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捣固炼焦值得关注的几个问题

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2011年1月 料与化工 第42卷第】期 Fuel&Chemica】Proces燃ses l ・综述与专论・ 捣固炼焦值得关注的几个问题 钟英飞 摘 要:叙述了捣固炼焦配煤与焦炭质量的关系及捣固强度与配煤的关联性。指出:焦炭质量的基础是配煤质 量,不会因煤准备和炼焦工艺等有根本性的改变;捣固炼焦可多用低变质程度、高挥发分气煤类的炼焦煤生产出 一定质量的焦炭;捣固炼焦配煤适当增加黏结性配煤比例可提高焦炭质量,但用接近顶装焦炉的配煤进行捣固炼 焦将丧失其优势并引发问题。捣固焦炉的高宽比、加热方式和装煤除尘等问题需在生产实践中进一步探索。 关键词:捣固炼焦配煤焦炭质量 中图分类号:TQ520’ 文献标识码:A 文章编号:1001~3709(20l1)01—0001—04 Several worth attention issues of cokemaking with stamping coke oven Zhong Yingfei Abstract:The relation between the coal blending for the eokemaking with stamping coke oven and coke quality and relevancy between stamping strength and coal blending are described.It is pointed that the base of coke quality is the quality of coal blending,no fundamental change occurs because of coal prepara・ tion,cokemaking process and SO on;the cokemaking with stamping coke oven can use more gas coking coal that has low deterioration degree and high volatile matter,to produce a certain quality coke,for the coal blending for cokemaking with stamping coke oven,the proportion of caking coal can be increased in coal blending SO as to improve coke quality,but the cokemaking with stamping coke oven with about same coal blending for top charge coke oven will lose its superiority and cause problem.The issues of height and width ratio,heating mode and coal charging de—dusting etc.need to be further explored in the production practice. Key words:Cokemaking with stamping coke oven Coal blending Coke quality 近几年,我国捣固炼焦工艺发展较快。焦炉炭 实践已有了明确而科学的结论: 焦炭强度从其本质 化室高度已由过去的2.8m、3.2m、3.8m增加到 而言.取决于焦炭气孔壁薄厚和其组成以及所形成 4.3m、5m、5.5m以及6.25m,捣固焦炭产能已超 气孔的均匀程度和所占有的体积。这个概念指导着 过8 000万t。捣固炼焦是适合我国炼焦煤资源中 传统的、经典的煤质指标和以此为依据的煤分类, 黏结性肥煤和焦煤不足状况的炼焦工艺。本文对捣 以及按此分类形成的以煤种为基础的配煤原则。 固炼焦配煤和焦炭质量的关系、捣固强度与配煤的 焦炭是多孑L体,多孔体的强度可以分成气孔壁 关联性以及生产实践中需要探索的几个问题进行讨 强度、孔状体强度和块焦强度。孔状体强度是指含 论,供业界参考。 有气孔但几乎没有裂纹的焦炭颗粒的机械抗性。孔 1焦炭质量的基础是配煤质量,不会因煤 状体强度和气孔壁强度经常合称焦炭结构强度.这 就是lM 。的内涵。块焦强度中 既依附于结构强 准备和炼焦工艺等有根本性的改变 度又取决于焦炭中裂纹和裂纹数量与特性。目前评 这里说的焦炭质量是指焦炭强度(不包括灰分、 价焦炭强度,既有冷强度,又有热强度。 和 硫分等),焦炭强度与配煤的关系经过长期研究和 。属于冷强度,用中等变质程度、黏结性肥煤和 收稿日期:2010—06—21 作者简介:钟英飞(1930一),男,教授级高级工程师, 《燃料与化T》顾问 2 燃料与化工 Fuel&Chemical Processes Jan.201l V01.42 NO.1 焦煤占50%以上的配煤生成的焦炭气孔壁厚而牢 固,裂纹少,故‰和M。。指标好。而热强度以 CRf和CSR为指标,理论和实践表明,以低变质 高。但由于高炉炉料中有较高的钛含量,对焦炭的 溶碳反应有较强的抑制作用,所以攀钢用捣固炼焦 生产的焦炭能适应~2 000m,的高炉冶炼要求。 有关资料显示,2000年以前,德国Dilingern 厂将国际煤分类中522、523、633、634以及621 程度、高挥发分的炼焦煤(气煤类煤)为主的配 煤.其焦炭显微结构在光学上各向同性占优势, CRI和CSR指标差。以中等变质程度、黏结性肥 煤和焦煤占50%以上的炼焦配煤,其焦炭显微结 构在光学上各向异性占优势,CR1和C'SR指标好。 由此可见.决定焦炭冷、热强度的基础是炼焦 等高挥发分煤用于配煤的比率占~70%,其他煤料 是瘦煤10%、鲁尔煤10%、石油焦15%,配煤 28%一33%,膨胀序数2 一4。用于捣固炼焦(堆 Z 配煤,而对煤准备,如煤调湿和捣固及干熄焦工艺 等对焦炭质量的作用,在于对气孔壁厚度、气孑L率 大小和均匀程度以及裂纹等有影响,这些影响对焦 密度1~1.1t/m。)时,其焦炭质量为: 75%, 72%一 。~7%,CSR~50%。这样的焦炭用在 Dilingern铁厂1 800m 的高炉中。德国捣固炼焦用 的配煤相当于我国的1/3焦煤和肥气煤,其黏结性 好于我国传统的捣固炼焦配煤。 捣固炼焦有2个方面需要重点关注.一是投资 和成本,二是操作和管理。 炭的冷强度在不同程度上有一定改善。而对热强 度,由于不能改变焦炭显微结构的组成,故影响不 大。当然,并不是说改进煤准备和炼焦工艺没有必 要.而只是对焦炭质量不会有根本性的改变。这里 需要指出的是宝钢配入型煤炼焦.在增加装煤堆密 度的同时.主要是增加了黏结剂,相当于增加了配 2.1投资与成本 按德国的估算.捣固炼焦工艺的基建投资比顶 装炼焦工艺少9%。但捣固焦炉一代炉龄为20年 左右,再加上设备维修费用等因素,影响折旧等运 行费用。我国有些数据表明。生产规模基本相同 时,捣固炼焦的基建投资比顶装焦炉工艺略高,再 煤中的黏结组分。因而在宝钢炼焦配煤中,虽然黏 结性的肥煤和焦煤只占50%左右,但由于黏结组分 的增加.提高了焦炭质量,生产出可满足4 000m 以上高炉需要的焦炭。 2捣固炼焦的亮点是多用低变质程度、高 挥发分气煤类的炼焦煤生产出一定质量 加上生产操作中不稳定因素、设备故障及设备维修 量较多,这都增加成本。另一方面,捣固炼焦装煤 操作热损失较大,且捣固作业本身要增加能耗.再 由于煤料中挥发分高。结焦过程中气态物带走的热 的焦炭 捣固炼焦是用机械力将煤料的粒子压紧,因压 量大,故捣固炼焦的能耗大体比顶装炼焦工艺高 1O%左右。但捣固炼焦由于多用弱黏结性煤,原料 成本低。据国外公布的数据,德国吨焦节省成本7 美元,印度节省20美元,土耳其节省l6美元。我 国还缺乏统计数据,并且我国煤价各煤种牌号问的 比价也不尽合适,但为合理利用我国炼焦煤资源, 多用弱黏结性气煤类肯定是有宏观效益的,这也是 促进捣固炼焦发展的推动力。 2.2操作与管理 紧而导致:①增加煤料堆密度。②减少胶质体填充 空隙而相对扩展黏结范围。③堆密度的增加使单位 体积内析出的煤气量增加,从而提高了膨胀压力。 这些因素导致焦炭多孔体的气孔壁增厚,气孔率降 低且趋向均匀,因而 、 c5.R也略有改善。 都有所改善,CRI和 我国比较传统的捣固炼焦配煤大体是: 30%~33%、G值58—72(平均~65)、Y值14 ̄2mm、 膨胀序数>/2 。这种配煤如在顶装焦炉炼焦,其 焦炭质量‰~65%,CSR<50%。而捣固炼焦生产 的焦炭(捣固堆密度0.9~0.95t/m )M加~70%,CSR一 50%,,这样的焦炭曾用到1 000—1 500m3高炉。 这里需要特别提出攀钢的焦炭质量,攀钢成功 地用大型高炉冶炼钒钛磁铁矿,攀钢炼焦配煤偏 瘦,碱金属含量较高,所以高炉用焦炭热强度不 捣固焦炉由于其装煤的特殊性。往往发生焦侧 头部装煤不足.装煤时余煤较多,因此捣固焦炉达 产较难。由于受煤料水分、粒度和捣固操作的影 响,会发生装煤时煤饼倒塌或局部缺角过大,因此 推焦操作系数较低。这不仅影响产量 而且影响焦 炉热工管理.捣固装煤操作的特点常导致焦侧装煤 少,机侧煤料受推力顶部凸起而装煤多,因而造成 焦侧焦炭过火,机侧焦炭加热不足。这种现象因缺 2011年1月 第42卷第l期 燃料与化工 Fuel&Chemical Processes 3 乏规律性而难以在焦炉热工调火中克服。因此,捣 度.膨胀压力不超过20kPa,并且焦饼有适量收 固焦炉的装煤操作、热工管理、余煤处理和环保治 理等均比顶装焦炉难度大,更需要科学管理、精心 操作,方能正常生产。 综上所述,捣固炼焦的最大亮点是多用弱黏结 缩。不会造成推焦困难。②这种配煤生产的焦炭质 量达到什么标准,适用于何种用户。 应在此基础上评估生产成本和经济效益后做出 抉择。其实,这种配煤试验和效益评估应在建厂前 进行,而且应随着煤源和用户需求的变化列为经营 管理的重要工作。 如用接近顶装焦炉配煤的煤料进行捣固炼焦, 性煤,这是符合我国资源特点的。但同时也要看 到。正因为是用以弱黏结煤为主的配煤。捣固炼焦 生产的焦炭.其质量在强度指标上属于二级冶金 焦。实践表明用在≤2 000m 高炉上是可以的。 则可能危及炉体安全和推焦困难,增加操作的不稳 3捣固炼焦配煤中适当增加黏结性配煤比. 定性、生产成本和能耗,得不偿失。 例可提高焦炭质量。但用接近顶装焦炉 从国内外的研究和生产实践看,在用同一配煤 的配煤进行捣固炼焦将丧失其优势并引 时,顶装焦炉生产的焦炭和捣固炼焦生产的焦炭, 在强度上捣固炼焦改善焦炭质量的趋势是随弱黏结 发问题 性煤在配煤中比例的增加而大幅提高.而用接近顶 前已述及,以弱黏结性煤为主的捣固炼焦生产 装焦炉的配煤时,其焦炭质量的改善并不明显,个 出的焦炭,在我国高炉炼铁应用上存在2个问题: 别指标反而因应力问题而下降。 ①尚缺乏用在2 000m 以上高炉的实践。②目前我 国4 000m 以上的高炉要求焦炭质量为: ≥ 4捣固炼焦工艺尚需在实践中推敲的问题 85%,M1o ̄6%,CSR≥65%。对这种指标要求的合 1)捣固焦炉炭化室大型化的趋势已很明显, 理性当然可以研究,但捣固炼焦难以达到4 000m 过去一般认为捣固煤饼的高宽比不宜超过9:1, 以上高炉对焦炭质量的要求。 现在6.25m捣固焦炉已达13:】。随着炭化室煤饼 现实生产中,有的企业为了提高捣固炼焦的焦 高度的增加,生产操作的难度也增加。国外有人提 炭质量,在捣固炼焦配煤中增加黏结性煤的比例. 出,捣固炼焦煤饼高宽比最好不超过l 1.,超过 从理论和实践来说,适当增加黏结性煤的比例是可 11:l则操作难度加大,生产不稳定性也增加。我 以的。德国Dilingern厂的捣固炼焦配煤在2000年 国目前有炭化室高5m、5.5m和6.25m的捣固焦 以后将Saar地区煤由~70%减至~55%,而增加外地 炉。其煤饼高宽比5m和5.5m都小于11:l,而 黏结性煤的比例,生产的焦炭 接近80%,CSR 6.25m大于11:1,其操作难度已经显现,故需在 也接近60%。开始用在2 800—3 200m 的高炉。 生产实践中摸索出合适的高宽比。当然,这与生产 当然,随着黏结性煤在捣固炼焦配煤中比例的 规模有关,但从生产操作管理的角度可以评估出比 增加,生产成本也相应增加.捣固炼焦的优势将逐 较优化的高宽比。 渐丧失。需要指出的是,煤料在结焦过程中产生膨 捣固焦炉的高宽比对捣固焦炉进一步大型化增 胀压力。随着黏结性煤在配煤中比例的增加而增 加了难度。因为焦炉在宽度上增加的余地已不多, 加。同时还随着煤饼捣固强度的增加而增加(捣固 捣固焦炉要进一步大型化.只有增加炭化室高度. 强度主要体现在煤饼的堆密度上,捣固强度越大, 而炭化室高度再增加。其操作难点将远大于6.25m 堆密度越高)。根据我国规定,炼焦配煤的膨胀压 捣固焦炉。反观,顶装焦炉已发展到 8.43m, 德国 力极限值为20kPa,这是根据焦炉结构强度要求, 试验炉高度已达10m,在设计和操作上均不存在太 从设计计算和实践经验得出的结果。越过此极限值 多的困难,而捣固焦炉进一步大型化将受到。 将危及焦炉炉体的安全。另一方面,在结焦过程 2)顶装焦炉炭化室内的堆密度是下大上小. 中,随着捣固炼焦配煤中黏结性煤的增加和捣固强 故适应火道温度下高上低的较大温差。但捣固装煤 度的加大,焦饼的收缩度降低,如焦饼收缩不够 由于煤饼上下堆密度基本相同,则火道上下温度差 则推焦困难。因此,在捣固炼焦配煤中增加黏结性 应当小。因而对捣固炼焦,特别是炭化室增高到一 煤.一定要进行配煤试验,通过试验确定以下内 定程度时,火道采用一段型加热可能不适应,应改 容:①黏结性煤增加到何种比例,采用多大捣固强 (下转第9页) 2011年1月 第42卷第1期 燃料与化工 Fuel&Chemical Processes 9 的催化剂,其装置简便,不需前、后处理,在 关领域技术开发的力度;②尽快将成熟的合成气转 化技术应用于低成本合成气的开发;③拓展思路, 开发新的合成气应用途径。 120℃、5MPa的条件下,CO转化率高达7O%以上 国内相关研究单位也在此方向上进行了大量的 研究,并取得了不错的成果。’刘兴泉in J于1998年 开发出低温低压条件下的新工艺。在无搅拌釜式反 应器中合成甲醇和甲酸甲酯,合成气的单程转化率 大于90%。中科院山西煤化所『I2】进行了浆态床一体 化低温合成甲醇研究,甲醇与合成气中的CO羰基 化生成甲酸甲酯,甲酸甲酯再进一步氢解生成甲 参考文献 【1】聂兆广,刘宏伟,刘殿华,等.含氮合成气双功能催化剂制二甲 醚的宏观动力学【J】.化学反应工程与工艺,2004,20(1):1-7. [2】刘宏伟,聂兆广,刘殿华,等.含氮合成气在三相淤浆床一固定床 中直接合成二甲醚【J].燃料化学学报,2005,33(3) 329--333. 【3】聂兆广,刘宏伟,刘殿华,等.三相床中含氮合成气一步法合成 二甲醚的工艺条件【J】.华东理工大学学报,200 30(I):II-14. 醇,合成气单程转化率为90%,甲醇选择性高达 94%-99%。 孙志国『l31采用含CO 的合成气fCO/COdHz)为 原料,在新型高活性催化剂和溶剂的存在下.实现 低温(423~473K)和低压下合成甲醇,CO的转化 率可达50%~80%。与传统的ICI技术相比.大大 降低了反应温度和压力,提高了CO的转化率和产 物收率,而且对原料气的要求不高。’ 由于低温液相甲醇单程转化率高的优点.预期 也可以实现对高含氮、含CO 等低成本原料气的 转化利用。  ’[4]贾美林,徐恒泳,李文钊,等.浆态床反应器中含氮合成气合成 二甲醚的研究[J1.天然气化工:C1化学与化工,2oo4 ̄29(2):1一 5. [5】贾美林,李文钊,徐恒泳,等.含氮合成气直接制二甲醚的Cu基 。 催化剂研究fJ1.分手催化,,2oo2,16(1):35—38. 【6】Anderson RB,The Fischer-Tropsch Synthesis[M].USA:Academic Press,1 984.258. 【7】徐龙伢.合成气直接制取低碳烯烃催化剂[J】.石油与天然气化 工(增刊),2004,33(S1):55. 4结束语 目前合成气研究开发是C1化工的重要方向. 合成气制二甲醚技术、F-T合成技术、低温液相甲 醇合成技术都是当前的研究热点。并取得了很大的 进展。含氮合成气等低成本合成气的开发利用还处 于初步阶段,预期可以在一步法制二甲醚技术、 [81徐龙伢,王清遐 王开立;等.合成气直接制取低碳烯烃单管扩 大试验Ⅲ.反应T艺的研究,1996,2l(3):30—33. 【9】张敬畅,卫国宾,曹维良.合成气制低碳烯烃用Fe/A ̄C催化剂的 制备及性能表征『j].催化学报,2003,'24(4):259z-264. ‘ [1O]13本用固体催化剂低温液相合成甲 ̄-[Jl-工业催化,2004。13 (1) 15—15. ’ : ,一 [11】刘兴泉,陈文凯 吴玉塘,等.合成气低温液相合成甲醇和甲酸 甲酯催化剂的研究制备【J1.天然气化工:C1化学与化工 2000, 25(1):19-'-25. , F—T合成制燃料油技术方向取得进展,而F'T合 成制低碳烯烃技术、低温液相甲醇合成新技术也是 未来对低成本合成气有效利用的途径。 目前,低成本合成气利用还存在很多的问题. f12】沈佩芝,雷玉萍.甲醇市场状况及科技开发进展【JJ.化工进展, 2oo3,22(t):94--98.、 ’, 主要有:①合成气的成分不稳定,不利于研究开发 [13】孙志国,杨瑞芹,李文泽,等.含CO 合成气低温合成甲醇的研 究[J].工业催化,2008,17(1 1):48—52. 推进;②相关领域的新技术还不够成熟。 未来低成本合成气开发利用的展望:①加大相 (上接第3页) 张晓林编辑 装焦炉)进入焦侧上升管和集气管。众所周知,捣 固装煤很难避免焦侧煤饼不缺角,大量装煤烟气通 成分段加热设计,且分段加热还有利于降低火道燃 烧废气中的氮氧化物。这一问题应在今后的设计中 进行研究推敲。 3)目前.捣固炼焦的装煤除尘模式基本是上 过焦侧缺角部位最易积聚石墨,影响推焦。对此需 要在生产实践中注意观察.建议生产厂将其列为观 察记录的一项13常性工作,如发现焦侧石墨增长快 的迹象,则应考虑改变装煤除尘方式。 谢辞 本文得到董海、陶益新同志的协助,在此致谢。 张国富编辑 升管和集气管在焦侧,上升管喷高压氨水。炉顶设 导烟车,机侧炉门有烟气罩和导烟管道。装煤时, 大量的烟尘(尽管捣固装煤的烟气中粉尘量低于顶 

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