1、洁/净/煤/技/术煤炭炼焦煤炭炼焦焦炭定义焦炭定义 焦炭是由黏结性煤在隔绝空气的条件下加热至1000左右干馏所得到的多孔性固体块状物，此过程称为煤的高温干馏，所得到的最终产物为焦炭、煤气和煤焦油等，一般焦炭为主要目的产物。焦炭作用焦炭作用 焦炭主要用于高炉炼铁生产以及铸造、造气、电石生产和有色金属冶炼等生产领域。全世界每年用于高炉生产的焦炭约占焦炭总产量的85%以上。 土焦厂土焦厂焦炭性质焦炭性质 包括焦炭的外观与孔结构、焦炭的化学组成、焦炭的物理机械性质和焦炭的化学反应性质。 成熟的焦炭，肉眼可以观察到裂纹和气孔，这就是焦炭的表观性质。裂纹分为纵裂纹和横裂纹两种。焦炭的裂纹和气孔性质影响焦炭
2、的块度、强度和化学反应性能。 焦炭的工业分析焦炭的工业分析 焦炭的工业分析包括水分、灰分、挥发分和固定碳的测定，其测定方法与煤的工业分析基本相同。 水分水分MtMt 刚出炉的焦炭不含水分，湿法熄焦时，焦炭的水分可高达6%以上，而采用干法熄焦，焦炭不含水分，因吸附大气中的水汽使其含水约1%1.5%。作为冶金焦使用，水分含量的波动会 影 响 高 炉 的 操 作 。灰分灰分 AdAd 灰分使焦炭的强度降低。焦炭灰分每升高1%,高炉熔剂消耗量约增加4%，炉渣量约增加3%，每吨生铁消耗焦炭量增加1.7%2.0%，生铁产量降低约2.2%3.0%。因此，降低炼焦煤的灰分对提高焦炭的质量具有重要意义。 挥发分
3、挥发分VdafVdaf和固定碳和固定碳FCdFCd 焦炭的残余挥发分是焦炭成熟度的标志，成熟良好的焦炭挥发分为0.9%1.0%左右。当焦炭的挥发分大于1.2%时，则表明炼焦不成熟。成熟度不足的焦炭耐磨性差，影响其强度，过熟的焦炭其 块 度 将 受 到 影 响 。 焦炭质量指标焦炭质量指标 我国目前焦化企业的冶金焦质量为： 水分（Mad）大多数厂控制在6%以下； 灰分（Ad）在11%15%之间； 挥发分（Vdaf）控制在0.9%1.6%之间。焦炭的元素分析组成焦炭的元素分析组成 包括 C、H、O、N、S、P。 我国目前焦化企业硫分St一般控制在0.4%0.6%，多数大企业控制在0.5%以下。焦炭
4、的物理机械性质焦炭的物理机械性质 焦炭在高炉炼铁过程中的作用要求焦炭具有适当的块度和较高的强度，焦炭块度大小与均匀性受焦炭强度的影响，因此，焦炭的强度是焦炭质量的重要指标。焦炭的筛分组成与平均粒度焦炭的筛分组成与平均粒度 我国现行冶金焦质量标准规定粒度40mm称为大块焦，2540mm为中块焦，25mm为大中块焦。焦炭的强度焦炭的强度 目前评价焦炭强度的方法是采用各种转鼓试验来测定焦炭的强度。 抗碎强度用M40表示 耐磨强度用M10表示焦炭的化学反应性能焦炭的化学反应性能 尽管不同用途的焦炭在使用过程所发挥的作用不完全相同，但是在使用过程中都存在焦炭与O2、CO2或水蒸气之间的化学反应，焦炭在与
5、这些气体之间反应过程中所表现出的化学反应性能的大小，对焦炭的应用有重要的影响。对于冶金，反应性越低越好。炼焦原理与配煤炼焦炼焦炉炼焦炉焦炉炭化室内的结焦过程焦炉炭化室内的结焦过程 焦炉的炭化室是带一定锥度的窄长空间，煤料在炭化室内受两侧炉墙传递的热量加热，结焦过程从炭化室的两侧炉墙向炭化室中心逐渐推移，该过程具有以下三个特点： 侧向供热，成层结焦； 结交过程中，各层炉料的供热性能随温度的变化而变化； 炭化室内物料产生膨胀压力。 成层结焦与温度变化成层结焦与温度变化 因为焦炉炭化室的侧向供热，且炉料导热系数低，温度梯度较大。靠近炉层附近的煤先结成焦炭，而后焦炭层逐渐向炭化室中心推移，这就是所谓的
6、“成层结焦。 炭化室内膨胀压力炭化室内膨胀压力 炭化室内的膨胀压力的产生是因为成层结焦，两个大体上平行于两侧炉墙面的塑性层从两侧向炭化室中心移动，在炭化室内煤料的上层和下层同样也形成塑性层，围绕中心煤料形成的塑性层如同一个膜袋，膜袋内的煤热解产生气体，产生膨胀压力。 炼焦配煤与工艺条件炼焦配煤与工艺条件 工业炼焦必须采用多种配煤合练焦，将多种炼焦没按适宜的比例配合，然后再装炉炼焦，故称为配煤炼焦。 炼焦配煤的意义：取长补短，符合焦炉的生产要求，生产出满足质量要求的优质焦炭,并副产炼焦化学产品，实现煤炭资源的合理利用。配煤的一般原则配煤的一般原则 符合本区域内煤炭资源的组成，有利于扩大炼焦煤源，
7、同时缩短平均运距，避免造成运力浪费。煤源的数量可靠、质量稳定。 配煤质量应与煤料的预处理工艺及炼焦条件相适应，使焦炭的质量达到规定的指标，在保证焦炭的质量的前提下，尽量多配用高挥发分煤，以充分利用煤炭资源并有利于增产化学产品。炼焦配煤的质量要求炼焦配煤的质量要求 配煤的质量要求主要包括配煤的灰分、硫分、煤化程度和黏结性指标等，其中煤化程度和黏结性指标被称为炼焦的配煤参数。 配合煤的灰分和硫分配合煤的灰分和硫分成焦过程中，煤料中的矿物质以灰分形式全部转入焦炭，而煤料中的硫分一部分残留在焦炭中，另一部分转化为气态硫化物进入煤气。根据焦炭灰分和硫分的要求，计算出配合煤的灰分和硫分，配合煤料的灰分应小
8、于9%（干基）。配合煤的黏结性指标配合煤的黏结性指标 煤黏结性指标较多，有黏结指数G、最大胶质层厚度Y、最大流动MF以及总膨胀度bt。 我国过去一直采用最大胶质层厚度Y作为黏结性指标，其合适的范围是：Y=1722mm。1975年以后，提出了粘结指数G指标，推荐采用该指标指导配煤，G=5872。 配合煤料的Y值或G值可直接测定，也可按加和性进行计算。备煤炼焦工艺条件备煤炼焦工艺条件 煤料细度：炼焦配煤的细度是指煤料粉碎后小于3mm的煤料质量占总质量的百分比。常规炼焦条件下要求细度在80%左右。捣固炼焦细度一般大于85%。 装炉煤堆密度和水分：提高装炉煤的堆密度，有利于提高焦炭的质量，同时提高焦炉
9、的生产能力。采用煤捣固、煤干燥预热、配型煤等炼焦方法，都可以在不同程度上提高转炉堆密度和焦炭强度。 炼焦温度与焖炉时间：炼焦温度是指结焦末期炭化室焦饼中心温度。焖炉是指煤料到达炼焦温度后，延长焦炭在炭化室内的停留时间，使焦炭继续受高温作用。提高炼焦最终温度或延长焖炉时间，可以提高煤的干馏程度，使焦炭的结构更加致密，碳结构中氢含量减少。焦炉发展方向焦炉发展方向 增大炭化室的尺寸，实现焦炉的大型化，有以下优点： 单位产量的基建投资省。 劳动生产率提高，炭化室6m的焦炉比炭化室高4.3m的焦炉生产率提高30%。 装炉堆密度增加，有利于改善焦炭质量，扩大炼焦煤源。 减少焦炉的出炉次数，大大减少了炼焦生
10、产对大气的污染。 减少焦炉的维修和维护费用。 提高焦炉的热工效率。炼焦炉生产操作炼焦炉生产操作 炼焦炉的生产操作包括焦炉的出炉操作和焦炉的加热管理，前者包括焦炉的装煤、出焦和熄焦操作，后者则是对焦炉正常加热进行调温、调压等管理操作。（一）焦炉的出炉操作（一）焦炉的出炉操作 出炉操作是保证焦炉稳产、高产、优质、长寿的关键环节，同时出炉操作过程中还应加强对烟尘排放的控制。 装煤操作：装煤操作是通过加热车从焦炉的煤塔受煤，然后将煤加入炭化室。 推煤：推煤是把成熟焦炭推出炭化室的操作。熄焦熄焦 湿法熄焦： 早期建设的焦化厂绝大多数采用该方法。湿法熄焦操作是用熄焦水泵将大量的冷却水通过熄焦塔直接喷洒在焦
11、炭上，使焦炭的温度降至室温，一般全焦水分不大于6%。 干法熄焦： 高温焦炭携带的热量占炼焦耗热量的40%左右，在湿法熄焦过程中，这部分热量不仅损失，而且消耗大量的熄焦水，熄焦过程还对大气产生污染。 干法熄焦原理是利用惰性气体（主要是N2）将灼热的焦炭冷却，被加热后的惰性气体经废热锅炉生产蒸汽回收热量，惰性气体降温后再循环使用。 干法熄焦除具有回收热量、改善熄焦的操作环境外，还可提高焦炭强度、降低反应性以及提高块度的均匀化。但是干法熄焦的设备及基建投资大，故影响了其发展。发展干熄焦是今后新建大型焦炉及现有大型焦化厂技改的重要方向。焦炉的加热管理焦炉的加热管理 具体任务是要求按规定的焦炉结焦时间、
12、炭化室装煤量、装煤水分、加热煤气的性质和温度以及焦炉炉体和加热设备的状况等实际情况，测量并调节焦炉加热系统各控制点的温度、压力等，实现全炉所有炭化室在规定的结焦时间内均匀成焦，焦炉均衡生产并达到稳产、优产、低耗、长寿的目的。 非常规炼焦技术非常规炼焦技术 一、配型煤炼焦 配型煤炼焦是在炼焦炉煤料中配入一定比例的型煤，进行炼焦的技术。1980年我国宝钢从日本新日铁公司引进了配型煤炼焦技术和设备，并在国内首次大规模应用于工业生产。配型煤炼焦提高焦炭质量的基本原理配型煤炼焦提高焦炭质量的基本原理 （1）配入成型煤块后，提高了装炉煤料的密度，减少了焦炭的裂纹，提高焦炭的强度。 （2）型煤块中配有一定量
13、黏结剂，从而改善了煤料的黏结性能，对提高焦炭质量有利。配型煤炼焦的效果和影响因素配型煤炼焦的效果和影响因素 当型煤配比为20%时，堆密度提高5.9%；配比达30%时，堆密度提高8.1%。 配型煤炼焦，结焦时间也要相应延长，型煤配比为20%时，结焦时间要延长4.3%；配比增加到30%，结交时间延长7.1%。 随配比增加，焦炭强度提高。大约配比每增加10%，强度升高0.4%0.55%，当配比达40%50%时，强度达到最大值。 膨胀压力随型煤配比的增加而提高。二、捣固炼焦二、捣固炼焦 捣固炼焦至今已有100多年的历史，它是各种非常规炼焦技术中发展较为完善的一种炼焦方法。该方法是将配合煤料在捣固箱内捣
14、成体积率小于炭化室的整体煤饼后，由托板从焦炉的机侧推入炭化室内炼焦。其有利于多配入高挥发分弱粘结煤，并改善和提高焦炭的质量。 捣固炼焦的特点捣固炼焦的特点 扩大炼焦煤源 提高焦炭质量 提高焦炭产量 捣固炼焦的装炉煤堆密度是常规顶装炉煤料堆密度的1.4倍左右，而结焦时间延长为常规顶装工艺的1.11.2倍，故焦炭产量增加 煤干燥炼焦煤干燥炼焦 煤干燥后炼焦，是将焦炉煤的水分干燥至4%5%后，即对装炉煤进行干燥调湿，再装炉炼焦。由于煤料水分降低，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，又因为水分降低，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
15、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。煤预热炼焦煤预热炼焦 煤预热炼焦，是指炼焦煤料在炉外预热到200左右，然后装入碳化室内的炼焦。煤预热炼焦的优点明显：煤预热炼焦可以增加气煤的用量，改善焦炭质量；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。煤料预热后不含水分，这样可大大减少焦化厂剩余氨水的处理量和含酚废水的外排量。炼焦化学产品的回收与煤气净化炼焦化学产品的回收与煤气净化 煤在炼焦时产生的气体和液体产物全部转入为荒煤气。荒煤气经净化回收后，可将化学产品从中分解出来，得到焦
16、油、粗笨、硫胺（氨水）、粗轻砒啶、硫氰化物、黄血盐等化工原料和产品。 从焦炉气中冷凝下来的煤焦油，其中含有上万种有机化合物，95%为芳香族化合物。全世界每年从煤焦油中提取约为500万吨化工产品，广泛应用于塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、医药、农药等行业。 经过回收净化后的焦炉煤气主要含有H2、CH4、和CO等气体。净焦炉煤气是高热值的燃气，可用做为工业及民用燃料，也可以作为生产甲醇等产品的原料炼焦化学产品的组成和产率炼焦化学产品的组成和产率 炼焦化学产品的组成和数值随干馏温度及原煤性质变化而变化。 高温干馏产品产率高温干馏产品产率产品焦炭煤气焦油化合水粗苯氨其他产率%7078151934.52
17、40.81.40.250.350.91.1经回收化学产品和净化后的焦炉煤气组成经回收化学产品和净化后的焦炉煤气组成组分H2CH4CON2CO2CnCmO2体积含量%545924285.573513230.30.7影响炼焦化学产品产率的因素影响炼焦化学产品产率的因素 煤气的产率G（%）与配煤的挥发分有关 式中 :与煤中有关的系数（气煤=3，焦煤=3.3）； Vdaf配煤的无水无灰基挥发分，%。 配煤的挥发分和煤的变质程度决定焦油的产率。 T=18.36+1.53Vdaf0.026Vdaf 式中 T焦油产率，%。焦炉操作条件的影响焦炉操作条件的影响 炼焦化学产品的组成和产率受到焦炉操作温度、压力和
18、停留时间等因素的影响，其最主要的影响因素是炉墙温度和炭化室顶部空间温度。 提高炉墙温度将使焦油中的苯族烃量减少，而萘、蒽、沥青和游离碳的含量增加。 若炭化室顶部空间温度过高，焦化和粗笨产率由于热解作用而降低，高温化合水的产率却增加。焦炉操作压力对化学产品的产率和组成也有一定影响。当炭化室内形成负压时，空气被吸入，引起部分化学产品在炭化室内燃烧，导致煤气质量下降。炼焦化学产品的回收的典型流程炼焦化学产品的回收的典型流程煤气的冷却和输送以及焦油氨水的分离煤气的冷却和输送以及焦油氨水的分离荒煤气从炭化室经上升管溢出后的冷却过程分两步进行。第一步是在焦炉桥管和集气管中用循环氨水喷洒，是煤气冷却到8085；第二步是在煤气初冷器中进行，使煤气进一步冷却到2540（硫胺系统）或低于25（浓氨水系统）焦油氨水的分离和煤气输送焦油氨水的分离和煤气输送 焦油氨水澄清分离：焦油、氨水和焦油渣组成的混合物是一种乳浊液和粗悬浮液的混合物。焦油与氨水的密度相差较大，较易分离。 煤气输送：目前大中型焦化厂主要采用离心式煤气鼓风机。洁/净/煤/技/术谢谢大家谢谢大家! !
