《煤化工工艺学》-炼焦

炼焦工艺一、炼焦及其产品炼焦：煤在焦炉内隔绝空气加热到1000℃左右，可获得焦炭、化学产品和煤气的过程，此过程称为高温干馏或高温炼焦，一般简称炼焦。炼焦产品：焦炭

90%用于高炉炼铁，其余用于机械工业、铸造、电石生产原料、气化以及有色金属冶炼。化学产品

硫酸铵、吡啶碱、苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽、沥青等。用于化学肥料、农药、合成纤维的原料、塑料等。煤气可用来合成氨、生产化学肥料或用做加热燃料。二、炼焦炉的发展煤成堆、窑式土法炼焦

将煤置于地上或地下的窑中，依靠干馏时产生的煤气和部分煤的直接燃烧产生的热量来炼制焦炭，称为土法炼焦。土法炼焦成焦率低，焦炭灰分高，结焦时间长，化学产品不能回收，综合利用差。

倒焰式

将成焦的炭化室和加热的燃烧室分开的焦炉，隔墙上设有通道，炭化室内煤干馏时产生的煤气经此流入燃烧室内，同来自炉顶的通风道内的空气混合，白上而下的边流动边燃烧，故称为倒焰式焦炉。干馏时所需热量从燃烧室经炉墙传给炭化室内的煤料。二、炼焦炉的发展废热式将炭化室和燃烧室完全隔开，炭化室内生产的荒煤气送到回收车间分离出化学产品后，再送回燃烧室内燃烧或民用。燃烧后产生的高温废气直接从烟囱排出。

蓄热式

将高温烟气先经蓄热室后降温，热量用来预热空气等。三、炼焦工艺流程及主要设备§3-2煤的成焦过程

烟煤炼焦时随温度的变化状况煤胶质体半焦焦炭气态产物干燥预热软化、膨胀固化、收缩1003505506501000脱水、脱气反应分解反应缩聚反应温度℃一、成焦过程基本概念<350oC

煤干燥预热阶段350~480oC

胶质体形成阶段480~650oC

半焦形成阶段650~950oC

焦炭形成阶段二、煤的黏结和半焦收缩黏结性黏结性：干馏时，黏结本身与惰性物的能力，指炼焦时形成熔融焦炭的能力（经过胶质体生成块状半焦的能力）。黏结性与结焦性关系黏结性好事结焦性好的前提和必要条件（结焦性好的煤，其黏结性一定好）提高黏结性:黏结性好的煤，Y=16～18mm，G=65～78%。半焦收缩半焦收缩：半焦不稳定部分受热裂解，生成气态产物；残留部分不断缔合增炭，产生体积收缩。二、煤的黏结和半焦收缩半焦收缩气孔：焦炭是孔状体，若气孔率低、气孔小、气孔避厚、气孔壁强度高，则焦炭强度高。裂纹收缩应力导致产生裂纹（裂成焦块，裂纹多则焦炭细）三、焦炉煤料中热流动态供热两侧炉墙供热（靠近炉墙煤料温度先升高，温升速度快；远离炉墙的温度后升高，升高速度慢）不同部位煤料温度随加热时间变化（图3-2）炉墙温度加入煤时，炉墙温度迅速下降靠近炉墙煤料温度炭化室中心温度

加煤后8小时方由100oC升高（才脱完水分）不同部位煤料的升温速度：煤料升温线（图3-3）100~350oC：炉墙附近8oC/min；中心1.5oC/min升温速度不同，温度梯度不同，故收缩梯度不同，升温速度大的裂纹多，焦块小。

三、焦炉煤料中热流动态炭化室内不同部分煤料同一时间内的情况（图3-4）当装煤后加热约8小时，水分蒸发完了时，中心面温度上升。当加热14~15小时，炭化室内部温度都接近1000oC，焦炭成熟。温度

,℃11001000900800700600500400300200100湿煤层干煤层胶质层半焦焦炭成焦分布73915h中心炉墙炉焦缝图3-4炭化室煤料温度和成焦层分布四、炭化室内成焦特征炭化室内同时进行着不同成焦阶段装煤约8小时期间，炭化室同时存在着湿煤层、干煤层、胶质体层、半焦层和焦炭层。两胶质体层在装煤后11小时左右在中心汇合。装煤后15小时左右，焦炭成熟。膨胀压力过大时可危及炉墙（最大膨胀压力出现在两胶质体中心汇合时）。裂纹靠近炉墙的焦炭裂纹多，有焦花之称。焦缝成熟焦饼中心面上有一条缝称焦缝，上下直通。五、气体析出途径里行气（10%左右）形成与两胶质体之间，不可能横穿过胶质体，只能上行进入炉顶空间，这部分气体称为里行气。没有经历二次热解作用；含大量水蒸气，含煤一次分解产物（主要CH4及其同系物，还有H2、CO2、CO及不饱和烃）外行气（90%左右）产生胶质体外侧（由于胶质体固化和半焦热解产生大量气态产物）沿焦饼裂缝及炉墙与焦饼间隙进入炉顶空间，此部分气体称外行气。经过高温区，经二次热解作用，二次热解产物（主要H2，及少量CH4)五、气体析出途径气体中化学产品原料煤性质对化学产品产率的影响较大。挥发分高，煤气和粗苯产率都高。温度对化学产品产率影响较大（炉墙温度、焦饼温度，其次是炭化室炉顶空间温度）§3-3配煤和焦炭质量一、配煤的目的和意义配煤：就是将两种以上的单种煤料，按适当比例均匀配合，以求制得各种用途所要求的焦炭质量。焦煤炼焦的缺点（单种煤炼焦）焦煤储量不足推焦困难，容易损坏炉墙焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率低合理配煤的优势提高焦炭质量扩大炼焦煤源，合理利用煤炭资源增加炼焦化学产品产率等二、配煤用煤气煤（QM）、肥煤（FM）、焦煤（JM）、瘦煤（SM）及中间过渡性牌号煤。⑴气煤挥发性最大，黏结性差；炼焦产品特点：焦炭碎、强度低、推焦易；可得较多化学产品。⑵肥煤挥发份较高，灰分高，黏结性最好但结焦性差；炼焦产品特点：焦炭碎、强度低、推焦难；可提高化学产品产率和煤气产率。⑶焦煤挥发分适中（＜肥煤），黏结性高，灰分高炼焦产品特点：焦炭块大，强度高，推焦困难二、配煤用煤⑷瘦煤挥发分低，黏结性差炼焦产品特点：焦炭块大，抗碎强度高，耐磨性差（易成焦粉）；化学产品产率和煤气产率低。⑸贫煤没有黏结性，不结焦，不能单独炼焦；配煤中可起瘦化剂的作用。三、配煤的工艺指标配煤的工业分析水分（一般＜10%，焦化厂8%~10%）水分高的不利影响：焦炉升温慢，延长结焦时间，影响炉体寿命；影响装炉煤堆密度ρ（如图3-7，随水分↑ρ↓）水分过低的不利影响：破碎和装煤时造成煤尘飞扬恶化操作条件，使焦油中游离碳增加。图3-7配煤堆密度和水分的关系

1

湿煤，2干煤

102468101214900850800750水分，%堆密度

,kg/m3

2三、配煤的工艺指标灰分（配煤灰分＜12%，焦炭灰分＜15%）灰分的害处（配煤的灰分全部转入焦炭）a：灰分是惰性物质，灰分高则黏结性降低；灰分颗粒成为裂纹中心，配煤灰分高则焦炭强度降低。b：炼铁用焦耗量高，高炉生产能力降低。挥发分（中国生产配煤挥发分Vdaf一般25%~32%）a:挥发分高，化学产品产率高，煤气产率高。b:挥发分过高焦炭平均粒度小，抗碎强度低。c:挥发分过低煤的黏结性差，耐磨强度降低，可导致推焦困难。三、配煤的工艺指标硫分（配煤＜1.0%，一般焦炭＜1.0%~1.2%）硫分害处（配煤中有80%左右转入焦炭）冶炼中焦炭中硫分转入生铁中，使生铁呈热脆性，加速铁腐蚀。降低配煤中硫含量的途径：一是通过洗选除掉部分无机硫。二是配煤时，适当将高、低硫煤的调配使用。三、配煤的工艺指标黏结性和膨胀压力

①黏结性黏结性是结焦性的前提和必要条件。黏结性的指标：我国常用的是胶质层最大厚度Y和粘结指数G②膨胀压力（安全膨胀压力＜10~15KPa）是黏结性煤的炼焦特征，提高堆ρ能增大膨胀压力。粉碎度（＜3mm的占90%，煤粉碎粒度应少含有过大或过小的颗粒，特别要求小于0.2～0.5mm要少。）黏结性好的成分和易碎的不细碎，反之细碎。弱黏结性的应细碎；强黏结性的应粗碎；肥煤、焦煤易碎应粗碎；气煤硬度大难碎应细碎四、焦炭的用途1.高炉炼铁（供热燃料、还原剂、疏松骨架）要求：冶金焦反应率要小(C+CO2反应降低焦炭强度)、一定的块度、强度2.铸造用焦（熔化炉料：其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。）要求：铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。3.气化用焦要求：反应能力要高于化工气化用焦，对强度要求不严，但要求反应性好，灰熔点较高。4.电石焦对焦炭的质量要求不高,要求尽量提高固定碳含量。五、焦炭的质量1物理性质主要成分为碳，是具有一定强度、块度的银灰色固体，内部有纵横裂纹，沿焦炭纵横裂纹分开即为焦块，焦块内含微裂纹，沿微裂纹分开即为焦体，焦体由气孔和气孔壁（焦质）。真密度：单位体积焦质的质量。视密度（假密度）：单位体积焦块的质量。堆密度：焦炭单位堆积体积的质量。

气孔率=（1-假密度/真密度）×100%五、焦炭的质量2化学成分①灰分(主要成分是SiO2和Al2O3)不利，灰分越低越好②硫分不利（硫易使生铁铸件脆裂）硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。在炼钢生铁中硫含量大于0.07%即为废品。

③挥发分鉴别焦炭成熟度的重要指标。挥发分＞1.5%为生焦挥发分小于0.5—0.7%,则表示过火;一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。五、焦炭的质量④水分（一般为2%～6%）水分要稳定，否则引起炉温波动。⑤碱性成分（K2O、Na2O）由于其催化和腐蚀作用，能严重降低焦炭强度。3.机械强度①耐磨强度M10a:耐磨强度（M10↓、耐磨性↑）当焦炭外表面承受的摩擦力超过气孔壁强度时，就会产生表面薄层分离的现象，形成碎末，焦炭抵抗这种破坏的能力称为耐磨强度。b:转鼓测定耐磨强度指标M10

五、焦炭的质量转鼓试验：为了试验焦炭的耐磨性和抗碎性，通常采用转鼓试验。转鼓试验就是模仿焦炭在高炉冶炼过程中的撞击、挤压、研磨，将一个十分复杂的受力情况加以简化的试验方法。在转鼓中装入大于60毫米的焦炭50千克，以每分钟25转速度转动4分钟

M10一般用焦炭在转鼓内破坏到一定程度后，粒度＜10mm的碎焦质量m1占式样质量m总的分数来表示耐磨强度。<一般7%～11%>M10=(m1/m总)×100%②抗碎强度M40（M40↑、抗碎性↑）a：抗碎强度当焦炭承受冲击力时，焦炭沿裂纹或者缺陷处碎成小块，焦炭抵抗这种破坏的能力称为抗碎强度。b：转鼓测定耐磨强度指标M40

粒度＞40mm的焦块质量m2占式样质量m总的分数来表示抗碎强度。<M40一般70%～80%>M40=(m2/m总)×100%4焦炭的反应性①反应性大多数国家都用焦炭与二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。是指与CO2的碳溶反应性五、焦炭的质量表6-1-11高炉用焦炭强度转鼓强度指数（％）级别ⅠⅡⅢⅣM40≥80.0≥76.0≥72.0≥65.0M10<8.0<9.0<10.0<11.0五、焦炭的质量②影响焦炭反应性的三大因素a：原料煤性质（煤种、煤岩相的组成、煤灰分等）b：炼焦工艺因素（焦饼中心温度、结焦时间、炼焦方式等）c：高炉冶炼条件（温度、时间等）③焦炭反应性（CRI

%）的测定：国内：CO2测定称取一定质量的焦炭试样，置于反应器中，在1100+5℃时与CO2反应2h后，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭反应性（CRI）。

有时也用CO2容积速率表示五、焦炭的质量低温干馏和高温干馏的比较低温干馏和高温干馏的区别：温度不同设备不同产物成分不同低温干馏产物成分主要为：焦炉煤气、煤焦油。高温干馏产物成分主要为：焦炭目的不同低温干馏和高温干馏的相同点：原料相同产物状态相同（气、液、固）§3-4现代焦炉一、焦炉概述（sheet1）1.焦炉的构成主要构成部分——“三室”燃烧室蓄热室炭化室焦炉其他附属机械：加煤车、推焦车、导焦车、熄焦车等。——“四车”2.焦炭的工艺生产流程煤炭化室熄焦焦炭炉顶加煤车炼制水浇或干熄推焦焦炭产品一、焦炉概述（sheet2）“三室”——炭化室炭化室是煤隔绝空气干馏的场所；煤由炉顶加煤车加入炭化室，炭化室两端有炉门，炼好的焦炭用推焦车推出，沿导焦车落入熄焦车中，赤热焦炭用水熄灭，置于焦台上。两侧为燃烧室，与燃烧室相间，一墙之隔。炭化室尺寸：有效容积是有效长度、平均宽度和有效高度的乘积。长12～20m，宽0.4～0.6m，高3～8m。炭化室顶部厚度1～1.5m，3～5个加煤孔；炭化室墙表面积较大，内部温度均匀，平均1100oC。一、焦炉概述（sheet3）“三室”——燃烧室燃烧室是煤气燃烧为炭化室供热的地方；

与炭化室依次相间，一墙之隔。每座焦炉的燃烧室都比炭化室多一个。对与炭化室隔墙的要求：

防止干馏煤气泄漏，尽快传递干馏所需的热量，高温抗腐蚀性强，整体结构强度高。温度约为1300℃由燃烧火道构成，温度达1000℃～

1400℃。设置蓄热室，对火道废气热量进行回收；火道所用材料：高温区、低温区——硅砖（或矽砖），焦炉表面——绝热砖；立火道数目22～36个。一、焦炉概述（sheet4）“三室”——蓄热室蓄热室是回收燃烧室废气的热量来预热空气和贫煤气的地方；蓄热室位于焦炉炉体下部，其上部经过斜道与燃烧室相连，下部经过废气盘分别与烟道、贫煤气管和大气相通，主要由格子砖、蓄热室内隔墙、封墙等构成。对蓄热室砌筑材料的要求：格子砖采用薄壁异型黏土砖，定期用压缩空气吹扫。（增大传热面积，减小阻力）蓄热室内隔墙包括中心隔墙、单墙和主墙。中心隔墙将蓄热室分为机焦两侧。单墙两侧为同向气流（煤气和空气），压力接近，用标准砖砌筑。主墙两侧则为异向气流，压差较大，多用带沟舌的异型砖砌筑。封墙内层为黏土砖，外侧为隔热砖。一、焦炉概述（sheet5）“四车”加煤车顶装焦炉的装煤车设在炉顶，其作用是从煤塔取出一定重量的煤料，通过炭化室顶部装煤孔卸入炭化室内。推焦车炭化室装煤完毕后，煤落在室内成锥形,由推焦机上的平煤杆将煤推平；打开、清扫与关闭机侧的炉门；将成熟的焦炭从炭化室的机侧推到焦侧的导焦车上。导焦车（拦焦车）拦着从炭化室推出来的焦炭落到熄焦车上，并打开,清扫与关闭焦侧的炉门。熄焦车接受推出的赤热焦炭，运到熄焦塔内(或运到干法熄焦装置用惰性气体将余热导走发电或补充管网的蒸汽)，将赤热焦炭熄灭，然后卸在凉焦台上冷却。一、焦炉概述（sheet6）焦炉的加热系统燃烧室、斜道区、蓄热室

变换时间：20~30min（气流的换向时间）

斜道区连接蓄热室和燃烧室的通道为斜道区，它位于蓄热室顶部和燃烧室底部之间，用于导入空气和煤气，并将其分配到每个立火道中，同时排除废气。倾斜角应大于30o，以免积灰堵塞，断面收缩角小于7o。二、焦炉炉型（sheet1）现代焦炉应具备的性能保证炼得优质焦炭；获得较多的煤气和化学制品；炭化室加热均匀；能耗低；结构合理，坚固耐用。二、焦炉炉型（sheet2）现代焦炉分类方法很多，可以按照装煤方式、加热用煤气种类、空气和加热用煤气的供入方式、气流调节方式、拉长火焰方式以及燃烧室火道形式等进行分类。按装煤方式分类，有顶装焦炉和侧装焦炉。按加热用煤气种类分类，有复热式焦炉（能用焦炉煤气或贫煤气）和单热式焦炉（用贫煤气）。按空气和加热用煤气的供入方式分类，有侧入式焦炉和下喷式焦炉。侧入式：加热用的富煤气由焦炉机焦两侧水平砖煤气道引入炉内，空气和贫煤气则从交换开闭器和小烟道从焦炉侧面进入炉内。下喷式：加热用的富煤气由炉体下部通过下喷管垂直地进入炉内，空气和贫煤气则从交换开闭器和小烟道从焦炉侧面进入炉内。焦炉分类下喷式焦炉—各灯头定量供气两分式火道二、焦炉炉型（sheet3）按燃烧室火道形式进行分类每两个火道为一组，一个火道中上升煤气，并在其中燃烧，生成的高温废气从火道中间隔墙跨越孔流入相邻的火道而下降，每隔20~30分钟换一次。特点：调节灵敏，加热阻力小，加热均匀。缺点：压差大，火道间窜漏的可能性大。双联式炭化室下部设有大蓄热室，有中心隔墙分机焦两侧。当用贫煤气加热时，一侧蓄热室单数进空气，双数进煤气（或相反）。燃烧生成的废气汇集于水平集合焰道，由另一侧下降。优点：结构简单，压差小，不窜漏。缺点：焰道内气流阻力大，火道内和蓄热室长向气体分布不均。两分式上跨式火道联结方式每个燃烧室下设两个蓄热室。当用贫煤气加热时，一个预热贫煤气，一个预热空气，两者在火道下部混合燃烧后，经跨顶烟道进入炭化室另一侧的火道，然后下降到蓄热室。由于该方法会导致炉顶温度偏高，故已不再使用二、焦炉炉型（sheet4）按气流调节方式分类，有上部调节式焦炉和下部调节式焦炉。按拉长火焰方式进行分类，可分为多段加热式焦炉、高低灯头式焦炉、废气循环式焦炉。

例如：JN60型焦炉属于：双联火道、废气循环、加热煤气下喷的复热式焦炉。中国JN60-87焦炉—废气循环双联式火道二、焦炉炉型（sheet5）现代焦炉的燃烧室的火道内煤气燃烧的火焰高度是有限的，当炭化室有效高度超过3m或者用焦炉煤气加热时，其火焰高度较短，上下加热不均匀故：为了实现高向加热均匀，可采取以下措施:

（1）高低灯头：火道中灯头高低不等（2）废气循环：火道中混入废气，拉长火焰（3）分段燃烧：火道分段供入空气，增长燃烧区三、大容积焦炉（sheet1）特点：生产能力大，劳动生产率高，投入少。但对设备、机械和材料等要求较高。例如：JN60型与JN43型焦炉比较，每孔装煤量提高到1.52倍，焦炉操作人员的劳动生产率提高约25%~30%，每座焦炉的耐火材料节约200余吨，且砖型简化，仅338种；耗热量低，热工效率高；煤的堆密度大，高向加热均匀，焦炭质量有所提高。大容积焦炉是我国焦化厂焦炉发展的方向！！§3-5炼焦新技术引言——开发炼焦新技术目的：扩大煤源，提高焦炭质量，增加焦炭产量。目标：增大焦炉容积努力方向：合理配煤、增加装炉煤堆密度、优化破碎以及煤的干燥和预热等现行焦炉的缺点：

1.煤料加热速度不均；

2.煤料在炭化室内的堆密度有差别；

3.炭化室间歇式生产后果：焦炭块度、强度、气孔率和反应性都不均匀。捣固炼焦是在炉外将煤粉捣实成饼后推入炭化室的侧装炉炼焦工艺。优点：

（1）在使用同样的配煤比之下，捣固炼焦的焦炭质量比常规顶装煤炼焦有所改善和提高；（2）扩大炼焦煤源，可以多配入高挥发分煤和弱粘结煤，生产高炉用焦，也可掺入焦粉和石油焦粉生产优质高炉用焦和铸造用焦，还可全部采用高挥发分煤生产气化焦；（3）焦炭产量提高，捣固炼焦的装炉煤堆比重增加的倍数大于结焦时间延长的倍数，故焦炭产量增加。

一、捣固炼焦（sheet1）捣固煤烧焦工艺：将煤由煤塔装入推焦机的捣煤槽内，再用捣煤锤将煤捣实成饼，然后推入炭化室。一、捣固炼焦（sheet2）为保证焦炭质量，捣固炼焦应注意以下几点：

（1）为了保证一定的堆密度，控制煤料水分为10%~11%为好。水分少，煤饼不容易捣实，装炉时容易塌料；水分过大，对炭化、捣固都不利。（2）为了提高堆密度，改革捣固作业，应该增加锤子个数、提高锤击频率，达到连续加煤薄层捣固，这样还缩短了装煤时间；（3）煤料细度应大于95%

（4）配煤的挥发分在34%以下，否则影响焦炭的强度。一、捣固炼焦（sheet3）捣固法还可与预热煤联合炼焦：配入80%以上的不黏结性煤，将煤预热到170~180oC，混入6%的石油沥青（黏结剂），然后在捣固机捣实，再把煤饼推入炭化室炼焦。与湿煤捣固比较，优点在于：（1）大大改善了焦炭质量，块焦率增加5%。（2）只要配入10%~15%好的黏结性煤即可生产优质焦炭；（3）结焦时间可缩短25%~30%。（4）采用的原料煤便宜，生产成本低，焦炉生产力大。一、捣固炼焦（sheet4）配型煤炼焦是在炼焦装炉煤料中按一定比例配入成型煤进行炼焦的技术。<1960年日本新日铁八幡钢铁厂研制>基本原理：配入成型煤块后，提高了装炉煤料的密度。这样可降低炭化过程中半焦的收缩，从而减少焦炭的裂纹，提高焦炭的强度；型煤块中配有一定量粘结剂，从而改善煤料的粘结性能，对提高焦炭质量有利；成型煤中煤粒相互接触远比粉煤紧密，从而显著地提高了型块煤料的结焦性能。高密度型块与粉煤配合炼焦时，在软化熔融阶段，型块本体产生的膨胀，对周围煤料施加压紧作用，促进了煤料颗粒间的胶结，使焦炭结构更加致密，强度提高。二、配型煤炼焦（sheet1）配型煤炼焦工艺通常配合煤料中，30%的煤料配以黏结剂压块成型，然后在装炉前与剩余的70%未成型粉煤配合装炉利用廉价的弱粘性煤二、配型煤炼焦（sheet2）优点：（1）降低原料成本

在保持一定的焦炭强度条件下，配型煤炼焦可节约优质炼焦煤，扩大弱黏煤和不黏煤的用量，降低原料成本和焦炭灰分，因为我国弱黏煤多，而且灰分低。（2）提高焦炭质量——原因型煤密度大，煤炭化时塑性阶段，粒子间隙小，使黏结组分和惰性组分充分作用，且型煤中含有一定量的黏结剂，有助于提高煤的黏结性。型煤致密，导热性好。比周围煤粉达到软化温度的时间要早，处于软化熔融的时间长，从而有助于型煤中添加的沥青和新生成的熔融组分与型煤中未软化部分和周围煤粉的相互作用。二、配型煤炼焦（sheet3）工艺流程：（1）粉煤和型煤采用同样的配煤比——新日铁法

二、配型煤炼焦（sheet4）煤料煤料70%煤料30%混合黏结剂加热混炼成型型煤混合焦炉

工艺流程：（2）型煤组成不同于装炉煤粉

总配量中，不黏煤可为20%以上，儿低挥发强黏结煤用量仅占10%。型煤配料中，不黏煤可为65%~70%以上。

二、配型煤炼焦（sheet5）煤料70%煤料+非黏结煤混合黏结剂加热混炼成型型煤混合焦炉

原则：

根据煤的岩相性质进行选择破碎，使得有黏结性的煤不细碎，而使黏结性差的暗煤和惰性矿物质进行细粉碎，使其均匀散开。这样可以保证黏结性成分不瘦化，堆密度又提高，消除惰性组分的大颗粒，可以使黏结性弱的煤料提高黏结性。三、选择破碎（sheet1）选择破碎现代焦炉都用数种煤配合炼焦怎么配合达到最好的结焦性？黏结性好的，往往颗粒小不细碎，直接使用黏结性差的，往往颗粒大再次细碎效果：选择破碎堆密度高于一般破碎。三、选择破碎（sheet2）

注意：对于岩相组成均一的煤，或岩相组成虽不均一，但不富集于某一粒度级的煤，选择破碎效果不大。

缺点：

流程较长，设备较多，筛孔小，电热筛操作困难。

一般，锤式粉碎机粉碎的煤料中，＜0.5mm粒级的含量占50%以上，利用冲击破碎机，可降低＜0.5mm和过大颗粒的含量，能提高弱黏结性煤的焦炭强度。湿煤可以采用圆筒形立式筛分机进行筛分。

三、选择破碎（sheet3）煤干燥炼焦：将装炉煤加热至60oC，干燥至水分4%～5%后，再装炉炼焦。效果：提高焦炭质量：由于水分降低，降低了煤料间水分表面张力，增加了煤料颗粒之间的润滑，可以提高装炉煤的堆密度7％～11％。改善焦炭质量，并增加高挥发分弱黏煤用量：由于装炉煤堆积密度增加使焦炭强度提高或多配弱粘结性煤，相当于配入10％型煤的效果。节能减排：因为水分降低，结焦时间缩短，炼焦速度提高，改善了煤料的粘结性，提高了焦炭的质量和产量，降低炼焦耗热量，而且也可以降低火道温度以减少NOx排放量，同时也减少了焦化厂的剩余氨水量，减少污水处理量。四、煤干燥炼焦煤预热炼焦：是指炼焦煤料在炉外预热到200℃左右，然后装入炭化室内的炼焦。效果：增加气煤用量，改善焦炭质量：煤预热炼焦可以增加黏结性较差的气煤的用量，改善焦炭质量；显著提高焦炉的生产能力：煤预热炼焦可以缩短结焦时间，提高焦炉的生产能力，煤料预热到250℃装炉，可以使焦炉的生产能力增加35%以上；节能减排：煤料中无水分蒸发吸热，炼焦耗热量可以约降低10%。煤料预热后不含水分，这样可大大减少焦化厂剩余氨水量和外排废水处理量。五、煤预热炼焦（sheet1）五、煤预热炼焦（sheet2）煤干燥预热：提高到150~200度热煤流动性好，加煤比较均匀，不需要平煤干法熄焦：是利用惰性气体将赤热焦炭冷却，得到热惰性气体加热锅炉发生水蒸气，降了温的惰性气体，再循环使用，从而回收了赤热焦炭的热量，提高炼焦生产的热效率。效果：每1吨1000~1100oC的焦炭显热约为1.51~1.67MJ。干熄焦热量回收率可达80%左右，可产蒸汽400kg以上。由焦炉推出的赤热焦炭的温度约为1050oC，其显热占炼焦耗热量得40%以上。如采用洒水湿法熄焦，方法虽简便，但损失大量热，耗费大量水，污染环境。六、干法熄焦（sheet1）干法熄焦1920年，瑞士27t/d日本八幡和中国宝山钢铁公司焦化厂就采用干法熄焦装置。与湿法比，优点：回收焦炭热量，环保提高焦炭质量提高焦炉生产能力六、干法熄焦（sheet2）槽式法干熄焦工艺流程教材P47流程阐述七、干法熄焦与煤预热联合

型焦是利用非黏结性煤，通过不同的工艺成型后，再进一步炭化制成型焦，用以代替普通冶金焦。正在研究开发的型焦方法有许多种。型焦成型工艺按成型时煤料状态可分为冷压成型和热压成型。前者煤料在远低于塑性状态温度下成型，后者煤料在塑性状态温度下成型。八、型焦生产§3-6煤气燃烧和焦炉热平衡焦炉加热燃料：焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气和脱氢焦炉煤气。其中高炉煤气和发生炉煤气合成贫煤气。<掌握各煤气的主要成分和热值>煤气的主要成分：焦炉煤气：H2和CH4，H2占50%~60%，CH4占22%~30%，热值高于贫煤气；高炉煤气：CO，含量为26%~30%，热值最低；焦炉中煤气燃烧的一般条件：煤气和空气混合；将混合物加热到着火温度；空气中的氧和煤气中的可燃成分起化学作用一、煤气燃烧（sheet1）着火温度：为了使空气中氧和可燃成分能进行化学反应，必须将混合物加热到一定温度，才能燃烧，出现火焰，此温度称为着火温度。着火温度和可燃物含量（P51表3-10）不同可燃气体燃烧时，由于扩散速度不同，燃烧速度（P51，图3-22）不同。因此，焦炉煤气比高炉煤气燃烧速度快，火焰长度短。空气过剩系数α：为了燃烧充分，要供给过量的空气，过量的空气与理论需要量之比。一、煤气燃烧（sheet2）煤气中可燃组分：H2、CO和CH4等。煤气燃烧的反应（即可燃组分与氧化合）：H2+1/2O2＝H2O；CO+1/2O2＝CO2；CH4+2O2＝CO2+2H2O氧来自于空气，同时空气和煤气还会带入N2、CO2和H2O。燃烧需要的理论氧量为：ф(O)T=[0.5ф(H2)+0.5ф(CO)+2ф(CH4)+3ф(C2H4)+7.5ф(C6H6)-ф(O2)]/100ф(H2)、ф(CO)、ф(CH4)等表示各组分在煤气中占体积百分数二、煤气燃烧物料计算（sheet1）燃烧所需的理论空气量：LT=ф(O)T/21%。实际燃烧时，空气供应量LP大于理论空气量LT：LP=αLT废气中各组分：

VCO2=[ф(CO2)+ф(CO)+ф(CH4)+2ф(C2H4)+6ф(C6H6)]/100VH2O=[ф(H2)+2ф(CH4)+2ф(C2H4)+3ф(C6H6)ф(H2O)]/100VN2=ф(N2)/100+79%LPVO2=21%LP-ф(O)T二、煤气燃烧物料计算（sheet2）1m3煤气燃烧所产生的废气量：VW=VCO2+VH2O+VN2+VO2<例题>已知燃烧用高炉煤气的组成如下:空气过剩系数α=1.2，所用空气温度为20oC，湿度60%，求该高炉煤气燃烧后的废气量及组成。解：ф(O)T=[0.5ф(H2)+0.5ф(CO)+2ф(CH4-ф(O2)]/100=[0.5×(2.66+27.3)+2×0.19-0.29]/100=0.15m3/m3LT=ф(O)T/21%=0.15/21%=0.72m3/m3二、煤气燃烧物料计算（sheet3）组成ф(CO)ф(H2)ф(CH4)ф(CO2)ф(N2)ф(O2)ф(H2O)含量27.3%2.66%0.19%10.7%56.51%0.29%2.35%续1：LP=αLT=1.2×0.72=0.86m3/m3VCO2=[ф(CO2)+ф(CO)+ф(CH4)]=(10.7+27.3+0.19)/100=0.382m3/m3VH2O=[ф(H2)+2ф(CH4)+ф(H2O)]/100+VH2O-Air

=(2.66+2×0.19+2.35)/100+VH2O-Air

=0.0539+VH2O-Air20oC，查得水的饱和蒸汽压为0.00233MPa，体积比为2.33%，1m3空气含水蒸气为：1×2.33%×60%=0.014m3VH2O-Air=0.014×LP=0.014×0.86=0.012m3VH2O=0.0539+0.012=0.066m3/m3

VN2=ф(N2)/100+79%LP=56.51/100+0.79×0.86=1.25m3/m3VO2=21%LP-ф(O)T=0.21×0.86-0.15=0.03m3/m3二、煤气燃烧物料计算（sheet4）续2：生成废气量：VW=VCO2+VH2O+VN2+VO2=0.382+0.066+1.25+0.03=1.73m3/m3废气组成为：ф(CO2)=VCO2/

VW×100%=0.382/1.73×100%=22.0%ф(H2O)=VH2O/

VW×100%=0.066/1.73×100%=3.8%ф(N2)=VN2/

VW×100%=1.25/1.73×100%=72.5%ф(O2)=VO2/

VW×100%=0.03/1.73×100%=1.7%二、煤气燃烧物料计算（sheet5）焦炉物料平衡计算可以检查生产技术经济水平和发现问题，在新的焦化厂设计时，它是重要的原料和产品量的原始数据。现代焦炉中，若操作条件基本不变，则炼焦产品的产率主要由原料煤来决定。焦油和粗苯的产率是煤料挥发分的函数，并由经验公式可计算；煤气中氨主要来源于煤的氮，煤中的氮约14%生成氨；煤气中H2S的产率与煤中含硫量有关，煤中硫的23%~24%生成H2S；煤热解产生的化合水与煤料的含氧量有关，其中氧的55%生成水。干煤的全焦产率一般为70%左右，也是与煤的挥发分有关。全焦的冶金焦（大于25mm）、中块焦（10~25mm）和粉焦的产率分别为95%、1.5%~3.5%、2.0%~4.5%一般每吨干煤产煤气为300~420m3，产焦油4%左右，产180oC前粗苯1.0%~1.3%，产氨为0.20%~0.30%三、焦炉物料平衡（sheet1）三、焦炉物料平衡（sheet2）焦炉收入煤料焦炉支出物料名称质量/kg质量分数%名称质量/kg质量分数%干煤水分92080928焦炭68968.9焦油34.53.5氨2.450.20硫化氢2.00.20粗苯9.851.0化合水39.43.9煤中水分808.0煤气142.8814.3合计1000100合计1000100焦炉物料衡算（以1t含水8%湿煤为基准）焦炉热量平衡的原则：基于焦炉收入物料携入热能等于焦炉支出物料携走的热能及炉表散热。在进行焦炉热量平衡计算之前，首先要进行焦炉物料平衡和煤气燃烧计算，并已知焦炉尺寸和操作条件。焦炉热量平衡计算方法：收入热量总计为：

Q

=煤气燃烧热+煤气焓+空气焓+湿煤焓

=Q1+Q2+Q3+Q4

其中：

Q1=VQgQ2=VcgtQ3=VcAtLPQ4=10（100-W）cdt+0.01WcWt四、焦炉热量平衡（sheet1）支出热量总计为：

Q

=焦炭焓+化学产品焓+煤气焓+水汽焓+燃烧废气焓－焦炉散热

=Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10其中：

Q5=1000×10KcKQ6=q1+q2+q3+q4Q7=750cGVGQ8=(2490+2.00×600)WGQ9=VWcWtW

Q10=10%Q四、焦炉热量平衡（sheet2）四、焦炉热量平衡（sheet3）焦炉收入煤料焦炉支出物料项次名称质量/kg比例%项次名称质量/kg比例%Q1Q2Q3Q4煤气燃烧热煤气焓空气焓湿煤焓266310.415.126.397.70.70.61.0Q5Q6Q7Q8Q9Q10焦炭焓化学产品焓煤气焓水汽焓燃烧废气焓焦炉散失1020.9101.7384.943550627237.63.614.816.018.010.0合计2720100合计2720100焦炉热量衡算赤热焦炭由焦炉带出炼焦耗热量的38%，焦炭温度约为1000oC，是高位热能，干法熄焦可回收该热量。例如：我国宝钢采用干法熄焦，每吨赤热焦炭可生产4.5MPa蒸汽0.47~0.5t。煤气带出的热量可由上升管处产生蒸汽，回收热量，每吨焦炭可得低压蒸汽0.1t。焦炉热效率和热工效率是评价焦炉热工好坏的指标。焦炉热效率：是指焦炉除去废气带走热量外所放出的热量，占供给中热量的百分数。η

=（Q1+Q2+Q3-Q9）/（Q1+Q2+Q3）×100%焦炉热工效率：是指传入炭化室的焦炭质量，占供给总热量的百分数。

ηT

=（Q5+Q6+Q7-Q8-Q4）/（Q1+Q2+Q3）×100%=（Q1+Q2+Q3-Q9-Q10）/（Q1+Q2+Q3）×100%现代焦炉热工效率为70%~75%。五、焦炉热工评定（sheet1）炼焦耗热量是指1kg煤在焦炉炭化室中炼成焦炭所需要热量（kJ/kg)。它是评定炉体结构、热工操作、管理水平和炼焦消耗定额的重要指标，也是确定焦炉加热用煤气量的依据。影响焦炉热效率和炼焦耗热量的因素：温度：焦饼中心温度、炉顶空间温度、火道温度和废气排出温度。空气过剩系数煤的水分加热煤气种类周转时间

五、焦炉热工评定（sheet2）焦饼中心温度：焦饼中心温度越高，焦炭从炭化室带走的热量就越多，从焦炭热平衡数据可知，焦炭带走热量约占总热量40%，所以焦饼中心温度每增加25oC，炼焦耗热量增加1%。所以为了保证焦炭质量和顺利推焦的前提下，应尽量降低焦饼中心温度。炉顶空间温度：提高炉顶空间温度，则化学产品和煤气带走的热量增加，也使炼焦耗热量增加。炉顶空间温度取决于炉体加热水平的高低和焦饼高向加热的均匀程度。实际生产中，改变炭化室煤的装满程度和炼焦煤的收缩度，均可改变炉顶空间温度。当装煤量和结交时间一定时，炉顶空间温度每降低10oC，炼焦耗热量可降低20kJ/kg。五、焦炉热工评定（sheet3）火道温度：火道温度高，炉表散热大，废气温度高，带走废热量多，故炼焦耗热量也增