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1、炼焦煤调湿技术及综合评价孙业新1, 葛腾飞2, 张士齐2( 1技术中心?2焦化厂 )摘? 要:我国是世界第一焦炭生产大国, 由于焦化厂炼焦用煤为洗精煤, 因此普遍存在含水量高( 9 % 12% ) 的问题。采用炼焦煤调湿技术, 将入炉煤稳定在 6%左右, 可降低炼焦 耗热量,提高焦炉生产能力,改善焦炭质量, 并可延长焦炉寿命。本文介绍了目前存在的多项煤调湿技术, 对它们作了全方面的对比评价,为各焦化厂采用适宜的煤调湿技术提供了具有一定价值的参考性建议。 关键词:煤调湿? 评价 ? 建议0? 引? 言中国是世界焦炭生产大国, 从 1993年起, 中国的焦炭产量一直居世界第一位。 2009年生产焦
2、炭 34 501万 , t 根据今年前三个季度统计,2010年焦炭产量将达到 36 000万 t左右。 我国焦化厂目前炼焦用煤普遍为洗精煤, 存在含水量偏高 ( 9 % 12 % )的问题, 导致大量水分进入焦炉, 这些水分在焦炉中汽化要耗费大量热能。若在焦化厂采用煤调湿 ( CoalMoisture Contro1)装置, 利用废热将入炉煤水分降至 6 % 左右,不仅减少了炼焦耗热量, 而且由于提高了装炉煤堆密度及炼焦初期升温速度、缩短了结焦时间, 因此可使焦炭质量和产量都有一定程度的提高,从而可适当降低强粘结性煤配比实现节约宝贵资源的结果。1? 煤调湿技术煤调湿技术在日本发展成熟并普及并在
3、我国成功应用, 期间大致可分为四个阶段,每一阶段出现 的技术可定义为一代, 除第四阶段即第四代技术为我国开发外, 一、二、三代技术均是日本开发的。1?1? 第一阶段 (第一代 ) 煤调湿技术 第一代炼焦煤调湿技术采用导热油干燥方式。利用导热油回收焦炉烟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, 导热油对煤作者简介: 孙业新( 1972- ), 男,2005年毕业于鞍山科技大学化学工艺专业, 硕士。现为技术中心首席研究员, 主要从事焦化工艺技术研究工作。料进行间接加热,从而使煤料干燥。1983年 9月,第一套导热油煤调湿装置在日本大分厂建成投产。1994年 3月 3日国家计委
4、、原冶金部和日本 新能源产业技术综合开发机构( NEDO) 在北京正式签订了 ?基本协议书 ?,决定由新日铁在重钢焦化厂 3#、4#、 5#焦炉上实施第一代煤调湿技术 - 导热油煤调湿技术项目, 设计处理能力 140 t/h ,干燥器入口煤的水分 11?0 % , 干燥器出口煤的水分6?5 % , 工程于 1995年 9月破土动工,1996年 12月投入运行。日方提供的 CMC装置的控制系统、 干燥机、热煤油循环泵、烟道换热器等设备均能达标。但由于国内配套设备不完善, 焦炉装煤除尘和加煤除尘环保不达标,岗位操作环境恶劣,粉尘严 重超标,操作人员无法进行正常加煤和装煤作业,该 C MC装置于 2
5、001年停止运转。1?2? 第二阶段(第二代 ) 煤调湿技术第二代是蒸汽干燥方式。利用干熄焦发电后的 背压蒸汽或工厂内的其它低压蒸汽作为热源, 在多管回转式干燥机中, 蒸汽对煤料间接加热干燥。这种 CMC最早于上世纪 90年代初在日本君津厂和福山厂投产。目前,在日本运行的 CMC绝大多数为 二代煤调湿技术。我国宝钢和太钢参照日本第二代煤调湿技术均开发出了拥有自主知识产权的煤调湿技术,其工艺 基本相同, 均在 2009年正式投入工业使用,江苏沙钢也引进了同以上工艺相同的炼焦煤调湿技术,此外鞍钢、沙钢等企业也有意向采用此技术。1?3? 第三阶段(第三代 ) 煤调湿技术 第三代采用的是流化床干燥装置
6、,设有热风5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 莱钢科技 ? ? ? ? ? ? ? ?2010年 10月炉, 采用焦炉烟道废气对已粉碎好的配合煤进行加热的干燥方式。 1996年 10月日本在北海制铁公司 室兰厂投产了采用焦炉烟道气对煤料调湿的流化床CMC装置, 其工艺简图如图 1 。图 1? 第三代煤调湿技术工艺流程示意1?4? 第四阶段 (第四代 ) 煤调湿技术? 风动选择 分级及调湿技术同第三代煤调湿技术一样四代也采用流化床干燥装置, 但与第三代调湿技术的不同之处在于其兼 具了粒度分级的功能, 一套装置实现了炼焦煤调湿和粒度分级两种功能。1?4?1? 固定流化床风动选择分级及调湿
7、技术鞍山热能研究院在本世纪初酒钢引进的乌克兰 风选粉碎技术的基础上开发出了具有自主知识产权的沸腾床炼焦煤风选调湿技术,并在本钢建成 1吨/小时处理能力的中试生产装置,但至今没有实现工业应用。在国内走在最前沿的是山东济南钢铁公 司, 其与清华大学和大连理工大学合作开发,完成了工业设计, 并在济钢焦化厂实现了产业化,其工艺流程如图 2所示。1- 皮带机;2- 流化床风选调湿器;3-排料机;4- 皮带机;5- 除尘器;6-给料机;7- 高压成型机;8- 引风机;9 、 10- 鼓风机;11、12- 皮带机;13-粉碎机;14- 烟囱A、 B、C、D- 原有运煤皮带机图 2? 济钢风选调湿工艺流程利用
8、焦炉自 2007年 10月起进行了数次试运行,在 2008年上半年实现了试生产,至今已基本实现了正常运行,但仍存在诸多问题难以解决, 2009年济钢将该技术输出到了云南昆明钢铁公司,总包金额为 3 000万元人民币, 处理能力 130 t/h。1?4?2? 振动流化床风动选择分级及调湿技术针对固定流化床风动选择分级及调湿技术存在 着一些比较难克服的缺点, 如:1) 布风板堵塞和漏料;2) 流化不均,热气流短路,造成干燥效果差和热效率低;3) 流化床分层差,分离精度低;4) 刮板机结构相对复杂,故障率高等, 莱钢技术 中心从 2008年初开始立项研究, 以振动流化床替代固定流化床,最终于 200
9、9年成功研制出兼具调湿和粒度分级两种功能的振动流化床装置,并完成 了 2 t/h的中试实验,极佳的实验结果表明,其充分克服了固定流化床风动选择分级及调湿技术装置的缺点。中冶焦化中冶焦耐工程技术公司近年来也一直 在致力于同类技术的研发,据悉南京钢铁公司正在实施的 300吨 /小时煤调湿项目采用的就是其研发的该技术。 1?5? 其他形式的煤调湿技术国内还出现了其他形式的煤调湿技术,如山东冶金设计院借鉴高炉粒煤喷吹技术, 设计开发出了粒煤机调湿技术,并在莱钢高炉喷吹粒煤机生产线 上进行了工业试验,目前正准备为莱钢两座 60孔6米焦炉进行工业设计, 最终应用结果将有待进行实践检验。2? 各种煤调湿技术
10、的对比评价2?1? 炼焦总能耗降低对比分析煤料含水量每降低 1 % ,炼焦耗热量就减少 62MJ/t (干煤 ), 采用煤调湿技术后,煤料水分可从 10 %下降至 6 % , 炼焦耗热量节省约 248M J/ t(干煤 ), 折合 8?48 kg标煤 /t(干煤 )。第一代煤调湿由于采用回收的上升管荒煤气和 焦炉烟道废气的部分热量在多管回转干燥机内进行煤的水分脱除, 因此调湿的能耗主要取决于电力消耗,约为 3?8 kg标煤 /t (干煤 );第二代煤调湿由 于采用 1?2 1?6MPa蒸汽作为调湿热源,调湿的能耗主要取决于蒸汽和电力消耗, 其中更以蒸汽消耗为主,以太钢煤调湿系统为参考, 调湿的
11、能耗约为 13?38 kg标煤 / t(干煤 ); 第三代煤调湿由于采用 焦炉烟道废气作为调湿热源, 因此调湿的能耗也主6孙业新,等:炼焦煤调湿技术及综合评价 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第 5期(总第 149期 )要取决于电力消耗, 约为 4?5 kg标煤 /t(干煤 ); 第四代风选调湿同第三代煤调湿由于工艺比较相近, 能耗也相近, 约为 4?5 5 kg标煤 /t(干煤 )。因此从上述分析推算, 一到四代调湿工艺的总能耗降低值分别为 4?68 、 - 4?9 、 3?98 、 3?983?48 kg标煤 /t (干煤 )。 2?2? 焦炭产量提高对比分析以日本煤调湿的实际操作来看
12、,入炉煤水分从煤料水分可从 10 % 下降至 6 ? 0?5 % 时, 焦炉生产能力约提高 7 % 11 %,根据炉型、炉况和操作工 况会有一定差异; 国内太钢煤调湿装置正常运行以来, 配合煤水分从 10 %降至 8 % 左右, 焦炭产量提高了 3?2 % , 基本达到了日本的下限水平。单从水 分降低这一功能来看, 若不考虑其它因素, 一至四代工艺对焦炭产量提高的贡献值应当是一致的, 但第四代工艺又附加了风动选择性粉碎功能, 参照酒钢风动选择粉碎工艺装置的实际运行经验, 装炉煤 堆比重提高了 4?5 % , 因此第四代风选调湿工艺与前三代调湿工艺相比对焦炭产量提高的贡献值应当是最大的。 2?3
13、? 焦炭质量提高对比分析同对焦炭产量提高的贡献值一样, 第四代风选调湿工艺焦炭质量提高的贡献值也是最大的。俄罗斯阿尔泰焦化股份公司采用风动选择粉碎工艺, 可 在相同配煤条件下,提高焦炭强度,其 M40提高1?0 1?5个百分点,M10改善 0?5 0?8个百分点;我国酒钢风动选择粉碎工艺装置运行数据表明, 依 据不同的焦炉类型 ( 4?3米焦炉和 6?0米焦炉 ) 焦炭质量 M40分别提高 1?48%、 1?65%,M10分别改善 0?52 %、 0?6% l 。2?4? 弱粘结性煤配比提高对比分析 毫无疑问,由于第四代工艺兼具了调湿和选择性粉碎两大功能, 因此可配入的弱粘结性煤比例也会是最高
14、的。俄罗斯阿尔泰焦化股份公司的风动选择粉碎工艺可令弱粘结性煤的配加比例提高 3 7 个百分点。2?5? 技术成熟性对比分析从目前国内外煤调湿的工业应用情况来看, 第 二代煤调湿技术成熟可靠, 日本大部分煤调湿采用的是二代技术,国内目前投产的四套煤调湿有两套也采用了二代技术;第一代煤调湿技术只在日本大分厂和我国重钢得到应用, 而且后者从 1996年到 2001年只运行了 5年时间就由于种种技术原因停止了使用, 因此该技术成熟度较差; 第三代煤调湿自 1996年在日本北海制铁公司室兰厂投入使用, 运行状况一直良好,因此该技术成熟度也是很高的,只是由于开发应用时日本大多数焦炉已配备了二代煤调湿装置而
15、未得到广泛应用,2010年 5月18日马钢焦化厂 5#、 6#焦炉煤调湿项目正式开工 建设, 为日本新能源及产业技术开发组织政府机构( NEDO) 与我国发改委共同选定的节能环保示范项目, 采用的调湿技术既为日本第三代技术; 第四代调湿技术 - 风选调湿技术中济钢技术目前已在济 钢和昆钢得到了工业应用,中冶焦耐技术即将在南钢实现工业应用,莱钢技术也已成功开发,相信随着应用的深入其成熟度将会不断增加。 2?6? 投资对比分析由于第一、二代调湿技术均采用多管回转干燥机作为调湿干燥器, 但一代技术多了导热油回收余热和循环装置,因此其投资将比二代技术要高约 15 % 左右, 太钢二代 400 t/h处
16、理能力的煤调湿生产线固定资产投资约为 11 000万元;第三代煤调湿以马钢为例, 日本无偿提供 12?2亿日元 (约合 人民币 8 600万元 ) 的煤调湿技术和主要设备,马钢配 套投 入 5 400 万元,设计 处理 能 力应 为200 t/h, 但考虑到国内两套四代调湿济钢 300吨 /小时和昆钢 130 t/h的投资额分别是 6000万元左右 (包括研发投入 ) 和 3000万元,200 t/h处理能力的马钢三代调湿的实际价值应不会超过马钢投入 5400万元; 综合分析,一至四代的实际可比性投资 比大约为 1?15? 1? 0?91? 0?68 。3? 煤调湿技术应用建议目前中国机焦炉年产能为 4亿多 , t 另外,无 回收焦炉产能约为 2 000多万 , t 半焦焦炉产能约为 3 000万 , t 合计焦炭产能约为 4?5亿多 , t 预计今年焦炉平均开工率为 80 % 。现在钢铁企业的焦炉基本是满负荷生产,一些独立焦化企业的焦炉开 工率仅为 30 %。焦钢比趋向下降、炼铁技术进步、焦比的降低以及钢铁消费量的柔
