王 岩 韩秀明（本溪鹤腾高新科技集团，本溪117000)
焦炭质量取决于炼焦煤的质量、预处理工艺和炼焦过程控制等因素。近年来，炼焦技术发展迅速，在装炉煤预处理方面随着风选技术的引进和运用已有了相当大的进展，炼焦煤的预处理水平对于改善焦炭质量和降低炼焦成本具有重要意义。
煤的粘结性不仅取决于煤化度和岩相组成，也因煤粒度的大小及整体煤料的粒度分布而异，因此调节和优化各煤种的粒度分布就显得十分必要。按装炉煤的粒度分布要求，大部分粒径应小于3mm，以保证各组分间混合均匀，使不同组分的煤粒在炼焦过程中相互作用，以获得结构均匀的焦炭。为了充分混匀，一般采用先配后粉的配煤工艺，但却无法做到选择粉碎。
1 选择粉碎的必要性
目前，我国焦化备煤工艺大部分采用混合粉碎方式。在粉碎过程中，粘结性较好和粘结性较差的两种组分同时进入粉碎机，使得活性组分煤料过度粉碎，而惰性组分却刚达到粉碎的粒径要求，增加了装炉煤料中煤尘的含量，并使堆密度降低，装炉煤量减少，成焦过程有自瘦化趋势，直接影响焦炭质量。
选择粉碎工艺是根据炼焦煤料中的岩相组成在硬度上的差异，按不同粉碎粒度要求，将粉碎与筛分相结合，实现煤料的均匀化。既可防止活性组分的过细粉碎，又能使惰性组分达到细度要求。但如果简单地增加工艺设备，会使配合煤的预处理工序臃肿不堪，增加能耗，无法达到降低成本的目的。
2 瀑式风选粉碎工艺
辽宁本溪鹤腾高新科技集团自主研发、自行设计制造了炼焦煤的瀑式风选机，并于2006年11月申报了国家实用新型和发明专利（发明专利号：200610134088.1；实用新型专利号：ZL 2006 20093839.5）。
炼焦煤瀑式风选机依据牛顿第二运动定律，即物体的加速度与物体单位面积上所受的作用力成正比，与物体质量成反比。在单位时间内，煤料颗粒在相同的作用力下，粒径大或质量大的煤料颗粒在空间获得的位移量小，而粒径小或质量小的煤料颗粒在空间获得的位移量大，在适当的位置加以分割，就可以实现对不同粒径或不同质量煤料颗粒的准确分离。
相对于流化床风选技术，瀑式风选工艺大为简化，主机结构简单，无转动部件，主机内部没有流化床的孔板，煤料完全呈自由落体方式落下，具有动力消耗小、阻力小、体积小、占地面积小、处理能力大、风选效率高等优点。目前瀑式风选机已经完成了工业机的制造、安装和试验，效果良好，完全可以满足选择粉碎的要求，其工艺流程见图1。
图1 瀑式风选粉碎工艺流程
试验证明, 瀑式风选机对原料煤含水量的适应性极强，原料煤含水量可达15％或更高，完全可以满足我国不同地区焦化厂的来煤状况，只要原料煤不成泥状，瀑式风选机就不会发生煤料堵塞现象。
3 瀑式风选的主要功能
3.1 瀑式风选的工作方式
根据配合煤料的粒度组成，瀑式风选一次选出率在60%～90%，远远超过了流化床风选的一次选出率（56％）。瀑式风选的产品分可为三部分。一是粗粒级产品分离后送入粉碎机，粉碎至要求的粒度，再返回到风选机入口进行再次风选，或者直接配入风选机的细粒级产品中；二是符合装炉煤粒度标准的细粒级产品，送至焦炉煤仓；三是除尘器收集的极细煤尘，可直接配入装炉煤，也可以用焦油渣作为粘结剂，将其与煤、焦尘混合加工制成型煤后装炉。这样可以解决粉尘和废渣的排放问题。瀑式风选可以分为下列两种工作方式。
(1) 粗选方式。原料煤中0.5～3mm的细粒级煤料可获得90％以上的高选出率，细粒级产品中直径10mm的煤料含量不会超过5%。
(2) 精选方式。主要满足细粒级产品的细度要求，1次选出率在60%～80%，细粒级产品煤料中最大煤料直径可小于6mm。也可根据实际需要确定1次选出率和细粒级产品煤料的细度，二者兼顾。
3.2 瀑式风选的调湿作用
以空气为介质，煤料经瀑式风选后，煤料含水量可比风选前降低2%～3%。大气湿度越低，气温越高，煤料与介质之间的传质动力就越大，其干燥作用也越强。若引入高温烟道废气作为介质，可按实际需要降低煤料的含水量。在主机风口混合器内加入水量控制喷头，根据需要为煤料加湿，就可以控制入炉煤的水分含量。若煤料水分降低2%～3%，在焦炉炭化室升温过程中，用来蒸发水分的煤气耗量将减少20％左右（原料煤含水按10％计）。同时可减少剩余氨水20％以上，兼有节能减排的作用。
瀑式风选的干燥功能是主机的附带功能，无需消耗额外的动力。是以自然空气作为介质，在此基础上也可以使用焦炉烟道热废气作为介质。如果风选后的装炉煤水分能控制在7％以下，则配煤的堆密度还会相应地增加，焦炭产量也将会增加。进一步使结焦时间缩短，炼焦速度加快，并有利于改善焦炭质量。
3.3 瀑式风选的粉碎功能
在瀑式风选过程中，煤料在重力作用下，与煤料入口的悬臂筛发生碰撞，粒径较大的活性组分煤料会因碰撞而发生破碎。并在风动力作用下，进入细粒产品之中；粒径较大的惰性组分煤料颗粒，由于质地坚硬，自然下落时发生破碎的机率很小，进入粗粒产品中被送至粉碎机粉碎。这种作用能减轻粉碎机的负荷，相应降低粉碎能耗。
3.4 装炉煤粒度组成更合理
在炼焦生产中，不管是采用先粉后配工艺，还是采用先配后粉工艺，瀑式风选机均应置于粉碎机前。在原料煤进入粉碎机前，首先将符合装炉煤粒度标准的煤料分离出去，有效防止这部分煤料进入粉碎机后过度粉碎，使粒径较大的煤料颗粒得到适当粉碎。
瀑式风选机依据不同粒径煤料颗粒的重量进行筛分，粒径3mm是一个分割点。对重量相同的煤料颗粒而言，活性组分煤料颗粒密度较小，粒径略大；惰性组分煤料颗粒密度较大，粒径略小。也就是说，进入细粒级产品中的活性组分煤料颗粒密度较小，粒径略大于3mm；惰性组分煤料颗粒密度较大，粒径略小于3mm。这一特性较好地满足了炼焦装炉煤的粒度组成要求，有利于提高焦炭质量。
3.5 对原料煤含水量的适应性极强
瀑式风选系统采用开放式气动力系统，将进入风选机的原料煤含水分控制在不同范围内，可获得不同的煤料的分离效果。当原料煤含水分在8%～12％时，煤料中直径小于0.5 mm的煤粒基本处于松散状态，易于被气流带走，此时瀑式风选机对煤尘的分离效率较高，可大幅度降低细粒级产品和粗粒级产品中的煤尘含量。
当原料煤含水量在12%～14％时，煤料湿度增大，其粒径小于0.5mm的粒子基本上处于球团状，此时风选机对煤尘的分离效率会有所降低，但细粒级产品中煤尘含量仍低于8%，对细粒级产品的细度不会产生多大影响。这是瀑式风选优于流化床风选技术的特点之一。它的工艺方式决定了瀑式风选主机内部无风孔板，煤料由主机上部以自然下落方式垂直通过主机。无转动部件，大大降低了主机的故障率。
4 节能减排效果
4.1 焦炭质量提高，节省高炉能耗
煤料在进入粉碎机前经过瀑式风选系统，将原料煤按装炉煤标准进行筛分，保证送入粉碎机的煤料基本不含细粒级煤。使粉碎的煤料进行了合理而充分的粉碎，有效避免了煤料的过细粉碎，装炉煤的粒度组成更趋合理化。在配合煤不变的前提下，焦炭的质量可得到较大提高，M40提高1.5%～2%, M10改善0.5％左右，特别可使焦炭的热反应性有较大改善，为降低高炉焦比提供了有利条件，可以大幅度减少生铁冶炼过程中的CO2排放量。
4.2 增加焦炭产量，减少焦炉能耗
经瀑式风选后的装炉煤，堆密度相应增加，在不改变原料煤的情况下，3mm以下煤料颗粒的含量在78％左右，依靠调整装炉煤粒度组成，可使装炉煤堆密度增加3%～5%，相应增加了焦炭产量。
4.3 部分调湿功能
采用瀑式风选对煤料有部分干燥作用。在我国大部分地区，常温下的大气相对湿度在60％左右时，自然风通过风选机可使煤料含水量降低2%～3%。如果引入焦炉的高温废气，可以实现煤料含水量的自动控制，稳定入炉煤的含水量，改善焦炭质量，使焦炉产能增加11%，炼焦能耗降低5%，焦炭强度增加1.7%。
4.4 降低煤气含水量
经瀑式风选后的装炉煤，含水量降低。在成焦过程中产生的剩余氨水量也相应降低，每吨煤可减少剩余氨水量44kg，降低了污水处理费用，有效地降低了成本。在系统后部设有布袋除尘装置，可以确保风选系统排出的气体达标排放。
4.5 降低粉碎机负荷，减少动力消耗
由于粉碎机前应用了瀑式风选系统，风选效率可达95％以上，保证进入粉碎机的煤料很少有3mm以下的煤料颗粒，使粉碎机的负荷减少60%～70%。
4.6 减少优质煤用量，扩大炼焦煤源
在同质焦炭的前提下，瀑式风选可将炼焦配合煤中弱粘结性的煤由5%～7％提高至15％以上。节约了优质炼焦煤，扩大了炼焦煤资源。
4.7 设备制造费用低
瀑式风选除了性能上优于流化床式风选之外，设备制造成本也较低廉，设备一次性投资将大幅度降低。
