浅析焦炭质量的提高与炼焦工艺的发展

浅析焦炭质量的提高与炼焦工艺的发展

崔勇

国家能源集团内蒙古煤焦化有限责任公司西来峰分公司焦化厂  内蒙古  乌海市  016000

摘要:在国内煤炭工业持续推进的大环境下，提升炼焦技术参数，提升炼焦品质，是当前炼焦技术发展中亟待解决的问题。在生产过程中，有许多技术因素会影响到焦 炭的品质。本文通过整理，确定了煤粉密度、炉壁温度、炭化室宽度、焦化系统及炉型、焦化方式等。在此基础上，提出了解决上述问题的对策。

关键词：焦炭质量；炼焦工艺；技术提高；发展方向

1.焦炭行业相关概述

1.1 国内焦化生产环境

国内炼焦公司分布较广。现在，全国已有炼焦企业，只有海南省、西藏自治区是炼焦企业。由于焦碳是炼钢的重要原料，所以它的生产单位通常属于钢铁集团公司的下 属单位。但是，在一些重要的煤炭生产省份，如山西、河北、山东、内蒙古、黑龙江，都有很多的炼焦工厂。另外，炼焦煤气作为国内城镇居民生活的重要能源，在城 镇地区也有一定的分布。

1.2 焦炭用途

炼焦生产的主要生产物便是焦炭，大多数以焦化与炼铁为主，其次为铸造、气化、有色金属生产、电石精炼为辅。不同成效对炼焦性能的需求也各不相同，其中炼焦、 铸焦性能最好。 2国内焦炭行业生产中存在的问题 2.1焦炭品质整体呈下降趋向 近年来，由于市场火爆，煤炭资源紧缺，精炼煤品质降低，导致了炼焦过程中的质量降低，导致了炼焦过程中的灰分、硫份升高。全国大、中型焦化企业在2023年所产 焦炭的平均灰分为12.48%，比2022年增加0.23%；总的含硫量达到了0.59%，较2022年的水平上升了0.03%。焦炭品质的降低对国内钢铁工业的技术、经济指标产生了 较大的影响。2022年国内大、中型高炉的焦煤比例在2023年提高了18 kg，从415 kg提高到433 kg。另外国内钢铁工业的吨钢平均能源消耗将在20余年内首次实现大幅上升，同时冶炼工艺的能源消耗将提高9 kg标准煤/吨。钢铁工业的整体能源消耗虽有降低，但每吨钢铁的相对能源消耗却提高了11 kg标准煤。随着国内炼铁企业向大 炼铁、富氧喷射等方向发展，国内炼铁企业对炼铁焦炭品质提出了更高要求。

2.国内焦炭行业生产中存在的问题

2.2炼焦煤供应日益猛增

近年来国内矿山事故频发，造成了煤炭生产锐减、供给紧张，同时随着焦化能力的不断提高，炼焦煤的需求量也在不断攀升。国内本土焦化资源缺乏，国内将会进口 26万吨炼焦煤，但这一数字将会在2023年上升到260万吨。在2023年一月，国内进口焦炭的均价为每吨53.06美元，到了三月，国内进口焦炭的均价已经上升到了每吨 81.71美元。而炼焦煤炭供给差距将进一步拉大，这是由于国内炼焦煤炭产能持续增长所致。预测到2025年，国内炼焦、肥等煤炭的供应缺口为2-4千万吨，到2030年缺 口为4-6千万吨。

2.3土焦生产仍然存在

虽然国家对当地炼焦进行了严厉控制，并且在过去几年中几乎全部取缔了当地炼焦企业，但是由于市场供应不足，以及价格急剧上升，当地炼焦企业又开始卷土重来。 而到了2023年，国内部分省份炼焦产能将达到3459万吨，而到了2023年，更是达到了4556万吨。目前国内炼焦存在着严重的环境污染和对炼制炼焦煤炭资源的浪费 ，导致了目前国内炼焦市场上强粘煤的短缺。

2.4中小厂污染严重

当前国内各大、中型炼焦炉窑均装备有无烟、高压氨气加料装置。目前，装备了集煤场、集煤场和集煤场的炼焦设备的炼焦能力为4600万吨左右，占炼焦设备总能力的 33.9%左右。目前，国内炼焦生产中，装备有推焦过滤地面站、推焦过滤热风覆盖的炼焦炉体，其年产量为5千万吨左右，占炼焦机械炼焦总产量的36.8%。也就是说 ，大部分的炼焦炉子还没有完全装备上除尘设备。近年来，由于焦炭价格不断提高，许多中小焦化厂在生产过程中出现了违规行为，造成了很大的环境污染。目前，国 内部分机制焦化工程虽已制定了完备的环保措施，但在施工过程中却很难同步进行，这就造成了焦化区域的环境问题。

3.提升焦炭质量的炼焦工艺对策

3.1原料的选用与预处理

炼焦煤炭的物化特性是影响炼焦品质的重要因素之一。所以要想改善炼焦品质，首先应选用适当的炼焦煤和不同比例。但是目前炼制炼焦煤的分布不均匀，导致了高品 质炼制炼焦煤的严重匮乏，因此根据国内实际情况，进行科学配煤与预处理，是提升炼焦品质的重要技术手段。 3.1.1优化配煤 最佳配煤是指在不同种类的煤炭加入到焦化过程中，根据焦化过程中的焦化特性，选取出一批具有较低成本的焦化煤炭，并确定它们的比例。结果表明在相同的炼焦品 质下，通过最优的配比工艺，不仅可以使炼制炼焦品质得到提升，而且还可以使炼焦品质得到改善。中冶焦炭公司研发的最优配煤技术，是集最优配煤系统为一体的综 合技术。天津天铁炼焦有限责任公司采用了此项技术，经过一年多的时间使炼焦配比从20%降至10%，使炼焦单位比原炼焦单位节约了25.7元。其经济效益和社会效益 十分显著。日本已决定采用含钙3-8%的煤炭，以制造高强活性焦碳，并因此减少了还原剂在炉子中的比率。 其中煤岩学的最优配煤以对煤性质精准解析为基础，煤岩学在煤炭的制备、分级、焦化等方面有着重要应用。利用煤岩学原理对煤质进行优选，是当前炼焦行业普遍关 注的问题。

3.1.2煤料捣固

在保证炼焦品质的前提下，捣固煤还能替代15~20%的弱粘气、气肥煤，使国内煤种得到了更好的利用。 通过对炼焦煤粉进行捣炼，将其堆积密度提高至950-1150 kg/m3，一般可提高焦碳M40的1-6%，降低Ml0的2-4%，提高 CSR的1-6%。

3.1.3型煤压块

将部分炼焦煤压块后，再与其它散状煤混配，提高了煤堆的密实度，从而提高了焦炭的品质。装煤率越高，装煤率越高，装煤率越高。在加入30%~50%的型煤时，可 使装料的堆密度最大（800公斤/立方米）。一般情况下，当型煤加入量较大时，焦炭的品质会有所改善。同时，在保证其力学性能的前提下，对低粘煤的用量可提高 10~15%，拓宽了煤料的应用领域，具有显著的经济效益。

3.2焦炉加工工艺

3.2.1加大焦炉生产规模 规模化炼焦是炼焦行业可持续发展的一条重要道路。当产量相同时，增大碳化室体积，能显著降低炼焦时间，降低突发性污染，提高炼焦效率；大中型炼焦炉自身具有 改善焦炭品质的作用，对于提升炼焦设备的自动化程度、减少能源消耗、满足大中型炼焦炉子对优质、稳定的需求具有重要意义；随着炼焦技术的发展，炼焦设备的规 模不断扩大，生产效率不断提高，生产成本不断下降，从而增强了炼焦产品的市场竞争能力。

3.2.2拓宽焦炉炭化室宽度

拓宽焦炉炭化室宽度，可以提高焦炭的堆积密度、改善焦饼的横向收缩、提高焦炭的机械强度、提高焦炭的平均块度，使焦炭的使用范围更广。

3.2.3降低结焦速度或焖炉

减慢结焦速率可适当地延长结焦时间。通过实际应用证明，在粘度较高的煤种上，如果采用较低的转速则能改善其力学性能。在熟化过程中，经过一定的焖炉处理，可 以使焦炭尺寸均一、颗粒大小一致，从而改善了焦化过程中的质量。通过以上试验，可以计算出国内6米焦炉的成焦时间，并获得了较好的成焦质量。每增加1小时 ，M40值就增加1%。宝钢的焦碳品质优良，其焖炉的使用效果也是显著的。

3.3巨型炼焦反响器

为解决常规炼焦炉在大型化过程中存在的诸多问题，尤其是在炼焦过程中存在的壁面变形等问题，开发出了一种新型的大尺寸炼焦反射炉。制约大型焦炭反射炉产业化 的主要原因有：大型焦炭反射器由单一大型焦炭反射器变为多台大型炼焦反响器部件组合的炉组，需要将推进、卸焦机构改为可移动的，这会导致设备质量大幅提高 煤炭预热设备在不断增大的同时，对设备的可靠度提出了更高的要求；将干燥急冷和煤炭预加热有机地组合起来的大规模生产设备仍需开发。

3.4SCOPE21的炼焦技术

该技术的主要特征为将不结块煤粉掺入炉料中，在350~400℃内迅速加热，将不结块煤粉加热到近于热裂解的温度，从而提高其结块性。将煤粉中的微粒进行预加热和 热压，再将其与粗粒煤进行混合。这样煤炭的堆积密度就提高了（大约850千克/米）。该炼焦炉使用70-75 mm具有较高热传导率的壁砖，将焦炭块置于炼焦炉中，使 其在炼焦过程中达到700-800℃。把它置于干燥硬化预贮区，再次加热至最后的温度大约为1000摄氏度。

4.结语

当前国内焦炭行业的发展趋势为随着中小规模的自动化炼焦炉子被大规模的自动化炼焦炉子所替代，对已有的炼焦企业采用先进的环保、节能和自动化技术，这应当是 国内焦炭行业在未来的一段时间内要达成的战略目标。

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