新日铁焦煤预处理开发历程 ---- 主要成就以及存在的问题

焦煤预处理概况

焦煤预处理的主要目的：

o焦炭的强度在很大程度上取决于原料煤的粘结性，而低品质煤的粘结性较差，因此不能直接作为原料煤使用；

o低品质煤的预处理，包括预干燥、快速预热和造粒等工艺被证明是改善低品质煤的性状(粘结性)的有效方法；

o经过预处理来改变低品质煤性质，从而替代一部分高品质的焦煤，降低配煤成本；

新日铁焦煤预处理工艺开发历程；

o从1960年开始进行焦煤预处理技术的研发，所开发的焦煤预处理工艺都已经工业化；

oo配型煤工艺 （71年投产） ；

将入炉焦煤取出30-40%加一定量的粘结剂（焦煤量2%的沥青）混捏成型后再和其余的入炉焦煤混装炼焦；

配型煤工艺实质上就是对部分原料焦煤采用沥青为粘结剂的挤压造粒工艺，可以简称为焦煤造粒工艺：在某种程度上与捣鼓焦类似；

oo焦煤预热/ Precarbon工艺（79年投产）；

湿煤首先气流干燥至0%水分并预热至220oC，再与焦煤量的0.5-1%的煤焦油混合后，通过链板输送机输送至煤塔；

Precarbon工艺实质上就是焦煤干燥以及预热工艺，可以简称为焦煤干燥+预热工艺：

于采用气流干燥，干燥预热后的焦煤无法实现粗细煤粉分离， 尽管对干燥预热后的焦煤混入0.5-1%的煤焦油进行造粒，并且采用链板输送机，但是装炉过程粉尘问题仍然很严重，所以大多数停产（煤焦油中粉尘含量比常规的湿煤工艺增加6倍左右）；

先后在美国，日本投产4套，除了新日铁的一套运行外，其余皆停产；

oo 煤调湿/CMC工艺；

ooo三代煤调湿工艺：

oooo第一代：导热油回转干燥机（83年投产）；

oooo第二代：蒸汽回转干燥机（91年投产）；

oooo第三代：焦炉烟道气流化床干燥机（96年投产）；

CMC工艺实质上就是焦煤预干燥工艺，可以简称为 焦煤干燥：

CMC工艺应该是对Precarbon工艺的修正：因为没有煤粉造粒，所以粉尘问题严重，因此只能是适度干燥，即仅干燥至粉尘问题仍在可以接受的程度范围内（也许就是煤调湿/CMC工艺名称的来源）；

由于没有煤粉造粒工艺，所以：如果入炉水分过低（5%以下），可以多配一些弱粘煤，但装炉过程粉尘问题严重；如果入炉水分过高（7%以上），装炉过程粉尘问题较轻，但无法多配弱粘煤，则项目收益为负；

未配备煤粉造粒工艺，所以粉尘问题严重：输送带走廊煤粉飞扬；上升管及加煤孔装煤期间煤粉碳化严重；炉顶石墨化问题严重；煤气/煤焦油粉尘集结；

由于没有煤粉造粒，所以无法兼顾粉尘问题和项目效益，因此应该列为淘汰工艺；

图片为采用新日铁CMC工艺的某焦化厂粉尘问题；

oo粉煤预压块/DAPS工艺（92年投产）；

就是在CMC （采用流化床干燥机）工艺基础上，对干燥过程中分离收集的煤粉进行造粒后，再与从干燥机排出的粗粒煤一同加入焦炉；

粉煤预压块/DAPS工艺实质上就是焦煤预干燥及造粒工艺，可以简称为焦煤干燥+造粒：

由于煤粉造粒，所以输送和装炉过程中的粉尘问题得到解决; 同时可以多配弱粘煤（达40%），降低配煤成本；

其缺点：采用低温焦炉烟道气(350oC)的余热作为干燥热源，干燥设备体积庞大，投资高；

只有采用流化床干燥，才能够在干燥过程中同时将煤粉分离出来（气流和转筒干燥不适合）；

oo21世纪高效环保型超级炼焦/SCOPE21工艺（08年投产）；

在流化床干燥机中将焦煤的入炉水分降至0%。

对干燥过程中分离收集的煤粉采用沥青为粘结剂进行挤压造粒；

对干燥过程中排出的粗颗粒焦煤采用气流装置进行快速预热，提高其粘结性；

快速预热后的粗粒煤与造粒后的煤粉通过柱塞流气力输送至焦炉；

SCOPE21工艺实质上为DAPS工艺的升级版：就是焦煤干燥造粒及快速预热工艺，可以简称为焦煤干燥+造粒+快速预热：

工艺效果：q弱粘结性煤配比达57%; 产能提高1.8倍; 焦炉投资降低18%; 工艺过程无烟无尘；节能20%；NOx降低30%；

缺点：流化床干燥为中温烟气（450oC ）；需要独立的粗粒煤气流快速预热装置；煤粉造粒需要采用沥青为粘结剂，且添加比例过高；导致装置投资大，运行费用高；

新日铁焦煤预处理工艺开发过程中所取得的成就；

成就之一：粉尘问题解决方案；

煤粉造粒是焦煤预处理工艺中的关键工序；

Precarbon 工艺焦煤水分干燥至0%而又没有煤粉造粒装置，导致粉尘问题特别严重；

CMC工艺同样没有煤粉造粒，但通过对焦煤水分进行控制以保证粉尘问题在可接受程度范围内；

DAPS工艺配备煤粉造粒装置，粉尘问题大大改善；

SCOPE21工艺配备煤粉造粒装置，粉尘问题彻底得到解决；

DAPS工艺水分干燥至2.5% ，其中的细煤粉在干燥过程中仅2/3被分离出来后，部分煤粉在装炉过程中仍然会引起粉尘问题；

SCOPE21工艺水分干燥至0% ，其中的细煤粉在干燥过程中100%被分离出来后，再进行造粒，所以粉尘问题得到彻底解决；

粉尘造粒不仅可以解决装炉过程粉尘问题，而且还可以增加焦煤堆积密度，增加弱粘煤配比，降低配煤成本和增加焦炉产量，项目收益大大提高；

成就之二：焦煤干燥工艺的优化；

在所开发的焦煤预处理工艺中，先后采用气流干燥，回转干燥及流化床干燥，最终优选出流化床干燥：

流化床干燥工艺用于焦煤预处理的优点：在干燥的过程中可以实现煤粉分离，从而对分离出的煤粉进行造粒，实现清洁生产；投资和维护费用低；

问题之一：煤粉造粒过度；

无论是DAPS工艺还是SCOPE21工艺， 煤粉造粒都是对从流化床干燥机中收集的所有煤粉直接进行造粒；

DAPS工艺中造粒煤粉粒度为0-0.3mm，其比例大约为30%；

SCOPE21工艺中造粒煤粉粒度为0-0.5mm，其比例大约为45%；

而在装炉过程中起尘的煤粉粒度为0-0.2mm，其比例大约为20%；

所以DAPS工艺和SCOPE21工艺都存在煤粉造粒过度；

煤粉造粒过度不仅导致设备投资大，运行费用高（电耗和粘结剂消耗），而且还导致装炉堆积密度下降，从而降低弱粘煤配比比例；

总而言之，煤粉造粒过度有百害而无一利，应当避免；

问题之二：煤粉造粒工艺；

DAPS工艺采用的是无粘结挤压造粒，造粒强度欠佳，在输送和装炉过程中会有部分破碎而引起粉尘问题（另一因素则是未干燥至0%水分） ；

由于无粘结剂造粒，挤压压力大，单机产量小，投资大，电耗高；

SCOPE21工艺则是采用沥青为粘结剂造粒工艺，造粒强度佳，在输送和装炉过程中没有破碎，粉尘问题得到彻底解决（另一因素则是干燥至0%水分）；

由于采用沥青为粘结剂造粒，而近年来沥青价格居高不下，导致造粒成本高，降低项目收益；

SCOPE21工艺的造粒比例为45%，沥青的添加比例为煤粉量的8%，沥青的添加比例为焦煤量的3.6%；

由于沥青价格变动，其结果是新日铁开发SCOPE21 工艺后仅在大分厂5号焦炉（2009年）和名古屋厂5号焦炉（2013年）的技改中采用，而其后的焦化厂技改中则未采用（君津製鉄所第４コークス炉（2016年），鹿島製鉄所コークス炉（2018年）和名古屋製鐵所第３コークス炉（2021年））；从2008年起日本由沥青出口国变为进口国；1970s甚至1980s, 沥青和重油用作锅炉燃料；由于沥青添加比例高（焦煤量的3.6%），且价格飙升，使其运行成本增加，导致其收益低于DAPS工艺；配型煤工艺推广不开也与沥青价格升高有关；

问题之三：未采用高温流化床干燥；

由于不具备高温流化床干燥技术，新日铁所只能采用450oC烟道气的干燥机，使得焦煤在干燥过程中无法实现干燥分级和快速预热一体化，因而需要单独的气流快速预热装置，流程长，投资大；而气流快速预热装置同样采用450oC烟道气，将焦煤快速预热至375oC，因此气固之间温差小，气流快速预热装置体积庞大，投资和电耗都高；

通过对新日铁焦煤预处理工艺开发过程中所取得的成就及存在的问题进行分析，为我们开发完善焦煤预处理工艺提供指导方向：

采用高温流化床干燥工艺（950-1050oC高温烟道气），可以实现焦煤的干燥，粗细煤粉的分级及粗粒煤的快速预热一体化，缩短工艺流程，降低投资；

o对所收集的煤粉先筛分，然后仅对引起粉尘问题的超细粉进行造粒，一方面可以降低煤粉造粒处理量，降低投资，另一方面，还可以避免过度造粒，提高入炉焦煤堆积密度，多配弱粘煤；

o采用水溶性粘结剂造粒工艺，相较于沥青未粘结剂造粒，具有粘结剂价格波动小，添加比例低（煤粉量的0.1%以下，焦煤量的0.02%以下）；

DELTA工艺就是基于上述分析，并结合戴尔塔公司所独有的高温流化床干燥工艺（950-1050oC高温烟道气）和水溶性粘结剂煤粉造粒经验而开发的；

DELTA工艺可以大幅度地降低投资和运行费用，项目净收益/投资的比率大大提高；