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摘要：

介紹了型焦的技術(shù)背景、型焦生產(chǎn)的工藝方法、型煤墻的碼垛以及在立式焦爐上側(cè)裝型煤墻的相關(guān)技術(shù)，采用該技術(shù)可以實現(xiàn)在大型立式焦爐上生產(chǎn)型焦，并能大幅度提高型焦生產(chǎn)效率，為焦化企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：

型焦；立式焦爐；技術(shù)開發(fā)

1技術(shù)開發(fā)背景

焦炭是煙煤隔絕空氣的條件下，加熱到950~1050℃，經(jīng)過干燥、熱解、熔融、粘結(jié)、固化、收縮等階段最終制成的。這一過程叫做煉焦（高溫干餾）。由高溫?zé)捊沟玫降慕固坑糜诟郀t冶煉、鑄造和氣化。煉焦過程中產(chǎn)生的、經(jīng)回收、凈化后的焦爐煤氣，既是高熱值的燃料，又是重要的有機合成原料。焦炭主要用于高爐煉鐵和用于銅、鉛、鋅、鈦、銻、汞等有色金屬的鼓風(fēng)爐冶煉，起還原劑、發(fā)熱劑和料柱骨架作用。除了高爐煉鐵需要大量焦炭外，其他工業(yè)所需要的焦炭也不少，如鑄造用焦，氣化用焦，電氣焦等[1]。鑄造焦是沖天爐熔鐵的主要燃料，用于熔化爐料，并使鐵水過熱，還起支撐料柱，保持良好的透氣性以及供炭等作用。鑄造焦炭分為塊焦和型焦，型焦又稱為團塊焦炭。制造型焦的主要原料是無煙煤、焦末和石油焦等，可節(jié)約優(yōu)質(zhì)焦煤資源。我國煤炭資源非常豐富，但是經(jīng)過地質(zhì)勘探，煉焦煤的儲量只占總儲量的36.78%，其中能單獨煉焦的主焦煤儲量只有6.21%。此外，煤源和煤種在全國各省分布不均，有些省區(qū)，特別是南方一些地區(qū)，煤儲量很少，且主要是非煉焦煤。因此，如何大幅度擴大非煉焦煤的利用，是當前我國焦化工業(yè)發(fā)展的重要課題。以非煉焦煤為主體原料，通過特定的配煤工藝，擠壓成型，制作成有一定尺寸和強度的成型煤，再經(jīng)過炭化制成型焦，用以替代焦炭，是擴大煉焦煤源的一個重要方法。既可以采用褐煤、長焰煤、無煙煤等單種煤煉制成型焦，也可以不黏結(jié)煤、弱黏結(jié)煤和其他添加物的混合料煉制型焦[2]。因此，作為成型燃料的型焦生產(chǎn)，被認為是廣泛使用劣質(zhì)煤煉焦的最有效的措施，為世界上各技術(shù)先進的國家所重視。型焦的密度大，化學(xué)反應(yīng)能力低，而且塊度一致，是較好的鑄造焦炭。因此型焦是質(zhì)量上乘的鑄造焦。目前的型焦生產(chǎn)，普遍采用斜底爐（如圖1）、管式炭化爐等方式，但是在目前的生產(chǎn)方式下，型焦生產(chǎn)能力低，機械化程度不高，嚴重影響型焦的產(chǎn)量，且無化工產(chǎn)品（如煤焦油、粗苯、煤氣等）回收。型焦生產(chǎn)的優(yōu)勢有以下幾個方面：（1）國內(nèi)型焦生產(chǎn)工藝研究起步晚，發(fā)展空間廣闊；（2）型焦對焦煤依賴性不強，在成本上具有明顯的優(yōu)越性；（3）現(xiàn)行的國家能源政策要求淘汰高度4.3m及以下冶金焦爐型，而對型焦生產(chǎn)沒有明確的規(guī)定；（4）型焦利潤空間大。參考中國煤炭資源網(wǎng)，一級鑄造型焦參考價為1390元/t，一級冶金焦參考價為750元/t。國內(nèi)型焦生產(chǎn)廠家相互進行技術(shù)封鎖，相互之間技術(shù)交流甚少。這樣做，不僅沒有解決自身的技術(shù)缺陷，而且也限制了整體技術(shù)的進步。型焦生產(chǎn)技術(shù)看似簡單，實際具有相當?shù)募夹g(shù)含量，目前國內(nèi)還沒有立式焦爐生產(chǎn)型焦的先例。在立式焦爐上生產(chǎn)型焦。不僅產(chǎn)量高，而且質(zhì)量穩(wěn)定，機械化程度高。盡管在立式焦爐上生產(chǎn)型焦的工藝是可行的，但是目前還沒有實際生產(chǎn)的先例，一些關(guān)鍵的技術(shù)無法解決，如型煤的碼垛、煤墻的裝車以及煤墻的側(cè)裝入爐等。自2010年初，太原重工技術(shù)中心焦化設(shè)備研究所（以下簡稱太原重工）組織相關(guān)技術(shù)人員對該工藝方法和設(shè)備進行攻關(guān)，經(jīng)過將近5年的努力，已基本掌握的其生產(chǎn)工藝，面對日益嚴峻的市場形勢，該技術(shù)對焦化企業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和降低生產(chǎn)成本大有裨益。

2太原重工型焦生產(chǎn)工藝

不管采用何種生產(chǎn)工藝方式，型焦生產(chǎn)都主要分為兩部分，即型煤的壓制和型煤炭化成型焦。太原重工也采用該工藝，先將煤料壓制成型煤，然后采用獨特的型煤碼垛技術(shù)把型煤碼垛成煤墻并通過搗固裝煤車側(cè)裝到焦爐的炭化室里。具體的流程如圖2、3所示。

2.1主體原料生產(chǎn)型焦的煤料來源廣泛，如圖4所示，原本無法參與煉焦的無煙煤、弱黏結(jié)煤等通過加壓成型后制成型煤磚，也能生產(chǎn)型焦。因此，型更加有效的提高了煤資源的利用率。

2.2原料粉碎所有原料需要磨碎才能進入配料環(huán)節(jié)。粒度級配指型焦原料的不同尺寸和顆粒和粉料的加入比例，一般而言，顆粒最大極限要求小于2mm，粉料占比40%以上。該環(huán)節(jié)的主要生產(chǎn)設(shè)備是破碎機和滾筒篩。

2.3原料配比由于資源狀況不同，型煤配方也不是固定的，可以根據(jù)產(chǎn)品的不同要求變動和調(diào)整。需要提到的是，該環(huán)節(jié)需要在煤料中添加一定的黏結(jié)劑，該黏結(jié)劑在后續(xù)的冷壓工藝中有重要的作用。黏結(jié)劑因為有黏性，受熱熔化后呈薄膜狀，均勻覆蓋在煤粒的表面，以保證得到機械強度好的型煤。不僅如此，黏結(jié)劑對煤粒表面還有很好的潤濕能力，能夠牢固依附在煤粒表面，使煤粒表面無論干態(tài)還是濕態(tài)下都能很好地結(jié) 合在一起。該環(huán)節(jié)的主要主要設(shè)備是稱重設(shè)備和配料機。

2.4原料混合及加熱原料的混合主要是揮發(fā)分和水分的控制。加熱能使黏結(jié)劑熔化，為后續(xù)的冷壓成型做準備，熱源為焦爐廢氣回收的余熱。主要設(shè)備是攪拌機和保溫倉。

2.5焦坯成型冷壓成型是型煤制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前工業(yè)上有三種方式：一是轉(zhuǎn)筒干燥器干燥后成型；二是混捏機對輥成型；三是轉(zhuǎn)筒干燥，混捏機對輥成型。一般情況下，壓縮比大于2∶1；成型壓力大于25MPa；型煤密度≥1.35t/m3。

2.6型煤碼垛立式焦爐生產(chǎn)焦炭的產(chǎn)量非常大，但是目前不能用于生產(chǎn)型焦，因為在利用立式焦爐生產(chǎn)焦炭時，需要用裝煤車將煤料搗固成煤墻，該煤墻的下端位于裝煤車的拖煤板上，并且一側(cè)由拖煤擋板阻擋，通過拖煤板和拖煤擋板的運動可以將煤墻裝填到立式焦爐的爐腔中。目前沒有在立式焦爐上生產(chǎn)鑄造型焦的先例，其難點在于沒有型煤碼垛設(shè)備，把型煤磚碼垛成煤墻，并側(cè)裝到立式焦爐里。碼垛站布置見圖5。太原重工研發(fā)的型煤碼垛站可以把壓制好的型煤碼成一堵型煤墻，型煤是通過皮帶機運送到碼垛站的，型煤和煤墻的規(guī)格類似于搗固焦爐煤餅，可以借助焦爐機側(cè)的裝煤車把煤墻送進炭化室內(nèi)，然后制得型焦產(chǎn)品。該型煤碼垛站具有以下特點：（1）可將型煤碼垛成煤墻；（2）并將煤墻裝入裝煤車；（3）還能保證煤墻在裝車過程中不倒塌；（4）更重要的是，碼垛站在碼垛煤墻的同時不影響搗固裝煤車正常使用，煤墻碼垛完成后，裝煤車行駛至碼垛站處裝接煤墻即可。最終，碼垛好的煤墻如圖6所示，錯開接縫是為了保證煤墻的穩(wěn)定性。

3焦爐轉(zhuǎn)產(chǎn)型焦改造方法

工業(yè)發(fā)達國家的鑄造焦和冶金焦的價格比大概為2。因此，對型焦生產(chǎn)廠來講，鑄造焦出口有較大的利潤空間。如果利用無煙煤、焦粉或蘭炭等低黏結(jié)煤生產(chǎn)型焦，是解決焦煤短缺，提高焦炭品位、降低焦炭生產(chǎn)成本，獲得更高效益的最有效途徑。固定碳在85%左右的一級型焦市場售價依然保持在1200元/t以上，而且供不應(yīng)求，型焦的利潤保守估計也有200~300元/t。投資一個20萬t/a規(guī)模的型焦廠，資金回籠周期僅為1~2年。面對日益嚴峻的市場形勢，常規(guī)立式焦爐，如4.3m、5.5m焦爐轉(zhuǎn)產(chǎn)或增產(chǎn)型焦產(chǎn)品，不失為一個好的轉(zhuǎn)型方式，也順應(yīng)供給側(cè)改革的要求。以4.3m搗固焦爐為例，對其進行適當?shù)母脑欤黾由a(chǎn)型焦的功能，目標年產(chǎn)20萬t。

3.1改造的基本原則（1）不影響現(xiàn)有冶金焦的生產(chǎn)；（2）不影響現(xiàn)有設(shè)備使用；（3）投入低，資金回籠周期短。

3.2相關(guān)計算

3.2.1生產(chǎn)能力及操作周期計算對于年產(chǎn)20萬t鑄造型焦的4.3m焦爐，單孔每天產(chǎn)焦20t，結(jié)焦時間為24h（暫定），則年產(chǎn)焦0.75萬t。

3.2.2型煤成型機計算成型機械是鑄造型焦生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，對產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量均有較大影響。根據(jù)本工藝的要求，需要生產(chǎn)能力大、有粘結(jié)劑的冷壓成型設(shè)備。

3.2.3型煤碼垛站計算碼垛機械是鑄造型焦生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，對產(chǎn)品的生產(chǎn)效率有較大影響。碼垛站工作時間分為型煤碼垛時間和裝車時間。

3.3具體改造方案除了新建焦爐外，已經(jīng)投產(chǎn)的立式焦爐希望轉(zhuǎn)產(chǎn)或增產(chǎn)型焦，在遵循改造基本原則的前提下，具體改造方案如下：（1）延長裝煤車和推焦車走行軌道，具體以實際測量為準；（2）預(yù)留碼垛站占地面積15×20m2，其余設(shè)備可以分散布置；（3）新增煤料的配比設(shè)備、加熱攪拌設(shè)備、加壓成型設(shè)備、碼垛站以及輸送系統(tǒng)；（4）裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車基本無需改動；（5）由于結(jié)焦時間略有差異，因此煤氣交換系統(tǒng)需要做適當?shù)淖儎印榱朔乐钩霈F(xiàn)燒空爐的情況，建議業(yè)主拿出一組焦爐來生產(chǎn)型焦。

4結(jié)語

采用立式焦爐生產(chǎn)型焦，能夠有效提高型焦的生產(chǎn)效率，調(diào)整焦炭產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，拓寬焦炭銷售渠道，通過新產(chǎn)品的開發(fā)和新技術(shù)的應(yīng)用，有力地實現(xiàn)了焦化產(chǎn)品升級換代，為焦化企業(yè)尋找到了新的經(jīng)濟增長點，充分利用了寶貴的煤資源，實現(xiàn)了企業(yè)快速可持續(xù)發(fā)展。這也符合我國目前中央提出的降成本，調(diào)結(jié)構(gòu)和改善供給側(cè)產(chǎn)品的新政策。正因為如此，型焦產(chǎn)業(yè)將有著廣闊的發(fā)展前景。參考文獻[1]王曉琴.煉焦工藝[M].北京：化工工業(yè)出版社，2005.[2]素宜春.煉焦工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

作者：趙思春 喬曉軍 單位：太原重工股份有限公司 技術(shù)中心焦化設(shè)備研究所