干熄焦除塵灰代替部分高爐噴吹煤的應用研究

亓俊杰

（萊蕪職業技術學院， 山東 萊蕪 271100）

目前，我國大部分地區的焦炭企業，干熄焦除塵灰主要的處理方式是運到燒結料場進行燒結，與其他的回收料在一起使用，由于干熄焦除塵灰中的粉塵顆粒較細，在存儲過程中又是露天堆放，燒結中又極易被風吹散，不僅浪費了資源，而且還會造成環境的污染。在冶金行業中高爐噴吹煤所使用的原料，與干熄焦除塵灰相似。若用干熄焦除塵灰作為高爐噴吹煤來使用，對于節約資源和降低環境污染具有很大的意義。

1 干熄焦除塵灰代替高爐噴吹煤的可行性

1.1 干熄焦除塵灰的研究

近年來，由于科學技術的發展，和資源利用意識的提高，我國的焦化企業生產中開始逐漸的使用干熄焦技術，在干法熄焦的過程中，會產生大量的除塵灰。根據有關資料的顯示，焦化廠產生的除塵灰會占焦炭產量的4%左右，這是一個很大的比例。以鄂鋼焦化廠中106萬t/年的JN60-6焦爐舉例分析。該廠以干熄焦技術產生的除塵灰以及通過地面除塵產生的除塵灰一共是3.6萬t/年左右，具體情況如表1所示。

表1 JN60-6焦爐除塵灰情況 %

由表1中的數據可以看出，鄂鋼焦化廠中產生的除塵灰有90%是干熄焦除塵灰，而焦爐的地面站除塵灰僅占了10%左右。干熄焦除塵灰在焦化企業中占得份額非常大，如何將干熄焦除塵灰進行合理的二次利用，是我國科研工作者長期研究的問題。我國的焦化企業最早的干熄焦除塵灰大部分是用于燃料外賣進行燒結，焦化廠在進行燃料外賣的時候需要把除塵灰進行存儲和運輸，并且還需要聯系買家。在存儲和運輸的過程中，由于除塵灰的顆粒較細，很容易被風吹散，造成環境的污染和資源的浪費。而且由于市場的問題，除塵灰的價格比普通燃料的價格要低很多，而且很容易滯銷。在廠區長時間儲存不僅占用了廠區的面積，還需要對除塵灰加大保護，一面污染環境，白白消耗人力物力。近些年來，我國的科研工作者都在大力的研究焦化廠干熄焦除塵灰如何進行二次利用，達到資源利用的最大化。太原煤炭氣化公司、神華烏海能源有限公司等一些相關企業，在生產過程中采用焦化除塵灰回配煉焦技術，取得了良好的經濟效益。

1.2 冶金工業中高爐噴吹煤的要求

冶金行業的高爐噴吹煤技術起原于19世紀40年代，后來基本屬于停滯時期，一直到20世紀60年代，由于石油資源的開發和利用，許多國家開始研究高爐噴油技術，也有部分國家隨即開始研究高爐噴煤技術。至此，高爐噴煤技術才開始在世界范圍內開展起來。我國在20世紀60年代開始研制高爐噴煤技術，并成功的在首鋼和鞍鋼進行了高爐噴煤實驗，成為世界上最早應用高爐噴煤技術的國家之一。

盡管我國的煤炭儲量十分豐富，但是并不是所有的煤都可以用做高爐噴吹煤。高爐噴吹技術對煤粉的要求：一是對煤粉性能的要求，二是對煤粉制造過程的精度要求。

1.2.1 高爐噴吹對煤粉性能的要求

1）黏結性。高爐噴吹工藝要求噴吹煤的黏結性要低。在金屬冶煉過程中，從高爐風口噴入的煤粉如果黏結性比較高的話，煤粉會在風口處結焦，使煤粉不能有效地與金屬融合，導致冶煉的技術質量下降。所以，在高爐冶煉過程中，一般采用無煙煤或者是貧煤等黏結性不高的煤來當作高爐噴吹煤。

2）灰分要求。高爐使用的噴吹煤要求煤的灰分要低，因為高含量的灰分會嚴重影響生鐵的產量，同時也能增加燃料的消耗。根據研究表明，在進行高爐冶煉時，高爐噴吹煤中灰分的含量（質量分數）不要超過15%。

3）雜質含量要求。煤中的一些雜志元素如磷、硫的含量要相對來說低一些，煤炭中的磷和硫在金屬冶煉過程中都是有害元素。如果生鐵中的磷元素過多，會改變生鐵的物理性能，堅固性降低。研究表明，在生鐵冶煉過程中磷元素的質量分數不能高于0.05%。而噴吹煤中的硫元素如果增多，會使石灰石的用量也增加，進而使生鐵產量下降。

4）可磨性。高爐噴吹用的煤可磨性要好。高爐噴吹工藝對煤粉的要求很高，因此要求原煤有很強的可磨性，才能生產出一定量煤粉。不僅如此，可磨性差的原煤對磨煤機設備的使用壽命也影響很大。研究表明，原煤的哈氏可磨指數為60～90之間才算符合高爐噴吹煤的使用標準。

5）燃燒性。高爐噴吹對煤粉的燃燒性要有很高的要求，因為高爐噴吹的風口是一個十分有限的空間，噴吹出來的煤粉要在這個有限的空間里充分的燃燒。如果噴吹出來的煤粉燃燒性能比較好，則會實現在風口處的完全燃燒，能夠大大提高煤粉的置換比。

6）灰熔點。高爐噴吹用煤的熔點要適宜，選擇用煤的熔點要比高爐噴吹風口處的溫度要高。如果高爐噴吹風口的溫度高于煤的熔點，則煤會在風口處結焦，結焦的煤粉會堵塞噴槍。一般高爐風口區的溫度約為1 100℃左右，所以煤的灰熔點選擇要高于這個溫度。

1.2.2 煤粉的制作要求

1）粒度的要求。煤粉的粒度大小影響著煤粉的燃燒率，煤粉的粒度越小，煤粉的比表面積就越大，煤粉的燃燒率就越高研究表明，在進行高爐噴吹時，煤粉粒度小于200目的比例占到70%～80%。同時，煤粉的粒度也不應太小，煤粉越小，對于磨煤機的精度就會越高，增加制作成本。

2）溫度的要求。對于高爐噴吹的煤的溫度要有一個合理的控制，經過研究表明，噴吹煤粉的溫度應該控制在70～80℃之間，這個溫度的噴吹煤粉在運輸的過程中不會與煙氣中的水蒸氣相遇后結露，煤粉在運輸中如果結露的話，則會嚴重影響煤粉的噴吹效果。

3）水分的要求。高爐噴吹煤的水分含量影響這煤粉的流動性，水分含量越小，煤粉的流動性越大。根據研究證明，煤粉中的水分含量（質量分數）在2.0%以內，高爐噴吹中的運輸才比較適中。

1.3 干熄焦除塵灰與其他燃料的性能對比

經過研究表明，干熄焦除塵灰與高爐噴吹用煤的性質基本接近，干熄焦除塵灰與無煙煤、高爐混合煤相比，灰分稍微高一些，其他性質明顯要比這兩者要有優勢。而三者之間的流動性指標相差不大，如表2和表3所示。

表2 干熄焦除塵灰與其他燃料成分（質量分數）對比 %

表3 干熄焦除塵灰與其他燃料流動性對比 （°）

2 采用干熄焦除塵灰代替高爐噴吹煤應用

隨著我國冶金工業的逐步發展，高爐噴吹煤技術的應用也越來越廣泛，因此，對于高爐噴吹煤的需求量也與日俱增。而適合高爐噴吹使用的煤資源十分有限，后來研究人員提出了混合煤的概念，是有煙煤和無煙煤，進行一定量的配比組成的。隨著焦化廠的干熄焦技術的不斷發展，在焦化廠中生產過程中產生了大量的干熄焦除塵灰，經過研究和分析表明，干熄焦除塵灰與冶金行業中的高爐噴吹用的無煙煤性質十分相似。干熄焦除塵灰的固定含碳量高，含磷硫等雜質的含量也低。而固定含碳量使煤粉發出熱量的主要條件，也是衡量能否用于高爐噴吹的重要條件。煤粉的發熱量越高，焦比的程度就越小，高爐就會產生足夠的熱量，冶金過程就會越順利。其次，干熄焦噴吹煤是焦化企業的生產廢料，在價格上要比普通高爐噴吹煤更加便宜。

3 結語

目前，我國國內已經有部分鋼鐵冶煉企業已經開始利用干熄焦除塵灰來代替部分高爐噴吹煤，據了解，本溪鋼鐵公司在2008年就開始使用干熄焦除塵灰代替部分高爐噴吹煤來進行生產操作，本溪鋼鐵公司每月可以收集1 200 t干熄焦除塵灰，全部用來進行高爐噴吹煤的使用。每年可以節約噴吹煤1.5萬t。其他鋼鐵企業也通過干熄焦噴吹煤的利用，取得了良好的經濟效益和環境效益。

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