根据加热时所用的载热体的不同,可分为气体载热体和固体载热体两种生产工艺流程。
该流程以热废气作为载热体,以厦门铁厂的流程为例,如下图1加以介绍:
以单种弱粘结煤或无烟煤,配入少量粘结性煤为原料,经干燥预热,用燃烧炉内煤气燃烧生成的热废气快速加热至塑性温度区间。为控制塑性温度,热废气用约150℃的循环废气调:常至550~600℃,经快速加热的煤料用旋风分离器分出,通过维温分解使其充分软化熔融,最后经挤压成型得到热态型煤。由旋风分离器分出的废气,作为煤料干燥预热的热载体。千燥预热和快速加热均在流态化下进行,多数采用截流管,也可用旋风加热筒。此流程应用广泛,可用单种弱粘结煤和配合弱粘结煤。缺点是气体载热体风料比较大,约为1.7~2m3废气/kg·煤,因而增加烟泵及洗涤系统的负荷。废气温度不能太高,否则煤粉过早软化分解,粘于壁上,产生的热解产物混入废气,容易堵塞管道。
从气载工艺看,其原料煤是具有粘结性的单种煤,煤加热到塑性温度一般分干燥预热和快速加热三段进行有利于充分利用加热气体的热量,使煤粒均匀加热。在固载工艺方面,粘结性煤只加热到200~350℃之间,低于其软化温度,但低挥发分煤或半焦单种加热到600~700℃,用作固体热载体,然而与经过预热到200~350‘C之间的粘结性煤充分搅拌混合使混合煤迅速达到粘结煤的塑性温度区间。煤的快速加热常用设备有直立管,沸腾炉等,使热载体直接与煤粒接触。快速加热后需要在某一温度段内恒温一段时间,使其有热分解的过程,通过恒温使煤料充分软化熔融。当煤料在塑性期间大量热分解之后,硬化之前这一段时间内,成型是最合适的,选择得当可以避免热压型煤在成型后的膨胀和开裂情况。显然成型温度将选择在塑性温度段的较高温度段为佳;成型温度因不同的煤种而异,低煤化度的煤成型温度较低,而且其塑性温度段的区间很小。
粉煤变成型焦的最后一道工艺是后处理工序。目的是进一步降低挥发分,提高型煤强度。后处理方式有自热硬化方式和炭化两种。
自热硬化方式:又称热焖硬化方式,自热硬化是利用离开成型机的400余度型煤自身的温度在密闭而绝热(保温)的容器内,继续热分解,而硬化成为似焦型煤。这种的焦型煤称为热焖型煤,似焦型煤的挥发分物质可下降到万分之几。
炭化方式:趁热将型煤装入炭化炉内,炭化温度有低温和高温之分。低温炭化温度约690℃,高温炭化温度为900℃以上,所得产品为热压型焦挥发分小于15%的热压型煤炭化用内热式直立炉进行炭化,其加热需要的煤气可以自给自足。挥发分高于15%的热压型煤用外热式直立炉进行炭化,目的减少挥发分高的型煤在加热过程中因热应力而产生碎裂,加热所需的煤气更能自给
气体载热体的优点是:
用煤范围较宽;
工艺较简单,加热控制较容易;
产品质量好、强度高,适用于高炉冶炼。以无烟煤或贫煤等不粘煤配粘结煤为原料时亦可用于铸造业。
固体载热体相对于气体载热体工艺来说用煤范围受到一些限制,工艺较为复杂,加热控制较难,产品质量虽耐磨性较差,但裂纹少,型焦块度较完整,适用于铸造熔炼。
西德最大的煤炭研究单位埃森煤炭研究公司(Bergbau Forschung GmbH)与鲁奇石油技术公司(Lurgi)共同开发的BFL法,前苏联基辅焦炭研究所的萨波日尼科夫法,荷兰斯塔茨米金公司(Staatsmijnen)开发的Ancit法,美国联合煤炭公司(Consolidation Coal Co.)与贝赛尔亨钢铁公司(Bethle—hem Steel Co.)、国民钢铁公司(National Steel Co.)及共和钢铁公司(Republic Steel Co.)共同开发的Consol-BNR法,英国煤炭总局(NCB)开发的Homefire法及Roomheat法,日本公害资源所研究的NIPR法,波兰的Chpw法及西德的BMV及B.w.V.(Berg Werks Ver band)法等均属于热压成型法。多数工艺是将占原料30%的焦煤加热至其软化熔融温度(350~450℃),利用它的粘结性或加入同一工艺中非焦煤炭化付产的焦油与70%的非焦煤半焦均匀混合,在400~500℃温度下热压成型,再进行炭化成型焦。下面介绍部分主要工艺的流程。
气体载热体型焦工艺
英国煤炭总局(NCB)的Homefire及Roomheat法是将约含37%挥发分的煤磨细到小于1.2毫米,干燥后在约420℃的流化床中炭化,约停留35分钟后,把热的低温焦通过加热导管送至成型机中热压成型,再在隔绝空气的条件下冷却至约200℃,最后用水淬冷,制成的型煤含挥发分约20%~23%,主要用作民用无烟燃料。Homefire型煤厂生产能力约100 x 104吨/年,Roomheat型煤厂的生产能力约25×104吨/年。型煤再进行炭化就得型焦。
我国1979年开发出ATEG-2第二代气体载热体热压成型工艺,建成75kg/h试验装置。1994年用以无烟煤为主的配煤生产铸造型焦这两种流程采用的煤都是单种弱粘煤或者配煤。用400~480℃的热废气干燥预热到200~220℃,再用600℃热废气快速加热到420~460℃,热煤与废气分离出来后,经过维温阶段预压成煤带,再用对辊成型机压成型煤,该型煤为60×60×50mm,枕形,冷却后可直接作燃料,也可再进行炭化(800~950℃)制取型焦。(ATEG-2)与(ATEG-1)的差别是:①用直立式加热管代替了旋风加热炉,优点在于结构简单了。②将煤干燥预热段,快速加热段二段串联的加热方式改为煤预热段和快速加热段并联,再与煤干燥段串联的“两并一串”的加热方法。由此加热管和预热管出来的热废气可用来干燥湿煤,排放出来的废气温度低(<150℃),提高了热利用率;由于预热煤和加热煤间的温差减小,可避免细煤粉因过热引起的粘结和堵塞加热系统的现象。
我国鞍山热能院开发的ATEG工艺对煤种的适应性较强,既能使用粘结性较弱的煤种,特别是高挥发份弱粘结煤单独成型,又能用无粘结性的无烟煤、贫煤、不粘煤以及其他煤料为主体原判(用量>65%)与强粘结性煤相配。生产满足不同用途的型煤和型焦。
用高挥发分低灰低硫弱粘性煤生产的型焦可用作高炉燃料,以无烟煤为主体与强粘结煤配在一起制成的型焦可用于5T/h以下冲天炉。
固体载热型焦
西德BFL法
西德BFL法的工艺流程图如下图2所示。BFL法是双组分热压成型工艺。将非焦煤在流化床中,于700~800℃温度下进行炭化,生成含挥发分约5%的半焦,然后与预热至约300℃的焦煤以7:3的比例混合,付产的煤焦油同时加入,温度保持在约450℃,在500kg/cm2的压力下热压成型。在西德的普罗斯珀(Prosper)焦化厂建成了12.5吨/时再进行炭化成型焦的示范装置。
日本NIPR法
日本公害资源所的NIPR法的特点是将非焦煤与焦煤分别在两个温度不同的流化床中加热,前者在550~600℃温度下进行低温炭化,后者在200~250℃温度下进行预热,然后混合送入对辊机中在线压力4.9~6.6吨/厘米(约相当于500kg/cm2)的条件下热压成型。试验规模为2吨/日。