顶装改捣固工艺及其配煤技术研发与应用

1、第 1 页第 1 页第 2 页第 2 页项目名称：顶装改捣固工艺及其配煤技术研发与应用项目申请单位：项目负责人：通讯地址：合作企业：申请日期：2014-08-15第 3 页第 3 页一、立项背景二、主要研究内容及创新性三、预期技术、经济指标四、技术优势和条件第 4 页第 4 页一、立项背景项目所属产业在我省经济发展中的地位、技术瓶颈以及亟待解决的技术问题国内外相关技术研究开发现状、发展趋势和知识产权情况分析项目技术研发的必要性项目对产业技术的支撑作用第 5 页第 5 页p 本项目是钢铁产业的重要配套焦化工序的重大工艺改进。“十二五”以来，我省钢铁产业进入了加快发展阶段，是海峡西岸福建调整和振兴

2、的八大重点产业。p 我省颁布了福建省钢铁及有色金属产业调整和振兴实施方案。方案明确提岀“三钢、厦钨、南铝、紫金等企业在产品档次和技术研发水平上已经达到国内或国际先进水平。1.项目所属产业在我省经济发展中的地位、技术瓶颈以及亟待解决的技术问题（1）项目所属产业在我省经济发展中的地位一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件p 在企业发展战略中提出，以“产学研”合作为载体。开展产学研战略合作。不断完善配白煤工艺、型煤炼焦工艺，积极探索捣固焦技术，提升焦炭产品质量。p 将自然生态体系引入企业发展战略，将“资源生产社会”作为“动脉系统”，将“废弃物再生利用再资源化”作为“静

3、脉系统”，实行工艺流程再造。重视推行清洁生产工艺技术，提高能源的有效利用程度和废弃物的闭路循环程度，努力实现环境友好。第 6 页第 6 页（2）项目存在的技术瓶颈以及亟待解决的技术问题目前国内捣固焦炉逐步向大型化发展，现阶段国内有很多焦炉是从顶装煤改造过渡到捣固炼焦。其改造的原因主要是看中了捣固炼焦的特点，即用煤范围广、产量质量的增加能有效提高企业的劳动生产率，切实降低生产成本。因此国内许多独立焦化厂对捣固炼焦表现出了浓厚的兴趣。一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件u 装煤时煤饼易掉角垮塌问题，煤饼垮塌不仅影响现场环境，而且影响单炉产量以及全炉的操作。u 捣固

4、焦炉的装煤烟尘治理难度比顶装焦炉大。u 温度控制问题，捣固焦炉的温度控制与顶装煤焦炉的温度控制不尽相同，特别是一些顶装改造成捣固的焦炉。u 捣固焦炉的寿命要比顶装焦炉短。技术问题？第 7 页第 7 页2.国内外相关技术研究开发现状、发展趋势和知识产权情况分析一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件捣固炼焦起源于德国。捣固炼焦由于存在煤饼高宽比低、煤饼捣实程度差、捣固速度慢等缺点，始终得不到广泛的应用。目前，国内焦化厂所选用的炼焦工艺主要是常规顶装法炼焦，捣固焦炉的炼焦能力不足10%。本项目主要对现有钢铁企业的顶装焦炉在线不停产改造为捣固焦炉，可避免新建焦炉影响炼铁

5、生产；同时配合煤岩分析、小焦炉试验、灰成分分析等手段，通过摸索工艺参数，对煤的细度和共炭化过程进行深入研究，通过工艺创新进行配煤技术研究，实现配入本省无烟煤比例的重大突破；首次将入炉煤的堆积密度同煤质指标一起作为预测指标来建立捣固焦炭质量预测模型。其成果将比其它技术方法更有运用推广价值，对于研究如何提高省内无烟煤的利用，增强企业在行业中的竞争优势，经济环保意义重大。第 8 页第 8 页3.项目技术研发的必要性一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件（1）利用弱黏煤和不黏结煤炼焦是生产的现实需要p 随着我国钢铁工业的发展和高炉大型化，对焦炭需求量和质量的要求也随之提

6、高。我国优质炼焦煤种储量有限，优质炼焦煤供应偏紧。因此，开发扩大炼焦煤源、增大高挥发分弱黏结性煤在炼焦配合煤中的用量、降低煤料成本，是摆在炼焦工作者面前的一个重要课题。捣固炼焦技术应运而生，是我国当前产业结构调整中鼓励发展的项目。p 捣固炼焦可以扩大弱粘结煤的使用量，缓解优质炼焦煤紧缺的实际情况。同时由于捣固后煤的堆密度加大，炼焦时粘结性加大，可以提高焦炭质量。（2）捣固炼焦有利于扩大炼焦煤资源p 相对于顶装煤炼焦而言，捣固炼焦具有提升焦炭质量、同等条件下增加焦炭产量、增加弱粘煤的用量等明显优势。p 捣固炼焦工艺煤料的粘结性可选范围宽。采用捣固炼焦技术则可提高焦炭强度，降低灰分，缓解我国炼焦煤

7、不足的供需矛盾。p 在总投资方面，同样生产能力的捣固焦炉与顶装焦炉的投资大体相当。但捣固法炼焦配煤选择比较灵活，煤源广，可以用价廉的弱粘结性煤，使生产成本降低。第 9 页第 9 页4.项目对产业技术的支撑作用一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件u 若通过工艺创新，对炼焦煤的捣固与调湿等技术进行深入研究，就近选取省内的无烟煤进行捣固炼焦，不仅降低生产成本，而且通过消耗福建省内煤资源，对地方经济发展有明显促进。u 捣固炼焦工艺既能有效的提升焦炭质量和产量，又能节约资源为企业创造较好的经济效益，增强企业在行业中的竞争优势。u 目前国内钢铁盈利水平低，生产经营形势严峻

8、。炼焦行业作为钢铁企业的上游产业无疑直接受到钢铁行业大形势的影响。u 福建省省内无炼焦煤资源。省内所出产绝大部分都是无烟煤，挥发份低。省内的焦化企业所使用的炼焦煤资源都必须通过外运才能满足。第 10 页第 10 页研究与开发内容项目的关键技术和创新点二、主要研究内容与创新性研发方案和主要技术路线第 11 页第 11 页一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件1.研究与开发内容国内现有大量炉龄处在中期的碳化室高度为四米三的焦炉，若将其废弃重新砌筑捣固焦炉将产生以下几个问题：u 环评审批难，资金占用大。u 拆除顶装焦炉将导致企业无焦炭可用。u 废弃不用，浪费资源和资金

9、。因此研究将现有的处在炉龄中期的顶装焦炉在不停产的情况下，改造为捣固焦炉就显得非常有实际意义。（1）研究利用现有顶装焦炉改造成捣固焦炉u 在配煤比例相同的条件下，采用捣固焦炉生产的焦炭质量要好于顶装焦炉。u 而焦炭质量要求相同时，采用捣固焦炉就可多配入高挥发分的弱粘结性煤。研究选择合适的适应于捣固生产的煤种和最优化的配比方案严格控制入炉煤水分、粒度和粒级分布，就可以生产出大型高炉所需的优质焦炭。（2）研究捣固工艺条件下配煤技术和适配煤种的范围第 12 页第 12 页捣固焦炉的装煤烟尘治理难度比顶装焦炉大。捣固焦炉从机侧推入煤饼时，易造成机侧炉头大量冒烟，至今国内外捣固焦炉的装煤除尘效果都不太好

10、。项目将针对捣固生产工艺的特点，研究烟尘产生的原因、过程分析其逸散规律，研究设计出与生产工艺相适宜且效果良好的烟尘控制系统。一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件我国炼焦资源分布不均，建立焦炭质量预测模型可以有效地指导配煤炼焦并优化资源配置，与此同时，捣固炼焦技术在基本保证焦炭质量基本不变的前提下，不但可以减少优质焦煤的配入而且还可以扩大配煤资源，其预测模型的建立意义重大。（3）捣固生产条件下烟尘排放的控制研究（4）建立捣固焦炭质量预测模型第 13 页第 13 页一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件2.项目的关键技术和创新点u

11、不停产在线改造利用现有焦炉进行不停产在线改造，可减少资源浪费，避免新建焦炉影响炼铁生产。u 采用内置煤塔设计利用原有煤塔进行改造，无需新建煤塔，节省投资。u 纯高炉煤气加热方式采用自主创新、国内首创纯高炉煤气加热方式进行加热，不仅加热更均匀，而且避免了价值较高的焦炉煤气仅作为燃料的浪费，腾出的焦炉煤气送至化工厂深加工，创造更大的附加价值。（1 1）工艺的创新）工艺的创新u 弱粘结性煤配量从35%提高到55%以上普通的顶装工艺炼焦只能配入弱粘结性煤35%左右，而通过捣固炼焦工艺及配煤研究后可配入55%左右的弱黏结性煤种。u 配入无烟煤10%以上，实现突破本项目计划对煤的细度和共炭化过程进行深入研

12、究，通过工艺创新，实现配入10%以上本省无烟煤的重大突破，取得国内首创的极大成果。（2）配煤方法及煤种结构的创新第 14 页第 14 页u 捣固焦炉的装煤烟尘治理难度比顶装焦炉大。u 本项目通过研究装煤及出焦过程中烟尘产生的原因、分析烟尘逸散的规律着手。优化设计出通过炉顶导烟车将烟尘导入相邻结焦末期碳化室与炉头导烟罩像结合的方式控制烟尘排放，将减少90%的烟尘逸散。（3）污染物排放控制创新（4）揭示煤质与捣固焦炭之间的内在规律u 在系统分析堆积密度对捣固焦炭质量影响的基础上，首次将入炉煤的堆积密度同煤质指标一起作为预测指标来建立捣固焦炭质量预测模型。一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术

13、经济指标四、技术优势和条件第 15 页第 15 页一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件3.研发方案和主要技术路线捣固炼焦工艺的煤塔设计位于焦炉机侧，横跨在装煤车轨道上方，煤塔下部设有若干个煤料漏嘴，在每个漏嘴处设1台摇动给料机，煤料可从上至下经摇动给料机均匀落入煤箱中。充分利用原有煤塔，将煤塔中的煤料通过转运方式外引至位于焦炉机侧的装煤车的煤箱中，并在煤箱的长向进行连续均匀布料。（1）顶装焦炉改造成捣固焦炉第 16 页第 16 页一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件捣固装煤工艺布置方案A-AAA煤塔捣固站1234567第 17

14、 页第 17 页一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件通过对不同煤种的各种相关元素分析，对数据进行梳理和总结，在配煤过程中充分考虑各煤种中有害元素的含量，合理搭配。最终在兼顾成本的前提下得到最优的配比和最适宜的焦炭质量。元素分析中最重要的内容就是对煤中碱金属含量的分析。通过对各个煤种碱指数数据分析，在配煤时有意识的避免碱金属含量较高的煤种大量集中配入。从而降低入炉煤的碱金属含量，最终达到提高焦炭热态质量的目标。第 18 页第 18 页煤质分析煤的岩相分析研究 捣固工艺条件下提高无烟煤配比的研究一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件

15、u 煤样的缩分与制样； u 煤的工业分析；u 黏结指数；u 胶质层指数；u 煤的硫分测定；u 烟煤的分类。u 主要分析镜质组、惰性组、稳定组。u 炼焦配煤中，需要研究各煤种的这三种组分含量和具体结构。根据煤岩分析的数据，选择性地将有利于成焦过程的镜质组含量高的煤种和镜质组含量低的煤种搭配，在降低成本的同时还可以取得拓展炼焦煤使用范围和提高焦炭质量的作用。在炼焦过程中，无烟煤的配入其主要作用在于减少炼焦过程中胶质体后期产生的焦炭收缩，降低二次收缩率，使焦炭裂纹有所减少；同时改善半焦气孔结构，提高半焦强度。通过研究不同细度条件下配入无烟煤对焦炭质量的影响，找出一个最佳细度和最佳配入量，即能利用无烟

16、煤的抗裂纹和收缩改良剂的作用，又能减少无烟煤对胶质体的破坏作用。第 19 页第 19 页捣固焦炉的装煤烟尘治理难度比顶装焦炉大。捣固焦炉从机侧推入煤饼时，易造成机侧炉头大量冒烟，至今国内外捣固焦炉的装煤除尘效果都不太理想。本项目通过研究装煤及出焦过程中烟尘产生的原因、分析烟尘逸散的规律着手。优化设计出通过炉顶导烟车将烟尘导入相邻结焦末期碳化室与炉头导烟罩像结合的方式控制烟尘排放，将减少90%的烟尘逸散。一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件（3）控制和减少烟尘排放研究本实验主要是对单种煤和配合煤分别进行捣固炼焦来探讨捣固炼焦的影响因素，研究捣固炼焦的基本规律，并

17、指导实际生产。本实验从实验室实验入手，通过实验室40Kg的小焦炉对不同堆密度下的单种煤和配合煤分别进行捣固炼焦实验，研究捣固炼焦的一些特点和规律。（4）煤质与捣固焦炭之间的内在规律研究第 20 页第 20 页-总体技术路线一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件煤质与捣固焦炭之间的内在规律研究第 21 页第 21 页目标产品说明，成果提供形式项目完成时可实现可考核的主要技术指标三、预期技术经济指标预期经济和环保效益第 22 页第 22 页一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件入炉煤0.75t/m3堆密度从增加到1t/m3，焦炭的冷态

18、强度将得到提高。M40将由84提高到87，M10将由7.6降低到6.2。焦炭的热态指标基本保持不变。获得顶装改捣固焦炉生产的一系列生产实绩数据，和配煤技术数据，并提供技术报告。1.目标产品说明，成果提供形式第 23 页第 23 页（1）将原有顶装焦炉改造成为捣固焦炉，并研究制定出相适应的配煤比，可将无烟煤的配入量提高到10%，其他弱黏结性煤种的配入量提高到40%左右。（2）结焦时间将由18小时延长到20小时。每天出炉的孔数将由172孔降低到152孔，将减少了出焦过程打开炉门造成的污染。（3）顶装炼焦改造为捣固炼焦后，捣固率达100%。结焦时间将由18小时延长至20小时，入炉煤0.75t/m3堆

19、密度从增加到1t/m3。2.项目完成时可实现可考核的主要技术指标一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件第 24 页第 24 页拓展了炼焦煤的使用范围，增加省内无烟煤的使用比例，起到了良好的节能降耗作用。顶装炼焦改造为捣固炼焦后结焦时间将由18小时延长至20小时，但是由于入炉煤0.75t/m3堆密度从增加到1t/m3，单孔焦产量增加，综合测算焦炉整体的生产能力基本保持不变。预计顶装改捣固后，多配入的白煤、弱粘煤将使每吨入炉煤成本下降约40元，按全年耗煤1150000吨计算，每年产生效益为：115000040=4600万元3.预期经济和环保效益一、立项背景二、研究内

20、容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件第 25 页第 25 页研究开发团队所的团队优势及科研条件已取得的科技成果四、承担单位和主要合作 单位的技术优势和条件产学研合作研究开发或对外科技合作交流情况合作企业上一年度财务状况省级协同创新中心基本情况，协同创新中心发挥的作用，本项目对协同创新中心建设与发展的意义项目负责人的技术水平和组织管理能力介绍第 26 页第 26 页一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件u 经过多年发展，已具有较好的实验条件。u 实验条件：X射线晶体分析仪、同步热分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、微机灰熔点测定仪、自动烟尘气测试仪、气

21、相色谱仪、傅立叶红外光谱仪、微波消解/萃取系统、原子吸收发射光谱仪等仪器设备。u 实验条件：40公斤实验焦炉、煤岩分析仪、焦炭冷态强度实验室、焦炭热态强度实验室、原煤工业分析实验室、精煤结焦性实验室、煤灰成分元素分析设备等。u 已开展国内国外新煤种的岩相分析、胶质层厚度研究、粘结指数研究、收缩度分析及小焦炉配煤试验等。先期研究内容在小焦炉实验中已经体现出了一定的成果，得出了可以大配比采用国内气煤和国外低价煤用于捣固炼焦的初步结论。（1）研究开发团队所的团队优势及科研条件第 27 页第 27 页4.3米65孔焦炉-机侧一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件4.3米

22、65孔焦炉-机侧4.3米65孔焦炉-焦侧生产设施第 28 页第 28 页配套干熄炉一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件熄焦车和拦焦车配合接焦准备进入干熄炉的红焦生产设施第 29 页第 29 页40公斤小焦炉一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件恒温烘箱焦炭冷态指标试验转鼓试验装置第 30 页第 30 页焦炭热态试验反应炉一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件焦炭热态试验控制系统焦炭热态试验用I型转鼓试验装置第 31 页第 31 页焦炭坠落装置一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、

23、技术优势和条件焦炭热态试验控制系统试验装置第 32 页第 32 页（2）已取得的科技成果已获的科研成果奖已完成的有关研究项目已授权的发明专利u 无烟煤炼焦技术开发获得省科技进步奖u 干熄焦获得省科技进步奖u 无烟煤炼焦技术开发获得省科技进步三等奖u 计划项目炼焦单种煤煤调湿和选择性粉碎技术研发u “粉煤成型富氧连续气化工业化技术研究”u 重大项目“固定床单炉双吹富氧连续气化工业化技术应用”u 焦炉燃烧室立火道焦炉煤气补充加热装置u 炼焦无烟煤中速磨细化装置u 干熄焦一、二次除尘分仓结构u 焦炉装煤可伸缩的活动导套Zu 一种干熄焦环境除尘灰仓结构L一种干熄焦环形风道结构Zu 应用气体成分实时控制

24、干熄焦系统碳烧损的装置一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件第 33 页第 33 页一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条件（3）产学研合作研究开发或对外科技合作交流情况u 主持召开了“工程技术研究中心技术委员会聘任仪式暨第一次学术会议”、“重点实验室学术研讨会”、煤气化等相关技术的应用推介会等。u 选派科研骨干人员参加国际、国内学术会议50多人次。u 2015年，拟召开“技术学术研讨会”，届时将邀请国内外知名专家、学者参会。中心重视人员交流和学生培养工作，在成员之间进行互派互访、交流学习工作，计划在高校工作的教师选派到企业重点岗位上挂职锻炼一段时间，企业技术骨干交流到学校，参与工程实践教学活动和科研创新项目研究。第 34 页第 34 页2.合作企业上一年度财务状况u 主要经营焦炭、苯系列及其深加工产品，总资产27638.93万元，净资产为18646.82万元，资产负债率32.5%。u 重点骨干企业现已形成从资源控制到资源加工，从初级产品到终端高附加值产品的完整的煤化工产业链。公司技术创新走在了全国煤化工行业前列，被国家发改委列入符合焦化行业准入条件企业名单(第一批)。一、立项背景二、研究内容与创新性三、预期技术经济指标四、技术优势和条