顶装焦炉改捣固生产的可行性分析

顶装焦炉改捣固生产的可行性分析

马继波 李学付 杨雄文 韩克峰(济南钢铁股份有限公司，山东济南，250101)

【摘 要】随着炼焦生产规模不断扩大，煤炭资源越来越紧张，尤其强粘结性的炼焦煤（焦煤和肥煤分

别占我国总储量的6.2%和3.37%）更是紧缺，已经成了制约焦化行业发展的瓶颈，捣固炼焦技术（Stamp Coking Technology，简称 SCT）是一种能够通过增加配煤中高挥发分，弱粘结性甚至不粘结性煤含量来扩大炼焦煤资源的方法，推广捣固焦技术是今后缓解强粘结性煤资源不足的有效途径，本文从顶装焦炉改捣固生产需要改造和必须新增加的设备，生产技术变化，以及投资费用等内容入手分析，研究其可行性。

【关键词】顶装焦炉 捣固焦炉 改造 可行性

0.引言

随着炼焦生产规模不断扩大，煤炭资源越来越紧张，尤其强粘结性的炼焦煤（焦煤和肥煤分别占我国煤炭总储量的6.2%和3.37%，占炼焦用煤的21.8%和12. 2%）更是紧缺，已经成了制约焦化行业发展的瓶颈。捣固炼焦技术（Stamp Coking Technology，简称 SCT）是一种能够通过增加配煤中高挥发分、弱粘结性甚至不粘结性煤含量来扩大炼焦煤资源的方

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法，推广捣固焦技术是今后缓解强粘结性煤资源不足的有效途径。

捣固炼焦技术采用高挥发弱粘结性或中等粘结性煤作为的主要配煤组分，将煤粉碎至一定细度后，用机械捣固成煤饼送进焦炉炭化室内炼焦。煤料捣固后，堆密度可以提高

0.2~0.4t/m3，因而煤粒间接触致密，使结焦过程中胶质体充满程度大，并减小气体的析出速度，从而提高膨胀压力和粘结性，使焦炭结构变得致密，强度提高，在有效改善焦炭质量的同时，可以多配弱粘结性的气煤、瘦煤等，大幅降低配煤成本，节省宝贵的焦煤和肥煤资[2]

源。

发展捣固炼焦技术主要有两个途径：一是直接新建大型捣固焦炉，如4.3m、5.5m、6m以及6.25m等，国内许多独立的焦化厂的捣固焦炉采取的是这种方式；二是将现有的传统顶

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装焦炉改造为捣固侧装焦炉。

淘汰小高炉后，济钢现有高炉4座，日耗焦炭8900t，现有焦炉9座，日产焦炭9800t，每天富裕焦炭900t，若采用延长结焦时间的方式减少焦炭产量，会一定程度上升高吨焦成本。若能将4.3m焦炉改造成捣固生产，既能平衡焦炭产量，又能大幅降低配煤成本。因此，分析、探讨顶装焦炉改捣固侧装焦炉的可行性，具有非常大的现实意义。

1.改造方案选择

济钢现有4.3米焦炉5座，其中1#、2#焦炉投产于2002年，设计生产能力53万吨；3#、4#焦炉投产于1991年，设计生产能力53万吨；5#焦炉（65孔）投产于2002年，设计生产能力40万吨。3#、4#焦炉寿命已达20余年，炉墙老化严重，如果在现有焦炉基础上改造，将加速炉体的损坏，尤其是炭化室底以上第一层墙砖因受送煤饼的托煤板摩擦冲击，大大缩短炉体寿命，改造意义不大。1#2#5#焦炉使用10年左右，各项炉体指标处于稳定状态，可作为优选改造对象。

2.需要改造的内容

2.1 配煤系统改造

为了保证捣固焦炉的煤饼堆比重达到1.0～1.15t/m3，并保证煤饼强度，避免发生倒饼，

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必须要求配合煤细度达到90%左右，不能低于85%。因此需将原粉碎机更换成反击锤式粉碎机，使配合煤细度<3mm达到90%左右。目前顶装炼焦配合煤细度在75%左右，因此，必须对配合煤的粉碎系统需要进行相应改造，可将原粉碎机更换成反击锤式粉碎机，确保配合煤

细度达到90%以上。 2.2 煤塔改造

由于加煤机位置的改变，需在机侧新建侧装煤塔一座，煤料通过现有顶装煤塔下煤漏斗处外引皮带运到捣固机上方新建煤塔内。 若不建侧装煤塔，想要利用原顶装煤塔进行捣固炼焦，则必须以机侧原煤塔的基础框架为捣固站内侧支撑架，以推焦车、侧装煤车可自由走行为基准与推焦道平行建造混凝土基础框架为捣固站外侧支撑架，两支架间通过桥架梁相连，上面铺轨道形成一横跨推焦道的桥架作为捣固机、接料抛料小车的工作台。这样做的投资并不能节省多少，且整体布局显得乱，不如直接新建侧装煤塔。 2.3 机侧平台改造

由于捣固焦炉机侧平台比顶装焦炉机侧平台比低700-800mm，为配合新增侧装煤车的正常运行，机侧操作平台（包括平台下水、暖、电、气等管线、磨电道）需整体调整，将平台整体下移。

2.4 需改造或更换的设备有 2.4.1 改造粉碎机，确保细度。

2.4.2 在保留现有推焦车(每座焦炉一台)、熄焦车、电机车的基础上，新增捣固装煤车、摇动给料机、捣固机，用来加工煤饼和侧装煤。

2.4.3 配套的除尘设备实施做相应改造，包括装煤除尘、出焦除尘、地面除尘站、输灰系统等。

2.5 新增配合煤水分控制装置

由于捣固煤饼对配合煤水分要求较严格，需在上煤皮带适合的位置增设水分自动喷淋器系统，并能实现在线监测与调节。水分喷淋器能可根据水分监测仪的数据和技术要求自动调整配煤水分含量，达到配煤水分能够稳定在10%左右。

3.改造前后主要技术参数变化

济钢1#、2#5#焦炉JN4.3-80型顶装焦炉，是焦耐院设计的非常成熟的炉型，这种类型的焦炉在国内大量存在。顶装该捣固侧装后，焦炉主要尺寸结构不变，但工艺技术参数发生会有较大变化，见表1.

表1 改造前后焦炉主要参数对比

名 称 年消耗干煤量 年产全干焦 单孔加煤量 入炉煤密度(干) 入炉煤细度<3mm煤含量 入炉煤水分 焦炉周转时间 成焦率 煤气发生率 单炉焦炭产量 顶 装 120万t 90万t 18t 0.76t/m3 75-80％ 8％ 20.5h 75％ 340m3/t 13.5t 捣 固 117t 84.3万t 20t 1.1t/m3 90-93％ 10％ 23.5h 72％ 350m/t 14.5t 备 注 3.1 改造后两种焦炉不同参数比较分析 3.1.1 与顶装相比，单孔加煤量和入炉煤堆密度密度明显提高，因捣固炼焦入炉煤经捣固成

3

型煤饼，堆密度达1.1t/m，单炉加煤量相对增加2t左右。 3.1.2 与顶装相比，捣固侧装配合煤细度大幅提高，主要是从煤饼成型角度考虑，避免塌料。

3.1.3 焦炉周转时间延长，捣固焦炉单孔装煤量增加，结焦时间相对延长，但日产焦量略减少。

3.1.4 成焦率下降，由于捣固炼焦入炉煤中弱粘结性煤（如气煤、气肥煤等）比例增加，成焦率下降约3％，相应地煤气发生量会增加。 3.2 改造后炼焦装备配置比较

3.2.1 顶装炉设一座斗槽煤塔（1#、2#、5#焦炉共用一煤塔），其布置与3座焦炉同一中心线；捣固焦炉是在炉组的机侧推焦车轨道上方设一座煤塔（两座焦炉共用），新煤塔储罐为钢结构，储量要求500吨以上，煤塔下设捣固站，分别供两座炉煤饼捣固作业。

3.2.2 顶装炉在炉顶设加煤车承担炉顶装煤作业，在机侧每座焦炉设推焦机，承担推焦、平煤作业；捣固炉在机侧每座焦炉设推焦加煤一体车或推焦车、捣固加煤车分体，承担推焦、侧装煤及煤塔下捣固煤饼作业。

4.效益分析

4.1 改造投资估算 1#、2#、、5#焦炉改为捣固焦生产，主要包括煤塔的改造、新增加侧装加煤车、导烟车、新增加粉碎机、加热系统的改造等，投资估算见表2。

表2 投资估算表

单位 备煤 项目名称 粉碎机2台 水分测量与调节装置 新煤塔1座 炼 焦 给料机2套 捣固机2套 侧装加煤车2台 导烟车2台及对应除尘改造 焦炉加热系统改造 干熄焦 其 它 熄焦罐改造 其它配套改造 设计费 合计 投资（万元） 2*150 250 900 2*80 2*400 2*560 2*700 200 2*90 300 200 5800万元 备 注 一用一备，避免影响正常生产 采用进口设备 每3锤为一组，共18锤 包括自控、托煤试验站、供电系统、余煤运输系统、建设单位管理费、试运转费、焦炉维护设备等等。 4.2 改造后经济效益核算

根据改造前后配煤结构变化，捣固焦增加高挥发份炼焦煤和弱粘煤（如气煤、气肥煤、瘦煤）的配煤成本比顶装焦炉可降低50元/t；根据捣固焦生产经验，与顶装生产相比，焦粉率可减少2%；焦炉煤气发生量提高约10m3/t干煤，但考虑到实际产能降低，总煤气发生量基本平衡的。这样改造后直接年经济效益如下： 4.2.1 降低配煤成本：117×50=5850（万元）

4.2.2 原顶装焦炉一年的焦粉产量约：90×5%=4.5万t 改造后捣固焦炉一年的焦粉产量约：84.3×3%=2.5万t 每吨焦炭价格按1700元计，每吨焦粉价格按1000元计，则改造后因冶金焦率提高带来的经济效益：（4.5-2.5）×（1700-1000）=1400万元。

4.2.3 增加焦炉煤气发生量的经济效益(焦炉煤气单价1元/m3) [84.3/0.72×350-90/0.75×340] ×1=18万m3 三项合计为7268万元，经济效益显著。

4.3 环保意义

与顶装焦炉相比较，在产量相同的情况下，捣固焦炉具有减少出焦次数、减少机械磨损、降低劳动强度、改善操作环境和减少无组织排放的优点；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90%；出焦粉尘通过除尘拦焦车集尘罩进入地面除尘站，工艺除尘效率高，减少了环境污染；敲打刀边新型炉门，密封效果好，减少炉门荒煤气的逸散。因此发展捣固焦工艺具有巨大的环保意义。

5.存在的问题

5.1 焦炉锥度问题可能引起焦炉加热均匀性差。4.3m顶装焦炉的炭化室锥度为50mm（正常4.3m捣固焦炉的锥度为10mm）。在改为捣固炼焦后，煤饼的密度及煤量沿焦炉长向是均匀分布的，这样煤饼与炉墙间的缝隙沿焦炉长向是逐渐变化的，这将导致焦炭质量的均匀性变差（虽可通过调节焦炉煤气小孔板的孔径或斜道出口开度大小来一定程度上改善焦炉长向加热的均匀性，但无论如何调整也达不到理想的状态），对焦炭均匀成熟和推焦都不利。 5.2 捣固装煤膨胀压力大影响焦炉寿命。由于捣实的煤料在结焦过程中产生的干馏气体不易析出，煤粒对炉墙的膨胀压力增加，新建的捣固焦炉炉墙一般为100mm，顶装焦炉炉墙95mm，因此，顶装焦炉直接改造为捣固焦炉后，可能影响炉墙使用寿命。 5.3 捣固煤饼靠续煤板送入炭化室，对炭化室底层炉墙磨损比较严重，因此捣固焦炉炭化室第一层炉墙砖应加厚，比顶装焦炉炭化室底部砖约厚50mm，承载负荷有差距；因此，顶装焦炉直接改造为捣固焦炉炉体损害较大，可能影响焦炉寿命，需在配置机侧捣固加煤车时，从设计上采取相应措施，避免加煤时对炭化室的机械损伤。

5.4 煤饼掉角、局部倒塌。煤饼状况除与炼焦煤水分、细度及捣固机械设备有关外，还直接与煤饼尺寸有关，特别是高宽比， 450mm宽、4.3m高炭化室顶装焦炉改捣固后，煤饼高宽比却要达到10以上，因此，控制塌饼率较为困难，对各项影响因素，特别是捣固机械设备要求非常严格。

6.结语

随着优质炼焦煤供应日趋紧张，煤价持续上涨,采购成本逐年升高，焦化生产企业利润减薄，迫使生产企业努力降低成本以争取利润空间。而高炉的大型化对焦炭质量却提出了更高的要求。资源紧张和对焦炭质量的高要求，已经成为制约企业发展的瓶颈。

捣固焦炉使用煤种范围广、煤种多，不仅可配入一定比例的弱粘结性、高挥发性煤种，还可掺入焦粉、无烟煤和石油焦生产优质焦炭，可在保证或提高焦炭质量的前提下较大幅度地降低生产成本，具有较好的经济效益。捣固炼焦工艺是扩大和充分利用炼焦煤资源及提高焦炭质量的有效途径,是炼焦技术的发展方向之一。在钢铁联合企业发展捣固炼焦以及对顶装炼焦进行捣固炼焦改造,具有可行性。

参考文献

[1]潘立惠，魏松波主编，炼焦新技术，北京，冶金工业出版社，2006。 [2]姚绍章主编，炼焦学，冶金工业出版社，1995年5月。

[3]朱良钧编著，捣固炼焦技术，冶金工业出版社，1992年12月。