捣固炼焦技术的开发应用与发展趋势

捣固炼焦技术的开发应用与发展趋势1、现代煤焦化发展的趋势与特点1.1 焦炉大型化2003年德国投产了炭化室高8.3m、单孔容积93m3、年产焦炭264万吨的世界上最大的焦炉。

2006年我国太钢引进建造了7.63m的焦炉，2007年马钢两座7.63m焦炉投产，武钢、京唐公司、沙钢等在建7.63m焦炉。

结构特点:结构型式仍以多室的蓄热室焦炉为主，并在扩大容积，采用致密硅砖，减弱炭化室墙，均匀加热等方面作为主要的技术发展方向。

窄炭化室，结焦时间短，结焦率高; 宽炭化室,有助于减少NOX排放量和提高焦炭反应后的强度。

我国最宽的炭化室为500mm；德国85年后所建焦炉炭化室宽度均在600mm左右。

1.2 捣固炼焦技术捣固炼焦技术的发展趋向：1）推广炭化室高度4m以上的系列捣固焦炉；2）总结巩固炭化室高5.5m系列的捣固焦炉，并向更高的捣固焦炉发展；3）研制预热捣固炼焦技术并应用于工业化生产。

4) 炭化室高6米的捣固焦炉而言，因企业生产管理水平落后、维修力量薄弱、建设资金匮乏等多种原因，在近期内市场不是太看好，只能作为储备技术。

目前国内山西大同富嘉焦化、云南曲靖云维集团均建设了5.5米捣固焦炉，规模分别为年产冶金焦100万吨和200万吨。

1.3 干熄焦技术最早1917年瑞士雪尔泽公司研究设计出一套将红焦置于竖炉内以逆流方向通人冷气体循环冷却焦炭的装置。

到1945年，全球干熄焦装置有54套之多。

但由于投资高、工艺复杂，熄焦为间隙操作，所产蒸汽量、压力不稳等缺陷没有得到推广而搁浅。

20世纪60年代，前苏联设计具有工业价值的干熄焦装置，处理能力为45t/h干熄焦装置。

1976年以后，日本大量采用干熄焦技术，以应对世界能源紧张的局势。

20世纪80年代，干熄焦技术达到相对高的水平。

世界范围内的广泛采用。

21世纪初，重点扩大处理能力，每套处理红焦能力为107t/h。

⏹我国于1985年，宝山钢铁公司首次从日本新日铁引进了处理能力为75t/h干熄焦装置，。

⏹1991年和1997年宝钢二期和三期工程相继建成了4ⅹ75t/h装置；总处理焦能力达900t/h；可处理年产510万t焦炭。

后期的建设采取“立足于国内”的方针，由国内负责设计和组织投产。

⏹济南钢铁集团总公司干熄焦技术(简称济钢干熄焦) 1、2号干熄炉分别于1999年3月2日和4月8日相继投入运行。

⏹进入21世纪，首钢、武钢、马钢率先实现干熄焦国产化运行，吉林通钢、华北电力、昆钢、莱钢、太钢、柳钢和宣钢等数十家企业建设干熄焦系统。

1.4 信息管理与优化控制技术●日本自97年开始至2001年间，该技术快速推广到90%的日本企业。

●我国83年首次在上海焦化厂4号炉上试运行焦炉加热自动控制系统，以后鞍钢、重钢、宝钢、酒钢、北焦、通化焦化厂等均先后实施过焦炉加热计算机控制系统，鉴于当时的技术水平，上述系统稳定运行受到限制。

●90年代后期，该技术发展较快，我们学校开发的焦炉串级优化控制系统，在马钢、攀钢、昆明、水钢、济钢、南钢等四十余座焦炉上使用。

成为炼焦行业标志性的技术。

1.5 煤调湿技术⏹煤经过干燥或调湿后，使装炉煤水分降低到6%左右，焦炉操作稳定、有利于缩短结焦时间、提高加热速度、减少炼焦耗热量、增加装炉煤堆密度和结焦速度加快，因而改善焦炭质量。

⏹日本北海制铁（株）室兰厂开发煤处理能力120t/h的流化床烟道废气干燥CMC装置。

大分厂的CMC工艺特点是利用焦炉余热来进行装炉煤的干燥调湿。

日本其余都是利用干熄焦装置（CDQ）发电机的背压蒸汽作为热源。

⏹我国重钢最早采用循环热媒油为热源调湿入炉煤，这套装置于1997年3月建成，处理能力为140t/h（干煤），目前已经停运。

湘钢设计了利用焦炉烟气低温余热并辅助高炉煤气燃烧的配合煤调湿方案。

近期宝钢采用干熄焦余热、济钢采用烟道气实施了煤调湿项目，总体运行良好。

2、捣固炼焦技术的开发应用与发展趋势⏹ 2.1 煤预处理技术⏹煤分级粉碎、配型煤炼焦、预热煤装炉、干燥煤装炉、煤调湿（即CMC工艺）及捣固炼焦等。

⏹捣固炼焦优势一，在相同的焦炭质量时，捣固炼焦技术所用的高挥发份煤和弱粘结性煤较多，工艺比较：常规顶装炼焦＜型煤炼焦＜煤预热炼焦＜捣固炼焦＜预热捣固炼焦；在相同的配煤比的情况下，捣固炼焦所得的焦炭质量较好，各种煤预处理技术生产的焦炭质量的顺序是：常规顶装＜型分级粉碎＜煤干燥＜部分成型煤块＜捣固炼焦＜煤预热。

⏹优势二，由于煤料堆密度提高的幅度较大，因此捣实煤饼在炭化室内的传热效果优于散装煤料。

另外，煤饼与炭化室墙的较小间隙，还能缓解成焦过程中炉料对炉墙产生的膨胀压力，对延长炉体寿命有一定的好处。

⏹ 2.2 捣固技术特点⏹扩大炼焦用煤煤源：通常情况下，普通工艺炼焦只能配入气煤30%~35%左右，而捣固炼焦工艺可配入气煤50%~55%左右。

此外，捣固炼焦工艺煤料的粘结性可选范围宽，无论是采用低粘结性煤料，还是采用高粘结性煤料，经过合理的配煤，都可以生产出高质量的焦炭。

比较：改善焦炭质量，机械强度M40约提高5.6%～7.6%，耐磨指标M10约下降2%～4%。

降低炼焦成本，提高经济效益，吨焦成本降低约10%左右。

单产量增加，单位体积产量将增加12%。

相比炭化室高约3.5m的捣固焦炉的焦炭产量与4.3m的项装焦炉相近，6m高的捣固焦炉焦炭产量界于顶装熊炉炭化室高7.0～7.5m之间。

而炭化室高度同样是6m时，则捣固焦炉的焦炭产量比项装焦炉高30～40％。

2.3、捣固炼焦工艺要求⏹（1）捣固炼焦基本工艺：除装煤方式有所不同外，基本工艺过程变化不大。

⏹（2）捣固煤料的要求：为了使煤料能够捣固成型，煤料的水分要保持在9~11% 范围。

当水分偏低时，需在制备过程中适当喷水。

煤料的粉碎细度（<3mm粒级含量）要求达到90% 以上。

⏹（3）捣固煤饼的质量要求:捣固煤饼稳定性研究，认为煤的细度、粒度分布、水分等是煤料影响煤饼质量的重要因素。

⏹(4) 捣固炼焦的环境要求：捣固炼焦由于装煤时间长，其烟尘气的逸散量约是顶装式焦炉的1.4倍，因此烟尘气治理要求高。

2.4、捣固炼焦的主体装备⏹（1）捣固焦炉炉体设计⏹用捣固法装煤炼焦的侧装焦炉，国内也出现了顶装焦炉改造为捣固焦炉的实例。

为了适应捣固煤饼侧装，捣固焦炉炉体结构稍有变化。

⏹（a）由于捣固煤饼沿炭化室长向没有锥度，捣固焦炉的炭化室锥度较小，约0~20mm。

⏹（b）为了保持煤饼的稳定性，煤饼的高宽比要受到限制。

过去认为捣固煤饼的高宽比不能超过9：1，所以捣固焦炉炭化室的高度不能超过4m。

80年代以来，随着捣固技术的发展，捣固煤饼的高宽比已增到15：1，因此捣固焦炉的炭化室已达到6m。

⏹（c）捣固焦炉的煤饼沿高向和长向的堆密度分布都比较均匀（顶装煤焦炉煤料堆密度相差较大），因此捣固焦炉的加热制度要相适应。

⏹（d）捣固焦炉炭化室底以上第一层炉墙砖，因经常受送煤饼的托煤板的摩擦冲击，磨损特别严重，故这层砖应特别加厚。

⏹（e）捣固焦炉炉顶不设装煤孔，只设2~3个除沉积碳和供消烟车除尘用的孔。

表2为国内外部分捣固焦炉的有关数据。

⏹（2）炭化室的锥度选择⏹对捣固炼焦来说，由于它的煤饼在机侧捣实后推送到炭化室内，既要减少煤饼与炭化室两侧间隙又要能顺利推焦，因此一般捣固焦炉仍有一定的锥度，但其锥度比顶装焦炉的要小一些。

在捣固焦炉中，随着炭化室锥度的增大，焦炭质量下降，这是由于炉墙和煤饼间的空隙造成的。

在通常的顶装炉中，炭化室锥度在40～70mm之间。

而捣固焦炉一般只有20mm。

实践表明，当捣固焦炉的炭化室锥度扩大25mm 时，M10指标上升1%；炭化室锥度从20扩大到70mm时，M10指标上升2%。

⏹（3）炭化室高度的选择⏹已经设计生产的捣固焦炉炭化室高度包括：3.2m、3.8m、4.1m、6.25m等几种系列。

捣固焦炉炭化室高度对煤饼稳定性（高宽比）、炭化室容积和生产能力等影响较大。

由于炭化室宽度增加有限，随炭化室高度的增加，煤饼高宽比快速增加，煤饼稳定性下降，目前的高宽比可以达到15：1左右。

⏹(4) 捣固装煤推焦机车的选择⏹捣固装煤推焦机车为捣固焦炉装煤和推焦操作合并为一的焦炉机械。

由钢结构架、走行机构、开门装置、推焦装置、除沉积炭装置、送煤装置和司机室组成。

⏹目前较好的捣固机车：（1）采用自动连续薄层捣固法代替传统的分层捣固法，捣固时间由12 min左右缩短到4min左右；（2）改进了捣固机的传动机构，增加了捣固锤个数（炭化室高4m的焦炉的捣固锤数由传统的4~6个增加到16~18个），从而使煤饼的散密度提高；（3）由于煤饼捣得较实，其高宽比可由9：1增到15：1，因此炭化室高度可以相应地由4m增到6m；⏹标准微移动捣固机为捣固主体设备，通过刮板布料机连续将薄层煤料送入侧装煤车煤槽内，第一次给料约800mm～1000mm厚，反复捣固3次之后，再行连续薄层给料和连续捣固，炼焦用配合煤捣固堆密度控制在1.1～1.10t/m3的范围内。

捣固机由捣固液压站、捣固机锤头、往复移动装置、润滑系统等组成。

⏹（5）捣固装煤除尘车的选择⏹1984年，德国采用装炉烟气净化排放装置，在炭化室高6m大容积焦炉上采用捣固技术，生产稳定可靠。

⏹目前，国内多采用二合一干式地面除尘站，排放烟气含量约为50mg/m3。

⏹还有一种方案是通过对捣固式炼焦炉的集气管和导烟车联合处理，配置机侧炉门配置装煤密闭装置，上升管采用高压氨水喷射除尘技术。

机侧炉门密封装置由密封体支架、端面密封弹簧调整装置、弹性密封件及活动挡板装置等组成。

焦炉装煤时，端面密封弹簧调整装置与炉柱及上部密封板密封。

活动挡板与煤饼顶部密封，当煤饼向前推动时，活动挡板可将不规则的煤饼顶部刮平，从而达到密封效果。

3、捣固工艺的发展与对策⏹ 3.1 我国发展捣固炼焦技术的基本面⏹我国50～60年代开始应用捣固炼焦技术，受多用强粘结性煤思想束缚，捣固炼焦技术进展缓慢。

捣固炼焦炉炼焦能力不足5%。

基于炼焦煤资源，有必要发展捣固焦炉。

⏹具备一定基础。

国内已有数十家近千孔焦炉采用捣固工艺，年产焦炭400多万t。

但多数为中小型焦炉，太原东盛焦化拥有3×50孔捣固焦炉，年产优质冶金焦70万t/a；临汾同世达有4.3m捣固焦炉装置2×50孔，山西大同富嘉为5.5m捣固焦炉年产冶金焦100万t，云南曲靖云维同为5.5m年产冶金焦200万t捣固焦炉。

⏹国家政策给予支持。

炭化室高4.3m的捣固焦炉在未来几年内仍受到企业青睐，5.5m的捣固焦炉可能会成为焦化龙头企业的首选；6m的捣固焦炉，因企业生产管理水平、维修力量、建设资金等原因，只能作为储备技术。

3.2 发展捣固技术的难点⏹（1）制约我国捣固炼焦技术发展的问题主要是捣固机械的问题。

主要表现在以下几个方面:一是总体规模偏小，在3.8m以下，且多数是10万t/a的焦化厂。