 用基氏流动度反映 焦炭的气孔结构 ; 3) 用焦炭灰分组成衡量对碳素 溶解反应催化作用。这就把配合煤的粘结性、结焦 性和煤的灰分组成对焦炭反应性和反应后强度的影 响关联起来, 对焦炭的 CR I和 CSR 进行预测。值 得注意的是 , 进一步的预测方法应该把炼焦工艺条 件作为因素加以关联 , 才能使得预测方法更完善 , 预测结果更准确。以准确焦炭质量预测模型为基础 就可以进一步开发出具有实际应用价值的配煤专家 系统。 1 2 2 国内外科学配煤专家系统开发应用情况 日本川崎 钢铁公司开发了以减少焦炭质量波 动、降低成本为主要目的配煤专家系统。该系统包 6
作者简介 : 孙业新 ( 1972- ) , 男 , 1996年 7月毕业于鞍山 钢铁学 院煤化工专业。现为首席研究员 , 工程师 , 主要从事焦化工艺技术 研发工作。
1 科学配煤方法的研究应用以及配煤专家 系统的开发与应用
随着冶金技术对焦炭质量要求的逐步提高, 经 验配煤由于不能从根本上解释配煤炼焦生产中出现 的反常现象, 不能实现从定性到定量的转化 , 已不 能满足焦化生产要求。对此 , 作为近代焦化基础理 论之一煤岩学 , 虽然发展仍不够完善和成熟 , 但由 于其对煤的重新认识及其理论的可行性 , 较现行原 料煤分类却更科学和先进。随着煤岩理论的深入和 完善 , 以及配煤技术的发展 , 科学配煤离不开煤岩 学已得到一致公认。 目前 , 世界各国开发的配煤技术, 凡是论证较 充分、效 果较好的, 无 一不以煤 岩学为基 础。 20 世纪 80年代, 国内的煤岩配煤技术开始得到较快 发展 , 煤岩学已广泛应用于 煤的研究及生 产实践 中, 在焦化工业, 其作为一种有用理论正在被广泛 接受并逐渐应用于生产实践。 1 1 几种典型的煤岩配煤方法 1 1 1 阿莫索夫法 1957 年, 阿莫索夫对库兹巴斯煤提出 以显微 组分定量分析为基础的煤 岩学预测焦炭强 度的方 法。其原理是按炼焦性能的不同 , 把煤的显微组分 分为可熔组分 ( OK = ` 镜质组 + 壳质组 + 1 /3 半镜 质组 ) 和瘦化组分 ( OK= 惰质组 + 2 /3 半镜质组 + 矿物质 ) 两大类, 根据这两 项测值, 再 通过一 系列煤的基础性试验, 推出瘦化指数 ( OK / OK ` ) 和结焦性系数 ( Km ) 这两个预测焦炭质量的煤 岩参数。阿莫索夫拟定的这种方法奠定了 CB I SI 预测法的基础 , 开创了煤岩学应用于预测焦炭强度 的先河。 1 1 2 夏皮洛法 5
括两部分内容 , 一是把该系统用于用煤和来煤计划 的制订和平衡 , 以缩短制订计划的时间和提高计划 的及时性和准确性。二是根据生产数据建立了焦炭 强度预测模型 , 并可以对人为给定的配煤方案进行 焦炭质量的评定。 国内原华东冶金学院 ( 现安徽 工业大学 ) 是 最早从事配煤炼焦研究及应用系统开发的科研院所 之一 , 自 20世纪九十年代以来先后与宝钢、马钢、 济钢、攀钢等企业合作开发了不同层次的配煤炼焦 技术应用及管理系统, 其中宝钢的配煤专家系统最 具代表性 , 其建立的焦炭质量预测系统较为精确, 为宝钢焦炭的长期高质稳定发挥了巨大的作用, 其 炼焦成本也有显著的下降。 近年来, 鞍山中钢热能研究院与武钢合作开发 以煤岩学为主要理论指导的配煤专家系统, 现已取 得阶段性成果。 2008 年 7 月份 , 本钢历时两年半研究 开发的 适合自身特点的配煤专家系统正式投入使用 , 该系 统解除了人工 计算管理的繁重 劳动, 实现 了在资 源、料场、配煤、炼焦和使用跟踪一体化的全方位 动态实时科 学管 理, 在 优 化焦 煤、肥 煤、 1 /3 焦 煤、瘦煤的配比的同时还提高了焦炭质量预测准确 率和焦炭质量的稳定性 , 是目前国内最完善的配煤 专家系统。
2010 年 2月
是较早使用捣固炼焦工艺的国家之一。原苏联自从 1989 年开始将一个顶装焦炉改造 为捣固炼焦炉以 后, 也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。 另外印度、法国、捷克、罗马尼亚等国也大量采用 捣固炼焦技术。 6 米的大型捣固焦炉在 20 世纪七 十年代由西德开发并在西德萨尔堡煤矿焦化厂投入 使用。 国内捣固焦炉的 使用已有近 百年的历 史, 20 世纪在很长的一段时期内捣固炼焦技术在国内没有 取得显著的进 展, 只占整个 炼焦能力的很 小一部 分。 21 世纪初鞍山焦耐院、化二 院相继开发成功 了 4米 3 捣固焦炉和 5 米 5捣固焦炉, 2006 年, 鞍 山焦耐院又开发出了当今世界最高的 6 25 米捣固 焦炉 , 它使我国捣固炼焦大型化技术迈向一个新台 阶。 虽然我国煤炭资源比较丰富 , 但炼焦煤资源相 对较少, 强粘结性煤资源更加稀缺。近几年 , 我国 炼焦能力的超常发展, 使主焦煤供应紧上加紧, 国 际市场主焦煤的价格也节节上扬 , 这些均加速了我 国捣固炼焦的普及。 1997 年之前, 我国只在大连、 抚顺和镇江等建有炭化室高 3 2 m 和 3 8 m 小型捣 固焦炉, 总计不到 20 座, 焦炭产能仅有 200 多万 吨, 而到 2009 年我国投产的 捣固焦炉已超过 360 座, 年产能约 1 亿吨 ; 本世纪我国新建的捣固焦炉 大多数为 4 米 3 以上, 自 2000 年我国开发了炭化 室高 4 3 m、宽 500 mm 捣固焦炉, 2002 年 8 月全 国第一座炭化室高 4 3 m 的捣固焦炉在山西省临汾 市同世达实业有限公司投产以来 , 因其技术成熟、 效果好, 在全国很快推广 ; 2005 年 8 月 , 景德镇 焦化煤气总厂将炭化室高 4 3 m、宽 450 mm 的 80 型顶装焦炉改造成捣固焦炉 , 拉开了我国 4 3 m 顶 装焦炉改造成捣固焦炉的序幕。 2006 年底 , 5 5 m 的捣固焦炉在云南曲靖建成投产 , 在全国掀起了建 设 5 5 m 捣固焦炉的热潮 , 目前 11 家企业相继投 产或正在建设 5 5 m 捣固焦炉。 2007 年 6 月, 中 冶焦耐公司总承包了河北唐山市佳华公司的炭化室 高 6 25 m 世界最高的捣固焦炉的建设 , 并于 2009 年 3 月份出焦 , 这标致着我国大型捣固焦炉技术达 到了国际先进水平。目前, 昆钢、莱钢和旭阳也已 决定建设 6 25 m 捣固焦炉。 7
2 顶装焦炉的超大型化
2 1 焦炉大型化的技术优点 1) 劳动生产率提高。由于每班每人处理的煤 量和生产的焦炭多, 劳动生产率高 , 生产成本低, 更具有竞争能力; 2) 减轻了环 境污染。由于密封 面长度减 少, 大大减少了推焦装煤和熄焦时散发的污染物 , 同时 也节约了用于环保设施的投资和操作费用; 3) 有利于改善焦炭质量。大型化后, 由于堆 密度的增大 , 有利于焦炭质 量的提高或多 配弱粘 煤; 4) 热损失少, 热效率高。由于吨煤的散热面 减少 , 热损失降低 , 热效率提高 ; 5) 由于炉组数减少 , 占地面积相应减少; 6) 设计寿命长 , 维修费用低。 2 2 国内外焦炉大型化概况 焦炉大型化炭化室加宽及加高、提高单孔炭化 室产焦量是焦炉的发展方向。国外自 20 世纪 80 年