刘淑萍 李艳芳 吕文科 李志宏 王 雷（鞍山热能研究有限公司，鞍山114044)
张艳珍（凌源钢铁集团公司，朝阳122504)
目前，我国的钢铁冶金企业普遍面临着高炉大型化及氧煤喷吹技术的应用，对焦炭质量的要求越来越高。在现行常规的备煤炼焦工艺中，依靠在炼焦配煤中增加优质炼焦煤来提高焦炭质量的方法也越来越不现实。而炼焦煤水分偏大，也直接影响焦炉生产以及焦炭质量的提高。
炼焦煤风选调湿技术结合我国国情，采用流化床技术、利用焦炉烟道气为热源，将煤调湿技术和风动选择粉碎技术有机地结合于一体，围绕现有焦炉和炼焦生产工艺，达到提高焦炭质量、综合利用煤炭资源、节能降耗、增加企业经济效益的目的。
1 风选调湿技术现状
1.1 煤调湿技术
煤调湿技术是由日本研发的，先后开发了3代煤调湿技术。第1代为热媒油转筒干燥方式；第2代为蒸汽转筒干燥方式；最新的第3代为流化床装置，设有热风炉，采用焦炉烟道废气或焦炉煤气对其进行加热的干燥方式。该技术可将炼焦煤水分控制在一个适宜的目标值，从而降低入炉煤水分及炼焦耗热量，增加入炉煤的堆密度，以提高焦炭质量。
1.2 风动选择粉碎工艺
风动选择粉碎工艺由前苏联东方煤化所研究开发，并投入生产运行。该工艺按照炼焦工艺的要求调整炼焦煤的粒度组成，使各粒级煤质呈现均匀化，以提高焦炭质量。
俄罗斯曾进行了大量的工业对比实验，无论是先配合后粉碎、先粉碎后配合、组分分组粉碎以及简单的选择粉碎工艺，都达不到风动选择粉碎工艺提高焦炭质量的效果。它们共同的缺点是煤质分布特性不尽人意，在大颗粒中集中了难粉碎的岩石、矿物、暗煤类煤粒，对炼焦过程的粘结阶段和成焦阶段起破坏作用。而风动选择粉碎工艺是在气流的作用下，煤料是按粒度和密度同时被筛选（机械筛分中仅按粒度筛分）。在风选器内，对气流而言，最轻的粒子被吹出沸腾床层，成为最终产品，而较重的含有矿物质或者惰性岩相组分的粒子送到粉碎系统连续粉碎、风选，直到它达到一定的气流特征为止。在此情况下，获得的炼焦装炉煤中的大粒级，主要是由密度最小的、富集轻质镜质组和稳定组的煤质组成。
2003年，酒钢焦化厂将该工艺成功地应用于备煤系统中，对提高焦炭质量的效果明显。
1.3 风选调湿工艺
风选调湿工艺是炼焦煤气流分级粉碎与水分控制技术的简称，是中钢集团鞍山热能研究院在风动选择粉碎技术与煤调湿技术的基础之上，研究开发的炼焦煤预处理新工艺。其作用是将入炉煤水分控制在一个适宜的目标值，并按照炼焦工艺要求调整炼焦煤的粒度组成，使各粒级煤质呈现均匀化，提高装炉煤的堆密度，从而达到提高焦炭质量、降低炼焦耗热量等目的。1995年本钢焦化厂建成了我国第1套流化床风选调湿试验装置，处理（煤）能力为1000kg/h，见图1。
图1 处理能力1000kg／h的风选调湿试验装置
在此装置上，分别对国内三大钢铁企业本钢、鞍钢、宝钢的炼焦用煤进行了大量的试验研究，结果如下：
l）改善了炼焦煤的粒度组成，各粒级煤质呈现均匀化趋势，见图2。
2）装炉煤堆积密度提高了4.0％～6.1％。
3）焦炭强度M40提高了0.5～2.5个百分点，M10改善了0.5～1.5个百分点。
4）焦炭反应性降低了0.7～2.6个百分点，反应后强度提高了0.2～2.4个百分点。
5）在保持焦炭质量不变或略有提高的前提下，可多配用弱粘结性煤10％～12％。
该技术已获国家发明专利（专利号：ZL0123021.2）。济南钢铁公司于2007年10月，将该工艺在生产上进行了应用，处理能力达300t/h。
图2 不同制备工艺煤（本钢）灰分与粘结指数变化趋势
2 工艺流程与主要设备
采用流化床风选调湿器，利用焦炉烟道气（焦或高炉煤气等燃烧后烟气）为热载体，对配合后炼焦煤料进行风选调湿处理，工艺流程见图3。
图3 风选调湿工艺流程图
1－M皮带机；2－流化床风选调湿器；3－排料机；4－M皮带机；5－除尘器；6－给料机；7－高压成型机；8－引风机；9、10－通风机；11、12－M皮带机；13－粉碎机；14－钢烟囱；A、B、C、D－原有运煤皮带机。
配合后细度（≤3mm）占55%～65％的湿煤，由运煤胶带机输送、并由给料器均匀布料进入流化床风选调湿器。热气体由流化床风选调湿器下部进入，煤料在热气流的作用下沸腾脱出水分，同时密度较小和较细的煤料从溢流口溢流，而作为成品煤经皮带运输机运送到煤塔装炉炼焦；较重和较粗的煤料则由刮板机刮出，经粉碎机粉碎至适宜的细度后与细煤（成品煤）汇合送入煤塔。尾气经输气管道输送到除尘器，经除尘处理后由烟囱排放，收集下来的煤粉经高压成型机压制成煤球后，与成品煤汇合炼焦，见图4。
图4 煤粉高压成型煤球
生产过程中各扬尘点产生的煤尘集中收集，由除尘设备净化处理达到国家排放标准后外排。风选调湿器进出口煤料水分如下：进口9%～12%，出口7%。该工艺的特点是工艺流程短、设备少、占地面积小、结构简单、投资省、操作成本低、便于检修。煤料与烟道废气直接换热，效率高。由于入炉煤的水分保持一定，因此对焦炉的稳定操作、保护炉体、延长焦炉的使用寿命等方面均非常有利。
主要设备有风选调湿器、粉煤高压成型机、通风机、引风机、高效除尘器和皮带机。
风选调湿器为流化床结构，设有一定开孔、开孔率的气体分布板内置叶轮给料器、刮板输送机和溢流板调节装置。叶轮给料器上方设一料仓，仓上设上、下料位计。叶轮给料器的启停受上、下料位计控制，通过煤料的密封，保证风选调湿器进料口的气密性。叶轮给料器的转速和刮板运输机的运行速度均根据系统生产能力，由变频调节器进行调节。溢流板设在流化分离段，通过调节溢流板的高度，使得料层厚度控制在100～400mm之间。
2.1 仪表及过程自动化设计
根据工艺特点以及现代化企业对自动化水平的要求，整个系统采取了必要的检测和控制手段，以确保生产装置安全可靠地运行。包括焦炉烟道气的抽取、输送、风选调湿器的控制、来煤水分、处理能力与风量、风温的匹配调节等。
所有检测和控制项目均引至集散系统，对生产过程进行监控管理。
2.2 项目的实施与应用
1) 有利于焦炉生产的稳定，延长焦炉的使用寿命。
2) 由于利用了焦炉烟道气的余热，从而降低了炼焦耗热量，节能降耗。
3) 可提高约10%的焦炉生产能力；高炉生产能力约可提高1%；高炉焦比降低约1%；焦炭强度M40提高0.5～3个百分点，M10改善0.5～1.5个百分点；焦炭反应性降低0.7～2.6个百分点，反应后强度提高0.2～2.4个百分点。
4) 在焦炭强度基本保持不变的前提下，在炼焦配煤中可多配用粘结性较差的煤，综合利用煤炭资源，具有明显的社会效益。
5) 减少剩余氨水量，降低焦化污水处理量及排放量，节能环保。
3 投资效益
对焦炭产量在120～150万t/a规模的焦化厂而言，总投资约4500万元，投资回收期不到4年，大大少于其他备煤工艺的投资。
在我国，采用日本煤调湿工艺（第1代）的100万t /a焦化厂，不包括日本援助的干燥筒部分，其总投资约6000万元（我国重钢焦化厂100万t /a，工艺总投资为5759万元）；引进日本第2代煤调湿技术的150万t／a焦化厂，总投资约需1.2亿。日本配型煤工艺，总投资上亿元（我国宝钢焦化厂一期工程 170万t /a配型煤工艺的总投资估算为2.1亿元，经国内消化改进后的三期工程为1.3亿元）。
针对目前国内焦化厂用煤状况，笔者认为，对国内大多数焦化厂来说，在备煤工艺中采用风选调湿技术是可行的，技术是可靠的。
