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干熄焦除尘灰和焦油渣配煤炼焦的试验研究
卜二军，李玉银，黄世平
(河北钢铁集团邯钢公司技术中心)
摘 要：焦化厂在干熄焦和焦油沉淀过程中，产生大量的除尘灰和焦油渣，以往的处理方式主要为烧结配吃除尘灰、低价外卖焦油渣，存在着二次污染和经济效益低下等问题。通过对干熄焦除尘灰、配合煤和焦油渣分别进行灰分、挥发分、硫分、水分等工业分析检测及对比，理论进行分析认为工艺是可行的。并在试验室碳管炉中和40kg小焦炉中进行配煤炼焦试验研究，找出最佳配煤方案。试验结果表明，按小于1%的比例配到配合煤中进行炼焦，所产生的焦炭质量稳定、基本无影响。不仅有效节约了煤炭资源、增加焦炭产量，而且还创造了一定的环保与经济效益。
关 键 词：小焦炉；干熄焦除尘灰；焦油渣；配煤炼焦
1 前言
干熄焦装置可提高焦炭质量，降低入炉焦比，提高高炉生产能力，降低钢铁生产中的成本；又能从炽热的焦炭中回收热能产生蒸汽获得直接的经济效益，被广泛应用于大中型钢铁企业中，但相应产生的干熄焦副产品除尘灰也在逐年增加。焦化厂另一固体废弃物焦油渣每天都在源源不断的产出，主要含有煤粉、焦粉、重质焦油等物质，属于有毒、有害的废渣且较难处理，一直没有得到很好解决和利用。
据统计邯钢每年产生干熄焦除尘灰大约有1．2万吨、焦油渣2500吨，量大且难以实现高价值利用。另一方面，随着原材料资源的不断上涨，炼焦煤的短缺及价格的上涨，已成为影响焦炭成本的主要问题。为了更合理地利用资源，实现干熄焦除尘灰和焦油渣在厂内闭路循环和高价值利用，已成为焦化厂迫切需要解决的一个难题。开展干熄焦除尘灰和焦油渣配煤炼焦试验研究，在保证焦炭质量不变的情况下应用于现场工艺中，可以实现焦化厂节能减排、环境保护，同时还会产生巨大的经济效益和社会效益。
2 理论分析
焦油渣是粘稠状废渣，本身具有亲水性，它与水中的细油珠相碰可以互相絮凝，焦油渣分散颗粒也具有一定的吸附性能，在搅拌作用下，焦油渣被分散，其中的长链烷烃和芳香烃组分可以起到粘附的作用[1]。焦油渣软化温度为95℃，在高温下具有一定的粘结性，在焦炉内加热炼焦时能发挥其粘结作用[2]。
干熄焦除尘灰为粉状物料，挥发分低，在炼焦热解过程中析出的气体少，产生的液态物能够转化为胶质状态的少，可以减少半焦收缩和固化阶段的挥发分析出量，降低了两个阶段的收缩度；另一方面可以使焦饼收缩产生的应力较小，减少了焦炭的气孔率和裂纹，两方面的结果都使焦炭块度和抗碎性能增加[3]。因此，经常被用作瘦化剂进行配煤炼焦，但要更好地发挥干熄焦除尘灰的添加作用，需添加等量的黏结剂以保证和改善配合煤的煤质。
把干熄焦除尘灰均匀地附着在焦油渣表面配煤炼焦，焦油渣可以形成大量的气体和胶质体，把干熄焦除尘灰及其它分子量较大的固态物质包围起来，形成气、液、固三相共存的胶质体，抵消了干熄焦除尘灰粘结性差的弱点。在半焦收缩过程中，焦油渣挥发分高，收缩速度大，而干熄焦除尘灰挥发分低，收缩过程平缓，两者能够互相弥补缺陷，大大降低了对焦炭强度的影响[4]。
3 原料分析
3．1 试验用配合煤的配比试验用煤为邯钢现场生产中粉碎配好的配合煤，具体配比如表1所示。
表1 邯钢焦化厂生产配煤比(%)
|
煤种
|
峰焦
|
进口焦
|
峰峰肥
|
山焦肥
|
高硫煤
|
乌海
|
1/3焦
|
1/3焦
|
焦2
|
柳林焦
|
地方焦
|
山焦
|
瘦煤
|
|
|
配比
|
12
|
7
|
11
|
6
|
4
|
6
|
5
|
8
|
8
|
10
|
14
|
9
|
7
|
|
3．2 工业分析
对配合煤、干熄焦除尘灰和焦油渣进行现场取样，干熄焦除尘灰又分为工艺除尘灰和环境除尘灰，我们主要选用的是工艺除尘灰。焦油渣为焦油沉淀池中捞取，并进行了工业分析检测，检测结果如表2所示。
表2 配合煤、干熄焦除尘灰和焦油渣的工业分析(%)
|
名称
|
Ag
|
Vr
|
SQ
|
WQ
|
固定碳
|
X
|
Y
|
G
|
细度
|
|
配合煤1
|
9．93
|
26．53
|
0．9
|
10．02
|
|
28．28
|
14．24
|
79．85
|
74．09
|
|
配合煤2
|
9．88
|
26．13
|
0．93
|
10．26
|
|
26．7
|
14．08
|
78．35
|
72．34
|
|
干熄焦除尘灰
|
15．82
|
2．81
|
1．908
|
/
|
73．33
|
|
|
|
|
|
焦油渣
|
3．77
|
64．42
|
0．73
|
7．80
|
/
|
|
|
|
|
从表2中可以看出，焦油渣为类似沥青的粘稠物质，挥发分非常高，灰分较低；而干熄焦除尘灰主要是细小的煤粉、焦粉及少量的灰尘，挥发分较低，灰分较高，正好起到互补的作用。
3．3 干熄焦除尘灰粒度
对干熄焦除尘灰进行了粒度分析，粒级主要分布在100目~3mm粒度之间，分布如表3所示。
表3 干熄焦除尘灰粒度分布
|
粒径
|
重量(g)
|
单份数(%)
|
百分含量(%)
|
|
>3mm
|
1．3
|
0．23
|
0．23
|
|
>2mm
|
199．4
|
34．85
|
35．08
|
|
>1mm
|
271．2
|
12．63
|
47．71
|
|
>0．63mm
|
320．7
|
8．71
|
56．42
|
|
>0．5mm
|
395．6
|
13．18
|
69．60
|
|
>100目
|
516．9
|
21．34
|
90．94
|
|
>0mm
|
568．4
|
9．06
|
100．00
|
4 试验室研究
4．1 单一配焦油渣试验研究
在试验室碳管炉开展了大量试验研究，在1050℃氮气保护的条件下进行了(10min、1h、4h、6h)不同恒温时间、(10%焦油渣、配合煤)不同物料的20多次试验研究，并分别对其进行了抗压强度测试。
表4 不同恒温时间所得焦炭的抗压强度
|
序号
|
恒温时间
(min)
|
配合煤
抗压强度(N)
|
10%焦油渣
抗压强度(N)
|
|
1
|
10
|
751
|
623
|
|
2
|
60
|
763
|
740
|
|
3
|
240
|
860
|
981
|
|
4
|
360
|
1160
|
1057
|
4．2 干熄焦除尘灰和焦油渣混合配入试验研究
在试验室对干熄焦除尘灰和焦油渣按不同比例混合进行试验研究，在同等参数不变的情况下，查看焦炭的抗压强度。
表5 不同干熄焦除尘灰和焦油渣所得焦炭的抗压强度
|
序号
|
强度平均值(N)
|
备注
|
|
1
|
780
|
空白
|
|
2
|
883
|
焦油渣0．1%，除尘灰0．9%
|
|
3
|
943
|
焦油渣0．2%，除尘灰0．8%
|
|
4
|
956
|
焦油渣0．3%，除尘灰0．7%
|
|
5
|
951
|
焦油渣0．4%，除尘灰0．6%
|
由表4、表5可知，随着时间的延长，焦炭质量都在提高。在相同条件下，单一配焦油渣前后焦炭抗压强度相近，而与干熄焦除尘灰混合后配煤炼焦，焦炭抗压强度明显提高，因此可以进行干熄焦除尘灰和焦油渣少量添加配煤炼焦。
5 小焦炉试验研究
试验焦炉为40kg小焦炉，还包括转鼓、焦炭热态性能测试装置等，整套设备由中钢集团鞍山热能研究院提供。通过小焦炉试验可以很好的模拟大焦炉炼焦，通过测量所炼得的焦炭质量来预测工业化生产焦炭质量，从而可以使生产焦炭的质量得到控制并保持稳定。
5．1 配干熄焦除尘灰小焦炉试验
按不同比例配入干熄焦除尘灰配煤炼焦，试验结果如表6所示。
表6 干熄焦除尘灰配煤炼焦(%)
|
试验
|
煤样化验
|
焦炭化验
|
焦炭冷态强度
|
焦炭热态强度
|
|
Ag
|
Vr
|
SQ
|
Ag
|
SQ
|
M40
|
M25
|
M10
|
CRI
|
CSR
|
|
空白-1
|
10．42
10．54
|
26．00
26．71
|
0．94
0．92
|
13．40
|
0．83
|
81．67
|
87．67
|
10．0
|
34．0
|
50．0
|
|
空白-2
|
13．27
|
0．89
|
83．33
|
90．00
|
9．00
|
34．8
|
47．9
|
|
空白-3
|
10．44
10．46
|
25．90
25．43
|
0．97
0．96
|
13．64
|
0．90
|
80．61
|
87．67
|
8．67
|
33．8
|
49．4
|
|
除尘灰0．4%-1
|
13．54
|
0．87
|
85．33
|
90．33
|
8．00
|
34．1
|
47．7
|
|
除尘灰0．4%-2
|
10．23
|
26．23
|
0．94
|
13．80
|
0．89
|
82．00
|
90．67
|
7．33
|
37．8
|
44．2
|
|
除尘灰0．4%-3
|
10．42
|
26．30
|
0．91
|
13．79
|
0．89
|
80．33
|
89．33
|
8．33
|
36．8
|
45．1
|
|
除尘灰0．6%-1
|
10．85
|
25．84
|
0．99
|
13．92
|
0．78
|
83．23
|
89．94
|
7．93
|
33．5
|
48．9
|
|
除尘灰0．6%-1
|
10．47
|
26．01
|
0．97
|
13．26
|
0．84
|
83．26
|
89．79
|
7．96
|
33．0
|
48．5
|
|
除尘灰0．6%-1
|
10．27
|
26．28
|
0．96
|
13．69
|
0．86
|
83．33
|
89．67
|
8．00
|
34．8
|
49．0
|
|
除尘灰1．0%-1
|
10．71
|
26．71
|
0．96
|
13．61
|
0．80
|
84．67
|
90．00
|
8．00
|
35．5
|
45．0
|
|
除尘灰1．0%-1
|
10．72
|
26．56
|
0．94
|
13．99
|
0．87
|
81．67
|
88．33
|
9．67
|
35．5
|
42．2
|
|
除尘灰1．0%-1
|
10．87
|
26．58
|
0．97
|
13．84
|
0．84
|
81．67
|
88．00
|
9．67
|
35．8
|
46．7
|
从表6可以看出，配干熄焦除尘灰的焦炭灰分略高于空白试验的焦炭，主要原因为干熄焦除尘灰的灰分高。焦炭冷态强度M40、M25、M10和热态强度CRI、CSR在<1%配入干熄焦除尘灰时的变化幅度不大，主要原因为干熄焦除尘灰配入量最大为1%，系统误差和人为误差导致各组数据有所偏差。
5．2 配焦油渣小焦炉试验
按不同比例配入焦油渣配煤炼焦，试验结果如表7所示。
表7 焦油渣配煤炼焦(%)
|
试验
|
煤样化验
|
焦炭化验
|
焦炭冷态强度
|
焦炭热态强度
|
|
Ag
|
Vr
|
SQ
|
Ag
|
Vr
|
SQ
|
M40
|
M25
|
M10
|
CRI
|
CSR
|
|
空白-1
|
9．88
|
26．01
|
0．88
|
12．99
|
1．68
|
0．82
|
83．33
|
88．00
|
10．67
|
34．8
|
50．2
|
|
空白-2
|
12．95
|
1．50
|
0．78
|
81．67
|
87．67
|
10．67
|
36．3
|
47．1
|
|
焦油渣1%-1
|
9．54
|
27．06
|
0．83
|
14．28
|
1．68
|
0．84
|
83．67
|
88．00
|
10．33
|
32．5
|
48．1
|
|
焦油渣1%-2
|
12．95
|
1．13
|
0．88
|
85．33
|
88．33
|
10．67
|
30．4
|
48．8
|
|
焦油渣3%-1
|
11．70
|
25．96
|
1．06
|
16．69
|
1．29
|
0．86
|
73．67
|
86．33
|
10．67
|
34．8
|
47．1
|
|
焦油渣3%-2
|
9．49
|
26．11
|
0．92
|
13．07
|
0．99
|
0．78
|
76．33
|
86．67
|
10．00
|
31．9
|
52．2
|
|
焦油渣5%-1
|
9．54
|
28．33
|
0．89
|
12．95
|
1．01
|
0．78
|
81．00
|
87．00
|
11．00
|
35．3
|
46．7
|
|
焦油渣5%-2
|
9．95
|
26．32
|
1．00
|
13．37
|
1．18
|
0．79
|
79．33
|
86．67
|
11．00
|
33．5
|
51．1
|
|
焦油渣7%-1
|
12．86
|
27．99
|
0．90
|
13．68
|
1．75
|
0．83
|
79．67
|
87．00
|
10．67
|
33．5
|
45．8
|
|
焦油渣7%-2
|
9．48
|
27．69
|
1．12
|
13．53
|
1．07
|
0．79
|
76．67
|
86．67
|
10．00
|
32．4
|
50．8
|
从表7可以看出，焦炭的灰分和硫分变化不大，挥发分有所降低。在焦油渣按3%比例掺入配合煤时对应的焦炭M40抗碎强度有所降低，但M25耐磨强度变化不大。总体来说，焦炭的冷态强度M40略有下降，M25、M10基本保持不变，焦炭的热态强度CRI有所降低，CSR变化不大。综合考虑冷态强度和热态强度，在焦油渣配入量为1%时为最佳配比，焦炭的整体性能得到了提高。另外，配加1%的焦油渣也有利于现场的配吃。
6 结论
在目前的配煤结构以及炼焦条件下，按<1%配入干熄焦除尘灰，或按<1%配入焦油渣都符合焦炭质量的要求，最佳配比为焦油渣0．3%和除尘灰0．7%。将少量干熄焦除尘灰、焦油渣混合配煤炼焦工艺是完全可行的。该技术实施后，不仅干熄焦除尘灰、焦油渣得到了很好的利用，而且具有显著的经济效益和社会效益。
参 考 文 献：
[1] 洪征．焦油渣配制炼焦型煤试验研究[D]．东南大学，2007，9~13．
[2] 岳进，李慧萍，李志谦．焦油渣的利用[A]．河北冶金学会炼铁技术暨学术年会论文集[C]．2006，303~305．
[3] 纪同森，齐婳，白朝亮．干熄焦除尘焦粉配煤炼焦技术的研究与应用[J]．山东冶金，2011，33(3)：30~32．
[4] 司晋明．煤焦粉尘、焦油渣混合配煤炼焦应用[J]．化工科技市场，2005，(4)：36~37．
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