提高搗固式焦?fàn)t焦炭質(zhì)量的途徑

1、提高搗固式焦?fàn)t焦炭質(zhì)量的途徑張作理，李秀艷（青島鋼鐵集團(tuán) 兗州焦化廠，山東 兗州 272117）摘 要：為提高搗固式焦?fàn)t的焦炭質(zhì)量，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，采取了延長(zhǎng)搗固時(shí)間、增加煤餅堆比重、提高加熱速度及保持適當(dāng)集氣管壓力的措施，改善了入爐煤料的粘結(jié)性，從而提高了焦炭質(zhì)量。對(duì)于燜爐期較長(zhǎng)的炭化室，關(guān)閉上升管翻板有利于保證焦炭質(zhì)量。關(guān)鍵詞：搗固式焦?fàn)t；焦炭質(zhì)量；搗固時(shí)間；煤料；粘結(jié)性中圖分類號(hào)：TQ520.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-4620（2007）06-0082-021 前 言我國(guó)焦炭市場(chǎng)自2006年底開始轉(zhuǎn)暖，焦化企業(yè)已實(shí)現(xiàn)扭虧為盈。但我國(guó)焦炭產(chǎn)能過剩，煉焦煤及運(yùn)輸價(jià)格持續(xù)走高，煉焦

2、企業(yè)利潤(rùn)空間有限。優(yōu)化配煤方案，降低原料煤成本及焦炭生產(chǎn)成本，提高焦炭和焦化產(chǎn)品質(zhì)量是每個(gè)企業(yè)研究的課題。根據(jù)煤的粘結(jié)成焦機(jī)理，煤生成焦炭要經(jīng)歷兩個(gè)非常重要的階段，即粘結(jié)階段和固化成焦階段。在粘結(jié)階段，煤經(jīng)熱解生成氣、液、固三相的混合物即膠質(zhì)體，未軟化的煤粒、惰性組分、礦物質(zhì)被膠質(zhì)體中的液相產(chǎn)物浸潤(rùn)、填充它們之間的間隙，從而形成一個(gè)整體。在粘結(jié)階段，膠質(zhì)體的性質(zhì)、數(shù)量決定了煤粒之間粘結(jié)的緊密程度，對(duì)焦炭孔孢結(jié)構(gòu)有決定性的影響。在固化成焦階段，隨著溫度的升高，膠質(zhì)體繼續(xù)分解、縮聚逐漸固化形成半焦，半焦繼續(xù)進(jìn)行熱分解和縮聚，放出氣體，質(zhì)量減輕、體積收縮、焦質(zhì)致密、產(chǎn)生裂紋形成焦炭。在固化成焦階段，

3、體積收縮的劇烈程度以及焦質(zhì)的致密程度決定了焦炭的塊度及機(jī)械強(qiáng)度1。因此，從煤的粘結(jié)成焦機(jī)理來看，要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的焦炭，入爐煤具有良好的粘結(jié)性是前提。減少優(yōu)質(zhì)煉焦肥煤、焦煤的配入，增加弱粘結(jié)性氣煤、瘦煤的配入，是我國(guó)配煤煉焦的基本原則之一，既合理利用了我國(guó)煉焦煤資源，又降低了煉焦原料煤成本。這樣，在考慮提高焦炭質(zhì)量時(shí)，首先要從改善入爐煤的粘結(jié)性入手。從前期青鋼兗州焦化廠焦炭質(zhì)量惡化的情況來看，主要是焦炭中各組分之間的界面結(jié)合不好、粘結(jié)松散，未形成均一的彼此結(jié)合緊密的整體。這也說明提高焦炭質(zhì)量首要的是改善煤料的粘結(jié)性。 22 提高焦炭質(zhì)量的措施2.1 延長(zhǎng)搗固時(shí)間延長(zhǎng)搗固時(shí)間，可提高煤餅堆比重，入爐煤

4、堆比重增加后，煤粒之間間隙減小、接觸致密，填充煤粒間隙所需的膠質(zhì)體液相產(chǎn)物將會(huì)減小，可以用較少的膠質(zhì)體液相產(chǎn)物均勻分布在煤粒表面上，在煤粒之間形成較強(qiáng)的界面結(jié)合，或者在膠質(zhì)體液相產(chǎn)物量一定的情況下，會(huì)填充更多的煤粒間隙、粘結(jié)更多的煤粒和惰性物質(zhì)，增加弱粘結(jié)性煤的配入。另外，堆比重增加將使煤餅更致密，生成的膠質(zhì)體中的氣態(tài)物質(zhì)不易析出，增加了膠質(zhì)體內(nèi)的膨脹壓力，迫使軟化變形的煤粒更加靠攏，增加了變形煤粒的接觸面積。氣體在膠質(zhì)體內(nèi)停留的時(shí)間延長(zhǎng)，氣體中帶原子團(tuán)或熱分解的中間產(chǎn)物有更充足的時(shí)間相互作用，有可能生成穩(wěn)定的、分子量適中的液相物質(zhì)。這樣，膠質(zhì)體不僅數(shù)量增加，而且變得穩(wěn)定，因此增加堆比重能夠改

5、善煤料的粘結(jié)性。 在搗固設(shè)備一定的情況下，只能靠延長(zhǎng)搗固時(shí)間來增加煤餅的堆比重。在生產(chǎn)實(shí)踐中，將搗固時(shí)間由原來的8 min延長(zhǎng)到12 min，或者保持錘數(shù)×時(shí)間為110錘·min，同時(shí)優(yōu)化了搗固程序，在保證煤餅穩(wěn)定性的前提下，減小煤餅高向堆比重的差異，使焦炭質(zhì)量更均一。 從生產(chǎn)實(shí)踐來看，搗固時(shí)間由8 min延長(zhǎng)到12 min后，焦炭抗碎強(qiáng)度M25提高1%2，耐磨強(qiáng)度M10改善1%1.5，堆比重的增加對(duì)提高焦炭質(zhì)量效果明顯。當(dāng)然，在入爐煤堆比重提高后，在保持焦炭質(zhì)量不變的情況下，可以多配入弱粘結(jié)性的氣煤和瘦煤（或無煙煤、焦粉等瘦化劑），從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)原料煤成本。2.2 提

6、高加熱速度提高加熱速度可以增加膠質(zhì)體的溫度間隔，一方面膠質(zhì)體生成的初期熱分解速度大于縮聚速度，使生成的膠質(zhì)體中液相產(chǎn)物量增加；膠質(zhì)體的粘度減小、流動(dòng)度增加，液相產(chǎn)物更易填充煤粒間隙；氣態(tài)物質(zhì)來不及析出，增加了膠質(zhì)體的膨脹壓力，使煤粒粘結(jié)更加緊密，焦炭結(jié)構(gòu)更均勻。另一方面，膠質(zhì)體溫度間隔變寬后，配合煤中各單種煤的膠質(zhì)體軟化區(qū)間和溫度間隔能較好地搭接，膠質(zhì)層彼此重疊程度變大，在較大的溫度范圍內(nèi)煤料處于塑性狀態(tài)，從而改善了入爐煤的粘結(jié)性。提高加熱速度，就要增加焦?fàn)t供熱量，在結(jié)焦時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，勢(shì)必要引起爐溫過度升高。解決這個(gè)問題的有效方法是采用程序加熱，即保持加熱煤氣主管壓力比正常壓力高50 Pa

7、左右，在裝煤后，供給兩側(cè)燃燒室較多熱量（加減旋塞全開），保證煤料干燥、熱解、粘結(jié)所需熱量，提高粘結(jié)階段的加熱速度（升溫速度）；在炭化室中心部位煤料全部變成半焦后，炭化室所需熱量降低、爐溫升高，特別是在結(jié)焦后期，爐溫升高非常明顯，必須減少兩側(cè)燃燒室煤氣量（關(guān)小加減旋塞）；但在推焦前適當(dāng)保持較高的爐溫有利于爐墻蓄熱，裝煤后有較高的加熱速度。就目前焦?fàn)t加熱煤氣量的控制手段，對(duì)爐溫控制的精度很差，而且需頻繁開關(guān)加減旋塞，這就需要高素質(zhì)的職工隊(duì)伍，加強(qiáng)管理，增加責(zé)任心，加減旋塞開關(guān)要及時(shí)，否則將出現(xiàn)高溫事故影響爐體結(jié)構(gòu)，或事與愿違，出現(xiàn)低溫，嚴(yán)重影響焦炭質(zhì)量。實(shí)行程序加熱必須建立嚴(yán)格的爐溫測(cè)調(diào)制度。對(duì)加

8、減旋塞的開關(guān)進(jìn)行嚴(yán)格登記，并經(jīng)常檢查開關(guān)的實(shí)際情況，確保粘結(jié)階段有較高的加熱速度，又使?fàn)t溫得到有效監(jiān)控，避免出現(xiàn)高溫或低溫事故。在長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)間的生產(chǎn)情況下，可以采用提高加熱速度的方法來改善入爐煤粘結(jié)性，進(jìn)而提高焦炭質(zhì)量。對(duì)于在設(shè)計(jì)結(jié)焦時(shí)間下運(yùn)行的焦?fàn)t，因程序加熱操作困難，不宜采用此法。2.3 保持適當(dāng)?shù)募瘹夤軌毫瘹夤軌毫μ岣吆髮⑹固炕覂?nèi)壓力增加，煤熱解時(shí)產(chǎn)生的氣體析出速度減緩，氣體在膠質(zhì)體內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，不僅有利于膠質(zhì)體的生成，還將增加膨脹壓力，使煤粒接觸更緊密，有利于改善煤料粘結(jié)性。集氣管壓力的提高，將增加荒煤氣在炭化室的停留時(shí)間，化產(chǎn)品二次裂解反應(yīng)增加，對(duì)苯族烴的回收有一定影響，在焦化

9、產(chǎn)品市場(chǎng)看好的情況下是不利的。但是在結(jié)焦時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，焦炭成熟后的燜爐時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)煤氣量很小，需要較高的集氣管壓力才能保證炭化室底部壓力為正壓。因此，保持較高的集氣管壓力也是確保焦炭燜爐期炭化室底部壓力為正壓（5 Pa）的需要。在結(jié)焦時(shí)間很長(zhǎng)，燜爐期較長(zhǎng)的生產(chǎn)過程中，焦炭成熟后的燜爐期，煤氣發(fā)生量非常小，炭化室底部壓力對(duì)集氣管壓力的波動(dòng)非常敏感，集氣管內(nèi)的荒煤氣可能倒流進(jìn)入爐頂空間，這種情況對(duì)焦炭、化產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量都有很大影響。如果關(guān)閉處于燜爐期爐室上升管翻板，隔斷炭化室與集氣管連通，即可消除集氣管壓力波動(dòng)對(duì)炭化室底部壓力的影響，避免荒煤氣倒流進(jìn)入爐頂空間。這樣既減少了荒煤氣不必要的損失，又能保證焦炭質(zhì)量、減少石墨在焦炭上過度沉積。經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，關(guān)閉上升管翻板后，炭化室的底部壓力能夠保持正壓（5 Pa），避免了空氣進(jìn)入炭化室