非常规炼焦技术与工艺

1、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。一、基本原理二、配

2、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1.11.28tm3，而一般粉煤装炉仅0.700.758tm3。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，

3、促进了煤料颗粒间的胶结，使焦炭结构更加致密。二、配型煤工艺 配型煤炼焦有两种基本工艺，第一种工艺是新日铁法，第二种工艺是由日本住友金属公司开发。 1、新日铁法 该工艺粉煤和成型煤采用同样的配煤比，其基本流程是取出30装炉煤用粘结剂成型制型煤，然后与其余70装炉煤混合装炉炼焦。 该工艺由日本新日铁公司开发，宝钢引进此工艺，生产能力日处理原料煤约2000t(成型量)。该工艺主要设备包括混煤机、混捏机、成型机和网式冷却输送机，宝钢选用的4台成型机每台干基成型能力为40th。型煤用焦油沥青作粘结剂，混捏温度约100，热压成型。为了提高型煤强度，防止在贮运过程中碎裂和粘结，成型后的热煤球需冷却，使其表面

4、硬化，宝钢采用网式冷却输送机，机械通风冷却，既可保证型煤质量，又可以缩短冷却时间。 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。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

5、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30，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。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0.40.55，当配比达4050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，

6、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。 4、粘结剂的影响 成型煤使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，8025mm级的中块增多，特别是6040mm级增多较显著，而25mm级的碎焦下降约12，焦炭的平均粒度得到改善。 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

7、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。 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 0.72tm3提高到1.001.15tm3，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。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

8、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24，M10可改善35，如图4-1所示。 图4-1 常规炼焦与捣固炼焦焦炭质量对比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1.11.2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

9、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6.25m, 平均宽490mm，而锥度只有20mm。我国新设计的JN38-86 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。一、捣固炼焦的特点二、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，

10、水分控制在911。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6m，煤饼高宽比是15:1，而煤饼的倒塌率只有万分之一。 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2530min，每套机械一天的作业率只有7090炉孔，而常规炼焦工艺一般操作时间为10min左右，一天作业率为130150炉，目前在德国迪林根中心炼焦

11、厂，每套机械作业率可达到140150炉。 3、操作环境 捣固炼焦由于煤饼在机侧炉门打开的条件下推入炭化室，因而装煤时冒烟冒火严重。必须要有消烟除尘的措施与装炉设备配套。可以在炉顶安装消烟除尘车，其方法类似顶装焦炉的烟尘控制方法。 近年来，国内由于焦化工业的高速发展，资源条件成为制约焦化厂建设的重要因素，因此捣固炼焦技术在国内得到快速发展，建设了一批捣固炼焦生产厂。第三节 煤干燥炼焦和预热炼焦一、煤干燥炼焦二、煤预热炼焦一、煤干燥炼焦 煤干燥后炼焦，是将装炉煤的水分干燥至45后，即对装炉煤进行调湿，再装炉炼焦。由于煤料水分降低，降低了煤料间水分表面张力，增加了煤料颗粒之间的润滑，可以提高装炉煤的

12、堆密度。又因为水分降低，结焦时间缩短，炼焦速度提高，改善了煤料的粘结性，提高了焦炭的质量和产量，降低炼焦耗热量，而且也可以降低火道温度以减少NOx排放量，同时也减少了焦化厂的剩余氨水量。 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390440t（干煤）/h，煤料初始水分99.55，干燥后水分5.56.0。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1330。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42

13、kJkg干煤，而焦炉的耗热量降低62kJkg干煤。因此每干燥1水分可节约热耗约为20kJkg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。一、煤干燥炼焦二、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/

14、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处理量和含酚废水的外排量。1、预热煤炼焦对焦炭质量改善机理 各种试验研究表明，煤预热后炼焦，由于煤料软化前的加热速度和堆密度的增加，故在炭化室内，所形成的塑性层都比较厚，煤料在460560软化温度区间内温度梯度小，亦即胶质体的停留时间较长，这些均有利于改善煤料的粘结性和提高焦炭质量。 影响预热煤炼焦的焦炭质量的主要因素是煤料的预热温度和热煤的贮存时间，预热温度既影响堆密度，又影响粘结性能的改善和煤料的氧化。从图4-2中可看出，预热温度超过250以后，堆密度反而下降。煤的温

15、度愈高，则愈容易氧化。虽然在煤预热及热煤贮运和装炉过程中要采取措施防止煤与空气接触，但还是不可能完全避免煤的氧化，因此煤的预热温度不宜过高，从图4-3中可以看出，预热温度一般200250为好。图4-2 煤料预热温度与堆密度关系1、预热煤炼焦对焦炭质量改善机理图4-3焦炭性质与煤预热温度的关系1、预热煤炼焦对焦炭质量改善机理 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310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。1、预热煤炼焦对焦炭质量改善机理表4-1 煤预热处理后堆密度

16、和膨胀压力的变化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

17、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。 由于煤料预热和捣固对焦炭质量的改善具有叠加效果，前西德在捣固炼焦方法的基础上又进一步研究了热捣固法。即将预热和捣固相结合，在添加粘结剂的条件下，将经过预热的煤料捣固后炼焦，从而使生产能力和焦炭质量得以进一步提高。各种炼焦方法对焦炭质量的改善及炼焦用煤的影响参见图4-4。2、煤预热和装炉工艺2、煤预热和装炉工艺图4-4 各种炼焦方法对焦炭质量的改善及炼焦用煤的影响 日本新日铁公司还开发了一种可使传统焦炉装炉水分减少到2的预热压块系统，该系统可生产优质冶金焦，既可提高生产能力，又能降低

18、热耗。第四节 其它炼焦方法一、型焦生产 二、欧洲巨型炼焦反应器(JCR)三、连续层状炼焦法四、带热回收的无副产回收炼焦技术一、型焦生产 型焦就是利用非粘结性煤，通过不同的工艺成型后，再进一步炭化制成型焦，用以代替普通冶金焦。正在研究开发的型焦方法有许多种，其中发展较快的有德国的BFL法和Ancit法、美国的FMC法及日本的DKS法等。 型焦成型工艺按成型时煤料状态可分为冷压成型和热压成型。前者煤料在远低于塑性状态温度下成型，后者煤料在塑性状态温度下成型。 冷压成型又分为粘结剂成型和无粘结剂成型两种。热压成型因加热方式不同分为气体热载体和固体热载体两种类型，按配料不同又有单一煤种和配煤型焦之别。

19、一般热压型焦的煤料必须具有一定的粘结性，而不依赖于外加粘结剂。 型焦生产的优势是可以利用高挥发份烟煤或部分利用低挥发份弱粘结煤生产符合高炉生产要求的冶金焦。因此对于扩大炼焦煤源具有重要意义。二、欧洲巨型炼焦反应器(JCR) 巨型炼焦反应器是欧洲在炼焦技术作出的开创性研究项目，该技术在保护环境和煤资源两方面都具有独到之处。 巨型炼焦反应器以相互独立的单一炭化室的工作原理为基础。第一座巨型炼焦反应器的炭化室尺寸为宽850mm，高10m，长20m，炭化室有效容积为150m3,单孔生产能力为100td，预热煤温度189，火道温度1350，结焦时间24h，炭化室锥度为零，炉墙用高密度硅砖砌筑，厚60mm

20、，每孔炭化室两侧是独立的燃烧室，有独立的加热系统，以便调节加热温度，燃烧室三段加热。蓄热室有底置式和侧置式两种，炭化室炉墙用刚性墙(钢或混凝土)锚定。采用预热煤装炉技术。 这种炼焦方法具有以下显著的优点: 1)炭化室容积大大提高，充分发挥了大容积焦炉及宽炭化室所具有的优势，环境效益好。 2) 由于炭化室增宽并取消锥度，减少了炭化室锥度带来的许多不利因素。 3) 炭化室采用刚性墙锚定，故适于较高的膨胀压力。 4)煤料预热装炉和炉墙厚度减薄，炼焦用煤范围宽，热效率提高。二、欧洲巨型炼焦反应器(JCR) 有关不同规模的炼焦炉及操作数据的对比见表4-2。表中焦炉的年产量均按200万ta生产能力进行对比

21、。 从表中数据可以看出，随炭化室有效容积的增加，焦炉的密封面长度、每天出炉数、每天打开各开孔总次数及清扫的密封面长度等都显著降低，这将大大减少炼焦生产操作中污染物的排放和改善操作环境。二、欧洲巨型炼焦反应器(JCR)表4-2 不同规模焦炉及其操作数据对比（200万t/a）三、连续层状炼焦法 该方法是由乌克兰煤化所研究开发的，它是利用直立式的炭化室进行连续层状炼焦，煤料由炭化室的上部分批给料并由专门的推料装置推入炭化室，炭化成熟的焦炭由炭化室的下部排出。由于煤料受热膨胀，炭化室在高度方向上具有锥度。 在实验室试验研究的基础上，在乌克兰的哈尔科夫试验炼焦广建设一套双室连续层状炼焦的工业装置。工业试验装置的基本尺寸为：炭化室宽350mm，总长4.2m