型焦生產工藝開發范文

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摘要：

介紹了型焦的技術背景、型焦生產的工藝方法、型煤墻的碼垛以及在立式焦爐上側裝型煤墻的相關技術，采用該技術可以實現在大型立式焦爐上生產型焦，并能大幅度提高型焦生產效率，為焦化企業的轉型發展提供了技術支持。

關鍵詞：

型焦；立式焦爐；技術開發

1技術開發背景

焦炭是煙煤隔絕空氣的條件下，加熱到950~1050℃，經過干燥、熱解、熔融、粘結、固化、收縮等階段最終制成的。這一過程叫做煉焦（高溫干餾）。由高溫煉焦得到的焦炭用于高爐冶煉、鑄造和氣化。煉焦過程中產生的、經回收、凈化后的焦爐煤氣，既是高熱值的燃料，又是重要的有機合成原料。焦炭主要用于高爐煉鐵和用于銅、鉛、鋅、鈦、銻、汞等有色金屬的鼓風爐冶煉，起還原劑、發熱劑和料柱骨架作用。除了高爐煉鐵需要大量焦炭外，其他工業所需要的焦炭也不少，如鑄造用焦，氣化用焦，電氣焦等[1]。鑄造焦是沖天爐熔鐵的主要燃料，用于熔化爐料，并使鐵水過熱，還起支撐料柱，保持良好的透氣性以及供炭等作用。鑄造焦炭分為塊焦和型焦，型焦又稱為團塊焦炭。制造型焦的主要原料是無煙煤、焦末和石油焦等，可節約優質焦煤資源。我國煤炭資源非常豐富，但是經過地質勘探，煉焦煤的儲量只占總儲量的36.78%，其中能單獨煉焦的主焦煤儲量只有6.21%。此外，煤源和煤種在全國各省分布不均，有些省區，特別是南方一些地區，煤儲量很少，且主要是非煉焦煤。因此，如何大幅度擴大非煉焦煤的利用，是當前我國焦化工業發展的重要課題。以非煉焦煤為主體原料，通過特定的配煤工藝，擠壓成型，制作成有一定尺寸和強度的成型煤，再經過炭化制成型焦，用以替代焦炭，是擴大煉焦煤源的一個重要方法。既可以采用褐煤、長焰煤、無煙煤等單種煤煉制成型焦，也可以不黏結煤、弱黏結煤和其他添加物的混合料煉制型焦[2]。因此，作為成型燃料的型焦生產，被認為是廣泛使用劣質煤煉焦的最有效的措施，為世界上各技術先進的國家所重視。型焦的密度大，化學反應能力低，而且塊度一致，是較好的鑄造焦炭。因此型焦是質量上乘的鑄造焦。目前的型焦生產，普遍采用斜底爐（如圖1）、管式炭化爐等方式，但是在目前的生產方式下，型焦生產能力低，機械化程度不高，嚴重影響型焦的產量，且無化工產品（如煤焦油、粗苯、煤氣等）回收。型焦生產的優勢有以下幾個方面：（1）國內型焦生產工藝研究起步晚，發展空間廣闊；（2）型焦對焦煤依賴性不強，在成本上具有明顯的優越性；（3）現行的國家能源政策要求淘汰高度4.3m及以下冶金焦爐型，而對型焦生產沒有明確的規定；（4）型焦利潤空間大。參考中國煤炭資源網，一級鑄造型焦參考價為1390元/t，一級冶金焦參考價為750元/t。國內型焦生產廠家相互進行技術封鎖，相互之間技術交流甚少。這樣做，不僅沒有解決自身的技術缺陷，而且也限制了整體技術的進步。型焦生產技術看似簡單，實際具有相當的技術含量，目前國內還沒有立式焦爐生產型焦的先例。在立式焦爐上生產型焦。不僅產量高，而且質量穩定，機械化程度高。盡管在立式焦爐上生產型焦的工藝是可行的，但是目前還沒有實際生產的先例，一些關鍵的技術無法解決，如型煤的碼垛、煤墻的裝車以及煤墻的側裝入爐等。自2010年初，太原重工技術中心焦化設備研究所（以下簡稱太原重工）組織相關技術人員對該工藝方法和設備進行攻關，經過將近5年的努力，已基本掌握的其生產工藝，面對日益嚴峻的市場形勢，該技術對焦化企業調整產品結構和降低生產成本大有裨益。

2太原重工型焦生產工藝

不管采用何種生產工藝方式，型焦生產都主要分為兩部分，即型煤的壓制和型煤炭化成型焦。太原重工也采用該工藝，先將煤料壓制成型煤，然后采用獨特的型煤碼垛技術把型煤碼垛成煤墻并通過搗固裝煤車側裝到焦爐的炭化室里。具體的流程如圖2、3所示。

2.1主體原料生產型焦的煤料來源廣泛，如圖4所示，原本無法參與煉焦的無煙煤、弱黏結煤等通過加壓成型后制成型煤磚，也能生產型焦。因此，型更加有效的提高了煤資源的利用率。

2.2原料粉碎所有原料需要磨碎才能進入配料環節。粒度級配指型焦原料的不同尺寸和顆粒和粉料的加入比例，一般而言，顆粒最大極限要求小于2mm，粉料占比40%以上。該環節的主要生產設備是破碎機和滾筒篩。

2.3原料配比由于資源狀況不同，型煤配方也不是固定的，可以根據產品的不同要求變動和調整。需要提到的是，該環節需要在煤料中添加一定的黏結劑，該黏結劑在后續的冷壓工藝中有重要的作用。黏結劑因為有黏性，受熱熔化后呈薄膜狀，均勻覆蓋在煤粒的表面，以保證得到機械強度好的型煤。不僅如此，黏結劑對煤粒表面還有很好的潤濕能力，能夠牢固依附在煤粒表面，使煤粒表面無論干態還是濕態下都能很好地結 合在一起。該環節的主要主要設備是稱重設備和配料機。

2.4原料混合及加熱原料的混合主要是揮發分和水分的控制。加熱能使黏結劑熔化，為后續的冷壓成型做準備，熱源為焦爐廢氣回收的余熱。主要設備是攪拌機和保溫倉。

2.5焦坯成型冷壓成型是型煤制作的關鍵環節，目前工業上有三種方式：一是轉筒干燥器干燥后成型；二是混捏機對輥成型；三是轉筒干燥，混捏機對輥成型。一般情況下，壓縮比大于2∶1；成型壓力大于25MPa；型煤密度≥1.35t/m3。

2.6型煤碼垛立式焦爐生產焦炭的產量非常大，但是目前不能用于生產型焦，因為在利用立式焦爐生產焦炭時，需要用裝煤車將煤料搗固成煤墻，該煤墻的下端位于裝煤車的拖煤板上，并且一側由拖煤擋板阻擋，通過拖煤板和拖煤擋板的運動可以將煤墻裝填到立式焦爐的爐腔中。目前沒有在立式焦爐上生產鑄造型焦的先例，其難點在于沒有型煤碼垛設備，把型煤磚碼垛成煤墻，并側裝到立式焦爐里。碼垛站布置見圖5。太原重工研發的型煤碼垛站可以把壓制好的型煤碼成一堵型煤墻，型煤是通過皮帶機運送到碼垛站的，型煤和煤墻的規格類似于搗固焦爐煤餅，可以借助焦爐機側的裝煤車把煤墻送進炭化室內，然后制得型焦產品。該型煤碼垛站具有以下特點：（1）可將型煤碼垛成煤墻；（2）并將煤墻裝入裝煤車；（3）還能保證煤墻在裝車過程中不倒塌；（4）更重要的是，碼垛站在碼垛煤墻的同時不影響搗固裝煤車正常使用，煤墻碼垛完成后，裝煤車行駛至碼垛站處裝接煤墻即可。最終，碼垛好的煤墻如圖6所示，錯開接縫是為了保證煤墻的穩定性。

3焦爐轉產型焦改造方法

工業發達國家的鑄造焦和冶金焦的價格比大概為2。因此，對型焦生產廠來講，鑄造焦出口有較大的利潤空間。如果利用無煙煤、焦粉或蘭炭等低黏結煤生產型焦，是解決焦煤短缺，提高焦炭品位、降低焦炭生產成本，獲得更高效益的最有效途徑。固定碳在85%左右的一級型焦市場售價依然保持在1200元/t以上，而且供不應求，型焦的利潤保守估計也有200~300元/t。投資一個20萬t/a規模的型焦廠，資金回籠周期僅為1~2年。面對日益嚴峻的市場形勢，常規立式焦爐，如4.3m、5.5m焦爐轉產或增產型焦產品，不失為一個好的轉型方式，也順應供給側改革的要求。以4.3m搗固焦爐為例，對其進行適當的改造，增加生產型焦的功能，目標年產20萬t。

3.1改造的基本原則（1）不影響現有冶金焦的生產；（2）不影響現有設備使用；（3）投入低，資金回籠周期短。

3.2相關計算

3.2.1生產能力及操作周期計算對于年產20萬t鑄造型焦的4.3m焦爐，單孔每天產焦20t，結焦時間為24h（暫定），則年產焦0.75萬t。

3.2.2型煤成型機計算成型機械是鑄造型焦生產的關鍵設備，對產品的生產效率和質量均有較大影響。根據本工藝的要求，需要生產能力大、有粘結劑的冷壓成型設備。

3.2.3型煤碼垛站計算碼垛機械是鑄造型焦生產的關鍵設備，對產品的生產效率有較大影響。碼垛站工作時間分為型煤碼垛時間和裝車時間。

3.3具體改造方案除了新建焦爐外，已經投產的立式焦爐希望轉產或增產型焦，在遵循改造基本原則的前提下，具體改造方案如下：（1）延長裝煤車和推焦車走行軌道，具體以實際測量為準；（2）預留碼垛站占地面積15×20m2，其余設備可以分散布置；（3）新增煤料的配比設備、加熱攪拌設備、加壓成型設備、碼垛站以及輸送系統；（4）裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車基本無需改動；（5）由于結焦時間略有差異，因此煤氣交換系統需要做適當的變動。為了防止出現燒空爐的情況，建議業主拿出一組焦爐來生產型焦。

4結語

采用立式焦爐生產型焦，能夠有效提高型焦的生產效率，調整焦炭產品結構，拓寬焦炭銷售渠道，通過新產品的開發和新技術的應用，有力地實現了焦化產品升級換代，為焦化企業尋找到了新的經濟增長點，充分利用了寶貴的煤資源，實現了企業快速可持續發展。這也符合我國目前中央提出的降成本，調結構和改善供給側產品的新政策。正因為如此，型焦產業將有著廣闊的發展前景。參考文獻[1]王曉琴.煉焦工藝[M].北京：化工工業出版社，2005.[2]素宜春.煉焦工藝學[M].北京：冶金工業出版社，1994.

作者：趙思春 喬曉軍 單位：太原重工股份有限公司 技術中心焦化設備研究所