2016干熄焦除尘灰的利用现状分析

2.2.2干熄焦灰来源

干熄焦在生产过程中会产生大量的颗粒污染物（主要是焦粉），焦化厂的除尘灰将近90%都来自干熄焦除尘，干熄焦除尘灰是焦化除尘灰的主要组成部分。为了减少扬尘以及符合大气污染物的排放标准，必须对含尘气体进行净化处理。

干熄焦净化除尘系统包括为保护锅炉、除尘风机而设计的一、二次除尘即工艺除尘和为收集干熄炉顶（高温烟气）、排出装置、皮带、循环风机后放散等处的粉尘的环境除尘。

其中经过一次除尘器分离出的粗颗粒焦粉进入一次除尘器的水冷套管冷却，水冷套管上部设有料位计，焦粉到达该料位后水冷套管下部的排灰格式阀启动将焦粉排出至灰斗。从一次除尘器出来的循环气体含量约为10-12g/m3，流经锅炉换热后，进入二次除尘器进一步除去细颗粒焦粉。从二次除尘器出来的循环气体含尘量不大于1 g/m3。

另外除尘地面站通过除尘风机产生的吸力将干熄焦炉炉顶装焦处、炉顶放散阀、预存段压力调节阀放散口等处产生的高温烟气导入管式冷却器冷却；将干熄炉底部排焦部位、炉前焦库及各皮带转运点等处产生的高浓度的低温粉尘导入百叶式预除尘器进行粗分离处理；两部分烟气在管式冷却器和百叶式预除尘器出口处混合，然后导入布袋式除尘器净化，最后以粉尘质量浓度低于100mg/m3的烟气经烟囱排入大气。

2.2.3干熄焦灰的性质

干熄焦除尘灰收集的主要是经过一次除尘、二次除尘和环境除尘得到大量颗粒很小的焦炭，除尘粉是外观为灰黑色的直径小于3mm的颗粒。其主要成分为固定碳，还含有一些杂质，如SiO2、CaO、MgO、Al2O3等。其中一次除尘为粗除尘，故其粒级较大，二次除尘粒级较小，由于干熄焦环境除尘主要用于控制和收集干熄焦在装焦、排焦过程以及焦炭在转运过程中散发的粉尘，故其粒度最细。

通过工业分析发现，干熄焦除尘灰水分含量极低，固定碳含量高，一般在80%以上，还具有挥发分低及含硫量低等特点。

由于干熄焦除尘灰本质上为颗粒很小的焦炭，而焦炭是煤经过高温干馏后的产物，高温干馏的过程中，煤的挥发分不断析出，由于煤的结焦性而不断收缩，结构变得更加致密，因此干熄焦除尘灰的硬度比原煤大。一般焦炭的抗碎强度比原煤大很多，这表明焦炭的可磨性要低于原煤。

2.2.4干熄焦灰的应用现状

随着干熄焦技术的普遍应用，由此产生大量的干熄焦除尘灰，主要包括一次除尘、二次除尘和环境除尘，相关资料表明：焦化厂产生的焦化除尘灰大约占到焦炭产量的4%[44]。从工业分析的角度对比，干熄焦除尘灰的组成性质与无烟煤非常相似，都具有固定碳含量高、挥发分低及含硫量低等特点。如果不加合理利用，不仅浪费了宝贵的能源，而且还会对环境造成严重污染。因此对于如何高效利用干熄焦除尘灰，发挥其最大效益，成为科研工作者必须要解决的问题。

目前对于如何利用干熄焦除尘灰，主要有四种方法，即用于烧结、回配炼焦、制备活性炭和用于高炉喷吹。

（1）用于烧结

一些钢铁厂将除尘灰用于烧结，取代部分焦粉或无烟煤。而除尘焦灰实质上是一种粒度极细的焦粉，从取样分析看出，小于3mm的粒级达到90%左右。在烧结混合料中以内滚和外滚两种形式粘附于烧结料颗粒的表面，焦灰粒度细，亲水性差，一部分与小颗粒料混合参与成球；一部分存在于气流通道中。附着于烧结料颗粒表面的焦灰，燃烧后为烧结矿液相生产提供热量，但是由于其粒度细，灰份含量高，热值偏低，造成其燃烧强度低于正常焦粉燃烧强度；同时有一部分被通过气孔的气流抽走，造成燃耗的升高[45]。因此只能将焦化厂产生的较大颗粒的除尘灰用于烧结，这样一来不仅不能实现除尘灰的高价值利用，而且在筛分过程会造成二次扬尘。

（2）用于回配炼焦

在配合煤中添加焦粉可以减少相邻半焦层间的收缩差，从而减少焦炭的裂纹，提高焦炭的强度；焦粉回配炼焦工艺在保证焦炭质量的同时，达到了能源二次利用的目的。因此很多焦化厂提出了焦化除尘灰替代部分瘦煤回配炼焦的想法，并做了大量的试验。济钢将干熄焦二次除尘焦粉作为瘦化剂，焦油渣作为黏结剂，按1%的比例回配到炼焦煤中，所产焦炭质量保持稳定，在节约煤源、增加焦炭产量等方面产生了一定效益[46-47]。神华乌海能源有限公司、太原煤炭气化有限责任公司以及兖矿国际焦化有限公司等企业成功地采用了焦化除尘灰回配炼焦技术[48-49]。但由于焦粉基本无熔融状态、无粘结性，添加到配合煤中主要起到骨架作用，会降低配合煤的粘结物总量。

杨洪梅等认为配煤前必须保证焦粉粒度<0.2mm的占70%以上，而且越细越好[50]。其实验结果表明焦粉粒度在1-1.5mm之间可以成焦，但焦炭强度低，1.5mm 以上时焦炭强度急剧降低，焦粉产生副作用很大。而焦化除尘灰实际粒度组成并

不满足回配炼焦对焦粉的粒度要求。可见焦粉粒度对回配炼焦焦炭质量影响较大，必须对其粒度组成严格控制。

焦粉回配炼焦必须满足三个条件：一是配合煤的粘结性要有富余，G、Y值足够高；二是焦粉的添加量要适中，一般仅在1%左右；三是焦粉的粒度要尽量小[51]。

由于干熄焦除尘灰基本无粘结性，对配煤的选择要求更高；添加比例仅在1%左右，不能及时有效消耗产生的除尘灰；粒度分布不能满足回配炼焦的要求。由此可知干熄焦除尘灰用于回配炼焦并不能很好的效果。

（3）用于制焦化除尘灰基活性炭

焦化除尘灰的物化性质与焦炭相近，与石油焦一样符合制备活性炭所用材料的要求，是一种优良的生产活性炭的原料。欧阳曙光等[52]采用焦化除尘灰为原料，分别用水蒸气和KOH为活化剂制备焦化除尘灰基活性炭，并对所制的活性炭进行碘吸附值BET比表面积、孔径分布以及表面形貌测试，并取得一定成果，但目前只限于实验室研究阶段，并且不能及时大量利用干熄焦除尘灰，这一工艺需要进一步研究。

（4）用于高炉喷吹

从工业分析可知，干熄焦除尘灰的性质与无烟煤非常相似，二者都具有固定碳含量高、挥发分低及含硫量低等特点。固定碳含量高是煤粉发热量高的必要条件，而发热量的高低是衡量煤粉是否适合高炉喷吹的重要条件，只有发热量高的煤粉才能更大限度的降低焦比，为高炉生产提供足够的热量。基于以上的考虑，国内的部分钢铁企业提出了干熄焦除尘灰代替一定比例的无烟煤用来高炉喷吹的设想：一方面，干熄焦除尘灰本来就是焦化厂的废弃物，如果能够加以利用，可以大幅度降低干熄焦除尘灰长期堆积对环境造成污染的程度；另一方面，由于适合喷吹的无烟煤资源紧张，如果能用干熄焦除尘灰代替部分无烟煤进行高炉喷吹，可以缓解钢铁企业喷煤量的需求不断增加与适合喷吹的无烟煤资源有限的矛盾，对我国的煤炭资源的合理利用有非常重要的意义；最后，由于干熄焦除尘灰相对于高炉喷吹用的无烟煤有明显的价格优势，干熄焦灰广泛应用于高炉喷吹后，可以为钢铁企业带来巨大的经济效益[53]。

国内有少数钢铁厂已经开始应用干熄焦除尘灰进行高炉喷吹。本钢在2008年12月开始用干熄焦除尘灰代替部分无烟煤进行高炉喷吹，本钢每月收集干熄焦除尘灰约1200吨，这些干熄焦除尘灰全部用来高炉喷吹，每年节约无烟煤约15000吨。马钢焦化公司2010年1月开始采用干熄焦除尘灰高炉喷吹，直到2012年6月两年半的时间里，创造的直接经济效益约2600万元，节省洗精煤3万吨。