炼焦硬质煤先筛分后破碎备煤工艺探讨.pdf
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1、炼焦硬质煤先筛分后破碎备煤工艺探讨张志强(河南钢铁焦化协会,河南平顶山 467500)现代钢铁企业使用的焦炭均为大型机械化焦炉生产,钢铁企业为提高高炉炼铁的安全可靠性及降低原料成本,均大幅提升对上游焦化企业所提供焦炭的质量指标要求,特别是焦炭的热反应性和反应后强度指标,这也迫使焦化企业不得不提高炼焦过程中强黏煤的配比,造成炼焦配煤中的弱黏煤及一些廉价煤配比下降,导致炼焦原料成本上升。传统炼焦配煤一般采用先配合后粉碎工艺,还有一些捣固炼焦企业采用预破碎工艺。目前,业内正在兴起一种先筛分后破碎工艺,目的是提高焦炭质量,降低生产成本。本文就以上几种工艺优劣进行分析,并提出硬质煤先筛分后破碎的观点,供
2、业内人士参考。1几种备煤工艺及特点1.1传统的先配合后粉碎工艺将气、肥、焦、瘦等煤种配合后再进行破碎的工艺,是比较传统的工艺,在原来炼焦煤资源充足时较盛行,顶装炼焦时控制入炉煤细度在 76%左右,捣固炼焦时一般控制入炉煤细度在 88%以上。此种工艺配入的气煤及贫瘦煤量较少,但无论顶装炼焦或捣固炼焦,此备煤工艺入炉煤破碎后均有“跑粗”现象(硬质煤颗粒大),对炼焦生产的焦炭质量有一定影响。1.2捣固炼焦的预破碎工艺为充分发挥捣固炼焦多用劣质煤的优势,20 世纪 90 年代开始国内兴起捣固炼焦热潮,捣固炼焦预破碎工艺也随之兴起,许多捣固炼焦企业为提高焦炭质量,对硬度较大的气煤和贫瘦煤进行预破碎,这在
3、一定程度上提高了焦炭的质量。但受炉型、煤质、破碎机械水平及生产操作的影响,入炉煤细度一般控制在88%92%,破碎“跑粗”现象依然存在,焦炭断面上仍有蜂窝(未破碎“跑粗”的气煤颗粒)和颗粒物(贫瘦煤或贫煤颗粒),对焦炭的反应性、反应后强度和耐磨强度造成一定的影响。这是因为气煤的挥发分高、熔融性差、收缩量大,如其颗粒较大,在结焦过程中会在焦炭断面上形成蜂窝,加之气煤反应性高,成为焦炭碳溶廋反应的活性点,焦炭的反应性上升;贫煤挥发分低、不熔融、几乎不收缩,如其颗粒较大,在结焦过程中会在焦炭断面上形成颗粒物,易脱落,致使焦炭的耐磨强度和反应后强度降低。这类有蜂窝和颗粒物的焦炭在热反应性试验时表面会产生
4、小坑点,分析认为:这是由于焦炭里存留的蜂窝使焦球在热反应炉试验时率先反应、以及焦球内颗粒物因与周边焦质结合不紧密而在反应炉内磨擦率先脱落导致。进一步分析发现:稍规则的坑点周边有磨损的痕迹,系气煤成焦后蜂窝在热反应炉内率摘要介绍了先配合后粉碎、捣固炼焦预破碎、配合煤先筛分后破碎等备煤工艺,对其特点和优劣进行了分析,提出了硬质煤有选择性地先筛分后破碎的工艺设想,并在大焦炉工业生产配煤的基础上进行了 40 kg 小焦炉试验。试验结果表明:对硬质煤有选择性地筛分破碎后配煤炼焦,可改善焦炭质量,增加廉价弱黏煤配比,验证了该设想的可行性。关键词炼焦;备煤工艺;硬质煤;选择性筛分;破碎;热态指标;小焦炉试验
5、文章编号:1005-9598(2023)-03-0031-04中图分类号:TQ520.62文献标识码:B收稿日期:2023-01-17第一作者:张志强(1965),男,汉族,河南汝州人,高级工程师,学士,1997 年本科毕业于安徽工业大学煤化工专业,现从事煤化工专业生产技术工作,E-mail:。DOI:10.19889/ki.10059598.2023.03.007引用格式:张志强.炼焦硬质煤先筛分后破碎备煤工艺探讨J.煤化工,2023,51(3):31-34,45.第 51 卷第 3 期2023 年 6 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.3Jun.20
6、232023 年煤 化 工先反应造成的;不规则的坑点则是因贫瘦煤等硬质煤成焦后形成的颗粒在热反应过程中脱落导致(贫瘦煤或贫煤因胶质体少,成焦过程中只是挥发分减少,不软化熔融,所以收缩也小;且因胶质体太少,成焦时颗粒物与周边结合也不紧密)。因蜂窝和颗粒物的存在,焦球进反应炉内反应后,蜂窝反应快、颗粒物脱落,造成焦炭的热态指标不理想;转鼓试验时,颗粒物先脱落,造成焦炭的机械强度不理想。对于顶装炼焦,虽然采用的强黏结性煤种较多,焦炭致密度增加,但仍有个别蜂窝和颗粒物存在。1.3配合煤先筛分后破碎工艺近几年,国内新建焦化项目又兴起一种配合煤先筛分后破碎工艺,即将各种炼焦煤按比例配合先筛分后破碎的工艺。
7、这在一定程度上提高了焦炭质量,同时由于是对配合煤的筛上物进行破碎,减少了破碎入料量,也降低了破碎时的能耗。但因是软硬煤混在一块进反击式破碎机破碎,仍无法从根本上解决硬质煤破碎难度大的问题。另外,对捣固焦炉来讲,捣固成煤饼时需要煤料有一定的粒度方可保证煤饼强度,便于生产操作,如果过度破碎则不利于成饼,反而会影响生产(出现煤饼坍塌)。1.4国内备煤破碎机械国内大型焦化备煤工艺一般选用可逆反击锤式破碎机。此种破碎机依靠反击锤将煤料高速抛起,与反击板反复撞击和搓揉对煤料进行破碎;优点是入料量大,基本能保证入炉煤细度在 87%以上;缺点是由于全部入炉煤都经过破碎机,软硬及粗细煤料混在一块反击破碎,降低了
8、反击效率,且软硬煤混在一起破碎时,为提高破碎细度,一般采用调小反击板与锤头间隙的办法,但仍免不了少部分粗粒煤料(主要是难破碎的气煤或贫瘦煤等)逃过破碎机,即仍有“跑粗”现象,影响焦炭质量。综合国内生产现状来看,焦炉配入气煤等高可磨系数煤多时,对焦炭质量影响大,反之则小。2备煤工艺存在的问题2.1破碎设备无法达到理想的破碎效果无论是否具有预破碎环节,受限于破碎机械的制造水平,各种备煤工艺所采用的破碎设备均未达到理想的效果,造成顶装焦炉炼焦无法多配入劣质煤,捣固炼焦也因破碎细度和煤饼成型问题无法更进一步提高劣质煤配入量,影响炼焦原料成本。2.2无法彻底解决焦炭中颗粒物及蜂窝问题目前国内应用较多的先
9、筛分后破碎工艺是将混合煤料中大颗粒物筛分出来后再进行破碎,因是颗粒物进破碎机破碎,比较符合反击式破碎机的原理。但混合煤粒中的软硬煤混在一块破碎仍不太科学,会造成软粒煤(主焦、肥煤、1/3 焦煤等)在处理时极易破碎,甚至出现过破碎现象,而硬粒煤(气煤、瘦煤、贫瘦煤或无烟煤等)只是从大颗粒破成小颗粒,仍不能彻底消除焦炭中蜂窝和颗粒物,影响焦炭热态指标。所以业界部分人士认为捣固炼焦的焦炭质量无法达到顶装焦炉生产的焦炭质量,进而也影响到国内一部分焦化企业在选择炉型时片面追求顶装方式,加剧了优质炼焦煤资源的消耗。3硬质煤先筛分后破碎试验基于以上分析,笔者提出有选择性地对硬质煤进行先筛分后破碎工艺的设想,
10、并在小焦炉试验条件下进行了基本试验。某焦化厂采用捣固炼焦方式进行生产,炭化室高度 5.5 m,备煤采用先配合后粉碎工艺。为研究硬质煤先筛分后破碎工艺对焦炭质量的影响,在大焦炉工业生产配煤基础上进行了 40 kg 小焦炉捣固炼焦试验。试验主要是对炼焦中的气煤或贫瘦煤、贫煤甚至无烟煤等硬度较大的煤进行先筛分后破碎,工艺流程设想见图 1。为了提高试验数据的可靠性,每个试验均连做 3 次,取 3 次的平均值作为试验结果。储配煤槽配煤皮带秤单种硬质煤滚轴筛筛上物反击式破碎机混合机(或混破)焦炉煤塔或SCP 机皮带筛下物图 1硬质煤先筛分后破碎工艺流程示意图3.1小焦炉试验焦炭质量为便于比较破碎方式对焦炭
11、质量的影响,取大焦炉工业生产入炉煤(即先配合后粉碎工艺)进行了小焦炉炼焦试验,并以其焦炭质量作为其他试验焦炭质量的参照。其配煤比、试验条件、焦炭质量如表 1 所示。表 1 表明:工业生产配合煤经小焦炉试验所得焦炭质量良好,其抗碎强度(M25)、反应性(CRI)和反应后强度(CSR)均能达到一级冶金焦炭水平(M2592.0%,M107.0%,CRI30%,CSR60%),仅耐磨强度(M10)稍低于一级冶金焦炭。32-第 51 卷第 3 期表 5增加硬质煤配比的小焦炉试验焦炭质量配煤比/%棕(主焦煤)32棕(肥煤)20棕(气煤)33棕(贫瘦煤)15煤饼堆密度/(t m-3)1.143焦炭质量/%棕
12、(Vdaf)1.38棕(Ad)12.30M2592.0M107.1CRI27.2CSR61.8注:气煤单独破碎细度 95%,贫瘦煤单独破碎细度 94%,混煤破碎细度 91%。3.2贫瘦煤单独筛分破碎小焦炉试验焦炭质量采用工业生产配煤比,先将贫瘦煤单独筛分破碎、再配煤破碎,进行小焦炉炼焦试验,试验条件和所得焦炭质量如表 2 所示。表 1工业生产配合煤的小焦炉试验焦炭质量配煤比/%棕(主焦煤)36棕(肥煤)20棕(气煤)31棕(贫瘦煤)13煤饼堆密度/(t m-3)1.147焦炭质量/%棕(Vdaf)1.39棕(Ad)12.31M2592.3M107.1CRI29.0CSR60.1注:混煤破碎细度
13、 89%。表 2贫瘦煤单独筛分破碎小焦炉试验焦炭质量配煤比/%棕(主焦煤)36棕(肥煤)20棕(气煤)31棕(贫瘦煤)13煤饼堆密度/(t m-3)1.145焦炭质量/%棕(Vdaf)1.40棕(Ad)12.35M2592.0M107.0CRI26.8CSR63.0注:贫瘦煤单独破碎细度 95.8%,混煤破碎细度 90%。表 2 结果表明:与先配合后粉碎备煤工艺(表 1)廋相比,将贫煤单独筛分破碎所得焦炭强度指标(M25、M10、CRI、CSR)总体上均有改善,均能满足一级冶金焦炭的要求。3.3气煤单独筛分破碎小焦炉试验焦炭质量采用工业生产配煤比,将气煤单独筛分破碎、再配煤破碎,进行小焦炉的炼
14、焦试验,试验条件和所得焦炭质量如表 3 所示。表 3气煤单独筛分破碎小焦炉试验焦炭质量配煤比/%棕(主焦煤)36棕(肥煤)20棕(气煤)31棕(贫瘦煤)13煤饼堆密度/(t m-3)1.147焦炭质量/%棕(Vdaf)1.41棕(Ad)12.34M2592.1M106.9CRI26.3CSR62.7注:气煤单独破碎细度 96%,混煤破碎细度 90%。由表 3 可知:与先配合后粉碎备煤工艺(表 1)相比,将气煤单独筛分破碎所得焦炭的强度指标明显改善,均能达到一级冶金焦的水平。3.4气煤、贫瘦煤分别单独筛分破碎后小焦炉试验焦炭质量采用工业生产配煤比,将气煤和贫瘦煤分别单独筛分破碎、再配煤破碎,进行
15、小焦炉炼焦试验,试验条件和所得焦炭质量如表 4 所示。由表 4 可知:与先配合后粉碎备煤工艺(表 1)相比,气煤和贫瘦煤分别单独筛分破碎所得焦炭的强度指标显著改善,M10降低 0.3 个百分点、CRI 降低 2.9个百分点、CSR 提高 5.0 个百分点。表 4气煤和贫瘦煤分别单独筛分破碎小焦炉试验焦炭质量配煤比/%棕(主焦煤)36棕(肥煤)20棕(气煤)31棕(贫瘦煤)13煤饼堆密度/(t m-3)1.146焦炭质量/%棕(Vdaf)1.39棕(Ad)12.35M2592.3M106.8CRI26.1CSR65.1注:气煤单独破碎细度 95%,贫瘦煤单独破碎细度 94%,混煤破碎细度 91%
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