王 巖 韓秀明（本溪鶴騰高新科技集團(tuán)，本溪117000)
焦炭質(zhì)量取決于煉焦煤的質(zhì)量、預(yù)處理工藝和煉焦過程控制等因素。近年來，煉焦技術(shù)發(fā)展迅速，在裝爐煤預(yù)處理方面隨著風(fēng)選技術(shù)的引進(jìn)和運(yùn)用已有了相當(dāng)大的進(jìn)展，煉焦煤的預(yù)處理水平對(duì)于改善焦炭質(zhì)量和降低煉焦成本具有重要意義。
煤的粘結(jié)性不僅取決于煤化度和巖相組成，也因煤粒度的大小及整體煤料的粒度分布而異，因此調(diào)節(jié)和優(yōu)化各煤種的粒度分布就顯得十分必要。按裝爐煤的粒度分布要求，大部分粒徑應(yīng)小于3mm，以保證各組分間混合均勻，使不同組分的煤粒在煉焦過程中相互作用，以獲得結(jié)構(gòu)均勻的焦炭。為了充分混勻，一般采用先配后粉的配煤工藝，但卻無法做到選擇粉碎。
1 選擇粉碎的必要性
目前，我國焦化備煤工藝大部分采用混合粉碎方式。在粉碎過程中，粘結(jié)性較好和粘結(jié)性較差的兩種組分同時(shí)進(jìn)入粉碎機(jī)，使得活性組分煤料過度粉碎，而惰性組分卻剛達(dá)到粉碎的粒徑要求，增加了裝爐煤料中煤塵的含量，并使堆密度降低，裝爐煤量減少，成焦過程有自瘦化趨勢(shì)，直接影響焦炭質(zhì)量。
選擇粉碎工藝是根據(jù)煉焦煤料中的巖相組成在硬度上的差異，按不同粉碎粒度要求，將粉碎與篩分相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)煤料的均勻化。既可防止活性組分的過細(xì)粉碎，又能使惰性組分達(dá)到細(xì)度要求。但如果簡(jiǎn)單地增加工藝設(shè)備，會(huì)使配合煤的預(yù)處理工序臃腫不堪，增加能耗，無法達(dá)到降低成本的目的。
2 瀑式風(fēng)選粉碎工藝
遼寧本溪鶴騰高新科技集團(tuán)自主研發(fā)、自行設(shè)計(jì)制造了煉焦煤的瀑式風(fēng)選機(jī)，并于2006年11月申報(bào)了國家實(shí)用新型和發(fā)明專利（發(fā)明專利號(hào)：200610134088.1；實(shí)用新型專利號(hào)：ZL 2006 20093839.5）。
煉焦煤瀑式風(fēng)選機(jī)依據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，即物體的加速度與物體單位面積上所受的作用力成正比，與物體質(zhì)量成反比。在單位時(shí)間內(nèi)，煤料顆粒在相同的作用力下，粒徑大或質(zhì)量大的煤料顆粒在空間獲得的位移量小，而粒徑小或質(zhì)量小的煤料顆粒在空間獲得的位移量大，在適當(dāng)?shù)奈恢眉右苑指?，就可以?shí)現(xiàn)對(duì)不同粒徑或不同質(zhì)量煤料顆粒的準(zhǔn)確分離。
相對(duì)于流化床風(fēng)選技術(shù)，瀑式風(fēng)選工藝大為簡(jiǎn)化，主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，主機(jī)內(nèi)部沒有流化床的孔板，煤料完全呈自由落體方式落下，具有動(dòng)力消耗小、阻力小、體積小、占地面積小、處理能力大、風(fēng)選效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前瀑式風(fēng)選機(jī)已經(jīng)完成了工業(yè)機(jī)的制造、安裝和試驗(yàn)，效果良好，完全可以滿足選擇粉碎的要求，其工藝流程見圖1。
圖1 瀑式風(fēng)選粉碎工藝流程
試驗(yàn)證明, 瀑式風(fēng)選機(jī)對(duì)原料煤含水量的適應(yīng)性極強(qiáng)，原料煤含水量可達(dá)15％或更高，完全可以滿足我國不同地區(qū)焦化廠的來煤狀況，只要原料煤不成泥狀，瀑式風(fēng)選機(jī)就不會(huì)發(fā)生煤料堵塞現(xiàn)象。
3 瀑式風(fēng)選的主要功能
3.1 瀑式風(fēng)選的工作方式
根據(jù)配合煤料的粒度組成，瀑式風(fēng)選一次選出率在60%～90%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了流化床風(fēng)選的一次選出率（56％）。瀑式風(fēng)選的產(chǎn)品分可為三部分。一是粗粒級(jí)產(chǎn)品分離后送入粉碎機(jī)，粉碎至要求的粒度，再返回到風(fēng)選機(jī)入口進(jìn)行再次風(fēng)選，或者直接配入風(fēng)選機(jī)的細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中；二是符合裝爐煤粒度標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品，送至焦?fàn)t煤倉；三是除塵器收集的極細(xì)煤塵，可直接配入裝爐煤，也可以用焦油渣作為粘結(jié)劑，將其與煤、焦塵混合加工制成型煤后裝爐。這樣可以解決粉塵和廢渣的排放問題。瀑式風(fēng)選可以分為下列兩種工作方式。
(1) 粗選方式。原料煤中0.5～3mm的細(xì)粒級(jí)煤料可獲得90％以上的高選出率，細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中直徑10mm的煤料含量不會(huì)超過5%。
(2) 精選方式。主要滿足細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品的細(xì)度要求，1次選出率在60%～80%，細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品煤料中最大煤料直徑可小于6mm。也可根據(jù)實(shí)際需要確定1次選出率和細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品煤料的細(xì)度，二者兼顧。
3.2 瀑式風(fēng)選的調(diào)濕作用
以空氣為介質(zhì)，煤料經(jīng)瀑式風(fēng)選后，煤料含水量可比風(fēng)選前降低2%～3%。大氣濕度越低，氣溫越高，煤料與介質(zhì)之間的傳質(zhì)動(dòng)力就越大，其干燥作用也越強(qiáng)。若引入高溫?zé)煹缽U氣作為介質(zhì)，可按實(shí)際需要降低煤料的含水量。在主機(jī)風(fēng)口混合器內(nèi)加入水量控制噴頭，根據(jù)需要為煤料加濕，就可以控制入爐煤的水分含量。若煤料水分降低2%～3%，在焦?fàn)t炭化室升溫過程中，用來蒸發(fā)水分的煤氣耗量將減少20％左右（原料煤含水按10％計(jì)）。同時(shí)可減少剩余氨水20％以上，兼有節(jié)能減排的作用。
瀑式風(fēng)選的干燥功能是主機(jī)的附帶功能，無需消耗額外的動(dòng)力。是以自然空氣作為介質(zhì)，在此基礎(chǔ)上也可以使用焦?fàn)t煙道熱廢氣作為介質(zhì)。如果風(fēng)選后的裝爐煤水分能控制在7％以下，則配煤的堆密度還會(huì)相應(yīng)地增加，焦炭產(chǎn)量也將會(huì)增加。進(jìn)一步使結(jié)焦時(shí)間縮短，煉焦速度加快，并有利于改善焦炭質(zhì)量。
3.3 瀑式風(fēng)選的粉碎功能
在瀑式風(fēng)選過程中，煤料在重力作用下，與煤料入口的懸臂篩發(fā)生碰撞，粒徑較大的活性組分煤料會(huì)因碰撞而發(fā)生破碎。并在風(fēng)動(dòng)力作用下，進(jìn)入細(xì)粒產(chǎn)品之中；粒徑較大的惰性組分煤料顆粒，由于質(zhì)地堅(jiān)硬，自然下落時(shí)發(fā)生破碎的機(jī)率很小，進(jìn)入粗粒產(chǎn)品中被送至粉碎機(jī)粉碎。這種作用能減輕粉碎機(jī)的負(fù)荷，相應(yīng)降低粉碎能耗。
3.4 裝爐煤粒度組成更合理
在煉焦生產(chǎn)中，不管是采用先粉后配工藝，還是采用先配后粉工藝，瀑式風(fēng)選機(jī)均應(yīng)置于粉碎機(jī)前。在原料煤進(jìn)入粉碎機(jī)前，首先將符合裝爐煤粒度標(biāo)準(zhǔn)的煤料分離出去，有效防止這部分煤料進(jìn)入粉碎機(jī)后過度粉碎，使粒徑較大的煤料顆粒得到適當(dāng)粉碎。
瀑式風(fēng)選機(jī)依據(jù)不同粒徑煤料顆粒的重量進(jìn)行篩分，粒徑3mm是一個(gè)分割點(diǎn)。對(duì)重量相同的煤料顆粒而言，活性組分煤料顆粒密度較小，粒徑略大；惰性組分煤料顆粒密度較大，粒徑略小。也就是說，進(jìn)入細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中的活性組分煤料顆粒密度較小，粒徑略大于3mm；惰性組分煤料顆粒密度較大，粒徑略小于3mm。這一特性較好地滿足了煉焦裝爐煤的粒度組成要求，有利于提高焦炭質(zhì)量。
3.5 對(duì)原料煤含水量的適應(yīng)性極強(qiáng)
瀑式風(fēng)選系統(tǒng)采用開放式氣動(dòng)力系統(tǒng)，將進(jìn)入風(fēng)選機(jī)的原料煤含水分控制在不同范圍內(nèi)，可獲得不同的煤料的分離效果。當(dāng)原料煤含水分在8%～12％時(shí)，煤料中直徑小于0.5 mm的煤?；咎幱谒缮顟B(tài)，易于被氣流帶走，此時(shí)瀑式風(fēng)選機(jī)對(duì)煤塵的分離效率較高，可大幅度降低細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品和粗粒級(jí)產(chǎn)品中的煤塵含量。
當(dāng)原料煤含水量在12%～14％時(shí)，煤料濕度增大，其粒徑小于0.5mm的粒子基本上處于球團(tuán)狀，此時(shí)風(fēng)選機(jī)對(duì)煤塵的分離效率會(huì)有所降低，但細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品中煤塵含量仍低于8%，對(duì)細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品的細(xì)度不會(huì)產(chǎn)生多大影響。這是瀑式風(fēng)選優(yōu)于流化床風(fēng)選技術(shù)的特點(diǎn)之一。它的工藝方式?jīng)Q定了瀑式風(fēng)選主機(jī)內(nèi)部無風(fēng)孔板，煤料由主機(jī)上部以自然下落方式垂直通過主機(jī)。無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，大大降低了主機(jī)的故障率。
4 節(jié)能減排效果
4.1 焦炭質(zhì)量提高，節(jié)省高爐能耗
煤料在進(jìn)入粉碎機(jī)前經(jīng)過瀑式風(fēng)選系統(tǒng)，將原料煤按裝爐煤標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩分，保證送入粉碎機(jī)的煤料基本不含細(xì)粒級(jí)煤。使粉碎的煤料進(jìn)行了合理而充分的粉碎，有效避免了煤料的過細(xì)粉碎，裝爐煤的粒度組成更趨合理化。在配合煤不變的前提下，焦炭的質(zhì)量可得到較大提高，M40提高1.5%～2%, M10改善0.5％左右，特別可使焦炭的熱反應(yīng)性有較大改善，為降低高爐焦比提供了有利條件，可以大幅度減少生鐵冶煉過程中的CO2排放量。
4.2 增加焦炭產(chǎn)量，減少焦?fàn)t能耗
經(jīng)瀑式風(fēng)選后的裝爐煤，堆密度相應(yīng)增加，在不改變?cè)厦旱那闆r下，3mm以下煤料顆粒的含量在78％左右，依靠調(diào)整裝爐煤粒度組成，可使裝爐煤堆密度增加3%～5%，相應(yīng)增加了焦炭產(chǎn)量。
4.3 部分調(diào)濕功能
采用瀑式風(fēng)選對(duì)煤料有部分干燥作用。在我國大部分地區(qū)，常溫下的大氣相對(duì)濕度在60％左右時(shí)，自然風(fēng)通過風(fēng)選機(jī)可使煤料含水量降低2%～3%。如果引入焦?fàn)t的高溫廢氣，可以實(shí)現(xiàn)煤料含水量的自動(dòng)控制，穩(wěn)定入爐煤的含水量，改善焦炭質(zhì)量，使焦?fàn)t產(chǎn)能增加11%，煉焦能耗降低5%，焦炭強(qiáng)度增加1.7%。
4.4 降低煤氣含水量
經(jīng)瀑式風(fēng)選后的裝爐煤，含水量降低。在成焦過程中產(chǎn)生的剩余氨水量也相應(yīng)降低，每噸煤可減少剩余氨水量44kg，降低了污水處理費(fèi)用，有效地降低了成本。在系統(tǒng)后部設(shè)有布袋除塵裝置，可以確保風(fēng)選系統(tǒng)排出的氣體達(dá)標(biāo)排放。
4.5 降低粉碎機(jī)負(fù)荷，減少動(dòng)力消耗
由于粉碎機(jī)前應(yīng)用了瀑式風(fēng)選系統(tǒng)，風(fēng)選效率可達(dá)95％以上，保證進(jìn)入粉碎機(jī)的煤料很少有3mm以下的煤料顆粒，使粉碎機(jī)的負(fù)荷減少60%～70%。
4.6 減少優(yōu)質(zhì)煤用量，擴(kuò)大煉焦煤源
在同質(zhì)焦炭的前提下，瀑式風(fēng)選可將煉焦配合煤中弱粘結(jié)性的煤由5%～7％提高至15％以上。節(jié)約了優(yōu)質(zhì)煉焦煤，擴(kuò)大了煉焦煤資源。
4.7 設(shè)備制造費(fèi)用低
瀑式風(fēng)選除了性能上優(yōu)于流化床式風(fēng)選之外，設(shè)備制造成本也較低廉，設(shè)備一次性投資將大幅度降低。
