型焦制備工藝簡介

型焦制備工藝（formcoke making process）是指以粉煤或炭質粉料（半焦粉、焦粉、石油焦粉和木炭粉等）為主體原料，配或不配粘結劑加壓成型煤，再經炭化等后處理制備成型焦的一種主續(xù)生產工藝。該工藝由粉煤成型（型煤制備）工藝和型煤后處理工藝構成。型煤是型焦工藝的中間產品，經后處理可制取型焦，也可以作為塊狀燃料直接使用；型焦可用于煉鐵和鑄造等工業(yè)。

型煤是以粉煤為主要原料，按具體用途所要求的配比，機械強度，和形狀大小經機械加工壓制成型的，具有一定強度和尺寸及形狀各異的煤成品。

自工業(yè)革命以來，人類大規(guī)模的使用化石能源，已經對我們的生態(tài)環(huán)境產生了不可逆的巨大不良影響。特別是進入新世紀，溫室效應日趨嚴峻，極端天氣層出不窮，環(huán)境污染持續(xù)加劇。在這種背景下，世界各國普遍調整能源政策，致力于發(fā)展環(huán)境友好型的能源利用途徑。

中國的能源問題更加嚴峻，能源雖然總量豐富，但人均占有量較低。中國石油人均資源量僅約為世界平均水平的11%，天然氣只有5%左右，煤炭資源人均擁有量也僅相當于世界平均水平的50%左右。中國的能源結構是多煤少油少氣，據統(tǒng)計，截至2007年底，中國常規(guī)一次能源探明和剩余可采資源量（包括煤、石油、天然氣和水能）中，煤炭占73.2%，石油占1.3%，天然氣占1.3%，水能占24.2%。2007年中國煤炭產量達25.36億t，消費總量達25.8億t，在一次能源的比重分別為76.4%和69.5%，煤炭的產量與消費占絕對主力。中國的能源消費現狀決定了中國當前能源政策調整的重點在于對煤炭的清潔化、高效化使用。作為潔凈煤生產技術的一種，型煤生產具有操作簡單、技術成熟、成本低廉、節(jié)能增效明顯、廢氣排放量減少等優(yōu)點，值得我們大力發(fā)展。

常見的有煤球、煤磚、煤棒、蜂窩煤等。型煤分工業(yè)用和民用兩大類。工業(yè)型煤有化工用型煤，用于化肥造氣、蒸汽機車用。型煤、冶金用型煤（又稱為型焦）。民用型煤，又稱為生活用煤，用于炊事和取暖，以蜂窩煤為主。型煤生產工藝有無黏結劑成型、有黏結劑成型、熱壓成型三種。成型機械有沖壓式成型機、對輥成型機、螺旋擠壓機和蜂窩煤機等多種。

型煤包括很多的種類，型煤可以把煤粉，煤面，煤泥，分別壓成球形或者其他形狀。也可以把煤粉和煤泥混合壓成球形和其他形狀。用于鍋爐的燃燒和造氣。

1.化工用的型煤，一般為35~50mm的煤球，可用小于3mm的無煙煤或焦油產率大于10%的粉狀褐煤成型。主要用于化肥造氣，生產半焦、液體或氣體燃料和生產甲醇、醋酸等化工產品。

2.作蒸汽機車燃料型煤，有卵形和滴水型等幾種。煤粒形狀。中國研制的機車型煤，可節(jié)煤8%以上。發(fā)展動力型煤需要解決燃燒過程中利用溫控掌握熱變形特性，利用配料技術改善煤質，以及提高型煤煤灰熔點等技術關鍵問題。譬如對于硫分高的煤，要利用催化逆平衡提高硫的轉化率，以減少污染。

3.型焦，是將弱粘結性粉煤成型后，在連續(xù)煉焦爐內焦化，或利用高速熱解析出膠質體的方法實現熱壓成焦。發(fā)展型焦可以擴大煉焦原料，提高焦爐效率。中國都用粘結劑低壓成型來生產工業(yè)型煤。粘結劑多為石灰、石油瀝青、焦油瀝青或紙漿廢液。用量視煤的可團性而定，一般為5~10% 。

除普通煤球和蜂窩煤外，近年開始研制取暖用易燃煤球和家庭炊事用的上點火蜂窩煤。這種型煤的結構和原料配方比較復雜。一般由點火層、引火層和煤本體三部分組成。各層原料的配方不同：

①點火層多用氧化劑或石蠟與炭素、半焦粉等易燃物質摻加粘結劑混配。

②過渡層的燃點略高于點火層，起引火作用，并具有合適的粒度。

③煤本體可因地制宜采用無煙煤、煙煤、褐煤、泥炭或浮選尾煤等。

用煙煤做的型煤燃燒時因揮發(fā)分和由熱解產生的游離碳未能充分燃燒而發(fā)煙，故須將配料的揮發(fā)分控制在20%~25%的范圍內，并添加適量焦末和石灰。使煤本體內部具有良好的微孔結構，為可燃氣體的均勻析出創(chuàng)造條件；還要改進爐具，保證供氧充分，實現完全燃燒和消煙。以無煙煤為主體的蜂窩煤，應適量加入揮發(fā)分高的煙煤，以增強火焰的溫度、高度和上火速度。如配料適當，上點火蜂窩煤燃燒后的氣體一般能符合環(huán)境保護要求，但成本略高 。

(1)提高燃燒效率，減少能源浪費

作為中國民用型煤主體的蜂窩煤，配以先進爐具，熱效率比燒散煤高1倍。在各種潔凈煤技術中，工業(yè)型煤的能量轉化率最高，達97.5%，遠遠大于其它技術。鍋爐型煤產品粒度較大，可以保證燃燒時所需的空隙，燃燒效率較高，同時露煤量較少，與燃燒原煤相比，節(jié)煤15%~20%。

(2)減少環(huán)境污染

鍋爐燃用型煤可以大量減少大氣污染。與燃燒原煤相比，SO₂排放量降低40%~60%左右，NO₂排放量降低40%左右，煙塵排放減少約60%，強致癌物(Bap)減少50%以上，具有明顯的環(huán)保效果。型煤在加工過程中加入固硫劑、粘合劑，可以使SO₂的排放量減少40%~50%，同時也可以減少固體粉塵的排放量。此外，型煤可使用工業(yè)廢料和農業(yè)廢料作粘合劑，變廢為寶，減少了三廢排放。

(3)改變單一煤種的性能缺陷

型煤的加工制造過程中，通過使用添加劑，將不性能的煤種加以組合摻配，使粘結性指數、著火點、灰分、灰熔點、硫分、固定碳、揮發(fā)分以及發(fā)熱量等指標得到改善，增加了煤的反應活性、易燃性、熱穩(wěn)定性，提高灰熔點，生產出各項指標滿足客戶要求的優(yōu)質產品。比如，通過配煤可將非煉焦煤制成型焦，作為冶金焦的替代品;將煙煤制成無煙化型煤，替代造氣無煙塊煤，從而擴大煤炭的利用途徑。

(4)減少塊煤需求

中國工業(yè)鍋爐、窯爐中的有相當部分屬于層燃式，需要燃用塊煤；中國化肥工業(yè)合成氣以及燃料氣的生產都需要塊煤。發(fā)展工業(yè)型可以可緩解塊煤數量少供不應求的局面，同時為細粒煤的合理、有效利用開辟了技術途徑 。

冷壓型焦無粘結劑冷壓型焦

將無粘結劑冷壓型煤進一步焦化，即得無粘結劑冷壓型焦。這種工藝主要用于褐煤生產型焦。如：德國將豐富的軟褐煤資源煉制型焦，作為民用或工業(yè)燃料。其主要工藝流程見下圖。

將破碎后小于1mm、揮發(fā)分46%左右、灰分小于6%、水分50%~55%的年輕褐煤，用半封閉式膠帶輸送機送入旋轉干燥機進行干燥，至水分10%左右、溫度90℃，再用半封閉式刮板輸送機送至型煤廠用沖壓機成型。成型后的型煤送至高溫煉焦爐進行焦化。該焦結爐是一種集干燥、焦化和干法熄焦為一體的3段連續(xù)操作豎爐，結焦溫度為1050~1100℃，結焦時間為11~15h。

這種褐煤高溫煉焦爐，由于炭化室是外熱式和干法熄焦，生產的褐煤型焦及煤氣質量都比一般內熱式焦爐好；焦爐的干燥段效率高并采用連續(xù)程序控制，因此耗熱量也比一般室式焦爐低，焦結爐自用煤氣僅占自產煤氣的22%~27%。

冷壓型焦粘結劑冷壓型焦

將粘結劑冷壓型煤進一步焦化即得粘結劑冷壓型焦。根據所用原料煤不同，粘結劑冷壓型焦工藝又可分為兩段法流程和一段法流程。其中兩段法流程為：以高揮發(fā)分、低變質程度煤（如年老褐煤、長焰煤、氣煤）為原料進行低溫干餾（第一段），生產固體焙燒物（半焦）和焦油。再將兩者混合壓制成型，型煤經高溫焦化制成型焦（第二段）。美國的FMC法和羅馬尼亞的ICEM法均屬此種流程。一段法流程為：以低揮發(fā)分、高變質程度的瘦煤、貧煤、無煙煤為主要原料煤，配加少量粘結煤，直接加粘結劑壓制成型，再經高溫焦化制成型焦。日本的DKS法和法國的HBNPC法均屬此種流程。

世界各國粘結劑冷壓型焦工藝，如上表所示。其中DKS型焦工藝是由德國迪地爾煉焦工程公司（Didier Kel．1099）、日本京阪煉炭公司（Keihan Rentan）和住友金屬工業(yè)公司（Sumitomo）于1969年聯(lián)合研制開發(fā)的。冷壓型焦質量居世界領先地位。1971年在大阪建立了一座4.8萬t/a半工業(yè)試驗裝置，次年用生產的型焦在1350m³高爐試驗取得滿意的結果。1977年建成工業(yè)化的型焦廠。該工藝使用的原料煤主要是非粘結煤。其中粘結煤為5%~10%，不粘結煤為70%~80%，焦粉或石油焦10%。原料煤混合后粉碎至<3mm，配入10%的煤焦油瀝青作粘結劑，用蒸汽加熱至200℃壓制成型煤。其水分5%~7%，揮發(fā)分小于30%，裝入斜底外熱式焦爐，在1200~1300℃的條件下焦化10h，所得型焦沿斜底靠自重排出。工藝流程下圖所示。

用DKS型焦在大型高爐（1300~2800m³）內代替50%的冶金焦，曾進行過6次煉鐵試驗，取得全燃料比約每噸鐵500kg，高爐利用系數大于2t/m³·d，焦比<450kg/t的良好效果。結果表明：技術經濟指標可同常規(guī)室式焦爐相媲美，而基建費用比室式焦爐低5%~10%，該工藝最大優(yōu)點是能大量利用不粘結煤，型焦質量不亞于高質量冶金焦。 2100433B