王 巖 韓秀明（本溪鶴騰高新科技集團，本溪117000)
焦炭質(zhì)量取決于煉焦煤的質(zhì)量、預處理工藝和煉焦過程控制等因素。近年來，煉焦技術發(fā)展迅速，在裝爐煤預處理方面隨著風選技術的引進和運用已有了相當大的進展，煉焦煤的預處理水平對于改善焦炭質(zhì)量和降低煉焦成本具有重要意義。
煤的粘結(jié)性不僅取決于煤化度和巖相組成，也因煤粒度的大小及整體煤料的粒度分布而異，因此調(diào)節(jié)和優(yōu)化各煤種的粒度分布就顯得十分必要。按裝爐煤的粒度分布要求，大部分粒徑應小于3mm，以保證各組分間混合均勻，使不同組分的煤粒在煉焦過程中相互作用，以獲得結(jié)構(gòu)均勻的焦炭。為了充分混勻，一般采用先配后粉的配煤工藝，但卻無法做到選擇粉碎。
1 選擇粉碎的必要性
目前，我國焦化備煤工藝大部分采用混合粉碎方式。在粉碎過程中，粘結(jié)性較好和粘結(jié)性較差的兩種組分同時進入粉碎機，使得活性組分煤料過度粉碎，而惰性組分卻剛達到粉碎的粒徑要求，增加了裝爐煤料中煤塵的含量，并使堆密度降低，裝爐煤量減少，成焦過程有自瘦化趨勢，直接影響焦炭質(zhì)量。
選擇粉碎工藝是根據(jù)煉焦煤料中的巖相組成在硬度上的差異，按不同粉碎粒度要求，將粉碎與篩分相結(jié)合，實現(xiàn)煤料的均勻化。既可防止活性組分的過細粉碎，又能使惰性組分達到細度要求。但如果簡單地增加工藝設備，會使配合煤的預處理工序臃腫不堪，增加能耗，無法達到降低成本的目的。
2 瀑式風選粉碎工藝
遼寧本溪鶴騰高新科技集團自主研發(fā)、自行設計制造了煉焦煤的瀑式風選機，并于2006年11月申報了國家實用新型和發(fā)明專利（發(fā)明專利號：200610134088.1；實用新型專利號：ZL 2006 20093839.5）。
煉焦煤瀑式風選機依據(jù)牛頓第二運動定律，即物體的加速度與物體單位面積上所受的作用力成正比，與物體質(zhì)量成反比。在單位時間內(nèi)，煤料顆粒在相同的作用力下，粒徑大或質(zhì)量大的煤料顆粒在空間獲得的位移量小，而粒徑小或質(zhì)量小的煤料顆粒在空間獲得的位移量大，在適當?shù)奈恢眉右苑指睿涂梢詫崿F(xiàn)對不同粒徑或不同質(zhì)量煤料顆粒的準確分離。
相對于流化床風選技術，瀑式風選工藝大為簡化，主機結(jié)構(gòu)簡單，無轉(zhuǎn)動部件，主機內(nèi)部沒有流化床的孔板，煤料完全呈自由落體方式落下，具有動力消耗小、阻力小、體積小、占地面積小、處理能力大、風選效率高等優(yōu)點。目前瀑式風選機已經(jīng)完成了工業(yè)機的制造、安裝和試驗，效果良好，完全可以滿足選擇粉碎的要求，其工藝流程見圖1。
圖1 瀑式風選粉碎工藝流程
試驗證明, 瀑式風選機對原料煤含水量的適應性極強，原料煤含水量可達15％或更高，完全可以滿足我國不同地區(qū)焦化廠的來煤狀況，只要原料煤不成泥狀，瀑式風選機就不會發(fā)生煤料堵塞現(xiàn)象。
3 瀑式風選的主要功能
3.1 瀑式風選的工作方式
根據(jù)配合煤料的粒度組成，瀑式風選一次選出率在60%～90%，遠遠超過了流化床風選的一次選出率（56％）。瀑式風選的產(chǎn)品分可為三部分。一是粗粒級產(chǎn)品分離后送入粉碎機，粉碎至要求的粒度，再返回到風選機入口進行再次風選，或者直接配入風選機的細粒級產(chǎn)品中；二是符合裝爐煤粒度標準的細粒級產(chǎn)品，送至焦爐煤倉；三是除塵器收集的極細煤塵，可直接配入裝爐煤，也可以用焦油渣作為粘結(jié)劑，將其與煤、焦塵混合加工制成型煤后裝爐。這樣可以解決粉塵和廢渣的排放問題。瀑式風選可以分為下列兩種工作方式。
(1) 粗選方式。原料煤中0.5～3mm的細粒級煤料可獲得90％以上的高選出率，細粒級產(chǎn)品中直徑10mm的煤料含量不會超過5%。
(2) 精選方式。主要滿足細粒級產(chǎn)品的細度要求，1次選出率在60%～80%，細粒級產(chǎn)品煤料中最大煤料直徑可小于6mm。也可根據(jù)實際需要確定1次選出率和細粒級產(chǎn)品煤料的細度，二者兼顧。
3.2 瀑式風選的調(diào)濕作用
以空氣為介質(zhì)，煤料經(jīng)瀑式風選后，煤料含水量可比風選前降低2%～3%。大氣濕度越低，氣溫越高，煤料與介質(zhì)之間的傳質(zhì)動力就越大，其干燥作用也越強。若引入高溫煙道廢氣作為介質(zhì)，可按實際需要降低煤料的含水量。在主機風口混合器內(nèi)加入水量控制噴頭，根據(jù)需要為煤料加濕，就可以控制入爐煤的水分含量。若煤料水分降低2%～3%，在焦爐炭化室升溫過程中，用來蒸發(fā)水分的煤氣耗量將減少20％左右（原料煤含水按10％計）。同時可減少剩余氨水20％以上，兼有節(jié)能減排的作用。
瀑式風選的干燥功能是主機的附帶功能，無需消耗額外的動力。是以自然空氣作為介質(zhì)，在此基礎上也可以使用焦爐煙道熱廢氣作為介質(zhì)。如果風選后的裝爐煤水分能控制在7％以下，則配煤的堆密度還會相應地增加，焦炭產(chǎn)量也將會增加。進一步使結(jié)焦時間縮短，煉焦速度加快，并有利于改善焦炭質(zhì)量。
3.3 瀑式風選的粉碎功能
在瀑式風選過程中，煤料在重力作用下，與煤料入口的懸臂篩發(fā)生碰撞，粒徑較大的活性組分煤料會因碰撞而發(fā)生破碎。并在風動力作用下，進入細粒產(chǎn)品之中；粒徑較大的惰性組分煤料顆粒，由于質(zhì)地堅硬，自然下落時發(fā)生破碎的機率很小，進入粗粒產(chǎn)品中被送至粉碎機粉碎。這種作用能減輕粉碎機的負荷，相應降低粉碎能耗。
3.4 裝爐煤粒度組成更合理
在煉焦生產(chǎn)中，不管是采用先粉后配工藝，還是采用先配后粉工藝，瀑式風選機均應置于粉碎機前。在原料煤進入粉碎機前，首先將符合裝爐煤粒度標準的煤料分離出去，有效防止這部分煤料進入粉碎機后過度粉碎，使粒徑較大的煤料顆粒得到適當粉碎。
瀑式風選機依據(jù)不同粒徑煤料顆粒的重量進行篩分，粒徑3mm是一個分割點。對重量相同的煤料顆粒而言，活性組分煤料顆粒密度較小，粒徑略大；惰性組分煤料顆粒密度較大，粒徑略小。也就是說，進入細粒級產(chǎn)品中的活性組分煤料顆粒密度較小，粒徑略大于3mm；惰性組分煤料顆粒密度較大，粒徑略小于3mm。這一特性較好地滿足了煉焦裝爐煤的粒度組成要求，有利于提高焦炭質(zhì)量。
3.5 對原料煤含水量的適應性極強
瀑式風選系統(tǒng)采用開放式氣動力系統(tǒng)，將進入風選機的原料煤含水分控制在不同范圍內(nèi)，可獲得不同的煤料的分離效果。當原料煤含水分在8%～12％時，煤料中直徑小于0.5 mm的煤?；咎幱谒缮顟B(tài)，易于被氣流帶走，此時瀑式風選機對煤塵的分離效率較高，可大幅度降低細粒級產(chǎn)品和粗粒級產(chǎn)品中的煤塵含量。
當原料煤含水量在12%～14％時，煤料濕度增大，其粒徑小于0.5mm的粒子基本上處于球團狀，此時風選機對煤塵的分離效率會有所降低，但細粒級產(chǎn)品中煤塵含量仍低于8%，對細粒級產(chǎn)品的細度不會產(chǎn)生多大影響。這是瀑式風選優(yōu)于流化床風選技術的特點之一。它的工藝方式?jīng)Q定了瀑式風選主機內(nèi)部無風孔板，煤料由主機上部以自然下落方式垂直通過主機。無轉(zhuǎn)動部件，大大降低了主機的故障率。
4 節(jié)能減排效果
4.1 焦炭質(zhì)量提高，節(jié)省高爐能耗
煤料在進入粉碎機前經(jīng)過瀑式風選系統(tǒng)，將原料煤按裝爐煤標準進行篩分，保證送入粉碎機的煤料基本不含細粒級煤。使粉碎的煤料進行了合理而充分的粉碎，有效避免了煤料的過細粉碎，裝爐煤的粒度組成更趨合理化。在配合煤不變的前提下，焦炭的質(zhì)量可得到較大提高，M40提高1.5%～2%, M10改善0.5％左右，特別可使焦炭的熱反應性有較大改善，為降低高爐焦比提供了有利條件，可以大幅度減少生鐵冶煉過程中的CO2排放量。
4.2 增加焦炭產(chǎn)量，減少焦爐能耗
經(jīng)瀑式風選后的裝爐煤，堆密度相應增加，在不改變原料煤的情況下，3mm以下煤料顆粒的含量在78％左右，依靠調(diào)整裝爐煤粒度組成，可使裝爐煤堆密度增加3%～5%，相應增加了焦炭產(chǎn)量。
4.3 部分調(diào)濕功能
采用瀑式風選對煤料有部分干燥作用。在我國大部分地區(qū)，常溫下的大氣相對濕度在60％左右時，自然風通過風選機可使煤料含水量降低2%～3%。如果引入焦爐的高溫廢氣，可以實現(xiàn)煤料含水量的自動控制，穩(wěn)定入爐煤的含水量，改善焦炭質(zhì)量，使焦爐產(chǎn)能增加11%，煉焦能耗降低5%，焦炭強度增加1.7%。
4.4 降低煤氣含水量
經(jīng)瀑式風選后的裝爐煤，含水量降低。在成焦過程中產(chǎn)生的剩余氨水量也相應降低，每噸煤可減少剩余氨水量44kg，降低了污水處理費用，有效地降低了成本。在系統(tǒng)后部設有布袋除塵裝置，可以確保風選系統(tǒng)排出的氣體達標排放。
4.5 降低粉碎機負荷，減少動力消耗
由于粉碎機前應用了瀑式風選系統(tǒng)，風選效率可達95％以上，保證進入粉碎機的煤料很少有3mm以下的煤料顆粒，使粉碎機的負荷減少60%～70%。
4.6 減少優(yōu)質(zhì)煤用量，擴大煉焦煤源
在同質(zhì)焦炭的前提下，瀑式風選可將煉焦配合煤中弱粘結(jié)性的煤由5%～7％提高至15％以上。節(jié)約了優(yōu)質(zhì)煉焦煤，擴大了煉焦煤資源。
4.7 設備制造費用低
瀑式風選除了性能上優(yōu)于流化床式風選之外，設備制造成本也較低廉，設備一次性投資將大幅度降低。
