炼焦工艺及用煤技术发展分析

李伟

（南京钢铁股份有限公司炼铁事业部技术质量处，江苏南京 210035）

伴随优质炼焦煤储量的降低，炼焦工艺逐渐得到重视，焦化行业对于炼焦工艺的不断改善也促使着炼焦企业整体市场竞争力的提升。因此，需对煤料炼焦行业的各方面影响因素进行深入研究，并在此基础上，提升炼焦工艺水平，以满足工业用煤的需求。

1 炼焦工艺概述

目前，依据煤化程度，我国煤炭资源包括焦煤、气煤以及黏煤等类型，通称炼焦煤，在传统炼焦行业中应用较为广泛。此外通过室式焦炉萃取而成的焦化煤种由于其黏结性较差，统称为非焦煤。伴随工业化炼煤技术的发展，炼焦技术也在不断进步，不断取得更大的突破，工艺水平较前期有较大的提升。借助焦炉设备的发展和焦化技术的进步，传统炼焦技术和工艺已不断趋于成熟，逐渐推广应用于工业化生产中，有利于改善焦煤紧缺的现状。

炼焦技术路线图见图1，主要包括土焦及机焦两大方面，分别占据5%～12%和88%～95%。其中机焦包括配煤炼焦和捣固炼焦两方面，在采用两项技术加工后可分别得到含有不同煤组分的中间产物，经由配煤槽进行配煤作业，经捣固及作业加工为煤饼，然后进入炼焦炉分解为焦炉煤气和煤焦油，最后经熄焦作业后生成焦炭，完成整个炼焦工艺流程。

2 影响煤料炼焦的主要因素

在对炼焦工艺技术进行系统化分析的基础上，从煤料堆密度、入炉煤粉碎工艺、煤料加热速度3个方面分析了影响炼焦用煤范围的主要因素，以期找到改善炼焦技术的有效方法，以更好地加快工业化发展进程。

图1 炼焦技术路线图

2.1 煤料堆密度对煤料炼焦的影响

（1）煤料堆密度对煤料炼焦有着直接影响。煤料堆密度直接关系到煤料间隙：当煤料堆密度较小时，煤料间隙会变大，使间隙中填充的胶质体量增大、用量增多，而这会影响到煤料界面的结合效果，进而影响到煤料的焦化效果。（2）在煤料炼焦工艺中由于一系列化学及物理反应，煤料中会不断生成反应气，反应气的存在又会填充煤粒间结构，并提升煤粒间的结合可靠性，增强反应产物的密实性，使得气体逸出时阻力增加，并有效提升膨胀压力。（3）在胶质体生成的过程中，煤粒间的密实性增强又会提升膨胀压力，提升胶质体的化学及物理稳定性，胶质体在后续的反应中会不断膨胀，有助于改善煤料界面的结合效果，增强煤结构炼化的稳定性，提升生成煤炭的粘结性及结构特性，改善煤炭的应用表现，如耐磨性、耐蚀性以及刚度特性[1]。

伴随焦炭收缩特性的转变，其结构本质发生变化，导致其具有易碎的特点，因此需合理把控反应进程及煤料堆密度，确保其发挥最佳性能。此外，深入研究煤料堆密度及水分含量间的关系发现，煤料堆中煤料粒度的粒径以及含水量是影响煤料堆密度最主要的两方面因素[2]。煤料堆的最小密度出现于含水量约8%左右时，因此可以利用这一特点，根据需求的煤结构找到合理的煤料堆密度，并通过有效控制含水量至合理范围内进行堆密度控制。

2.2 入炉煤粉碎工艺对煤料炼焦的影响

入炉煤粉碎工艺也是影响煤料炼焦特性的重要因素，根据其结构及理化特性，若将煤视作有机岩石进行分析，可以发现在入炉前开展煤块的粉碎工艺，不同特性的煤块粉碎特性有差异，如镜煤等具有较优的抗碎特性，在入炉粉碎中较难被粉碎。在入炉煤粉碎工序中，利用此特点将煤粒送进不同粒级的堆料中，较易粉碎的成分被分配于煤料的细粒级堆料中，而难以被粉碎的成分，如丝炭（阮丝炭）、暗煤等被分配于煤料的粗粒级中，此问题会直接影响到炉煤质量分布的均匀特性，进而影响到炉煤组分中各成分的收缩性。若组分差异较大，会导致裂缝的产生，影响到炉煤界面的结合程度和密实度。为避免产生较大的裂缝，需对炉煤组分中的惰性成分进行有效控制，即采取选择性粉碎工艺，消除焦煤的裂缝中心，提升煤料炼焦质量。

2.3 煤料加热速度对煤料炼焦的影响

在煤料炼焦过程中，需对煤料进行加热。在此过程中，煤料内部会发生一系列化学反应，在煤料软化过程中会产生胶质体，而煤料加热速度会直接影响到胶质体产生的数量和质量，这又会直接影响到煤料的膨胀性和流动特性，因此煤料加热速度也会影响到焦煤的流动性。胶质体等液态产物的量也会直接影响到焦煤的黏结程度。煤料的加热速度不断加快，则液态产物的占比将不断增大，但加热速度达到一定程度后，胶质体占比将趋于稳定，此时煤料将处于相对稳定的平衡状态。因此在实际生产中，需视具体需求，通过控制煤料加热速度对煤料的黏结特性进行有效控制。

3 炼焦工艺及用煤技术发展进步的实践

伴随炼煤焦化技术的不断成熟，炼焦用煤工艺不断取得新的突破，后续炼焦工艺及用煤技术的发展将步上新的台阶，需进行多方面的技术尝试及工艺路线的开拓。（1）需不断开拓新型煤矿资源，综合利用多煤种，提升煤种利用效率，以便可持续化利用现有煤矿资源，并开拓新的煤矿资源。（2）加强对区域性煤矿资源的管理。由于炼煤质量及成分存在差异，各区域炼焦煤的质量也不尽相同，因此需结合各地域用煤特点对煤炼化工艺水平开展针对性监管和控制，做好对炼焦煤工艺流程及产成品质量的监督和检查，确保焦炭质量的稳定性。（3）基于外部资源的支持，对于现有的炼焦和备煤工艺技术进行完善和升级，并不断完善工艺水平，通过采取煤调湿、配型煤、捣固炼焦等措施不断提升焦炭质量。

具体的工程实践可从干熄焦工艺、煤调湿技术和脱硫脱氢制酸工艺3方面入手，不断推动炼焦工艺及用煤技术的发展进步，提升工业化水平。煤焦化应用于具体工程实践中发挥作用的环节，综合了煤焦化装置、废水处理装置、热电联产装置、煤焦油加工装置、炭黑生产装置以及各中间产物生成装置等，构成整套工艺。因此，后续炼焦工艺及用煤技术也需不断集成各类其他相似系统，形成综合性工艺体系，通过各系统间的配合实现更多的功能。

3.1 干熄焦工艺

干熄焦工艺是实现冷却焦炭的一类新型工艺技术。其利用的冷却介质为温度较低的惰性气体，红焦进入干熄炉后,惰性气体与干熄炉内焦煤直接进行热量交换，进而使得焦煤温度降低。在干熄焦技术发展的过程中，工艺不断完善，应用逐步趋于成熟，在实际应用中产生的热量回收、湿熄焦污染等问题已得到显著改善，具备实际应用条件，将对焦炭的质量产生极大的改善作用。

3.2 煤调湿技术

煤调湿技术是一类蒸汽管回转干燥技术，是将烟气携湿降氧与间接传热技术相结合，并将其用作热源和载气。这一技术提高了我国炼焦工艺技术水平，并在节能环保领域有着重要的推动作用，实际应用中将有助于提升经济效益，并收获较好的社会回报[3]。

3.3 脱硫脱氢制酸工艺

脱硫脱氢制酸工艺是炼煤焦化工艺技术中的重要方面。通过对煤气脱硫脱氢，可进一步提升煤气的纯度，降低其应用过程中对环境的污染程度，对于可持续发展以及生态环境的保护意义重大。目前，常用的煤气脱硫脱氢工艺包括了AS法脱硫脱氢技术、HPF氨法脱硫等，在实际应用中虽然取得了一定的成效，但仍存在着脱硫效率低、废液处理难、设备腐蚀等问题，影响到实际应用效果。因此，需在现有技术体系的基础上，不断开拓创新，探索技术的改进方向，不断改善现有工艺技术，提升炼煤焦化的工艺水平。

4 结语

炼焦技术是保障我国钢铁业持续长久发展的重要技术，焦炭是高炉冶炼不能替代的原燃料。我国的炼焦煤资源越来越匮乏，对我国未来炼焦产业的稳定发展有着不利影响，也对我国钢铁业的整体发展形成一定阻碍。伴随优质炼焦煤储量的降低，炼焦工艺逐渐得到重视，焦化行业对于炼焦工艺的不断改善促使着炼焦企业整体市场竞争力的提升。除了继续优化传统工艺之外，还应当积极寻求可代替常规工艺的非焦煤炼焦新技术，扩大炼焦用煤资源，为我国钢铁业的持续发展保驾护航。