一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤及配煤方法

摘要

本发明公开了一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤及配煤方法，属于高炉喷吹燃料技术领域；高炉喷吹煤包括重量百分比为30‑50%的无烟煤、0‑50%的烟煤、10‑30%的焦粉、10‑20%的废弃塑料；先将无烟煤、烟煤、焦粉混合并粉碎制成总煤粉，将废弃塑料造粒形成粒度为10 mm以下的颗粒，将处理后的废弃塑料与总煤粉混合均匀得到高炉喷吹煤；本发明使用焦粉与废弃塑料添加到混煤中可以保证低成本与低挥发分的同时提高发热量，性价比更高。

权利要求

1.一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤，其特征在于，包括重量百分比为30‑50%的无烟煤、0‑50%的烟煤、10‑30%的焦粉、10‑20%的废弃塑料；所述废弃塑料为废弃环氧树脂或废弃聚氨酯类塑料；所述无烟煤、烟煤、焦粉混合后的总煤粉中粒径＜2.0 mm的颗粒占总煤粉的90%以上；废弃塑料的粒径＜10 mm。

2.根据权利要求1所述的一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤，其特征在于，废弃环氧树脂的水分含量为5%‑20%，挥发分含量为70%‑90%，灰分含量为3%‑10%，硫含量<0.1%，固定碳含量为5%‑15%；废弃聚氨酯类塑料的水分含量为5%‑20%，挥发分含量为70%‑90%，灰分含量为5%‑15%，硫含量<0.2%，固定碳含量为5%‑15%。

3.根据权利要求1所述的一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤，其特征在于，由重量百分比为40%的无烟煤、30%的烟煤、20%的焦粉、10%的废弃塑料组成。

4.根据权利要求1所述的一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤，其特征在于，所述烟煤的水分含量为10%‑20%，挥发分含量为10%‑40%，灰分含量为5%‑15%，硫含量<1.0%，固定碳含量为50%‑80%。

5.根据权利要求1所述的一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤，其特征在于，所述焦粉的水分含量为0.1%‑5%，挥发分含量为1%‑5%，灰分含量为11%‑15%，硫含量为0.5%‑1.5%，固定碳含量为80%‑90%。

6.根据权利要求1所述的一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤，其特征在于，所述无烟煤的水分含量为10%‑20%，挥发分含量为5%‑15%，灰分含量为5%‑15%，硫含量<0.8%，固定碳含量为75%‑85%。

7.一种使用如权利要求1‑6任意一项所述的一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤的配煤方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）先将无烟煤、烟煤、焦粉混合并加入磨机中粉碎制成混合煤粉；

2）将废弃塑料使用冷态法进行造粒形成粒度为10 mm以下的颗粒；

3）将处理后的废弃塑料与混合煤粉混合均匀得到高炉喷吹煤。

说明书

一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤及配煤方法

技术领域

[0001] 本发明属于高炉喷吹燃料技术领域，具体为一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤及配煤方法。

背景技术

[0002] 钢铁生产是一个高耗能、高污染的产业，也是节能减排潜力最大的行业。随着国家对钢铁行业节能减排要求的不断严格要求和企业炼铁成本压力的不断加大，优化高炉效能成为提高钢铁企业竞争力的重要途径，其中主要包括降低燃料消耗和合理燃料结构等方法。世界各国都把提高高炉喷煤量、降低焦比作为降低生铁成本、减轻环境污染的主要手段。在我国，高炉喷煤比仍有一定的提升空间。增加高炉喷煤量、节约焦炭、降低炼铁成本已成为当今迫切的任务和重要研究课题。因此，采用高炉喷吹的煤粉部分代替焦炭是非常有必要的。高炉喷煤是现代高炉降低生产成本，提高经济效益的重要技术措施。可以缓解我国现今焦煤的短缺，优化炼铁系统的能源结构，同时也可以减少炼焦对环境的污染。

[0003] 高炉喷煤是增铁节焦极为有效的措施，而喷吹用煤的性能与这种措施的有效程度关系密切，所以进行煤粉性能的研究非常重要。高炉煤粉喷吹的主要目的是代替冶金焦炭，因此，对于喷吹煤粉的种类及理化性能均有一定要求。高炉喷吹用煤理论上可以使用所有的煤种进行喷吹，但目前强粘结性煤可以用来炼焦，十分稀缺，并且使用这种煤喷吹会使风口结焦，造成设备损坏，所以通常选择非粘结性煤或弱粘结性煤，例如：无烟煤、烟煤、贫瘦煤等，现在喷煤技术一般使用三种配煤方式，分别为：无烟煤喷吹、烟煤喷吹与混煤喷吹。

[0004] 无烟煤的热值和理论置换比高，安全性好，是我国高炉首选的喷吹用煤，然而无烟煤挥发分含量较低，着火点较高，燃烧速度慢，燃烧性较差。尤其是在高煤比喷吹时，未燃煤粉的占比大大增加，进而会影响高炉的顺行，同时也将降低置换比，因此无烟煤的最大喷吹量较低，单一喷吹无烟煤难以实现高煤比喷吹。与无烟煤相比，烟煤挥发分含量一般较高，着火点低，燃烧性好，可磨性指数比较高，从理论上讲有利于扩大喷吹量。然而在高炉冶炼环境下，烟煤的热值和理论置换比低于无烟煤，并且喷吹单一。高挥发分烟煤也存在一定的缺点，比如：烟煤爆炸性高，存在安全隐患；烟煤大量喷吹会降低理论燃烧温度，导致炉内温度分布不均。目前，高炉喷吹用煤主要是以烟煤与无烟煤的混合配煤方案为主，该方法的优点有：第一，由于不同煤粉之间的相互催化作用，混合煤的燃烧率相较于单一煤粉有增加趋势；第二，烟煤配比的提高可以降低高炉中氢气含量，并降低煤气的粘结性，提高了扩散速度和反应速度，高炉内间接还原反应加强，因此可以有效的提升高炉利用系数和降低燃料比；第三，向烟煤中配加一定量的无烟煤后，可以克服单一喷吹烟煤时喷枪和风口处易结焦而堵塞或烧损的弊病，并有效解决烟煤喷吹时的爆炸性问题；第四，与无烟煤相比，烟煤分布范围更广、储量更大，并且价格更低，混煤有利于降低成本。但随着钢铁需求的不断增多，高质量的无烟煤供不应求，很多炼铁企业都在寻求一种价格更低、更环保、发热量达到炼铁需求的配煤方案。

[0005] 焦粉，是焦炭生产及其后续使用过程中伴随产生的一种副产物，在我国，每年在生产焦炭的过程中会产生1600万吨以上的焦粉。其挥发分较低，使用过程安全性高，并且固定碳含量较高，基本可以达到70%以上，只有灰分含量与硫含量较高，是一类较为优质的碳源。焦粉由于其功能性较不如焦炭、无烟煤等而具有着更为低廉的回收价格。因此，焦粉可以被用于高炉喷吹方向，替代一部分的无烟煤，改善煤粉的燃烧特性。焦粉替代无烟煤的优点如下：第一，可以增加焦粉的消纳能力，拓展焦粉应用领域；第二，减少无烟煤用量，并且节省宝贵的焦煤资源；第三，符合我国当前节能减排策略；第四，焦粉价格低廉可提升下游企业的经济效益。所以，焦粉的加入可以带给企业与社会良好的经济效益与环境效益。

[0006] 为了减少对冶金焦炭的依赖，从而减少二氧化碳排放，研究者们提出了以下方法：（1）用富氢含碳的材料代替焦炭；（2）利用二次资源生产团聚体；（3）将氧化铁还原过程转向低碳利用。

[0007] 现代社会塑料产量的增加直接导致了大量的废弃物的形成，不仅处理困难而且对环境造成一定危害。废塑料的主要化学成分为高分子碳氢化合物，其燃烧后会产生较高的热能及化学能，所以，将废弃塑料添加在高炉喷吹用煤中是废物回收和减少二氧化碳排放的一种有效方式。用富氢的含碳废料部分替代少部分的煤粉，可以减少对煤炭资源的依赖并能有效减少CO2排放。据统计，将废弃塑料通过焚烧处理后其综合利用率为30%，物质损失高达70%；将废弃塑料用于发电过程的综合利用率仅有40%，物质损失程度也高达60%；但如果将废旧塑料用于高炉喷吹方面，其对于废弃塑料的综合利用率高达79.6%，物质损失也降低至20.4%。但将废弃塑料添加至高炉喷吹用煤的报道却很少，还没有在工业中应用。

[0008] 塑料可分为热固性塑料与热塑性塑料。其中，以聚氨酯、环氧树脂为主的热固性塑料由于交联固化而无法进行再次加工，不能通过回收进行重复利用，所以热固性塑料已经成为目前对环境危害最大的塑料种类。

发明内容

[0009] 本发明克服了现有技术的不足，提出一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤及配煤方法。以为高炉喷吹配煤提供更高的理论热值，并缓解废弃塑料的处理问题。

[0010] 为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

[0011] 一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤，包括重量百分比为30‑50%的无烟煤、0‑50%的烟煤、10‑30%的焦粉、10‑20%的废弃塑料。

[0012] 优选的，所述废弃塑料为废弃环氧树脂或废弃聚氨酯类塑料。

[0013] 更优的，废弃环氧树脂的水分含量为5%‑20%，挥发分含量为70%‑90%，灰分含量为3%‑10%，硫含量<0.1%，固定碳含量为5%‑15%；废弃聚氨酯类塑料的水分含量为5%‑20%，挥发分含量为70%‑90%，灰分含量为5%‑15%，硫含量<0.2%，固定碳含量为5%‑15%。

[0014] 优选的，所述无烟煤、烟煤、焦粉混合后的总煤粉中粒径＜2.0 mm的颗粒占总煤粉的90%以上。

[0015] 优选的，废弃塑料的粒径＜10 mm。

[0016] 优选的，由重量百分比为40%的无烟煤、30%的烟煤、20%的焦粉、10%的废弃塑料组成。

[0017] 优选的，所述烟煤的水分含量为10%‑20%，挥发分含量为10%‑40%，灰分含量为5%‑15%，硫含量<1.0%，固定碳含量为50%‑80%。

[0018] 优选的，所述焦粉的水分含量为0.1%‑5%，挥发分含量为1%‑5%，灰分含量为11%‑15%，硫含量为0.5%‑1.5%，固定碳含量为80%‑90%。

[0019] 优选的，所述无烟煤的水分含量为10%‑20%，挥发分含量为5%‑15%，灰分含量为5%‑15%，硫含量<0.8%，固定碳含量为75%‑85%。

[0020] 煤的水分含量主要指游离水含量。挥发分是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物组成的混合气体，挥发分含量随着煤化程度的增加而减少，并且挥发分越高的煤，其爆炸性越强。灰分是煤完全燃烧后所剩下的残渣，主要来源于煤种不可燃烧的矿物质，并且矿物质在燃烧时需要消耗热量，因此，灰分含量越高，越不利于喷煤的燃烧效率，煤炭燃烧所产生的灰渣增多，排放的飞灰也会增加。固定碳是煤发热量的主要来源，随着煤变质程度的增加，煤中的固定碳含量也会增加，高固定碳含量的煤燃烧性能更强，发热量更多。硫含量越高的煤燃烧后对设备的损耗越大，并且会污染环境，所以高炉配煤的过程中需要尽量减少混煤中硫的含量。

[0021] 所述无烟煤使用大多数炼铁厂所选择的无烟煤种类，例如：晋城无烟煤。

[0022] 所述烟煤使用大多数炼铁厂所选择的烟煤种类，例如：山西大同烟煤。

[0023] 所述焦粉使用大多数炼铁厂所选择的焦粉，例如：山西潞安祥瑞焦化有限公司的焦粉。

[0024] 一种含焦粉与废弃塑料的高炉喷吹煤的配煤方法，包括以下步骤：

[0025] 1）先将无烟煤、烟煤、焦粉混合并加入磨机中粉碎制成混合煤粉；

[0026] 2）将废弃塑料使用冷态法进行造粒形成粒度为10 mm以下的颗粒；

[0027] 3）将处理后的废弃塑料与混合煤粉混合均匀得到高炉喷吹煤。

[0028] 优选的，所述冷态法进行造粒是将废弃塑料进行机械加工，挤压，切削处理。

[0029] 本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

[0030] （1）本发明发挥焦粉、无烟煤、烟煤的协同燃烧效应；利用了焦粉发热量高、低硫、固定碳含量高和价格低的优点，得到一种发热量高、固定碳含量高、价格更低的高炉喷吹煤及配煤方法。

[0031] （2）由于燃烧发生在具有裂缝结构的表面，而现有的废弃物的团聚体具有的致密核心结构，尽管总孔隙率较高，但其转化率较低；本发明选用多孔型小颗粒废弃环氧树脂，其具有较大的比表面积，较好的燃烧性。而本发明选用的喷吹废塑料的燃烧率又高于喷煤。喷煤粉燃烧率为55%左右，而喷吹废塑料的燃烧率可达到80%左右。使用焦粉与废弃塑料添加到混煤中可以保证低成本与低挥发分的同时提高发热量，性价比更高。

[0032] （3）本发明所采用的废弃塑料的掺量比较少，挥发分降低，操作更加安全。

附图说明

[0033] 图1为本发明所有实施例中使用的无烟煤的SEM图；其中（1a）的放大倍数为5000倍，（1b）的放大倍数为10000倍。

[0034] 图2为本发明所有实施例中使用的烟煤的SEM图，其中（2a）的放大倍数为5000倍，（2b）的放大倍数为10000倍。

[0035] 图3为本发明所有实施例中使用的焦粉的SEM图，其中（3a）和（3b）的放大倍数均为10000倍。

[0036] 图4为本发明实施例1配煤方案的混煤的SEM图，其中（4a）的放大倍数为5000倍，（4b）的放大倍数为15000倍。

[0037] 图5为本发明实施例4中使用的废弃环氧树脂的SEM图，其中（5a）的放大倍数为5000倍，（5b）的放大倍数为10000倍。

[0038] 图6为本发明实施例5中使用的废弃聚氨酯的SEM图，其中（6a）的放大倍数为5000倍，（6b）的放大倍数为10000倍。

[0039] 图7为本发明实施例4配煤方案的混煤的SEM图，其中（7a）的放大倍数为5000倍，（7b）的放大倍数为10000倍。

[0040] 图8为本发明实施例5配煤方案的混煤的SEM图，其中（8a）的放大倍数为5000倍，（8b）的放大倍数为10000倍。

具体实施方式

[0041] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

[0042] 表1所示无烟煤、烟煤、焦粉、废弃环氧树脂和废弃聚氨酯的各种理化性质和价格。其中，Mad代表总水分含量、Aad代表灰分含量、Vad代表挥发分含量、FCad代表固定碳含量，S代表硫含量，其中发热值为理论计算数据，会与实测发热值有一定偏差。其中实施例1、实施例
2和实施例3的焦粉替代无烟煤的比例不同，最大为替代无烟煤质量的40%，这是由于要保证其安全性。使用废弃环氧树脂的配煤方案性价比较高，以较低的价格达到了较高的发热量；
而使用废弃聚氨酯则可以降低其挥发分，提高喷煤过程的安全性。各物料的价格以当前的市场平均价为准。

[0043] 表1：

[0044]

[0045] 实施例1

[0046] 将焦粉、无烟煤、烟煤按照质量比20：50：30混合，作为第一种配煤方案，将混煤加入磨机中粉碎，煤粉粒径小于2.0 mm的占90%以上，利用高炉喷吹系统进行喷吹，较无烟煤喷吹可降低采购成本614元/吨，提升热值71 kcal/kg，具体数值见表2。

[0047] 对原煤与本实施例的配煤方案进行了形貌测试，结果如下：

[0048] 如图1所示，无烟煤粉末呈现出大小不均的块状形貌，其表面较为粗糙；在图2中，烟煤展示出较小的块状和片状形貌；在图3中，焦粉由于其经过热解过程而表现出表面光滑的块状和片状形貌；在图4中，可以看到无烟煤、烟煤和焦粉均匀分散的情况，这符合高炉喷吹的配煤要求。

[0049] 实施例2

[0050] 将焦粉、无烟煤、烟煤按照质量比15：55：30混合，作为第二种配煤方案，将混煤加入磨机中粉碎，煤粉粒径小于2.0 mm的占90%以上，利用高炉喷吹系统进行喷吹。较无烟煤喷吹可降低采购成本533元/吨，提升热值31 kcal/kg，具体数值见表2。

[0051] 实施例3

[0052] 将焦粉、无烟煤、烟煤按照质量比10：60：30混合，作为第三种配煤方案，将混煤加入磨机中粉碎，煤粉粒径小于2.0 mm的占90%以上，利用高炉喷吹系统进行喷吹。较无烟煤喷吹可降低采购成本453元/吨，但热值有所降低，具体数值见表2。

[0053] 表2：

[0054]

[0055] 实施例4

[0056] 先将无烟煤与烟煤以50：30的比例混合，置于磨机中粉碎，煤粉粒径小于2.0 mm的占90%以上。将废弃环氧树脂进行机械加工，挤压，切削成粒度为10 mm以下的颗粒，再将其与无烟煤与烟煤混合，利用高炉喷吹系统进行喷吹。其中，废弃塑料、无烟煤、烟煤的比例为20：50：30。较无烟煤喷吹可降低采购成本434元/吨，提升热值704 kcal/kg，具体数值见表
3。

[0057] 对废弃环氧树脂与本实施例的配煤方案进行了形貌测试，结果如下：

[0058] 如图5所示，废弃环氧树脂是由小块堆积而成的，表面较为光滑；如图7所示，将废弃环氧树脂加入本实施例配煤方案后，煤粒与废弃环氧树脂粉末均匀分布，说明二者成功混合，且颗粒较小，可以进行高炉喷吹。

[0059] 实施例5

[0060] 先将无烟煤与烟煤以50：30的比例混合，置于磨机中粉碎，煤粉粒径小于2.0 mm的占90%以上。将废弃聚氨酯类塑料进行机械加工，挤压，切削成粒度为10 mm以下的颗粒，再将其与无烟煤与烟煤混合，利用高炉喷吹系统进行喷吹。其中，废弃聚氨酯类塑料、无烟煤、烟煤的比例为20：50：30。较无烟煤喷吹可降低采购成本214元/吨，提升热值521 kcal/kg，虽然成本较实施例4增高，但其挥发分降低，提升了基于废弃聚氨酯类塑料添加的配煤方案的安全性，具体数值见表3。

[0061] 对废弃聚氨酯类塑料与本实施例配煤方案进行了形貌测试，结果如下：

[0062] 如图6所示，废弃聚氨酯类塑料呈大小不一的块状形貌，其中小颗粒居多，以便于与氧气充分接触；如图8所示，将废弃聚氨酯类塑料加入本实施例配煤方案后，废弃聚氨酯类塑料与煤粒均匀分布，废弃聚氨酯类塑料的小颗粒提供了在燃烧时与氧气充分接触的比表面积，增强了混煤的燃烧性能，符合高炉喷吹的要求。

[0063] 表3：

[0064]

[0065] 实施例6

[0066] 先将无烟煤、烟煤和焦粉以40：30：20的比例混合，置于磨机中粉碎，煤粉粒径小于2.0 mm的占90%以上。将废弃环氧树脂进行机械加工，挤压，切削成粒度为10 mm以下的颗粒，再将其与无烟煤、烟煤和焦粉混合，利用高炉喷吹系统进行喷吹。其中，废弃塑料、无烟煤、烟煤、焦粉的比例为10：40：30：20。较无烟煤喷吹可降低采购成本686元/吨，提升热值
466 kcal/kg，具体数值见表4。

[0067] 实施例7

[0068] 先将无烟煤、烟煤和焦粉以40：30：20的比例混合，置于磨机中粉碎，煤粉粒径小于2.0 mm的占90%以上。将废弃聚氨酯类塑料进行机械加工，挤压，切削成粒度为10 mm以下的颗粒，再将其与无烟煤、烟煤和焦粉混合，利用高炉喷吹系统进行喷吹。其中，废弃聚氨酯类塑料、无烟煤、烟煤、焦粉的比例为10：40：30：20。较无烟煤喷吹可降低采购成本576元/吨，提升热值374 kcal/kg，具体数值见表4。

[0069] 表4：

[0070]

[0071] 表4中，实施例6和7的配煤方案混合煤挥发分小于21%，具有一定的安全性，并且成本相较于无烟煤喷有所降低，热值升高，硫含量明显降低，可以利用废旧塑料，环保型大幅增强。

[0072] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。