捣固炼焦与顶装炼焦综合对比评价

原标题：捣固炼焦与顶装炼焦综合对比评价

1 概述

近年来，随着钢铁产量的逐年增长，焦炭的需求也呈上升趋势。随着我国炼焦生产技术的不断发展，捣固炼焦技术在近几年来逐渐兴起。捣固炼焦技术是将配合煤在捣固机内捣固成煤饼后，推入炭化室内炼焦的技术撒谎。煤料经过捣固后，由于煤粒间接触更加紧密，堆密度提高，由传统顶装煤焦炉的0.75~0.75 t/m3提高到捣固法的1.1~1.15t/m 3 。使粒间的空隙减少，将更多的重质焦油留在了焦炭内，改善煤料的结焦性能和提高了焦炭的机械强度。同时由于气孔率显著降低，焦炭热强度也有相应的提高。因此各单位新建的焦炉时，为有效利用资金、追求更高的经济效益，选择当地符合生产要求的最佳炼焦生产工艺方案是十分重要的。

根据捣固炼焦的实际生产实践，结合各地区煤炭资源的开发利用状况，按照用户要求，现对炼焦生产工艺提出三个可供比选的方案，进行多项技术经济指标的比较，以求好中选优。

2 炉型比较

2.1 几种炉型焦炉基本参数

表1三种炉型焦炉基本参数

序号 项目 JN60－6 JNDK55－05 JND6.25－06 1 炭化室中心距（mm） 1300 1350 1500 2 炭化室高（mm） 6000 5550 6170 3 炭化室平均宽（mm） 450 554 530 4 炭化室长（mm） 15980 15980 17000 5 炭化室锥度（mm） 60 20 40 6 煤料尺寸（mm） 15140×450×5650 15210/15070×5370×500 16250/16100×6000×470 7 炭化室有效容积（m 3 ） 38.5 44.7 51.4 8 周转时间（H） 19 25.5 24.5

注：此表中数据均为焦炉的冷态尺寸。

2.2顶装焦炉与捣固焦炉的比较

表2顶装焦炉与捣固焦炉的比较

序号 项 目 顶装焦炉 捣固焦炉 JN60－6 JNDK55－05 JND6.25－06 1 煤料装入方式 顶装 从机侧推入 煤料顶部荒煤气通道 大 小 炭化室锥度 大 小 煤饼和炉门衬砖间间隙 无 有 炭化室墙面承受的侧压 小 大 2 装炉煤平均密度（t/m 3 ） 0.7～0.75 1.1～1.15 3 相同装炉煤质量情况下，焦炭质量改善。 捣固焦炉焦炭抗碎强度M40可以提高2～4％。 捣固焦炉焦炭抗磨强度M10可以改善3～5％。 捣固焦炉可使焦炭气孔结构改善，提高焦炭反应后强度。 注：捣固焦炉改善焦炭质量的原因是：捣固炼焦由于堆密度的增加可使焦炭的气孔直径变小、孔壁变厚、气孔率变低、焦炭的耐碱侵蚀性也增强。 4 要求相同焦炭质量时 捣固焦炉可以多配入20％左右的高挥发性煤或弱粘结性煤，节约优质焦煤的配入量，降低炼焦成本。 5 同样配煤质量时 由于捣固焦炉密度增大,气孔率降低,炭化室宽度加大,因此焦炭块度可得到提高。 6 原料适应性 捣固焦炉可以增加弱粘煤、贫煤、无烟煤、长焰煤等低价非炼焦煤的配比，顶装煤焦炉只能配到5~8%，而捣固焦炉可以配到10~15%。并且可以多配1/3焦煤来代替部分主焦煤。由于我国在建焦化厂逐年增多，未来炼焦煤资源将会越来越紧张。捣固焦炉在原料选择方面范围可以扩大，具有明显的优势。 7 焦炭的反应性 焦炭气孔壁材料的光学组织主要取决于原料煤的性质，捣固对其无明显影响，因此焦炭的反应性捣固与非捣固无显著变化。 7 相同容积的产量 由于堆密度的增加，同样容积可提高产量。 8 对入炉煤水分的要求 不严格 相对严格 9 对入炉煤粒度的要求 不严格 相对严格 10 装炉操作的稳定性 稳定 煤饼出现掉角、倒塌等事故。注：可以采取措施处理事故 11 装煤烟尘治理 技术成熟 技术还需要完善 12 焦炉炉体的使用使用寿命 长 相对短 13 焦炉生产操作、维护的费用 低 相对高

2.3 两种捣固焦炉炉体结构比较

表3 5.5米和6.25米捣固焦炉的比较

序号 项目 JNDK55－05 JND6.25－06 1 相同点 JNDK55－05型捣固焦炉和JND6.25－06型捣固焦炉均为双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷式焦炉。JNDK55－05型焦炉和JND6.25－06型焦炉均继承了JN60－6型焦炉的成熟技术和经验，根据捣固焦炉的特点，运用国内外的新技术、新材质、新经验设计的改进型焦炉。都具有结构严密、合理、加热均匀、热工效率高的特点。 2 不同点 炭化室锥度（mm） 20 40 焦炉的极限侧负荷（pa） 9500 11000 煤饼的高宽比 10.74（化二院5.5米捣固为11.67） 12.77 炭化室铺底砖厚度（mm） 95 120 炉顶坡度 100 50 消烟车轨道基础位置 炭化室顶部 燃烧室顶部 炉头一对火道供热量 不可单独调节 可单独调

JND6.25－06型捣固焦炉借鉴了德国迪林根6.25米捣固焦炉以及印度塔塔4.5米捣固焦炉的生产操作经验，增加了炭化室锥度、炉墙极限侧负荷，延长了焦炉的使用寿命，减小了焦炉出焦时对炉墙的损害。

JND6.25－06型捣固焦炉增加了炭化室铺底砖的厚度，增强焦炉铺底砖的使用寿命。

JND6.25－06型捣固焦炉将消烟车轨道基础放在燃烧室顶部，可有效降低了炭化室过顶砖断裂的可能性，同时便于炉顶排水。

JND6.25－06型捣固焦炉炉头一对火道单独可调，当煤饼出现到饼时，装入炉内的煤饼会造成缺角，炉头火道可人工减少供热量，以防止炉头出现高温事故。

3 各种焦炉操作机械比较

3.1 6m顶装焦炉机械

l）装煤车

装煤车为除尘式装煤车。采用一次定位、机械揭闭装煤孔盖、机械关闭上升管盖和切换高低压氨水阀以及机械清扫上升管。设计采用机械给料、顺序装煤并设有炉顶清扫装置。煤塔漏咀的开闭和煤塔震煤的操作均在司机室内控制。

2）推焦机

推焦机采用5－2串序一次对位操作，推焦电流自动显示和记录。设有推焦、平煤、启闭炉门装置，炉门、炉框和小炉门的机械清扫机构和头尾焦处理、清扫上升管根部石墨装置。

3）拦焦机

拦焦机采用一次定位型式，设有取闭炉门和导焦机构，机械清扫炉门、炉门框机构，头尾焦回收装置，烟尘收集和导出机构，炉台清扫装置等。

4）电机车和熄焦车

电机车既能牵引焦罐车又能牵引熄焦车。电机车采用变频调速技术，电机车上设空压机和气路系统控制熄焦车放焦门。

熄焦车采用定点接焦，车箱门采用气动开闭，车箱为固定斜底，结构简单，趟水快，使熄焦后的焦炭带水量少。

3.2 5.5m捣固焦炉机械

1）装煤推焦机

装煤推焦机设置走行、机械化送煤、余煤回收、炉头烟密封装置、机侧炉头烟处理装置、推焦装置、启闭炉门装置以及炉门清扫装置、炉框清扫装置、头尾焦回收处理装置等装置。装煤推焦机走行与捣固机设置了联锁。在装煤推焦机上设有煤饼顶部表面压实装置。

2）拦焦机

拦焦机设有除尘罩，一次对位，设有取、装炉门和导焦机构，焦侧炉头烟处理装置、机械清扫炉门、炉门框机构，头尾焦回收装置和炉台清扫装置。

3）固定式捣固机

固定式捣固机由安全挡装置、导向辊装置、提锤传动装置、停锤装置、捣固锤、机架、集中润滑系统、电控系统等组成。有的设备厂商设计的捣固机捣固锤的数量为30个，捣固设备由5组6锤捣固机组成；有些设备厂商设计的捣固机捣固锤的数量为21个。捣固设备由7组3锤捣固机组成，采用微动结构，微动结构由一个与捣固机联动的液压缸驱动，我认为此种结构较为合理，应值得推广。

捣固一个煤饼时间≯8min，装煤煤饼密度1.0～1.15t/m 3 （干）以上 ，捣固煤饼密度均匀，煤饼的稳定性好。

通过对现有已投产5.5米捣固焦炉的考察来看，5.5米捣固机同前几年的4.3米捣固焦炉的捣固机几乎没有太大的改进，设备运行起来后估计故障率仍然较高，会影响操作系数。

4）导烟车

装煤导烟车采用自动揭、关炉盖方式。两个吸口来抽吸装煤时的烟尘，导入相邻处在结焦末期的炭化室内。这种结构较为先进，这种结构可以在小范围内平衡相近炭化室的吸力，可以有效避免除尘吸力对结焦末期炭化室形成的负压，同时明显可以降低外逸的烟尘量，较为环保。

5）电机车与熄焦车（同6m顶装焦炉机械）

3.3 6.25m 捣固焦炉机械

l）捣固装煤推焦机

捣固装煤推焦机工作于焦炉机侧，由皮带输送机往捣固装煤推焦机煤斗给煤，当捣固操作时，煤料通过车上煤斗借助摇动给料器将煤输入捣固煤箱内，自动化操作的捣固系统安装在捣固箱的上面，采用落锤机械夯实装入捣固箱内的煤料，装煤装置将捣固成形的煤饼从机侧送入炭化室内。

捣固装煤推焦机设置走行、机械化送煤、余煤回收、炉头挡烟、推焦装置、启闭炉门装置以及炉门清扫装置、炉框清扫装置、炉台清扫装置、头尾焦回收处理装置等装置，此外还有煤饼的切割功能。移动运煤加料装置将煤随时供给移动的捣固装煤推焦机，利用多锤固定式捣固机将煤料在捣固装煤推焦机的煤箱内上捣固成煤饼，在捣固成煤饼的工作过程中捣固装煤推焦机的任何工作不受捣固影响，其工作效率大大提高。

在捣固装煤推焦机上采用煤饼顶部表面处理装置，在装入煤饼的同时刮平煤饼上的浮煤，使煤饼顶面平实。捣固机安装在捣固装煤推焦机上，由安全挡装置、导向辊装置、提锤传动装置、停锤装置、捣固锤、机架、集中润滑系统、电控系统等组成。

捣固机捣固锤的数量为32 个。捣固设备由4组6锤捣固机和2组4锤捣固机组成。6组捣固机之间用水平销轴连接，各自位置具有互换性。

锤杆和摩擦轮上的摩擦材料使用寿命不小于1.5年。

捣固一个煤饼时间≯7min，装煤煤饼密度1.0t/m 3 （干）以上 ，捣固煤饼密度均匀，煤饼的稳定性好。

目前正在运行的捣固机普遍存在托煤底板的钢性差，在送煤饼的过程中容易变形而引发的裂缝发生。建议在以后的设计中增加在送煤饼过程中的稳定性，现在有些3.2米的捣固焦炉是由顶装改造过来的炉顶炉口仍然保留缺角大时还可以打开炉盖用顶装煤车补装煤，我认为这种方法在以后的设计中可以参考。

2）拦焦机

拦焦机设有除尘罩，一次对位，设有取、装炉门和导焦机构，炉头烟处理装置、机械清扫炉门、炉门框机构，头尾焦回收装置和炉台清扫装置，所有上述单元即可手动操作又可采用单元程序控制（PC ）。

3）装煤导烟车

装煤导烟车采用自动揭、关炉盖方式。两个吸口来抽吸装煤时的烟尘，导入相邻处在结焦末期的炭化室内。

4）熄焦车（湿法熄焦固定底板式）

该熄焦车为底板固定，侧开车门，主要由转向架、车底板、车箱及开门机构组成。开门机构和制动装置为气动，气源设在电机车上，由电机车司机操作，车门在关闭位置时能自锁。

5）电机车（同6m顶装焦炉机械）

说明：6米顶装焦炉和6.25米捣固焦炉的焦炉机械分别配备两套，可以做到百分百备用，并且操作灵活。5.5米捣固焦炉的焦炉机械虽然也配备两套，但对装煤推焦机来说，不能达到完全备用，所以当其中一台装煤推焦机出现故障时，会影响生产。

4备煤系统

对捣固焦炉，要求入炉煤的湿度在9~11%左右，当煤料水分偏低时，需要在粉碎机后的皮带上设置自动水分测定仪，并自动均匀喷水。煤料的粉碎细度（＜3mm粒级含量）要求大于90%以上。为了提高煤料的粉碎细度，备煤系统配煤前需要设预粉碎机室，预先粉碎气煤、无烟煤、长焰煤、褐煤等难粉碎的炼焦煤，再混合后进入粉碎机。

5 三种炉型综合比较

表5三种炉型的综合比较

焦炉炉型比较项目 JN60－6顶装焦炉（110万t/a，2×55孔） JNDK55－05捣固焦炉（110万t/a，2×55孔） JND6.25－06捣固焦炉（110万t/a，2×46孔） 炭化室高度（m） 6.00 5.50 6.25 炭化室有效（m3） 38.5 44.70 51.40 每孔炭化室装煤量(干) 27 40.6t 45.6 操作时间（min） 8 10 12 检修时间(h) 4.3 5.6 4.5 装炉煤水分 8% 10% 10% 产焦率 75% 74% 74% 产气率 小 大 大 运行费用 小 稍大 更大 入炉煤料质量相同时焦炭质量 焦炭抗碎强度M40提高2～4％；焦炭抗磨强度M10改善3～5％；改善焦炭气孔结构，提高焦炭反应后强度。焦炭的反应性无显著变化 煤炭资源利用（焦炭质量相同时） 需配较多焦煤 可多配20%左右的高挥发性煤或弱黏结性煤，减少焦煤配入量，降低炼焦成本。 炼焦工艺布置 与原有2×55孔6.0m顶装焦炉同一轴线。 焦炉机械配置 配备合理，操作灵活 装煤推焦机达不到完全备用 配备合理，操作灵活 操作水平 较高 一般 高 环保水平 日出炉次数多，排污量大 日出炉次数减少，排污量下降 总图布置 总图用地基本不变 总图用地基本不变 总图用地基本不变，但可增加焦炉孔数，使焦炭年产量可达120万吨。 生产管理方面 四大车一用一备，只有一套在作业，另一套完全备用。几乎不影响生产。技术成熟，质量可靠，可放心使用。 每座焦炉一套四大车，熄焦车和拦焦车可以一用一备，推焦车和捣固机同时使用，没有备用车辆。只要其中是一辆机车坏就影响生产。 四大车一用一备，只需一套在作业，另一套完全备用。不影响生产。最主要的是这种设备主要部件全部进口，技术成熟，质量可靠。对生产的稳定起决定性作用。解决了捣固煤饼完成后的走行对煤饼的的振动而引起的坍塌和裂缝问题。 动力费用 一般 较高 更高 定员 不增加 多20~30人 不增加 炉体投资（万元） 3500 3300 3800 设备投资（万元） 10000 17000 26000

若采用6.25m捣固焦炉，根据当地位置及焦炉机械的操作情况可增至2×50 孔，产量增加8.7％约9.6万t/a，炼焦工艺部分投资为27000万元，比2×46孔约增加554万元，约增加2.1％的投资，较为经济。

7 结论与建议

综合考虑配套干熄焦时的投资，由于捣固焦炉单孔产量高，干熄焦焦罐加大，提升装置动力加大，故投资增加。系统投资折旧费，5.5米的捣固焦炉多投资1.1亿元,折旧合吨焦7元。加上运行费维修费的提高,每吨焦炭增加成本9元；6.25米捣固焦炉多投资2.3亿元,折旧12元/t,加上人工费动力费维修费增加成本14元/t。

5.5米捣固焦炉因设备故障率高，技术不太成熟，经常发生塌煤饼现象，生产管理困难，达产困难，6.25米捣固焦炉考虑引进设备的话，设备可靠性相对提高，同时有完全备用的一套设备，所以生产管理容易，可提高劳动生产率。

如果产品质量定为中档产品焦炭，随着优质炼焦煤资源逐渐枯竭，全国焦炭质量将会有普遍走低的可能，用同样质量的煤，采用捣固炼焦可以适当提高冷强度，如M40可以提高2~4%，M10可以提高3~5%。可以适当地改善反应性提高反应后强度，因此上捣固焦炉较为有利。故建议独立的焦化厂适合上捣固焦炉，提高竞争力，产品立足于中型高炉（因大部分大型焦炉为钢铁联合企业配套），所以要求质量相对不是太高，上捣固焦炉竞争优势明显。

上捣固焦炉可适当多配弱粘煤和气煤等高挥发分煤种，可降低配合煤成本，从现在煤的市场情况分析，可降低成本约15元左右。捣固焦炉对原料煤的要求较为宽松，原料煤的结构调整灵活，市场采购可能较为容易。6.25米捣固焦炉可提高焦炭产量，是一个明显增效点，易产生规模效益。从上述分析来看，捣固焦炉可利用煤源广泛，有长远的竞争优势，建议应主要着眼于当地的煤源结构来决定上什么焦炉。

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