（化学工艺专业论文）大容积焦炉对配合煤质量指标要求的研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 随着高炉的大型化和喷煤技术的应用，高炉对焦炭的质量提出了更高的要求。焦炉的 大型化由于能够明显的改善焦炭的质量，所以成为焦化工业发展的方向之一。 本论文在收集国内主要焦化厂现有炉型( 炭化室高为2 8 m 、4 3 m 、5 5 m 、6 m 和7 6 3 m ) 配合煤质量指标及其焦炭质量的生产数据的基础上，分析各种表征炉型条件、煤化度和黏 结性对焦炭质量产生影响的参数，并分析它们之间的关系，既要保证选择的变量能够表征 炉型条件、煤化度和黏结性对焦炭质量产生的影响，又要确认它们之间是相互独立的。然 后运用这些参数建立预测焦炭的模型公式。 全检验( f 值检验) 法检验结果表明本论文所建立的模型公式是高度显著的。 通过复相关系数、数据点( 横坐标为预测模型得到的预测值、纵坐标为实际值) 在烨 直线周围的分布情况与通常所用的v g 模型进行比较，可以得出本论文所建立的模型公式 的准确度远大于v - g 模型。 根据大型高炉对焦炭质量提出的要求，并结合实际生产条件对配合煤的质量指标的要 求，得到一个配合煤质量指标范围。 试验在武钢焦化公式煤研室2 0 k g 小焦炉上进行，所得的试验数据通过小焦炉与实际 生产焦炉的关联进行修正后，得到的结果证明所得的配合煤质量指标范围是可以应用于实 际生产的。 关键词：超大型焦炉；焦炭质量；预测模型；刚归分析 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p i n go fl a r g es i z e db l a s tf u r n a c ea n dt h ea p p l i c a t i o no fp u l v e r i z e dc o a l i n j e c t i o n ，t h eh i g h e rc o k eq u a l i t yf o rb l a s tf u r n a c ei sr e q u i r e d l a r g es i z e dc o k eo v e ni s b e c o m i n go n eo fd e v e l o p i n gd i r e c t i o n sf o rt h ec o k i n gp r o c e s sa sr e s u l to fi m p r o v i n gc o k e q u a l i t y t h ec h a r a c t e r i s t i co fb l e n d i n gc o a la n dc o k ed a t aw e r eo b t a i n e df r o ms e v e r a ll a r g es i z e d c o i f i n gp l a n t si nd o m e s t i c t h ec o k eq u a l i t yi si n f l u e n c e db yt h ep a r a m e t e r sw h i c hc h a r a c t e r i z e d t h es i z eo fc o k eo v e n ，t h er a n ko fc o a la n dc a k i n gp r o p e r t y , a n dt h er e l a t i o nb e t w e e nt h o s e p a r a m e t e r sw a sa n a l y z e d t h ep a r a m e t e r sm u s tb ei n d e p e n d e n ta n dp r o p e r l yc h a r a c t e r i z et h es i z e o fc o k eo v e n ，t h er a n ko fc o a la n dc a k i n gp r o p e r t y f i n a l l y , t h em o d e lo fp r e d i c t i n gc o k eq u a l i t y w a sb u i l db yt h o s e p a r a m e t e r s n l et o t a lf i n a lc h e c ku ps h o w st 1 1 a ti ti se x a c tt op r e d i c tc o k eq u a l i t yf o rt h em o d e l i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h em o d e lw h i c hw a sb u i l di nt h i sp a p e ri sm o r ee x a c tt h a nt h em o d e l o fv gf r o mt h ed i s t r i b u t i o no fd a t ap o i n t s ( t h w a r ti st h ev a l u eo ff a c t ，o r d i n a t ei st h ev a l u eo f p r e d i c t i o n ) i nt h ea r o u n do f b e e l i n ey = ) 【c o m p a r e dt ot h em o d e lo f v gw h i c hw a se s t a b l i s h e d ， t h eb e s tr a n g ea b o u tc h a r a c t e r i s t i co fb l e n d i n gc o a lw a so b t a i n e df r o mt h ed e m a n do fc o k e q u a l i t yf o rb l a s tf u r n a c e ，c o m b i n e dw i t ht h er e q u i r eo fc h a r a c t e r i s t i co fb l e n d i n gc o a lf o rt h e i n d u s t r y t h ee x p e r i m e n tw a sd o n ei nac o k eo v e nw h o s ec h a m b e rv o l u m ei s2 0k i l o g r a mi nw i s c o t h er e s u l to ft h ee x p e r i m e n tw a sm o d i f i e db yt h er e g r e s s i o nb e t w e e ne x p e r i m e n t a lc o k eo v e r t a n dc o k eo v e n ，a n ds h o w st h a tt h ei d e a lr a n g ec h a r a c t e r i s t i co fb l e n d i n gc o a li sa p p l i c a b l ef o r c o k i n gp r o d u c t i o n k e y w o r d s ：s u p e rl a r g es i z e dc o k eo v e n ；c o k eq u a l i t y ；m o d e lo f p r e d i c t i n g ；l i n e a rr e g r e s s i o n 武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 盎建日期：迎墨：笪：至! 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查 阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。 论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 前言 近年来，我国炼焦行业处于快速发展时期，不少焦化企业都在抓紧改建、扩建炼焦炉， 极大地提高了焦炉的技术装备水平。如国内的宝钢、首钢、武钢、鞍钢等拥有了一批现代 化程度较高的炼焦炉，但同时还有一大批落焉的中小型焦炉存在。如工艺技术装备比较先 进的7 6 3 m 大容积焦炉与面临淘汰的落后简易机焦炉并存。小焦炉环保水平低，且生产得 到的焦炭质量不能满足高炉大型化和富氧喷煤的需求，适应不了炼铁技术发展的要求。而 焦炉大型化无疑是改善焦炭质量的一个重要措施。 焦炉的大型化，使得结焦时间延长，可以大大减少出炉次数，减少装煤和摧焦的阵发 性污染；大容积焦炉的自动化水平较高，炼焦工序能耗大大降低，劳动生产率也显著提高； 焦炉的大型化也使得装炉煤的堆密度得到提高，降低了结焦速率，使焦炭成熟均匀，冶金 焦炭的覆量得到改善。所以对于大型焦化企业来说，本研究具有重要的社会和经济效益。 但目前大型焦炉的配煤方案还未达到成熟，因此开展对超大容积焦炉的配合煤质量指 标要求的研究，对于提高冶金焦质量、节约能源和保护环境方面具有十分重要的实际意义。 本研究在广泛收集国内主要焦化厂现有炉型( 包括炭化室高为2 8 m 、4 3 m 、5 5 m 、6 o m 、 7 6 3 m 的备种类型的焦炉) 的实际工业生产数据的基础上，对具有不同配合煤质量指标的 配合煤和不同类型焦炉生产的焦炭的质量进行统计分析，以找出炉型、配合煤质量指标与 焦炭质量的统计规律，建立能够比较准确预测焦炭质量的数学模型。其中用“炭化室的高 度) 、b ( 炭化室的宽度) 来表征炉型条件，用v 如于燥无灰基挥发分) 、g ( 黏结指数) 来表征 配合煤质量指标。群通过建立预测焦炭质量的数学模型和生产实际得出满足炭化室高度为 7 6 3 m 的焦炉最佳的配合煤质量指标范围。然后通过试验证明其可以应用于实际生产。 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 1 1中国炼焦煤资源分布及特点 第一章文献综述 我圆炼焦煤资源虽较丰富，僵在缝区和品穗分布上骥曼存在两个不平衡。从总的分布 来看，东部沿海地区的储量小，而产量较大，而内陆及西部地区储量高，近几年的产量逐 步加大。仅山话、河南、蠹蒙古、安徽理省区的炼焦煤储量就占全国炼焦煤储量的7 0 。 从各大区的分布情况看，也不平衡，华北地区炼焦煤储量约占全国储量的2 3 ，其中山西 一省就占5 0 以上。华东地区炼焦煤储量集中在安徽和山东两省。安徽省炼焦煤储量占全 国9 ，全省9 0 以上的煤集中在淮南和淮北。东= 艺地区炼焦煤储量较少，仅占全国炼焦 煤储量的5 ，主要分布在黑龙江、吉林两省。由于东北三省的开发强度大，不少矿区如 本溪、抚顺等煤矿并已经枯竭。 我国炼焦煤品种虽然齐全，但分布很不平衡，储量最大的气煤( 包括1 3 焦煤) 占我 国炼焦煤储量的5 7 ，肥煤、焦煤、瘦煤加到一起也不到炼焦煤储量的5 0 。具体的比例 分布为：肥煤1 4 4 6 ；焦煤1 6 8 9 ；瘦煤1 2 3 8 ；而且这些储量中高硫( s 定2 ) 的肥、 焦、瘦煤分别占本煤种的4 8 0 、2 9 6 和5 6 6 4 ；即有一半的肥煤和瘦煤是高硫煤，1 3 的焦煤是嵩硫煤【卜熨。 总之，我国炼焦煤资源虽较丰富，但地区分布很不平衡，煤种虽较齐全，但以气煤( 包 括1 3 焦煤) 储量离、产量大、分布恧广为特征。近年来随着我国炼焦规模的快速发展， 对炼焦煤的需求大幅上升，优质炼焦煤的供求关系十分紧张。为此，加强宏观控制和综合 利用弱黏煤的研究显得非常重要和紧迫。 炼焦煤的特性主要包括煤豹变质程度、岩相组成、黏结性、化学成分以及煤的可选性 等。总体而言，我国目前主要矿区生产的洗精煤，其硫分、狄分以气煤( 包括1 3 焦煤) 为最低，焦煤的灰分为最高，粪墨煤的硫分为羧高。在煤岩组分中，镜质组含量以嚣墨煤最高， 其他煤种相近，煤的可选性以气煤为最好。焦煤的可选性差，煤的硬度以气煤( 包括部分 l 乃焦煤) 为最高，较难破碎，肥煤最易破碎。 我国煤炭资源，特别是炼焦煤资源有以下特点： ( 1 ) 勘探程度不高。在煤炭资源中，探明储量包括有大量普查找矿储量，占可供进一 步勘探储量的7 8 。7 ，丽尚未利焉和将供建井的精查储量所占比重很小，只有9 4 。在炼 焦煤资源中，普查储量占可供进一步勘探储量的8 1 o ，而尚未利用、可供建井的精查储 量只占4 5 。 ( 2 ) 炼焦煤资源有限，且品种不均衡。在炼焦煤保有储量中质量较差的约有8 0 g t ，尚 不能作为炼焦用煤。因此，可以用予炼焦的煤只有1 7 8g t 。中部和东部地带的炼焦煤，绝 大部分已经勘探，探明储量已接近资源量而西部和南部地带炼焦煤资源并不丰富。全国范 围内气煤储量占一半以上：肥煤、焦煤、瘦煤的储量有限，与配合煤炼焦要求不匹配。 ( 3 ) 煤炭储量按地区分布不均衡。我国煤炭资源的分布特点是东部少，中、西部多， 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 南部少，北部多，这与中国经济发展，工业布局与入隧分布状况不相适应。 ( 4 ) 炼焦煤的可选性差。中国炼焦煤中以灰分高的煤居多，原煤灰分含量一般在 2 乳弓麟，有的甚至离达3 0 - 4 0 。含硫高的炼焦煤约占炼焦煤总量的2 0 ，根据中重己开 采的炼焦煤入洗情况，多数属于可选性差的煤，尤其是肥煤、焦煤和瘦煤f 们。 1 2国内外炼焦工业的发展趋势 1 2 1 捣网炼焦技术 捣固炼焦技术是将装炉煤在炉外捣固成煤饼后，雨从机侧装入炭化室内炼焦。我国在 2 0 世纪3 0 年代就开始采用捣固炼焦技术，到1 9 9 7 年有捣固炼焦生产厂9 家，共有捣固焦 炉1 6 座，4 4 4 孔，年生产能力为1 9 6 万t 焦炭。焦炉均为炭化室高小于3 8 m 的小型焦炉， 单炉孔数不大于3 0 孔，采用厚层间断捣固工艺，锤数少，锤重轻，捣固时间长，煤饼堆 眈重仅有0 9 t m 3 0 9 5 t m 3 ，稳定性差，装炉时易掉角，机械操作效率低，单机服务孔数少， 操作环境差，仅有几家设计有消烟除尘车，粉尘排放达不到国家规定的排放标准，装煤时 跑烟冒火严重，整体处于技术落后、徘徊不前的状态。 青岛煤气公司于1 9 9 7 年投产的捣固焦炉，炭化室高3 8 m ，2 x 4 2 孔，捣固机选用的是 德国的2 0 锤固定连续捣固机；t h 西清徐东盛焦化有限公司子2 0 0 0 年初投产的捣固焦炉， 炭化室高3 2 m ，2 x 5 0 孔，捣固机为国产的2 x 3 锤弹性夹板锤捣固机。它们分别采用了国 外先进的捣固机械，扩大了单座焦炉的炉孔数，提高了捣固机械的作业率，从而打破了我 国捣固炼焦技术凡十年停滞不前的局面，为我国捣固炼焦技术的发展拉开了帷幕l 懿。 山西省临汾市同世达实业有限公司焦化厂于2 0 0 2 年8 月投产的焦炉，炭化室高4 3 m ， 宽5 0 0 m m ，2 x 5 0 藐，采爰了2 l 锤薄屡连续给料嚣定捣阐焦炉。继后，全图投产和设计、在 建的4 3 m 捣固焦炉达到3 5 0 0 多孔，约2 3 0 0 万t a 的能力。充分表明我国的捣网炼焦技术 提高到了一个薪的水平。 捣固炼焦有以下几点优势： ( 1 ) 节约资源，降低成本； 煤饼堆密度由顶装煤炼焦的0 7 4t m 3 提高到1 1t m 3 ，煤料颗粒闯距减小，煤饼堆魄 重增加，有利于多配入高挥发性煤和弱黏结性煤 9 - 1 2 】。山西焦煤集团五麟煤焦开发有限公 司选用4 0 的瘦煤、3 0 的焦煤和3 0 的肥煤生产出了一级冶金焦。采用捣圊炼焦工艺节 约了大量不可再生的优质炼焦煤，降低了生产成本。 ( 2 ) 提高焦炭质量； 捣固炼焦可以提高焦炭的机械强度和反应后强度，生产实践表明；在配入3 0 的弱黏 结性煤时，焦炭的机械强度m 4 0 平均为9 0 ，m l o 为4 、热反应性c r i 为2 2 反应后强度c s r 为6 5 。 ( 3 ) 环境保护方面的优势； 1 产量相| 霹时，与顶装焦炉楣比较，捣霾焦炉具鸯减少出焦次数、减少机械磨损、降 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 低劳动强度、改善操作环境和减少无组织排放的优点； 2 装煤逸散烟尘采用炉顶消烟除尘车进行燃烧、洗涤除尘，完成无烟装煤操作，使装 煤的污染物排放量减少9 0 ； 3 出焦粉尘通过除尘拦焦车集尘罩进入地面除尘站，工芑除尘效率高，减少了环境污 染； 4 敲打刀边新型炉门，密封效果好，减少炉门荒煤气的逸散。 ( 4 ) 经济效益显著。 尽管捣圆焦炉的捣固枫和装煤率的投资高于顶装煤兹机械费用，健是捣固煤饼的堆积 密度比顶装煤高1 3 ，故相同生产规模的焦炉，捣固焦炉可以减少炭化室的孔数或炭化室 容积，单套机械的服务孔数也增加到了7 2 孔，因此，捣固焦炉的总投资并不比顶装焦炉离。 捣固炼焦工艺可以比项装煤炼焦工艺配入更多的高挥发分或弱黏结性的低阶煤，同时增加 石油焦及焦粉的配入量，减少焦煤用量，原料煤的采购费用具有明显的优势，直接降低了 焦炭的生产成本。捣固焦炉焦炭质量提高，可相应提高销售价格，丽其操作费用和动力消 耗与顶装煤工艺基本相同，直接增加了销售收入。另外捣固焦炉增加了焦炭的筛分粒度， 相应增加了销售收入f 鄹。 1 2 2 煤预热炼焦技术 装炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到热分解开始前温度( 1 5 0 - - - 2 5 0 。c ) ，然后再装炉炼焦的工艺过程称为煤预热炼焦技术。 将装炉煤在惰性气体热载体中快速预热到煤软化温度以下( 1 5 0 - 一- 2 5 0 。c ) ，此时，装炉煤所 固有的煤的性质并无明显变化。但是这种预热煤在焦炉炭化室内结焦过程的进行，其软化、 熔融、热解、固化、收缩的过程发生了显著变化。根据实验室和工韭试验的研究，预热煤 装入焦炉炭化室后，煤料的堆密度和炭化室煤料内部的传热情况发生了变化。煤预热炼焦 时，炭化室煤料的堆密度比湿煤装炉时约增加了1 0 1 3 ；而且沿炭化室高度彝上预热 煤料的堆密度比较均匀，其变化值约为2 ，而湿煤装炉时，沿炭化室高度向上预热煤料 的堆密度变化值高为2 0 。即预热煤装炉时，由于预热后的煤料具有很好的流动性，因丽， 在炭化室内，煤料的堆密度基本上是均匀分布的【l 】。 煤预热炼焦时，由于煤料软化前的加热速度增加和堆密度增加，故在炭化室内距炉墙 不固距离处，所形成的塑性层都比较厚，煤料在4 6 0 , - , , 5 6 0 9 c 熬软化温度区闻内澄度梯度最 小，即质体的停留时间较长，这些均有利于改善煤料的黏结性和提高焦炭质量【l3 1 。 煤预热炼焦技术始子2 0 世纪2 0 年代，但是由予煤预热装炉困难和煤预热器的处理熊 力太小，赢到2 0 馓纪5 0 年代末，法国、美围、英国、德国、前苏联和中国等许多国家相 继进行大规模的煤预热生产技术的试验研究，开发如处理能力比较大的流态化快速预热 器。试验结果表明：与常规的湿煤楣比，煤预热炼焦可多用2 0 , - - , 5 0 的弱黏煤。2 0 世纪 7 0 年代，豳于炼铁技术向高炉大型化和强化冶炼方向发展，要求提供优质高炉焦；而优质 炼焦煤资源短缺状况嗣趋严重，从焉促煤预热工艺技术的迅速发展，相继出现了考泰克法、 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 普列卡邦法和西姆卡法等煤预热工业生产技术。到2 0 世纪7 0 年代末为止，以上三煤预热 工业生产技术实现了工业化。 由于预热煤在炼焦过程中产生的膨胀压力比常规湿煤炼焦时大得多，易使炭化室墙面 因变形而降低使用寿命，且煤预热装炉操作易造成对环境的严重污染，随着人们对环保要 求的日益严格，美国和英国等发达国家大幅度减少焦炭生产产量，故于2 0 世纪8 0 年代末， 世界煤预热装置大部分已停产，只有日本室兰的装置还在运转【1 4 1 。但随着先进技术和高科 技技术的迅猛发展，以及优质炼焦煤资源和基础能源的紧缺，人们又开始重视煤预热这一 炼焦技术。 1 2 3 煤调湿技术 将湿煤在炉外预先脱水干燥6 以下，再装炉炼焦的工艺称干燥煤炼焦工艺( c o a l p r e h e a t i n g ) 。而煤调湿炼焦工艺( c o a lm o i s t u r ec o n t r o l ，简称c m c ) 是在干燥煤炼焦工艺的基 础上发展起来的，其核心是不管原料煤的水分是多少，装炉煤的水分控制在5 - - 6 的范 围内。对装炉煤的水分进行干燥或调湿，有利于稳定焦炉操作、降低炼焦耗热量、提高焦 炭机械强度和改善焦炭质量等 1 5 - 1 6 】。 装炉煤水分的稳定是有利于焦炉稳定操作的，避免焦炭不熟或过火；装炉煤水分的降 低，使炭化室中心的煤料和煤饼中心温度在1 0 0 左右的停留时间缩短，从而可以缩短结 焦时间、提高加热速度、减少炼焦耗热量。装炉煤水分降低到6 以下时，煤颗粒表面的 水膜变的得不完整，表面张力降低；水分越低，水膜越少越不完整，表面张力也就越低。 同时由于煤颗粒表面水膜阻碍煤颗粒间的相对位移，所以，煤干燥或调湿后使得流动性改 善，煤颗粒之间的间隙容易相互填满，于是装炉煤密度增大【l 】。炉煤密度增大和结焦速度 加快可使焦炉生产能力提高，改善焦炭质量【l7 】或者多用高挥发分弱黏结性煤。 近几年，煤调湿技术在日本得到长足发展，日本先后开发了三代煤调湿技术：第一代是 导热油干燥方式，该方式利用导热油回收焦炉煤道气的余热和焦炉上升管的显热；然后在 多管回转式干燥机中，导热油对煤料进行间接加热，从而使煤料干燥。第二代是蒸汽干 燥方式，该方式利用干熄焦蒸汽发电后的背压汽或工厂内其他低压蒸汽作为热源，在多管回 转式干燥机中，蒸汽对煤料进行间接加热干燥。目前，日本正在使用的煤调湿技术绝大多 数属于此种类型，第三代是最新一代硫化床装置，该装置设有热风炉，采用焦炉煤道废气 和焦炉煤气对其进行加工近几年，美国、德国等国家都开始进行装炉煤调湿装置的试验 和生产过程，均收到了较好的效果。 经过多年的生产实践，新日铁认为第三代c m c 技术的效果是： ( 1 ) 采用c m c 技术后，煤料含水量每降低1 ，炼焦耗热量就降低6 2 o m j t ( 干煤) 。当 煤料水分从1 1 下降至6 时，炼焦耗热量相当于节省了1 1 ； ( 2 ) 由于装炉煤水分的降低，使装炉煤堆密度提高，干馏时间缩短，因此，焦炉生产 能力可以提高1 1 ； nr 1 5 0 ( 3 ) 改善焦炭质量，其训t s 可提高1 o 1 5 ，s 。d 提高1 3 ；在保证焦炭质量不变 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 的情况下，可多配弱粘结煤8 1 0 ； ( 4 ) 煤料水分的降低可减少l 3 的剩余氨水量，相应减少剩余氨水蒸氨用蒸汽1 3 。同 时也减轻了废水处理装置的生产负荷； ( 5 ) 节能的社会效益是减少温室效应，平均每吨入炉煤可减少约3 5 8 k g c 0 2 的排放量： ( 6 ) 因煤料水分稳定在6 的水平上，使得煤料的堆密度和干馏速度稳定，这非常有益 予改善高炉的操霖状态，有利予高炉的降耗高产； ( 7 ) 煤料水分的稳定可保持焦炉操作的稳定，有利于延长焦炉寿命。 采用c m c 所带来的勰蘧是： ( 1 ) 煤料水分的降低，使炭化室荒煤气中的夹带物增加，使粗焦油中的渣量增加2 - - 一3 倍，为此，设置了三相超级离心机，保证了焦油质量； ( 2 ) 炭化室炉墙和上升管结石墨有所增加，为此，设置了除石墨设施，有效地清除了 石墨，保证了正常生产； ( 3 ) 调湿后煤料用皮带输送枫送至煤塔过程中敖发的粉尘量较湿煤增加了1 5 倍瑟6 1 。 煤调湿技术的发展必须围绕2 个关键问题： f 1 如何实现节能； 节能，就是尽量利用焦炉烟道气的余热，不增加新的热源，达到节以的效果。 ( 2 ) 是如何实现环保。 环保，就是煤调湿后，由于含水分较低，在输送、装煤过程中细粉煤会出现“飞扬”现 象，带来环保问题，对此必须采取适当的措施，此外，煤料在上煤塔的过程中需要使用大 量的大倾焦皮带，运幸亍成本较高。如采煤调湿技术的实施方案设计合理，则有较高的推广 应用价值，如果设计方案中没有解决以上问题，实施过程中就达不到理想的效果，而且运 行过程中还可能出现新的环保问题。 1 2 4 配烈煤炼焦技术 配型煤炼焦新工艺是解决优质炼焦煤资源的有效途径之一，也是目前在炼焦工业生产 中应用成熟的一种备煤新工艺，该工艺是将一部分装炉煤在装入焦炉前配入黏结剂加压成 型块，然詹与散状装炉煤按比例混合后装炉的一种炼焦煤准备的特殊技术措施。该法始始 于2 0 世纪5 0 年代，当时联邦德国采用在煤塔下部将装炉煤无黏结剂冷压成型后，直接放 入装煤车装炉炼焦，由子型煤强度低，装入炉内己大量破碎，效果不大。至2 0 世纪的年 代初，日本采用加黏结剂冷压成型的型煤进行配型煤炼焦，取得了提高焦炭质量、扩大弱 黏结性用量的明显效果。配型煤工艺予1 9 6 0 年由日本新同铁公司八幡技本研究所完成工 业试验，于1 9 7 1 年在该公司生产焦炉上应用。至2 0 世纪7 0 年代中期，新r 铁配型煤工 艺在日本迅速发展。在此期间，日本住友金属工业公司和住友炼焦公司又开发了住友配型 煤工艺。到2 0 世纪7 0 年代末期，在日本采用配型煤工艺生产的焦炭遗占焦炭总量的4 0 左右。2 0 世纪8 0 年代，中困宝钢也采用了这项技术( 见图1 1 ) ，并在装备、工艺和黏结剂 的选择等方面得到了发展。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 来自配辩系绕蹴台煤 ll 缓冲爆仓 图1 1 宝钢期型煤装置工艺工程 配型煤炼焦工艺改善入炉煤料粘结性能的机理主要体现在下述几个方面： ( 1 ) 型煤内部煤粒接触紧密，在炼焦过程中促进了粘结组分和非粘结组分的结合，从 而改善了煤的结焦性； ( 2 ) 型煤与散煤混合炼焦时，在软化熔融阶段，一方面型煤自身体积膨胀，另一方面 产生大量气体压缩周围散煤，其膨胀压力较散煤显著提高，使煤粒间的接触更加紧密，形 成结构坚实的焦炭；。 ( 3 ) 配入型煤的炼焦煤料，堆密度高，在炼焦过程中半焦收缩小，因而焦炭裂纹少； ( 4 ) 型煤中的粘结剂对炼焦煤料有一定程度的改质作用【1 3 1 9 】。 配型煤炼焦工艺可以在保证焦炭质量的前提下多配入一部分弱粘结性或非粘结性煤， 减少强粘结性煤用量，从而在一定程度上缓解优质炼焦煤紧张的状况，或在炼焦配煤质量 不变的情况下提高焦炭强度。该技术只需在现有焦化厂增设一套型煤生产装置即可，占地 面积较少，比较适合焦化厂的技术改造。 1 2 5 焦炉的大型化 钢铁工业的迅猛发展，给焦化工业提供了前所未有的发展机遇。随着国家产业政策 的调整、环保政策的严格和炼铁技术提出了新的挑战。目前，我国焦炉技术装备水平尚不 能适应高炉炼铁技术发展的需要，抓紧焦炉的技术改造，以大型的现代化焦炉替代中小型 机焦炉，促进我国焦炉的大型化和高效化，势在必行。 中国现在生产的焦炭，分大机焦、小机焦和土焦、改良土焦。近年来，我国炼焦行 业处于快速发展时期，不少焦化企业都在抓紧改建功扩建炼焦炉，极大地提高了焦炉的技 术装备水平，我国现在正在生产的焦化企业1 3 0 0 余家，焦炉2 7 0 0 座，机焦能力为2 3 9 0 0 万吨，炭化室高4 米以上的焦炉约占6 1 ，在生产的6 米焦炉共5 8 座，仅仅占总数的2 。 在2 7 0 0 座机焦炉中，还有红旗焦炉、7 0 型及6 6 型的落后小焦炉。另外，山西、贵州一些 地方的简易机焦炉尚在生产，年生产能力有3 0 0 0 余万吨。作为世界第一焦炭生产、消费 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 与出墨大匿，我圜炼焦行业虽有宝钢、鞍钢、武钢、首钢第一批现代化炼焦炉，但同时还 有一大批落后的中小机焦炉存在，工艺技术装备先进的7 6 3 m 米大容积焦炉与面临淘汰的 落后简易机焦炉并存。4 米以下的小焦炉环保水平低，且质量低劣的焦炭不能满足高炉大 型化和富氧喷煤的需求，适应不了炼铁技术发展的要求。 除宝钢4 0 0 0 m 3 高炉外，不少钢铁企业如武钢等建造了3 0 0 0 m s 以上的高炉。高炉大型 化和实施精料措施及强化冶炼，对冶金焦炭机械强度乃至反应性能提出了更高的指标要 求，焦炭在高炉冶炼中扮演的角色发生了很大的变化，其在高炉内的支撑骨架作用显得更 先重要，焦炭的抗碎指标m 4 0 要求在8 3 以上，焦炭的反应蠢强度c s r 在6 5 以上。这 样的冶会焦炭必须采取新的炼焦技术来生产，焦炉大型化无疑是改善焦炭质量的一个重要 措施。 为淘汰关停土焦、改良焦生产及工艺装备，国家有关部门先后出台了发改委等9 部 委联合发出了清理规范焦炭行业若干意见的紧急通知。可以说，停止建设和改造4 。3 米 以下落后小焦炉，已成为我国炼焦界的共识，得到焦化企业的认同。 焦炉的大型化，是实现我国炼焦行业协调、健康、可持续发展的一条重要途径，炭 化室加宽加高、提高单孔炭化室产焦量，是炼焦技术的发展方向。自上世纪8 0 年代宝镧 建成第一座6 米焦炉以来，中国焦炉的技术水平产生了一次飞跃。各大钢铁企业和大型民 营企业改造或新建焦炉时都选择了6 米高炉，目前在建的6 米焦炉就有1 6 座。增加焦炉 炭化室的容积，在同等生产规模及外部环境下，由于炭化室高度和宽度的增大，使得结焦 时间延长，可以大大减少出炉次数，减少装煤和推焦的阵发性污染，改善炼焦生产操作环 境条件，大容积焦炉的自动化水平较高，炼焦工序能耗大大降低，劳动生产率也显著提高； 大型焦炉的装炉煤的密度得到提高，降低了结焦速率，使焦炭成熟均匀，冶金焦炭的质量 雩罨到改善。6 米焦炉与4 3 米焦炉楣比，曼示了无可比拟的技术优势。以武钢焦炉为铡， 在同种配煤比及相同结焦的时间下，j n 6 0 型焦炉与j n 4 3 型焦炉相比，焦炭的机械强度 m 4 0 提高了3 一5 ，m l o 降低了0 2 籼4 ，焦炭反应后强度改善了2 州，吨焦的 炼焦能耗降低了1 3 6 公斤标煤，吨焦成本也减少了2 2 元。另外，焦炭质量提高后在高炉 炼铁生产中产生的延伸效益更是巨大的。 我匿焦炭产量壶1 9 9 4 年的l1 4 7 7 万吨提高到2 0 0 3 年的1 7 7 7 5 万吨，增长了5 5 ， 成为世界焦炭第一生产大国，但却不是焦化技术强国。针对传统焦化工业能耗高、污染大、 资源浪费严重等突出问题，为推进焦纯“清洁生产与环保治理”的进程，国家焦化行业准 入条件已经颁布，它将遏止低水平重复建设和盲目扩张趋势，从法规上促进炼焦行业健 康发展。近2 0 年来，鞍山焦耐院在消化、吸收6 米焦炉技术的基础上有所创新，他们在 焦炉大型化、宽炭化室焦炉等领域，开发出了多项具有自主知识产权的技术，网产化的大 型焦炉机车设备与耐火材料完全满足了生产需要。在5 5 米、6 米焦炉的生产技术管理上， 宝钢、攀钢、武钢、j 匕焦等厂摸索并积累了事富的经验，成功地应用了三电一体化技术， 其经济技术指标达到了国外同行的先进水平，首钢、武钢、本钢等还实现焦炉机车炉号识 别、连锁对位的自动控制。长期以来，我国顶装焦炉的炭化室宽度没有突破4 5 0 毫米， 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 2 0 0 2 年鞍山焦耐院设计了第一座炭化室高毒3 米、宽5 0 0 毫米的顶装焦炉，晷前正在开发 宽炭化室的6 5 米顶装焦炉和5 5 米捣固焦炉，为我囡炼焦工艺的改进提供了新技术。 提高我国的炼焦技术装备水平，要坚持走出去和引进来的路子。如武钢、出东兖矿 集团、太钢焦化厂、马钢焦化厂等单位相继引进并建成了高7 6 3 m 、宽5 9 0 m m 的大型焦炉， 首钢和宝钢也正在建设或筹建中。 该焦炉是目前为止世界上所有焦炉中工艺装备水平最高的焦炉。它的引进，是我国焦 化界对大型焦炉技术进行吸收消化的一次难得的机会，对中国炼焦业的发展具的重大的现 实意义，可以促使我国的焦炉大型化工作跨上一个新台阶。钢铁工业的快速增长，拉动 了炼焦工业的持续火热，焦化企业要按照科学发展观来调整产业结构，向大规模炼焦能力 方囱发展，走焦炉大型化道路，有条件的可囱7 。6 3 米、8 4 3 米大型焦炉迈进，焦炭年生产 规模要在2 0 0 万吨以上，以提升企业的资源利用率、环保治理水平和市场竞争力，促进我 国焦化工业整体技术水平的提高。 但大容积焦炉也存在以下一些闯题： ( 1 ) 单位容积的焦炭产量下降； 单位容积的焦炭产量最大的焦炉是窄炭化室焦炉。在宽炭化室焦炉中，单位容积的 焦炭产量反而有所降低。 ( 2 ) 单炉焦炭质量上下差异增大； 对于超大容积焦炉，由于单孔装煤量大增加，使装炉煤平均堆比重增加，可达0 8 5 t m 。 在实际装煤过程中，炭化室底部的堆比重要远大于该值，而上部煤的堆比重可能只有 0 7 8 t m 左右。因此，对一个炭化室丽言，煤料自上丽下，堆比重相差很大，造成同一炉的 焦炭质量的强度、气孔率有较大差别。 ( 3 ) 焦炉耗热量增加。 由于炭化室底部煤的堆比重增加，增大了底部煤热分解气体从煤饼中心向上扩散的阻 力，致使分解的气体从炉墙一侧向上摊出，从面将许多热量传给气体带出炭化室，增加了 炼焦耗热爱，延长了结焦时间，也使单位容积的焦炭产量大幅度下降f 玎。 1 3 焦炭预测模型的研究进展 薹3 。1 冷态强度预测法 随着高炉的大型纯和富氧囔煤的应焉，高炉对焦炭质量的要求提出了更高的要求，如 何设计最佳的单种煤在配合煤的配比，是焦化工作者关注的问题之一。用传统的小焦炉进 行配煤炼焦试验存在试验周期长、工作量大等不足，采用焦炭预测模型公式柬指导配煤则 具有明显的优势，因此建立一个能准确预测焦炭质量的模型公式显得尤为重要。 焦炭在高炉内的作用有：( 1 ) 作为燃料；( 2 ) 作为还原剂与渗碳剂；( 3 ) 作为料柱骨架。 高炉喷吹燃料技术以来，焦炭己不是炉内惟一的燃瓣，风温水平提高，高炉热量收入中焦 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 炭燃烧所占比例也显著减小；焦炭作为还原剂与渗碳剂的地位依i e l ；但随焦比降低，焦炭 作为料柱骨架、保证渗透性的作用显得更加突出和重要了。比不断提高，焦炭负荷越来越 重，焦炭的冶金性能也越来越受到重视。 利用煤和配合煤的各种实验室的测定的性质指标预测叫焦炭强度，可以用次数较少的 配煤试验，确定经济和合理的配煤比。随着煤质指标检测的自动化，并与计算机配套，可 使焦炭质量预测技术直接用于配煤作业的同常管理，因此焦炭质量预测技术得到世界各国 普遍重视。 焦炭冷态强度常指焦炭的米库姆转鼓指标( m 4 0 和m l o ) ，焦炭的耐磨强度( m o o ) 和搞碎 强度( m l o ) 是反映焦炭冷态性能的重要指标。冷态性能好的焦炭，即较高的m 4 0 和较低的 m 1 0 ，在筛分设备能力一定的条件下，可以保证入炉焦炭有较好的粒度组成和较低的含粉 率，有利于提高高炉块状带的透气性，改善高炉炉况顺行。入炉含粉率低，还可改善炉缸 工作状况。虽然目前高炉不断追求强化冶炼，十分重视焦炭的热态性能，但冷态性能也不 可忽视而且也十分重要。焦炭冷态强度在炼焦条件一定的情况下，取决于炼焦煤的工艺特 性。煤的工艺特性取决于煤岩成分( 在泥炭化阶段定型) 、还原程度( 形成于泥炭化阶段 到成岩阶段，取决于复水条件) 和变质程度( 取决于变质阶段的作用) 三个因素。因此焦 炭预测采用的指标应能综合反映这三个因素。国内外曾采用过的一些配煤指标和焦炭强度 的预测方法大致情况如表1 1 所示。预测方法的总趋势是从宏观参数向包括煤岩指标在内 的微观参数发展，从仅以煤质参数预测向包括工艺参数在内的预测指标发展。以下择有代 表性的予以介绍。 ( 1 ) 、挥发分黏结性参数预测法； 采用此预测方式的有v , t a r c i 、v a a f - m f 和乩f - g ，v d a r o 是北京煤化所研究所在进行 中国烟煤分类方案研究的基础上，提出用黏结支书g 作为黏结性指标，并得出了f - g 配 煤图，图中表出了最佳配煤区的v a a r = 2 8 3 2 ，( 3 - - 5 8 7 2 。 m 柏= 1 2 6 1 4 7 2 1 0 4 v d 矿+ o 1 4 4 g ( r - - - 0 9 2 5 ) m l o = 12 7 9 4 + 0 4 5 2 v d , i 一0 0 2 4 3 g ( r = o 8 8 6 ) 在预测配合煤的焦炭强度时，配合煤的挥发分可以近似用单种煤的挥发分以加和性确 定。但配合煤的实测g 值和单种煤值按加和性计算所得的配合煤g 值有一定偏差，鞍钢的 试验表明，煤的黏结性差别不大时，g 值有加和性，黏结性差别较大时，如肥煤和贫、瘦 煤之间，g 值的加和性存在偏差。 ( 2 ) 、g b 因子预测法； s i m o n i s 于1 9 6 5 年根据鲁尔( r u h r ) 的膨涨度测定值推导的g b 因子，通过回归方程 预测焦炭强度，1 9 6 9 年进一步将g b 因子与煤岩组分相结合，发展了g b 因子预测技术。 ( 3 ) 、c b i - s 1 预测法； 该法首先由苏联阿莫索夫在1 9 5 7 年提出，后经美国夏皮格在1 9 6 1 年作了改进，日本 的小岛鸿次郎于6 0 年代进一步发展，并于1 9 7 4 年在新日铁得到应用。 ( 4 ) 、煤岩参数和黏结性参数预测法； 武汉科技大学硕士学位论文第11 页 ( 5 ) 、用煤料性质和操侔参数结合预测焦炭强度的方法。 表1 1 国内外焦炭预测方法概况 工艺特性 预溅 胶质层厚度 x y 挥发分、_ a f黏结力指数c i 。 或者夏一 蒸氏流动度m f 黏结指数g 瓯因子 y ，m f ，g 之一 煤岩组成 专家系统 预测 最大镜质缀反射 率与反射率分 布 s i , c b i e 。煤岩指数 m f 对指数 修正后s i 。c b i t i c ，v c i ，l g f ，疋，碍 多参数 x = 1 7 - - 一2 3 m m ； 细度x d ，y = 1 7 - - 一2 2 m m 灰分a图形表达 细度x d ，v 矿3 2 - 3 7 ； 灰分 m f = 1 5 0 0 - - 一，1 7 0 0 v 蠡尹2 8 3 2 g = 6 0 7 2 回归方程，图表线形 回翔模型 图表 图表 r 一= 1 2 1 3 m f = 7 0 - - 1 嘲 图袭计算 回翔计算 尺。= 1 1 5 1 2 5 ，= 2 5 一3 5 菲线形圈归 1 3 2 热态强度预测法 焦炭的反应i 生( c r i ) 和反应后强度( c s r ) 是评价焦炭热态性能的重要指标；c r i 是指焦 炭的化学稳定性，c s r 是指焦炭在炉内的高温强度。c r i 越低，c s r 越高，焦炭的热态性能 就越好，在炉内支撑料柱的作用就越强。有些冶金工作者提出：c r i 2 8 和c s r 一0 0 2 4 3 ( l b ) 2 ( 2 7 ) 同理可得到抗碎强度m 4 0 、焦炭反应性c r i 和反应后强度c s r 的模型公式( v - g l b 模型) ： m 柏= 8 7 4 6 7 8 - 0 2 6 0 4 v d 。：+ 0 0 9 2 7 g 一4 0 8 0 2 l + o 5 5 9 2 l 2 ( 2 8 ) c r = 0 0 4 9 2 r 彬+ 0 。1 8 1 6 g + 1 。1 0 5 7 a a 一8 5 5 3 3 l b 0 9 7 5 4 ( l b ) 2 + 1 6 3 5 3 7 2 9 ) c s r = 0 6 2 1 2 y 0 0 6 2 7 5 g 一1 8 3 6 6 a d + 1 9 9 0 9 l b 一2 5 0 4 4 ( l b ) 2 + 8 1 3 3 2 ( 2 1 0 ) 2 2 3 方差分析 力了确认磁。与v 蠡f ，g ，l b 和埔y 之间是否存在线性关系，以及判断上述回归分 析的效果，还需要对模型公式( 2 7 ) 进一步作方差分析，为此对m o 总离差平方和进行分析： 回归平方与剩余平方之比：f = 西硒u 瓦夏k 面= 6 7 5 8 0 5 h 7 0 t 0 1 = 3 4 8 其中：总离差平方和s = 】，2 一专( 】，) 2 = 1 3 9 6 3 1 7 回归平方和u = 岛岛= 7 8 0 9 6 剩余平方和o = s u = 6 1 5 3 5 7 复相关系数犬= 善= 。7 4 7 9 总离差平方和的自由度为n 一1 = 2 1 7 ，回归平方和的自由度等于自变量的个数k = 4 。 结果显示回归方程( 2 。7 ) 有高度显著性。 第2 0 页武汉科技大学硕士学位论文 同理，对m 4 0 回归方程( 2 。8 ) 、焦炭反应性c r i 回归方程g 。9 ) 和反应后强度c s r 回归方 程( 2 1 0 ) 进行方差分析，结果如下： f ( m ) = 3 2 3 6 0 7 7 戤篙= 3 4 8 f ( c r i ) = 5 1 5 8 2 4 嘴= 3 5 7 f ( c s r ) = 4 4 9 8 8 9 础= 3 。5 7 结果表明回归方程( 2 8 ) 、( 2 9 ) 和( 2 1 0 ) 也具有高度显著性。 上述分析结果表明：m l o 与v 越、g 、l b 和( “b ) 2 ；与v 盎f 、g 、l 和0 ；c r i 与 v d a f 、g 、l b 和( l b ) 2 ：c s