陕西省环境科学研究院 陕西省西安市 710000
摘要：通过对焦油渣、沥青混合物回配炼焦煤的实验与研究，提高炼焦废弃物的循环利用，保护环境，变废为宝，降低生产成本，同时提高焦炭冷态热态强度。了焦油渣的产生过程与处理的必要性。研究表明,经过处理后的焦油渣含水量低、松散度高,配煤过程中容易混匀。处理后的焦油渣配入炼焦煤时,煤质波动小,焦炭质量稳定,煤焦油收率提高,不仅获得了较好的经济效益,还改善了生产环境。
关键词：焦化厂；焦油渣；沥青；回配；炼焦
重庆钢铁公司焦化厂自2008年环保搬迁以来，设计建设的6座复热式6m×60孔顶装焦炉从2009-08—2012-10相继建成投产，产焦炭360万t/a，消耗干煤量520万t/a。重庆钢铁公司焦化厂地处西南地区，西南地区由于历史成煤的原因，所产炼焦煤灰、硫分较高，生产大型高炉所需的焦炭灰、硫分较高，焦炭的冷热态强度较低，已经不能很好满足大型高炉的生产需要，依靠进口炼焦煤成本较高，为了降低生产成本，满足大型高炉生产所需焦炭，有效利用现有煤炭资源，技术人员尝试利用炼焦所生产焦油渣和沥青回配炼焦煤来降低焦炭的灰硫分，提高焦炭的冷热态强度。
炼焦煤按照煤炭用途进行划分，作为生产原料，用来生产焦炭，进而用于钢铁行业的煤炭种类。除了炼焦煤之外，还分为动力燃料用的动力煤，化工行业原料用的无烟煤，钢铁行业高炉喷吹用的喷吹煤。炼焦煤属于烟煤，按煤化程度由高到低依次是:贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中黏煤八种。
沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是高黏度有机液体的一种，呈液态，表面呈黑色，可溶于二硫化碳。沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。沥青主要可以分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青三种:其中，煤焦沥青是炼焦的副产品。石油沥青是原油蒸馏后的残渣。天然沥青则是储藏在地下，有的形成矿层或在地壳表面堆积。沥青主要用于涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。
1焦油渣和沥青的来源及特性
炼焦生产过程中，高温焦炉煤气中高沸点的有机化合物在集气管或初冷器冷却的条件下冷凝形成煤焦油，与此同时煤气中夹带的煤粉、粉焦等也混杂在煤焦油中形成大小不等的块状物，这些块状物统称为焦油渣，一般焦油渣占炼焦干煤的0.15%～0.20%。沥青主要来源于焦油车间对煤焦油深加工后的残渣。单种煤、焦油渣、沥青成分分析见表1、表2。
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2焦油渣、沥青回配炼焦煤试验
结合本厂实际，技术人员以焦炉为实验基础，设计并进行了3个方案为期1个月（2012-09-01—2012-09-30）的焦油渣沥青配煤炼焦试验，焦油渣、沥青掺入质量分数分别为2%、4%、8%，试验方案见表3。
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3 实验结果
技术人员经过1个月的连续生产实验，得到配合煤灰分、硫分、挥发分变化趋势见图1，焦炭冷态强度见图2。
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由表1、表2对比可以看出，焦油渣、沥青的灰分和硫分含量低于任何一种炼焦单种挥发分却高于任何一种炼焦单种煤的挥发分，通过配合煤指标对比分析，焦油渣、沥青配入炼焦煤中，能够有效降低配合煤灰、硫含量，但配合煤的挥发分上升，固定碳含量下降。焦油渣沥青的挥发分远高于最高一种单种煤的挥发分，主要原因是焦油渣沥青含有部分焦油，使焦油渣沥青挥发分显著升高[3]。从图1可以看出，随着焦油渣沥青比例配入的增加，配合煤灰分、硫分呈下降趋势，挥发分呈上升趋势，当配入比例0～4%时，随着焦油渣配入比例的增多，焦炭灰、硫和挥发分变化趋势明显，当配入比例为2%时，焦炭冷强度指标（M40、M10）和热强度指标(反应性和反应后强度)基本持平，当配入＞4%时，焦炭冷强度和热强度指标均略有下降趋势，随着焦油渣配入比例的增大，焦炭冷强度和热强度指标下降幅度明显增大。通过焦油渣配煤炼焦试验，试验结论为：
1）焦油渣以煤粉为主，低灰低硫、高挥发分低固定碳，从焦油渣的组成和指标分析，焦油渣回配炼焦是可行的。焦油渣回配炼焦比例以2%～4%最佳，焦炭质量稳定，最高不超过4%。
超过4%时焦炭质量明显变差，配入比例越大，焦炭固定碳越低，焦炭冷热强度越差。
4 工业应用存在的问题
焦油渣与沥青回配炼焦煤炼焦，只要比例控制在合适范围之内，可以有效改善焦炭的冷热态强度，回收利用工业垃圾，变废为宝，节约成本。但由于焦油渣和沥青的特殊性，焦油渣与沥青直接上皮带易粘结在皮带运输机及皮带托辊上，皮带损坏严重，不到3个月皮带完全损坏就不能使用。焦油渣与沥青回配煤炼焦需解决焦油渣、沥青与配合煤混匀的技术难题。
5措施与方法
为解决实际生产中存在的问题，借鉴型煤炼焦工艺的原理，将焦油渣和沥青作为添加剂制成型煤回配到炼焦煤中炼焦。焦油渣、沥青制型煤回配炼焦工艺见图3。
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5.1工艺流程
从原配煤工艺的H124皮带机头溜槽取出部分配合煤入M1皮带，来自渣池的焦油渣、沥青通过提升机加入M2皮带上与煤一起进入搅拌机、搅拌均匀的焦油渣、沥青煤通过M3皮带进入成型机压成型，成型的的煤球通过M4皮带再返回H125皮带通过原配煤系统入煤塔装炉炼焦。
5.2工艺过程中采取的主要措施
1）从原H124皮带取配合煤处装有自动调节电液翻板，M1皮带上装有电子皮带秤，通过皮带秤计量与自动调节电液翻板联锁，皮带秤计量反馈给自动调节电液翻板来实现配合煤量的控制，保证煤量即不产生堵料，又能保证与焦油渣混合成型需要。
2）各皮带下料斗处设堵料检测器，皮带堵料及时报警处理。
3）保证各皮带的坡度，特别是M4皮带，保证压球成型煤能顺利输送。
4）焦油渣加入到有配合煤的M2皮带上，避免焦油渣直接上皮带而造成设备损坏。
5）焦油渣回配系统与原配煤系统联锁控制，确保在M2皮带有料条件下焦油渣、沥青回系统才正常运行，M2停机时焦油渣、沥青回配系统自动停机。
6）焦油渣回配系统采用PLC控制画面接入原配煤中控室统一监督控制。
通过对焦油渣、煤沥青开展配煤捣固炼焦实验,分别分析不同炼焦残渣配比下,焦炭成分的变化,确定其较优掺入比例,并分析残渣对焦炭和尾气中多环芳烃、重金属含量的影响。结果表明,焦油渣掺入比例为4.5%,煤沥青掺入比例为6%是较为适宜的。此条件下,焦炭中重金属含量较高,进入到尾气中的部分有限,而多环芳烃含量极少,大部分都进入到尾气中,故炼焦尾气需要经冷凝、过滤和吸附净化后再排放。炼焦生产的所有煤都含有丰富的沥青质,沥青质是煤勃结的基础条件。以沥青作为活性添加剂参与炼焦配煤可有效扩大炼焦煤煤种的选择性及相适性。炼焦煤配人一定量的改质沥青,作为炼焦煤勃结剂,可促进原料煤各项异性碳的发展,增加了配合煤的容惰性,提高了煤的冷、热强度,降低了焦炭灰分,同时利用改质沥青的赫结性及其增强单种煤结焦性这一性质,增加了配合煤中瘦煤、弱私煤的配量,减少肥煤用量,提高了焦炭质量,同时也扩大了炼焦煤资源。为了保证炼焦配煤沥青的需要,宣钢焦化厂改进改质沥青生产工艺。
6结论
通过改进借鉴型煤炼焦工艺，很好的解决了焦油渣与沥青的混匀和容易粘结皮带的难题，有效的延长了更换皮带的周期，实现了焦化废渣的零排放，较好的解决了焦油渣资源利用和废渣污染难题，实现了焦油渣的零排放，取得了可观的经济效益、社会效益和环境效益。
参考文献
[1]尹维权，李庆奎.焦油渣回收利用的研究与应用[J].酒钢科技，2007（S1）：118-123.
[2]王国强，王光辉，陈飞飞，等.焦化固体废弃物对焦炭质量的影响研究[J].燃料与化工，2007（3）：18-21.
[3]孙喜民，徐君，孙秀环，等.低温煤焦油沥青及焦油渣配煤炼焦实验研究[J].冶金能源，2007（5）：37-41.