型焦制備工藝型煤產(chǎn)生背景

自工業(yè)革命以來，人類大規(guī)模的使用化石能源，已經(jīng)對我們的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了不可逆的巨大不良影響。特別是進(jìn)入新世紀(jì)，溫室效應(yīng)日趨嚴(yán)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(diào)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(yán)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(dāng)于世界平均水平的50%左右。中國的能源結(jié)構(gòu)是多煤少油少氣，據(jù)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(chǎn)量達(dá)25.36億t，消費(fèi)總量達(dá)25.8億t，在一次能源的比重分別為76.4%和69.5%，煤炭的產(chǎn)量與消費(fèi)占絕對主力。中國的能源消費(fèi)現(xiàn)狀決定了中國當(dāng)前能源政策調(diào)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(chǎn)技術(shù)的一種，型煤生產(chǎn)具有操作簡單、技術(shù)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。

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

型焦制備工藝（formcoke making process）是指以粉煤或炭質(zhì)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(jié)劑加壓成型煤，再經(jīng)炭化等后處理制備成型焦的一種主續(xù)生產(chǎn)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(gòu)成。型煤是型焦工藝的中間產(chǎn)品，經(jīng)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)。

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(jī)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(chǎn)工藝有無黏結(jié)劑成型、有黏結(jié)劑成型、熱壓成型三種。成型機(jī)械有沖壓式成型機(jī)、對輥成型機(jī)、螺旋擠壓機(jī)和蜂窩煤機(jī)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(chǎn)率大于10%的粉狀褐煤成型。主要用于化肥造氣，生產(chǎn)半焦、液體或氣體燃料和生產(chǎn)甲醇、醋酸等化工產(chǎn)品。

2.作蒸汽機(jī)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(jī)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(shù)改善煤質(zhì)，以及提高型煤煤灰熔點等技術(shù)關(guān)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(zhuǎn)化率，以減少污染。

3.型焦，是將弱粘結(jié)性粉煤成型后，在連續(xù)煉焦?fàn)t內(nèi)焦化，或利用高速熱解析出膠質(zhì)體的方法實現(xiàn)熱壓成焦。發(fā)展型焦可以擴(kuò)大煉焦原料，提高焦?fàn)t效率。中國都用粘結(jié)劑低壓成型來生產(chǎn)工業(yè)型煤。粘結(jié)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(tuán)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(jié)構(gòu)和原料配方比較復(fù)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(zhì)摻加粘結(jié)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(chǎn)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(nèi)，并添加適量焦末和石灰。使煤本體內(nèi)部具有良好的微孔結(jié)構(gòu)，為可燃?xì)怏w的均勻析出創(chuàng)造條件；還要改進(jìn)爐具，保證供氧充分，實現(xiàn)完全燃燒和消煙。以無煙煤為主體的蜂窩煤，應(yīng)適量加入揮發(fā)分高的煙煤，以增強(qiáng)火焰的溫度、高度和上火速度。如配料適當(dāng)，上點火蜂窩煤燃燒后的氣體一般能符合環(huán)境保護(hù)要求，但成本略高 。

(1)提高燃燒效率，減少能源浪費(fèi)

作為中國民用型煤主體的蜂窩煤，配以先進(jìn)爐具，熱效率比燒散煤高1倍。在各種潔凈煤技術(shù)中，工業(yè)型煤的能量轉(zhuǎn)化率最高，達(dá)97.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它技術(shù)。鍋爐型煤產(chǎn)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(qiáng)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(nóng)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(jié)性指數(shù)、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(biāo)得到改善，增加了煤的反應(yīng)活性、易燃性、熱穩(wěn)定性，提高灰熔點，生產(chǎn)出各項指標(biāo)滿足客戶要求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)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(kuò)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(dāng)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(chǎn)都需要塊煤。發(fā)展工業(yè)型可以可緩解塊煤數(shù)量少供不應(yīng)求的局面，同時為細(xì)粒煤的合理、有效利用開辟了技術(shù)途徑 。

冷壓型焦無粘結(jié)劑冷壓型焦

將無粘結(jié)劑冷壓型煤進(jìn)一步焦化，即得無粘結(jié)劑冷壓型焦。這種工藝主要用于褐煤生產(chǎn)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(jī)送入旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)進(jìn)行干燥，至水分10%左右、溫度90℃，再用半封閉式刮板輸送機(jī)送至型煤廠用沖壓機(jī)成型。成型后的型煤送至高溫?zé)捊範(fàn)t進(jìn)行焦化。該焦結(jié)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(jié)焦溫度為1050~1100℃，結(jié)焦時間為11~15h。

這種褐煤高溫?zé)捊範(fàn)t，由于炭化室是外熱式和干法熄焦，生產(chǎn)的褐煤型焦及煤氣質(zhì)量都比一般內(nèi)熱式焦?fàn)t好；焦?fàn)t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?fàn)t低，焦結(jié)爐自用煤氣僅占自產(chǎn)煤氣的22%~27%。

冷壓型焦粘結(jié)劑冷壓型焦

將粘結(jié)劑冷壓型煤進(jìn)一步焦化即得粘結(jié)劑冷壓型焦。根據(jù)所用原料煤不同，粘結(jié)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(zhì)程度煤（如年老褐煤、長焰煤、氣煤）為原料進(jìn)行低溫干餾（第一段），生產(chǎn)固體焙燒物（半焦）和焦油。再將兩者混合壓制成型，型煤經(jīng)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(zhì)程度的瘦煤、貧煤、無煙煤為主要原料煤，配加少量粘結(jié)煤，直接加粘結(jié)劑壓制成型，再經(jīng)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(jié)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(zhì)量居世界領(lǐng)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(chǎn)的型焦在1350m³高爐試驗取得滿意的結(jié)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(jié)煤。其中粘結(jié)煤為5%~10%，不粘結(jié)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(jié)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?fàn)t，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(nèi)代替50%的冶金焦，曾進(jìn)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(shù)大于2t/m³·d，焦比<450kg/t的良好效果。結(jié)果表明：技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可同常規(guī)室式焦?fàn)t相媲美，而基建費(fèi)用比室式焦?fàn)t低5%~10%，該工藝最大優(yōu)點是能大量利用不粘結(jié)煤，型焦質(zhì)量不亞于高質(zhì)量冶金焦。 2100433B