型焦生产工艺开发范文

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摘要：

介绍了型焦的技术背景、型焦生产的工艺方法、型煤墙的码垛以及在立式焦炉上侧装型煤墙的相关技术，采用该技术可以实现在大型立式焦炉上生产型焦，并能大幅度提高型焦生产效率，为焦化企业的转型发展提供了技术支持。

关键词：

型焦；立式焦炉；技术开发

1技术开发背景

焦炭是烟煤隔绝空气的条件下，加热到950~1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成的。这一过程叫做炼焦（高温干馏）。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的、经回收、净化后的焦炉煤气，既是高热值的燃料，又是重要的有机合成原料。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。除了高炉炼铁需要大量焦炭外，其他工业所需要的焦炭也不少，如铸造用焦，气化用焦，电气焦等[1]。铸造焦是冲天炉熔铁的主要燃料，用于熔化炉料，并使铁水过热，还起支撑料柱，保持良好的透气性以及供炭等作用。铸造焦炭分为块焦和型焦，型焦又称为团块焦炭。制造型焦的主要原料是无烟煤、焦末和石油焦等，可节约优质焦煤资源。我国煤炭资源非常丰富，但是经过地质勘探，炼焦煤的储量只占总储量的36.78%，其中能单独炼焦的主焦煤储量只有6.21%。此外，煤源和煤种在全国各省分布不均，有些省区，特别是南方一些地区，煤储量很少，且主要是非炼焦煤。因此，如何大幅度扩大非炼焦煤的利用，是当前我国焦化工业发展的重要课题。以非炼焦煤为主体原料，通过特定的配煤工艺，挤压成型，制作成有一定尺寸和强度的成型煤，再经过炭化制成型焦，用以替代焦炭，是扩大炼焦煤源的一个重要方法。既可以采用褐煤、长焰煤、无烟煤等单种煤炼制成型焦，也可以不黏结煤、弱黏结煤和其他添加物的混合料炼制型焦[2]。因此，作为成型燃料的型焦生产，被认为是广泛使用劣质煤炼焦的最有效的措施，为世界上各技术先进的国家所重视。型焦的密度大，化学反应能力低，而且块度一致，是较好的铸造焦炭。因此型焦是质量上乘的铸造焦。目前的型焦生产，普遍采用斜底炉（如图1）、管式炭化炉等方式，但是在目前的生产方式下，型焦生产能力低，机械化程度不高，严重影响型焦的产量，且无化工产品（如煤焦油、粗苯、煤气等）回收。型焦生产的优势有以下几个方面：（1）国内型焦生产工艺研究起步晚，发展空间广阔；（2）型焦对焦煤依赖性不强，在成本上具有明显的优越性；（3）现行的国家能源政策要求淘汰高度4.3m及以下冶金焦炉型，而对型焦生产没有明确的规定；（4）型焦利润空间大。参考中国煤炭资源网，一级铸造型焦参考价为1390元/t，一级冶金焦参考价为750元/t。国内型焦生产厂家相互进行技术封锁，相互之间技术交流甚少。这样做，不仅没有解决自身的技术缺陷，而且也限制了整体技术的进步。型焦生产技术看似简单，实际具有相当的技术含量，目前国内还没有立式焦炉生产型焦的先例。在立式焦炉上生产型焦。不仅产量高，而且质量稳定，机械化程度高。尽管在立式焦炉上生产型焦的工艺是可行的，但是目前还没有实际生产的先例，一些关键的技术无法解决，如型煤的码垛、煤墙的装车以及煤墙的侧装入炉等。自2010年初，太原重工技术中心焦化设备研究所（以下简称太原重工）组织相关技术人员对该工艺方法和设备进行攻关，经过将近5年的努力，已基本掌握的其生产工艺，面对日益严峻的市场形势，该技术对焦化企业调整产品结构和降低生产成本大有裨益。

2太原重工型焦生产工艺

不管采用何种生产工艺方式，型焦生产都主要分为两部分，即型煤的压制和型煤炭化成型焦。太原重工也采用该工艺，先将煤料压制成型煤，然后采用独特的型煤码垛技术把型煤码垛成煤墙并通过捣固装煤车侧装到焦炉的炭化室里。具体的流程如图2、3所示。

2.1主体原料生产型焦的煤料来源广泛，如图4所示，原本无法参与炼焦的无烟煤、弱黏结煤等通过加压成型后制成型煤砖，也能生产型焦。因此，型更加有效的提高了煤资源的利用率。

2.2原料粉碎所有原料需要磨碎才能进入配料环节。粒度级配指型焦原料的不同尺寸和颗粒和粉料的加入比例，一般而言，颗粒最大极限要求小于2mm，粉料占比40%以上。该环节的主要生产设备是破碎机和滚筒筛。

2.3原料配比由于资源状况不同，型煤配方也不是固定的，可以根据产品的不同要求变动和调整。需要提到的是，该环节需要在煤料中添加一定的黏结剂，该黏结剂在后续的冷压工艺中有重要的作用。黏结剂因为有黏性，受热熔化后呈薄膜状，均匀覆盖在煤粒的表面，以保证得到机械强度好的型煤。不仅如此，黏结剂对煤粒表面还有很好的润湿能力，能够牢固依附在煤粒表面，使煤粒表面无论干态还是湿态下都能很好地结 合在一起。该环节的主要主要设备是称重设备和配料机。

2.4原料混合及加热原料的混合主要是挥发分和水分的控制。加热能使黏结剂熔化，为后续的冷压成型做准备，热源为焦炉废气回收的余热。主要设备是搅拌机和保温仓。

2.5焦坯成型冷压成型是型煤制作的关键环节，目前工业上有三种方式：一是转筒干燥器干燥后成型；二是混捏机对辊成型；三是转筒干燥，混捏机对辊成型。一般情况下，压缩比大于2∶1；成型压力大于25MPa；型煤密度≥1.35t/m3。

2.6型煤码垛立式焦炉生产焦炭的产量非常大，但是目前不能用于生产型焦，因为在利用立式焦炉生产焦炭时，需要用装煤车将煤料捣固成煤墙，该煤墙的下端位于装煤车的拖煤板上，并且一侧由拖煤挡板阻挡，通过拖煤板和拖煤挡板的运动可以将煤墙装填到立式焦炉的炉腔中。目前没有在立式焦炉上生产铸造型焦的先例，其难点在于没有型煤码垛设备，把型煤砖码垛成煤墙，并侧装到立式焦炉里。码垛站布置见图5。太原重工研发的型煤码垛站可以把压制好的型煤码成一堵型煤墙，型煤是通过皮带机运送到码垛站的，型煤和煤墙的规格类似于捣固焦炉煤饼，可以借助焦炉机侧的装煤车把煤墙送进炭化室内，然后制得型焦产品。该型煤码垛站具有以下特点：（1）可将型煤码垛成煤墙；（2）并将煤墙装入装煤车；（3）还能保证煤墙在装车过程中不倒塌；（4）更重要的是，码垛站在码垛煤墙的同时不影响捣固装煤车正常使用，煤墙码垛完成后，装煤车行驶至码垛站处装接煤墙即可。最终，码垛好的煤墙如图6所示，错开接缝是为了保证煤墙的稳定性。

3焦炉转产型焦改造方法

工业发达国家的铸造焦和冶金焦的价格比大概为2。因此，对型焦生产厂来讲，铸造焦出口有较大的利润空间。如果利用无烟煤、焦粉或兰炭等低黏结煤生产型焦，是解决焦煤短缺，提高焦炭品位、降低焦炭生产成本，获得更高效益的最有效途径。固定碳在85%左右的一级型焦市场售价依然保持在1200元/t以上，而且供不应求，型焦的利润保守估计也有200~300元/t。投资一个20万t/a规模的型焦厂，资金回笼周期仅为1~2年。面对日益严峻的市场形势，常规立式焦炉，如4.3m、5.5m焦炉转产或增产型焦产品，不失为一个好的转型方式，也顺应供给侧改革的要求。以4.3m捣固焦炉为例，对其进行适当的改造，增加生产型焦的功能，目标年产20万t。

3.1改造的基本原则（1）不影响现有冶金焦的生产；（2）不影响现有设备使用；（3）投入低，资金回笼周期短。

3.2相关计算

3.2.1生产能力及操作周期计算对于年产20万t铸造型焦的4.3m焦炉，单孔每天产焦20t，结焦时间为24h（暂定），则年产焦0.75万t。

3.2.2型煤成型机计算成型机械是铸造型焦生产的关键设备，对产品的生产效率和质量均有较大影响。根据本工艺的要求，需要生产能力大、有粘结剂的冷压成型设备。

3.2.3型煤码垛站计算码垛机械是铸造型焦生产的关键设备，对产品的生产效率有较大影响。码垛站工作时间分为型煤码垛时间和装车时间。

3.3具体改造方案除了新建焦炉外，已经投产的立式焦炉希望转产或增产型焦，在遵循改造基本原则的前提下，具体改造方案如下：（1）延长装煤车和推焦车走行轨道，具体以实际测量为准；（2）预留码垛站占地面积15×20m2，其余设备可以分散布置；（3）新增煤料的配比设备、加热搅拌设备、加压成型设备、码垛站以及输送系统；（4）装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车基本无需改动；（5）由于结焦时间略有差异，因此煤气交换系统需要做适当的变动。为了防止出现烧空炉的情况，建议业主拿出一组焦炉来生产型焦。

4结语

采用立式焦炉生产型焦，能够有效提高型焦的生产效率，调整焦炭产品结构，拓宽焦炭销售渠道，通过新产品的开发和新技术的应用，有力地实现了焦化产品升级换代，为焦化企业寻找到了新的经济增长点，充分利用了宝贵的煤资源，实现了企业快速可持续发展。这也符合我国目前中央提出的降成本，调结构和改善供给侧产品的新政策。正因为如此，型焦产业将有着广阔的发展前景。参考文献[1]王晓琴.炼焦工艺[M].北京：化工工业出版社，2005.[2]素宜春.炼焦工艺学[M].北京：冶金工业出版社，1994.

作者：赵思春 乔晓军 单位：太原重工股份有限公司 技术中心焦化设备研究所