1、炼焦工艺炼焦煤在隔绝空气条件下加热到 1000左右（高温干馏），通过热分解和结焦产生焦炭、焦炉煤气和炼焦化学产品的工艺过程。冶金焦炭含碳量高,气孔率高,强度大（特别是高温强度），是高炉炼铁的重要燃料和还原剂，也是整个高炉料柱的支撑剂和疏松剂。炼焦副产的焦炉煤气发热值高，是平炉和加热炉的优良气体燃料，在钢铁联合企业中是重要的能源组分。炼焦化学产品是重要的化工原料。因此炼焦生产是现代钢铁工业的一个重要环节。简 介装 炉 煤 经 过 高 温 干 馏 转 化 为 焦 炭 、 焦 炉 煤 气 和 化 学 产 品 的 工 艺 过 程 。 即 煤炭 焦 化 。 炼 焦指 主 要 从 硬 煤 和 褐 煤 中
2、生 产 焦 炭 、 煤 气 、 干 馏 炭 及 煤 焦 油 或 沥 青 等 副 产 品的 炼 焦 炉 的 操 作 活 动 。 根 据 最 终 温 度 ， 有 高 温 炼 焦 （ 900 1100 ） 、 中 温 炼 焦 （ 660 750 ）和 低 温 炼 焦 （ 500 580 ） 。 通 常 指 高 温 炼 焦 。 现 代 炼 焦 生 产 在 焦 化 厂 炼 焦 车 间 进 行 。 炼 焦 车 间 一 般 由 一 座 或 几 座 焦 炉 及其 辅 助 设 施 组 成 ， 焦 炉 的 装 煤 、 推 焦 、 熄 焦 和 筛 焦 组 成 了 焦 炉 操 作 的 全 过 程 ，每 个 炉 组 都
3、 配 备 有 装 煤 车 、 推 焦 车 、 拦 焦 机 、 熄 焦 车 和 电 机 车 ， 一 侧 还 应 设 有焦 台 和 筛 焦 站 。 近 来 开 发 的 炼 焦 新 工 艺 还 有 ： 配 入 部 分 型 煤 炼 焦 的 配 型 煤 工 艺 、用 捣 固 法 装 煤 的 煤 捣 固 工 艺 、 煤 预 热 工 艺 等 。1） 焦 炭 。 炼 焦 最 重 要 的 产 品 ， 大 多 数 国 家 的 焦 炭 90%以 上 用 于 高 炉 炼 铁 ， 其 次用 于 铸 造 与 有 色 金 属 冶 炼 工 业 ， 少 量 用 于 制 取 碳 化 钙 、 二 硫 化 碳 、 元 素 磷 等 。
4、在 钢 铁 联 合 企 业 中 ， 焦 粉 还 用 作 烧 结 的 燃 料 。 焦 炭 也 可 作 为 制 备 水 煤 气 的 原 料制 取 合 成 用 的 原 料 气 。 （ 2） 煤 焦 油 。 焦 化 工 业 的 重 要 产 品 ， 其 产 量 约 占 装 炉 煤 的 3%4%， 其 组 成极 为 复 杂 ， 多 数 情 况 下 是 由 煤 焦 油 工 业 专 门 进 行 分 离 、 提 纯 后 加 以 利 用 （ 3） 煤 气 和 化 学 产 品 。 氨 的 回 收 率 约 占 装 炉 煤 的 0.2%0.4%,常 以 硫酸 铵 、 磷 酸 铵 或 浓 氨 水 等 形 试 作 为 最
5、终 产 品 。 粗 苯 回 收 率 约 占 煤 的 1%左 右 。 其中 苯 、 甲 苯 、 二 甲 苯 都 是 有 机 合 成 工 业 的 原 料 。 硫 及 硫 氰 化 合 物 的 回 收 ， 不 但为 了 经 济 效 益 ， 也 是 为 了 环 境 保 护 的 需 要 。 经 过 净 化 的 煤 气 属 中 热 值 煤 气 ， 发热 量 为 17500KJ/Nm3 左 右 ， 每 吨 煤 约 产 炼 焦 煤 气 300400 m3， 其 质 量 约 占 装 炉煤 的 16%20%， 是 钢 铁 联 合 企 业 中 的 重 要 气 体 燃 料 ， 其 主 要 成 分 是 氢 和 甲 烷 ，
6、可 分 离 出 供 化 学 合 成 用 的 氢 气 和 代 替 天 然 气 的 甲 烷 。中 国 明 代 以 前 就 已 采 用 土 窑 炼 焦 ， 并 用 焦 炭 冶 铁 。 到 20 世 纪 初 ， 经 过 发 展 的 土窑 有 圆 窑 和 长 窑 两 种 ， 前 者 适 用 于 地 下 水 位 不 高 、 煤 结 焦 性 较 好 的 地 区 ； 后 者 因炉 底 高 于 地 面 ， 操 作 受 地 下 水 的 影 响 较 小 ， 结 焦 时 间 较 短 ， 适 用 于 多 雨 而 煤 结 焦性 略 差 的 地 区 。 土 窑 的 特 点 是 结 焦 室 和 燃 烧 室 不 分 开 ， 炼
7、 焦 热 源 靠 煤 干 馏 时 产 生的 煤 气 和 部 分 煤 料 燃 烧 提 供 ， 因 而 成 焦 率 低 ， 焦 炭 灰 分 高 ， 结 焦 时 间 长 (约8 12 昼 夜 ),化 学 产 品 不 能 回 收 利 用 ， 对 大 气 污 染 严 重 。 后 经 改 进 ， 出 现 一 种 带固 定 拱 顶 的 圆 窑 ， 称 为 蜂 窝 式 炼 焦 炉 (图 1)。 每 孔 炉 的 装 煤 量 5 7 吨 ， 结 焦 时间 48 72 小 时 。 焦 炭 在 炉 内 熄 火 ， 最 初 用 人 工 出 焦 ， 后 来 改 为 机 械 化 出 焦 。 炼 焦19 世 纪 中 叶 出
8、现 了 倒 焰 式 炼 焦 炉 。 倒 焰 炉 的 炭 化 室 和 燃 烧 室 用 砖 墙 分 开 ， 但 上 部相 通 ， 使 炭 化 室 发 生 的 煤 气 转 入 燃 烧 室 ， 并 从 燃 烧 室 上 部 引 入 空 气 ， 使 煤 气 燃 烧 ，火 焰 由 上 “倒 焰 ”而 下 ， 经 炉 底 烟 道 排 入 烟 囱 。 这 种 炼 焦 炉 不 回 收 化 学 产 品 ， 加热 用 煤 气 量 不 能 调 节 ， 结 焦 末 期 煤 气 产 量 小 ， 供 热 不 足 。 中 国 明 代 以 前 就 已 采 用 土 窑 炼 焦 ， 并 用 焦 炭 冶 铁 。 到 20 世 纪 初
9、， 经 过发 展 的 土 窑 有 圆 窑 和 长 窑 两 种 ， 前 者 适 用 于 地 下 水 位 不 高 、 煤 结 焦 性 较 好 的 地 区 ；后 者 因 炉 底 高 于 地 面 ， 操 作 受 地 下 水 的 影 响 较 小 ， 结 焦 时 间 较 短 ， 适 用 于 多 雨 而煤 结 焦 性 略 差 的 地 区 。 土 窑 的 特 点 是 结 焦 室 和 燃 烧 室 不 分 开 ， 炼 焦 热 源 靠 煤 干 馏时 产 生 的 煤 气 和 部 分 煤 料 燃 烧 提 供 ， 因 而 成 焦 率 低 ， 焦 炭 灰 分 高 ， 结 焦 时 间 长(约 8 12 昼 夜 ),化 学 产
10、 品 不 能 回 收 利 用 ， 对 大 气 污 染 严 重 。 后 经 改 进 ， 出 现 一种 带 固 定 拱 顶 的 圆 窑 ， 称 为 蜂 窝 式 炼 焦 炉 (图 1)。 每 孔 炉 的 装 煤 量 5 7 吨 ， 结焦 时 间 48 72 小 时 。 焦 炭 在 炉 内 熄 火 ， 最 初 用 人 工 出 焦 ， 后 来 改 为 机 械 化 出 焦 。煤 的 有 机 质 基 本 结 构 单 元 ， 是 以 芳 香 族 稠 环 为 主 体 ， 周 围 连 接 侧 链 杂 环 和 官能 团 的 大 分 子 。 煤 在 结 焦 过 程 中 受 热 到 350 480 ， 大 分 子 剧
11、烈 分 解 ， 断 裂 后的 侧 链 继 续 裂 解 ,其 中 分 子 量 小 的 呈 气 态 ,分 子 量 适 中 的 呈 液 态 ,分 子 量 大 的 和 不熔 组 分 呈 固 态 ,相 互 渗 透 的 三 相 物 组 成 胶 质 体 。 煤 的 粘 结 性 强 弱 ， 取 决 于 胶 质 体的 数 量 以 及 流 动 性 和 热 稳 定 性 。 当 温 度 继 续 升 高 到 450 550 时 ,液 相 产 物 进一 步 分 解 ， 其 中 一 部 分 又 呈 气 态 析 出 ,剩 余 部 分 逐 渐 变 稠 ， 与 分 散 的 固 相 颗 粒 融成 一 体 ,最 后 缩 聚 并 固
12、化 ， 形 成 半 焦 。 在 这 过 程 中 ， 气 态 产 物 通 过 胶 质 体 逸 出 ，产 生 膨 胀 压 力 ， 使 固 体 颗 粒 结 合 得 更 加 牢 固 。 聚 积 在 胶 质 体 中 的 气 态 产 物 则 形 成气 孔 。 当 温 度 进 一 步 升 高 到 700 1000 时 ,半 焦 主 要 析 出 气 体 ， 碳 网 继 续 缩 聚 ，体 积 变 小 ， 焦 质 变 硬 ， 形 成 多 孔 的 焦 炭 。 这 时 ， 热 解 产 物 已 无 液 相 出 现 。 由 于 半焦 的 收 缩 ， 各 点 的 温 度 和 升 温 速 度 不 同 ， 使 收 缩 量 和
13、收 缩 速 度 不 均 ， 产 生 焦 炭 裂纹 。有 下 述 程 序 ： 炼 焦炼 焦 煤 料 的 制 备 简 称 备 煤 ， 是 将 煤 矿 运 来 的 各 种 精 煤 （ 或 低 灰 分 原 煤 ） 制备 成 配 比 准 确 、 粒 度 适 当 、 质 量 均 一 、 符 合 炼 焦 要 求 的 煤 料 。 一 般 包 括 ： 卸 煤 、贮 存 和 混 匀 、 配 合 、 粉 碎 和 混 合 ， 并 将 制 备 好 的 煤 料 送 到 焦 炉 贮 煤 塔 。 严 寒 地 区 ，还 应 有 解 冻 库 和 破 冻 块 设 备 。 炼 制 优 质 焦 炭 ， 必 须 对 备 煤 操 作 给
14、予 足 够 的 重 视 。把 煤 混 匀 好 ,提 高 配 煤 的 准 确 度 ， 使 煤 质 波 动 最 小 ,保 证 焦 炭 的 化 学 成 分 和 物 理机 械 性 能 的 稳 定 ， 以 稳 定 焦 炭 质 量 。 因 此 配 煤 设 备 必 须 准 确 地 按 给 定 值 配 煤 ； 配煤 槽 要 均 匀 连 续 下 煤 。 煤 中 杂 物 要 除 净 ， 水 分 不 能 过 高 。 煤 料 的 合 理 粉 碎 ， 可 以有 效 地 提 高 焦 炭 的 机 械 强 度 。 必 须 根 据 具 体 情 况 对 不 同 的 煤 料 确 定 最 适 宜 的 粉 碎粒 度 。 改 进 备 煤
15、 流 程 ， 是 扩 大 炼 焦 煤 源 和 改 善 焦 炭 质 量 的 途 径 。 目 前 ， 中 国 绝 大 多数 焦 化 厂 都 采 用 先 按 规 定 比 例 配 合 的 混 合 粉 碎 流 程 。 这 种 流 程 不 能 根 据 各 种 煤 的硬 度 差 异 分 别 进 行 处 理 ， 因 此 只 适 用 于 粘 结 性 较 好 、 煤 质 较 均 匀 的 炼 焦 煤 料 。 较新 的 备 煤 流 程 有 三 种 ： 单 独 粉 碎 流 程 ， 是 将 各 种 煤 先 单 独 进 行 粉 碎 ， 然 后 按 规定 的 比 例 配 合 ， 再 进 行 混 合 ； 分 组 粉 碎 流 程
16、 ， 是 先 将 硬 度 相 近 的 各 煤 种 ， 按 比例 配 合 成 组 ， 各 组 分 别 送 往 各 自 的 粉 碎 机 粉 碎 到 要 求 的 粒 度 ,再 进 行 混 合 ； 选 择 粉 碎 流 程 ,是 将 粉 碎 到 一 定 程 度 的 煤 过 筛 ， 将 筛 出 的 粗 粒 级 组 分 进 行 再 粉 碎 ，这 样 可 使 粘 结 性 差 、 惰 性 物 含 量 高 的 粗 粒 级 组 分 粉 碎 得 较 细 ， 避 免 粘 结 性 好 的 岩相 组 分 过 度 粉 碎 。 已 经 制 备 好 的 煤 料 从 煤 塔 放 入 装 煤 车 ,分 别 送 至 各 个 炭 化 室
17、 装 炉 。 干 馏 产 生的 煤 气 经 集 气 系 统 ,送 往 化 学 产 品 回 收 车 间 加 工 处 理 。 经 过 一 个 结 焦 周 期 （ 即 从装 炉 到 推 焦 所 需 的 时 间 ， 一 般 为 14 18 小 时 ， 视 炭 化 室 宽 度 而 定 ） ， 用 推 焦 机将 炼 制 成 熟 的 焦 炭 经 拦 焦 机 推 入 熄 焦 车 ； 熄 焦 后 ， 将 焦 炭 卸 入 凉 焦 台 ； 然 后 筛 分 、贮 藏 。 炼 焦 车 间 一 般 由 两 座 炼 焦 炉 组 成 一 个 炉 组 。 两 座 炼 焦 炉 布 置 在 同 一 中 心线 上 ， 中 间 设 一
18、 个 煤 塔 。 一 个 炉 组 配 有 相 应 的 焦 炉 机 械 装 煤 车 、 推 焦 机 、拦 焦 机 、 熄 焦 车 和 电 机 车 ； 还 配 备 一 套 熄 焦 设 施 ， 包 括 熄 焦 塔 、 熄 焦 泵 房 、 粉 焦沉 淀 池 及 粉 焦 抓 斗 等 ， 布 置 在 炉 组 的 端 部 。 熄 焦 塔 中 心 与 炉 端 炭 化 室 中 心 的 距 离一 般 不 小 于 40 米 。 如 采 用 干 法 熄 焦 ， 则 需 设 干 熄 焦 站 。 炼 焦 车 间 还 装 备 有 必 要的 管 道 和 换 向 系 统 。从 炼 焦 炉 出 炉 的 高 温 焦 炭 ,需 经
19、熄 焦 、 凉 焦 、 筛 焦 、 贮 焦 等 一 系 列 处 理 。 为 满 足炼 铁 的 要 求 ， 有 的 还 需 进 行 整 粒 。 熄 焦 有 湿 法 熄 焦 和 干 法 熄 焦 两 种 方 式 。 前 者 是 用 熄 焦 车 将 出 炉 的 红 焦 载 往熄 焦 塔 用 水 喷 淋 。 后 者 是 用 180 左 右 的 惰 性 气 体 逆 流 穿 过 红 焦 层 进 行 热 交 换 ，焦 炭 被 冷 却 到 约 200 ， 惰 性 气 体 则 升 温 到 800 左 右 ， 并 送 入 余 热 锅 炉 ， 生 产蒸 汽 。 每 吨 焦 发 生 蒸 汽 量 约 400 500 公
20、斤 ， 干 法 熄 焦 可 消 除 湿 法 熄 焦 对 环 境 的污 染 ， 提 高 焦 炭 质 量 ， 同 时 回 收 大 量 热 能 ， 但 基 建 投 资 大 ， 设 备 复 杂 ， 维 修 费 用高 。 凉 焦 将 湿 法 熄 焦 后 的 焦 炭 ， 卸 到 倾 斜 的 凉 焦 台 面 上 进 行 冷 却 。 焦 炭 在 凉 焦台 上 的 停 留 时 间 一 般 要 30 分 钟 左 右 ， 以 蒸 发 水 分 ， 并 对 少 数 未 熄 灭 的 红 焦 补 行熄 焦 。 筛 焦 根 据 用 户 要 求 将 混 合 焦 在 筛 焦 楼 进 行 筛 分 分 级 。 中 国 钢 铁 联 合
21、 企 业 的焦 化 厂 ， 一 般 将 焦 炭 筛 分 成 四 级 ， 即 粒 度 大 于 40 毫 米 为 大 块 焦 ， 40 25 毫 米为 中 块 焦 ， 25 10 毫 米 为 小 块 焦 ， 小 于 10 毫 米 为 粉 焦 。 通 常 大 、 中 块 焦 供 冶 金用 ， 小 块 焦 供 化 工 部 门 用 ， 粉 焦 用 作 烧 结 厂 燃 料 。 贮 焦 将 筛 分 处 理 后 的 各 级 焦 炭 ， 分 别 贮 存 在 贮 焦 槽 内 ， 然 后 装 车 外 运 ， 或由 胶 带 输 送 机 直 接 送 给 用 户 。 整 粒 将 大 于 80(或 75)毫 米 级 的 焦 炭 预 先 筛 出 ， 经 切 焦 机 破 碎 后 再 过筛 ， 得 到 粒 度 80 25(或 75 25)毫 米 级 焦 炭 用 于 炼 铁 。 这 样 可 以 提 高 焦 炭 粒 度的 均 匀 性 ， 并 避 免 大 块 焦 炭 沿 固 有 的 裂 纹 在 高 炉 内 碎 裂 ， 从 而 提 高 焦 炭 的 机 械 强度 ， 有 利 于 炼 铁 生 产 。
