炼焦设备工艺技术讲义

炼焦设备工艺技术讲义第一章炼焦工艺概述1.1炼焦的基本原理与目的炼焦是将配合煤在隔绝空气的高温干馏环境中，通过有机质热解、缩聚反应转化为焦炭、荒煤气及化学产品的工艺。其核心价值在于为高炉炼铁提供兼具还原性、发热性、骨架支撑性的优质焦炭，同时通过副产品（煤气、焦油、粗苯等）回收实现资源综合利用。1.2炼焦工艺分类1.2.1常规顶装焦炉工艺采用炉顶装煤方式，配合煤经装煤孔落入炭化室。典型炉型（如JNX、TJL系列）炭化室高度多为4.3m~6m级，工艺成熟、焦炭质量稳定，适用于钢铁联合企业大规模生产。1.2.2捣固炼焦工艺将配合煤在捣固机内捣实成煤饼（密度≥1.05t/m³），从焦炉机侧推入炭化室。可提高弱黏结性煤配入比例（≤40%），降低主焦煤消耗，焦炭强度较顶装工艺提升10%~15%，适合资源综合利用型焦化企业。1.2.3干法熄焦工艺（CDQ）以惰性气体（N₂）循环冷却红焦，替代传统湿法熄焦。可回收红焦显热（占炼焦总热量35%~40%）用于发电/供热，粉尘、酚氰废水排放显著降低，是绿色炼焦核心技术。第二章炼焦主要设备组成与原理2.1焦炉本体系统2.1.1炭化室煤干馏的核心空间，由硅砖砌筑，需具备高温耐磨性与抗热震性。现代大型焦炉炭化室高度达7m~8.63m，有效容积超50m³，单孔产焦量35t~45t。2.1.2燃烧室与加热系统通过煤气（焦炉/高炉煤气或混合煤气）燃烧为炭化室提供干馏热量，采用“立火道”或“水平火道”结构。需严格控制加热制度（横排温度差≤10℃、直行温度波动≤±5℃），确保结焦均匀。2.1.3蓄热室与交换系统利用废气余热预热助燃空气/煤气，降低能耗。通过交换器周期性切换气路，实现余热回收。蓄热室格子砖（黏土/堇青石材质）结构（蜂窝式/条缝式）直接影响热效率。2.2装煤与推焦设备2.2.1装煤车（顶装/捣固）顶装煤车通过螺旋/溜槽装煤，需具备防冒烟装煤（导烟车配合）功能；捣固装煤车集成捣固机，捣固压力0.3MPa~0.5MPa，确保煤饼密度均匀。2.2.2推焦车与拦焦车推焦车通过推焦杆（推力≥2000kN）推出成熟焦炭，需同步完成炉门启闭、炉墙清扫；拦焦车在焦侧承接红焦，与推焦车同步对位（误差≤5mm），确保焦炭导入熄焦车。2.3熄焦与煤气净化设备2.3.1干法熄焦装置（CDQ）由干熄炉、循环风机、余热锅炉、除尘系统组成。红焦与惰性气体逆向换热，余热锅炉产蒸汽，焦炭冷却至200℃以下排出，粉尘排放≤10mg/Nm³。2.3.2煤气净化系统荒煤气经初冷（25℃~35℃）、电捕焦油（脱除效率≥98%）、脱硫脱氰（HPF/PDS法，效率≥97%）、脱苯（洗油吸收，回收率≥94%）等工序，最终得到净煤气（热值≥17MJ/Nm³）、焦油、粗苯。第三章炼焦工艺技术要点3.1配煤技术优化3.1.1煤质特性与配煤原则遵循“强黏结煤为骨架，弱黏煤降成本，瘦煤控膨胀”原则：主焦煤（G≥75、Y≥25mm）提供黏结性，1/3焦煤（G65~75）改善结焦性，瘦煤（G≤55）抑制膨胀，弱黏煤（G30~50）降低主焦煤消耗。3.1.2配煤结构调整案例某钢厂引入气煤（G50~60）替代10%主焦煤，配合煤成本降低8元/吨，焦炭M40仅降0.8%、M10升0.3%，仍满足高炉要求（需结合小焦炉试验验证）。3.2炼焦过程控制3.2.1加热制度优化采用“高温、低耗、均匀”策略：直行温度波动≤±5℃，横排温度差≤10℃，炉头温度比标准高20℃~30℃（防炉头生焦）。结焦时间随煤质调整（主焦煤20h~22h，捣固煤18h~20h）。3.2.2压力制度控制炭化室底部压力略高于集气管（高5Pa~10Pa），防止空气吸入/煤气泄漏；集气管压力稳定在800Pa~1200Pa，避免煤气放散或装煤冒烟。3.3污染物控制技术3.3.1烟尘治理装煤采用“导烟车+地面除尘站”（效率≥99%），推焦采用拦焦车地面除尘（效率≥98%）；干熄焦配套脉冲布袋除尘，粉尘排放≤10mg/Nm³。3.3.2废水处理酚氰废水经“预处理（除油/悬浮物）+生化（A/O，脱氮≥85%）+深度处理（臭氧/膜过滤，COD去除≥90%）”，回用率≥95%。第四章设备操作与维护管理4.1关键设备操作规范4.1.1装煤车操作顶装煤车装煤前检查炉盖密封性，控制给料速度防冒煤；捣固装煤车确保煤饼密度均匀，推煤时观察变形（≤50mm为合格）。4.1.2推焦车操作推焦前确认焦炭成熟度（炉顶空间温度≥850℃、焦饼中心≥950℃），推焦时监控电流（超额定1.2倍停机检查，防卡焦）。4.2设备维护要点4.2.1焦炉炉体维护定期检查炉墙砖缝（窜漏率≤3%），采用SiC基喷补料修补损坏；蓄热室格子砖每5~8年检查，堵塞（阻力增≥20%）及时清理/更换。4.2.2机械传动系统维护推焦杆、走行轮每周润滑，每月检查磨损（推焦杆头≤10mm/年）；液压系统每半年换滤芯，防杂质卡滞阀组。4.3安全管理措施4.3.1煤气安全煤气区域设CO检测仪（报警≤24ppm），检修前吹扫置换（O₂≥19.5%），动火作业办许可证并监护。4.3.2高温作业安全焦炉平台≥60℃时开启通风，操作人员配隔热服/防烫手套，避免接触红焦/高温设备。第五章炼焦技术发展趋势5.1智能化升级5.1.1自动化控制采用DCS+PLC系统实现焦炉加热、装煤、推焦全自动控制，红外测温（精度±3℃）、压力传感（±5Pa）实时调参。5.1.2大数据与AI应用建立配煤优化模型（煤质+焦炭质量反馈），预测结焦过程（误差≤2%），智能诊断炉体故障（识别准确率≥95%）。5.2绿色化发展5.2.1超低排放技术推广“干熄焦+余热发电+VOCs治理”，实现烟尘≤10mg/Nm³、SO₂≤35mg/Nm³、NOₓ≤150mg/Nm³。5.2.2碳捕集与利用（CCUS）捕集焦炉煤气中CO₂（浓度15%~20%），用于煤化工（合成甲醇）或地质封存，降低碳足迹。5.3大型化与高效化焦炉炭化室向9m~10m