第一篇：炼焦工艺小问题

炼焦工艺小问题 202_-04-25 17:58 1.在焦炉交换时，经常听到的“放炮”声是怎样产生的？

“放炮”是由于焦炉煤气和空气在砖煤气道中混合着火和回火而产生的。一般“放炮”是在交换后 10~20s左右发生。多数发生在上升气流改下降气流的砖煤气道中。常见的原因有：

(1)安装交换旋塞顶丝过松，产生漏气。(2)地下室横管和立管漏气。

(3)换孔板时，没有在加减旋塞关闭15~20s后，拧紧发兰螺丝，造成吸入空气，产生“放炮”

(4)交换旋塞开、关不正，旋塞转动角度不够或已转90°但仍未全关，以至造成漏气和除碳口进空气。

(5)交换旋塞芯和外壳研磨不好，受到腐蚀或润滑不好，以至全关时仍漏气。(6)违反压力制度，炭化室石墨保护层被烧掉，荒煤气串漏。(7)砖煤气道漏气。

2.地下室煤气管道着大火的应急处理

管径在100mm以上，逐渐关闭煤气来源阀门，压力降到500Pa左右时，用蒸汽泡沫灭火器灭火，通入氮气、蒸汽切断煤气，以达到灭火。管径在100mm以下，关闭煤气来源，通氮气、蒸汽灭火； 3.地下室煤气管道着小火的应急处理

戴好放毒面具，用黄泥、湿麻袋或灭火器将火扑灭。4.废气的行走途径

产生的废气经跨越孔到下降火道，再经过斜道、下降气流蓄热室、小烟道、分烟道到烟囱根部，被烟囱抽走排往大气。5.废气盘的作用。

控制进入焦炉加热系统的空气量和高炉煤气的煤气量，同时还控制排出加热系统产生的废气。

6.焦炉的加热设备有哪些？

煤气管道、废气盘、煤气预热器、煤气混合器、加减旋塞、交换旋塞、水封槽、交换机、流量孔板、测温和测压管等。7.焦炉煤气为什么不经过蓄热室？

焦炉煤气中含有大量的甲烷等碳氢化合物，这些物质在高温下分解，产生游离碳或石墨沉渍容易将格子砖或斜道等处堵塞。另外，焦炉煤气热值较高，不需预热到象高炉煤气那样高的温度。8.焦炉煤气为什么要预热到45℃？

因为焦炉煤气里含有一些未被回收的焦油和萘等物质，这些物质在温度低的情况下冷凝下来，往往在煤气道旋塞、孔板或管径较小的地方堵塞管道，这样会严重影响炼焦炉均匀加热。

9.煤气燃烧及完全燃烧的条件 燃烧的条件：助燃剂、着火点

完全燃烧的条件：有足够的空气，并与燃料充分接触；足够的燃烧空间和时间；燃烧产物能顺利排出。

10.什么是爆炸？产生爆炸的条件？

可燃物与空气混合，在较小的空间内着火迅速燃烧，在瞬间内放出大量的热量，造成温度和压力急剧增高，火焰传播速度达每秒几百米，甚至达几千米，这种现象叫爆炸。

产生条件：空气和可燃物的混合比例在爆炸极限内；爆炸性的气体遇火源或赤热的物体。

11.使用高炉煤气时，为什么有时煤气砣处产生正压？

蓄热室封墙漏，吸入大量空气，使煤气不能通过，导致煤气砣处产生正压；蓄热室格子砖堵，煤气收堵，导致煤气砣处产生正压。12.为什么燃烧室要分成许多立火道？

把燃烧室分成许多“格”，可以增加炉体的结构强度，并且因为增加了辐射传热的面积，而有利于辐射传热。

把燃烧室分成许多立火道，可迫使燃烧后热气流沿燃烧室长度方向均匀分布，以达到对炭化室均匀加热的目的；

13.为什么用焦炉煤气加热时，α值一定要控制在1.2左右为好？

α值在1.2左右，可以使煤气完全燃烧，并可以防止高温事故。如果α值过小，空气量不足，使燃烧不完全。α值过大，过量的空气会使炉温迅速升高，而产生高温事故，损害炉体。所以一般α值控制在1.2~1.25左右为好。14.小烟道温度为什么不能低于250℃？

因为在烟囱高度一定，外界大气的温度不变的情况下，废气温度越高，浮力就越大，为了保证烟道的浮力，规定小烟道温度不低于250℃。15.压力制度制定的原则 / 炭化室内煤气压力应大于相临燃烧室内的压力，并高于外界大气压力； 炭化室内煤气压力在整个结焦期内，任何情况下均应保持正压；

在同一结焦时间内，沿加热系统高度方向的压力分布应当均匀稳定。16.影响直行温度的因素

与装煤制度、出焦操作、炉体维护、加热煤气组成和性质、周转时间、荒煤气串漏等有关系

17.热煤气、空气与废气交换时必须注意哪些事项？

交换时必须先关闭煤气，防止加热系统中有剩余煤气，以免发生爆炸事故； 关闭煤气后，应过一短暂的间隔时间后，再进行空气和废气的交换，这样，可以使多余煤气完全烧尽。

空气和废气交换完后，也应过短暂的时间后再打开煤气，这样可以使燃烧室内有 足够的空气，煤气进去后能立即燃烧。

18.什么情况下要测量冷却温度的下降值？

换向间隔改变、结焦时间改变1h以上、加热制度有较大的变更、在正常的情况下半年校正一次、换用加热煤气在一个月以上时。19.常见的一些温度规定

所有火道任一点温度在交换 20s后，不得超过1450℃,不低于1100℃。小烟道温度不得超过450℃，不得低于250℃；分烟道不超过350℃。蓄热室顶部温度不得超过1320℃，不得低于900℃.焦饼中心温度1000±50℃,使用高炉煤气加热上下两点温差不得超过100℃，焦炉煤气时不得超过120℃。

炉顶空间温度不应超过850℃。

集气管温度80~100℃,压力100~140Pa.加热焦炉煤气温度40~45℃,高炉煤气不高于35℃。

20.推焦困难的原因有哪些？

（1）装炉煤的粘结性不好，在炭化室不能成焦；（2）焦饼加热不良，有过生或过火的情况；（3）炉墙或炉底砖变形；

（4）炭化室装煤不正确，平煤不好，装煤孔堵塞；（5）结焦时间太长，使焦饼过火；

（6）结焦时间过短，炉温过高而使炉墙产生大量的石墨；（7）焦炉机械本身出故障。

21.炭化室产生负压有什么危害？（1）影响煤气和化产品的回收；（2）影响焦炭的产量和质量；

（3）损坏焦炉炉体，影响炉体寿命；（4）造成局部高温；

（5）烧掉炉墙砖缝的石墨，造成串漏。22.“5-2”推焦串序有哪些优点和缺点？ 优点：机械行程短，节省时间和电力； 缺点：炉组方向温度均匀性差。23.单集气管有哪些优缺点？

优点：钢材用量少，投资省；炉顶通风较好；

缺点：装煤时炭化室内气流阻力大，粗煤气排出比较慢，容易引起冒烟冒火，对炉顶装煤操作机械化不利。

第二篇：炼焦工艺

炼焦工艺(202_/04/25 17:12)目录： 公司动态

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一、工艺介绍

炼焦工艺就是煤在焦炉中干馏生产焦炭的过程，原料煤在焦炉的炭化室中在1100~1300℃左右的情况下，生成焦炭，并伴有大量荒煤气产生。焦炭作为高炉炼铁的主要原料；而荒煤气经过净化处理可以作为城市供气，同时回收生成粗笨等副产品。

焦炉系统主要有以下几个部分：燃气系统、废气系统、集气管系统及辅助系统。

对于单烧焦炉煤气的焦炉来说流程是这样的：从焦炉煤气主管来的煤气，从废气盘的焦炉煤气入口处进入煤气蓄热室内，再经斜道进入燃烧室立火道底部进行燃烧，并形成废气流（上升气流），高温的废气通过热辐射和热对流的行式，把热量传给温度较低的燃烧室侧的炉墙表面，然后热量以热传导的方式通过炉砖传到炭化室炼焦。换热后的废气在烟囱吸力的作用下，经双联立火道的另一火道进入斜道（下降气流），再进入蓄热室与空气换热后经小烟道、分烟道、总烟道，最后从烟囱排出。

焦炉生产产生的荒煤气中含有大量的焦油和H2S，还有在桥管部分冷却荒煤气时喷洒了大量的氨水，所以这时的荒煤气是不能直接送给用户使用的，要经过化产回收的各个工段，对煤气进行净化。

1、冷凝部分：荒煤气中含有大量的焦油，首先要经过初冷器冷凝回收大部分的焦油，产生的冷凝液循环冷凝回流量要调节。

2、电捕部分：电捕焦油器对从初冷器出来的煤气进一步去除含有的少量焦油，这里面电部绝缘箱的温度要控制在一定的范围内，超过范围要联锁，停鼓风机，电捕后煤器含氧量如果过高的话也要联锁停鼓风机。

3、槽区部分：初冷器冷凝产生的焦油，电捕焦油器捕到的焦油都汇集到槽区部分。

4、鼓风机：经过冷凝、电捕后煤气中大部分的焦油已经被去除了，进入鼓风机的环节，鼓风机在整个煤气净化过程中起着非常重要的作用，是煤气流动的动力所在，不同的厂家的鼓风机略有不同，但这里的联锁控制很复杂，比如: 鼓风机轴承温度联锁，盘车电机的联锁等。

5、硫部分的主要工艺设备是预冷塔和脱硫塔，通过和氨水的反应除掉煤气中含有的硫，主要流程及控制如下：

6、从脱硫出来的煤气中含有大量的氨，主要是因为在脱硫过程中用到了氨水，所以下一步就要去除这的氨，这里的主要设备是饱和器和蒸氨塔，饱和 器加入大量的浓硫酸，和氨反应生成硫酸氨晶体，蒸氨塔则是通过蒸汽加热的方式使氨气挥发出来，这里需要控制的是蒸氨塔顶的温度，是通过进蒸氨塔的蒸汽量调节的。

7、终冷洗苯是煤气净化出场的最后一道工序，主要是洗掉煤气中含有的苯，主要的工艺设备是终冷塔，通过冷凝水冷凝，洗出苯。

经过上面几个工段，煤气可以出场送入气柜了。

从终冷洗苯工段洗出来的富油再进入粗笨蒸馏工段，这里的主要设备是管式炉、再生器、蒸馏塔，在蒸馏塔中不同塔层的温度不同，产生不同的蒸馏组份。

除了这几个主要工段以外，整个焦化回收部分还包括一些辅助的工段，如制冷站、空压站、循环水等，主要是供给焦炉和回收部分需要的冷却水、制冷水、压缩空气等。

二、控制方案

1.焦炉部分调节项目表

机侧混合煤气压力调节

集气管荒煤气压力调节

焦侧混合煤气压力调节

焦炉煤气主管流量调节

机侧分烟道吸力调节

机侧混合用焦炉煤气流量调节

焦侧分烟道吸力调节

焦侧混合用焦炉煤气流量调节

针对不同生产工艺存在的具体问题，我们采用不同的控制算法和策略。

A．集气管压力及鼓风机前吸力控制：

其目的是保护焦炉压力稳定，在集气管压力控制中，由于焦炉、鼓风机控制系统是多变量系统，存在复杂的耦合关系，使得各控制单回路之间相互干扰，振荡超调现象严重，由于控制对象的模型参数随焦炉工况变化而变化，PID控制很难兼顾减小超调和提高快速性的要求，尤其当存在压力大幅度瞬时跳变现象，常规控制算法无法实现控制。为此采用专家控制相结合的控制策略，实现各炉压力的稳定和快速控制，炉间、组间压力及与总管吸力的协调。

B．焦炉加热燃烧流量控制系统：

其目的是控制焦炉温度稳定。根据结焦时间、装煤量等因素计算出焦炉所需的加热量，获取焦炉火道温度，建立焦炉加热温度与煤气流量的串级PID控制。

C．焦炉煤气主管压力控制：

回炉煤气主管压力控制采用PID控制算法。该算法根据输入偏差及偏差变化率的不同，分别采用不同的PID参数。D．焦炉煤气总管压力控制：

回炉煤气总管压力控制具有压力波动范围大、调节不宜太频繁的特点．因此采用分段比例控制。回炉煤气总管压力通常要求在某一压力范围内波动。

当总管压力超过压力最高限或低于压力最低限时，投入外层最大比例PI，以使压力保持稳定；当总管压力在上述两者之间时，依次减小比例系数P。以减小压力波动。

E．焦炉交换机系统控制：

DCS系统采集交换机系统的交换开始信号和交换结束信号。当采集到交换开始的信号以后，系统使所有煤气系统控制输出保持不变；当采集到交换结束信号后的30S（此时间要求可人工改变），系统重新恢复控制,并自动读入交换前的自控设定值。交换机系统采用常规的PID控制。

2.煤气净化部分：

这里的PID调节很多，包括温度，压力，流量，液位等，大多是简单的PID调节，但复杂调节并不多，主要有分成调节、比例调节、串级调节。

（1）．电捕工段终冷洗苯来的煤气和去鼓风机煤气的分程调节。

（2）．蒸氨工段蒸氨塔顶温度，和进塔蒸汽流量的串级调节

第三篇：炼焦工艺教案

赫阳燃气教案 第一章 绪论

 炼焦化学产品概述



炼焦化学产品生成



炼焦化学产品组成



各种因素对炼焦化学产品的影响

 提高化学产品产率的途径

 回收与精制化学产品的意义

一、炼焦化学产品概述

煤是一种由多苯环缩合起来的结构复杂的多环结构物质，以碳原子为主，有氢、氧氮、硫等原子.高温炼焦：烟煤隔绝空气加热到950—1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等过程最终制成焦炭。

（一）炼焦化学产品生成：

在胶质体生成、固化和半焦分解、缩聚的过程中，都有大量的气态析出。

1.装入煤在200℃前蒸发表面水分，同时析出吸附在煤粒间隙中的二氧化碳、甲烷等气体。

2.在200 –300℃时，煤的大分子端部的含氧化合物开始分解，生成水、二氧化碳和酚。

3.随着温度升高，由于大分子芳香族稠环化合物的侧链的断裂和分解，产生气体和液体，煤质发生软化和熔融，形成胶质体。

4.当温度升至500℃后，生成半焦。此时，有脂肪烃生成，同时释放出氢。5.约在600℃以前从胶质体中析出的和部分从半焦中析出的蒸汽和煤气叫初次分解产物，主要含甲烷、一氧化碳、二氧化碳、化合水及粗焦油、氢含量很低。6.炼焦期间，一次裂解产物受到胶质体的阻碍，沿着炉顶空间和焦炭缝隙上升，进一步裂解称二次裂解。

7.在二次裂解中，煤气中的甲烷乙烷等含量降低，氢含量增高，煤气的密度变小，焦油中游离碳含量增多，密度变大并形成一定量的氨、苯族烃、萘、蒽等，在炉顶空间形成一组成的煤气。荒煤气组成：

水蒸气 250—450

氰化物

1.0—2.5 焦油气 80—12

吡啶盐基

0.4—0.6 粗苯

30—45

萘

—12 氨

8—16

硫化物

1.0—2.5 硫化氢

6—30

净煤气组成：

H2

54—59

CO2

1.5—2.5 CH4 23 —29

O2

0.3—0.7 CnHm 2—3

N2

—5 CO

5.5—7

二、各种因素对炼焦化学产品的影响

配煤性质和组成的影响: 1.对焦油产率的影响 2.对粗苯产率的影响 3.对氨产率的影响 4.对硫化物的影响 5.对煤气的影响 6.对化合水产率的影响

三、本车间工艺流程

焦运来的配合精煤经煤塔放入加煤车的煤斗中，送入炭化室内进行炭化，炭化成焦后，由推焦车推出，经拦焦车、落入熄焦车内进行熄焦。熄灭的焦炭经凉焦台送至焦场，焦炭经过筛分后按不同级别储存到储焦仓内；外销。

炼焦过程中产生的荒煤气经上升管、桥管、集气管、吸气管、气液分离器进入化产车间。

化产车间回来的净煤气，经煤气预热器、煤气主管、加减旋塞、交换旋塞、横砖煤气道进入燃烧室，与从交换开闭器经小烟道进入蓄热室，被预热1000℃左右，然后经斜道送入立火道混合燃烧，燃烧产生的废气经跨越孔进入下降气流火道，经斜道、蓄热室、小烟道、废气办、分烟道、总烟道、烟囟排入大气。

一、填空题：（每个空2分，共计20分）

1、现代焦炉都为蓄热式焦炉它们的基本结构有（炭化室）、燃烧室、(蓄热室)、斜道区、基础平台和烟道、炉顶区以及烟囱。

2、根据原料煤陆运和海运的不同采用（卸车机）和（卸船机械）。

3、焦炉的四大车是指（推焦车）、加煤车、（拦焦车）与熄焦车。

4、煤气入炉方式有两种分别为（侧入式）、（下喷式）JN66——3型为侧入式。

5、按贮煤塔的断面形状可分为（圆形）与（方形）贮煤塔

6、现代焦炉炭化室一般由（硅砖）砌筑，有在燃烧室炉头或炉门采用高铝砖，炉顶区一般采用（粘土砖）和缸砖。7、5点压力是指（上升气流）与（下降气流）的小烟道、蓄热室及（上升气流）看火孔压力。

8、烟煤隔绝空气加热到（950——1050）℃，经过干燥、（热解）、熔融、(粘结)、固化、收缩等阶段最终制得焦炭，这一过程叫高温炼焦。

9、现代焦炉在配煤使用上一般以（焦煤），肥煤，气煤、（瘦煤）有一定结焦性煤种，适当比例配合。（D）

1、中国制定的冶金焦质量标准中一级的灰分为（）%。

A 15.00以上

B 13.51——15.00

C 12.01——13.50 D小于等于12

（A）

2、成焦过程中，煤料灰分几乎全部转化到焦炭中，一般焦炭的灰分即为配煤灰分的（）倍。

A 1.3——1.4 B 13——14

C 12——13 D 1——5

（C）

3、JN66——3型炭化室全高为2520mm，炭化室全长为7170mm，燃烧室有14个立火道，加热水平高度为（）mm

A 1000mm

B 955mm

C 524mm

D 1525mm

（A）

4、（）是指全炉各燃烧室机侧、焦侧测温火道所测得的温度。

A

直行温度

B 横排温度

C标准温度

D冷却温度

（A）

5、焦炉压力测量时候，由于炭化室底部与蓄热室顶部压力较小一般差值只有几pa因此用（）来测量。

A 斜管微压计

B 水银压力计

C U型管压力计

D压力表

（B）

6、在考核装煤量时候，用每个炭化室装煤量不超过规定装煤量（）%为合格。

A 10

B 1

C

D

（C）

7、TJL43—50型焦炉炭化室平均宽为（）。

A 430mm B 340mm C 500mm

D 450mm

（D）

8、焦炭抵抗摩擦力破坏的能力用（）表示。

A M25

B M40

C M80

D M10

（B）

9、中国制定的冶金焦质量标准中三级的硫分为（）%。

A 0.50—0.60

B 0.81——1.00

C 1.01——1.50 D 0.6—0.80（C）

10、JN43—58型焦炉是中国在（）总结了多年炼焦生产实践经验基础上，自行设计的大型焦炉。

A 1945 B 1980

C 1958 D 1983

（1）就捣固工艺而言，宽炭化室捣固焦炉的一个显著特点就是提高了捣固煤饼的稳定性。降低倒窑率，有利与焦炉装置长期稳定的运行。宽度比值越大，对煤饼的稳定性要求越高。国内4.3m捣固焦炉,煤饼高宽比是9.1：1；国外6mm捣固焦炉，煤饼高宽比是15：1；TJL5550D型捣固焦炉炭化室全高为5.5m,煤饼高度为5.2m，炭化室平均宽为500mm,煤饼宽度为450mm时，捣固煤饼高度比达到11.6：1。捣固煤饼宽度比达到11：1，煤饼的稳定性达到设计要求。影响煤饼稳定性的内因是捣固功、配合煤的细度和配合煤的水分。5.5m捣固焦炉的捣固机械采用21锤微移动捣固机，经计算单位捣固功达620J/kg,完全能保证5.2m煤饼所需的抗剪和抗压强度。另外配合煤的细度和配合煤的水分问题已在4.3m捣固焦炉上得到较好的解决，完全能保证<3mm配合煤细度达到90%以上，配合煤的水分控制在9~11%。因此5.5m捣固焦炉在工艺和焦炉机械是可行的。（2）炉体设计时采取了加强焦炉稳定性和强度的措施，经过详细计算和多方案比较，焦炉炉墙的极限侧负荷0.097kg/cm2，压应力5.151kg/cm2, 拉应力1.563kg/cm2,剪切应力1.62kg/cm2。达到了捣固焦炉所需要的稳定性和强度。（3）炉顶四个除尘孔和上升管孔砌体用带有沟舌的异型大块砖砌筑，保证了整体性和严密性，炉顶稳固，严密，减少了荒煤气的窜漏，防治炉顶横拉条的烧损。（4）为了减少荒煤气外冒的污染，提高炼焦生产环境质量，特将煤顶的空间通道高度增加到300mm，并且扩大除尘孔为φ450mm，并尽量布置在机侧，上升管孔孔径加大到φ500mm，使荒煤气的逸出压力减小，以达到减少荒煤气外冒的目的。

(5)考虑雨季炉顶雨水积水后对焦炉炉体的损坏，炉顶面从焦炉中心至机、焦侧，各设有50mm坡度，增高了炉顶钢轨与炉顶的间隙以利炉顶排水。适合我国南方多雨的天气。

(6)在炉顶区采用强度大，隔热效率高的漂珠砖和高强隔热砖，替换传统焦炉采用红砖和普通隔热砖，确保炉顶表面层平整、严密，降低了炉顶面温度，改善了操作环境

(7)经过计算和总结经验将焦炉的加热水平定为805mm，可使焦饼上下同时成熟，减少炉顶空间石墨。(8)燃烧室采用废气循环和加高焦炉煤气灯头的结构，保证了用煤气加热时炭化室高向加热的均匀性。此外，有废气循环，可以降低废气中氮氧化合物的含量，减少了对大气的污染；而当焦炉延长结焦时间操作时，由于用煤气加热时采用了高灯头，因此也不容易短路。

（9）机焦两侧炉头火道断面为中间火道断面的85%，解决炉头火道温度较低的问题。使炭化室焦饼温度均匀。

(10)炭化室墙墙厚100mm，采用“宝塔”形砖，消除了炭化室与燃烧室之间的直通缝，使炉体严密，荒煤气不易窜漏，并便于炉墙剔茬维修。比原4.3mm焦炉有重大改进的是在立火道隔墙上采用了带有沟舌的异型砖砌筑，大大增强了燃烧室的结构强度和炉墙的整体性。

(11)炭化室底上第一层炉墙砖，因经常受送煤饼的托煤板的摩擦冲击，磨损严重，设计本层砖应加厚到120mm。

(12)燃烧室盖顶大砖采取在一对火道内设拱顶的结构，使上面的负荷归集在立火道隔墙上，可以承受住炉顶导烟车的机械震动而不易损坏。

(13)捣固焦炉炭化室锥度与顶装焦炉不同，为保证温度分布合理，在总结生产经验的基础上，对立火道底部的斜道口断面积进行了理论研究和计算，新设计的调节砖及其排列，使燃烧室各火道的空气量和煤气量分配合理，可使燃烧室的横墙温度分布均匀。

(14)蓄热室内封墙设计20mm厚硅酸钙隔热板新型高效保温材料；蓄热室外封墙设计50mm的隔热和密封效果好的复合硅酸盐整体板面外加海泡石抹面；减少了热损失，改善了焦炉操作环境。

(15)蓄热室主墙是用带有三条沟舌的异形砖相互咬合砌筑的，而且蓄热室主墙砖煤气道管砖与蓄热室无直通缝，保证了砖煤气道的严密。蓄热室单墙厚230mm，也是用带沟舌的异形砖相互咬合砌筑的，保证了墙的整体性和严密性。(16)蓄热室采用12孔格子砖，降低了废气的温度、提高了热效率。

(17)小烟道采用扩散型箅子砖，利用扩散型的特性使大小孔径的正反方向所造成的不同阻力，来克服小烟道内变量气体所产生的内外压力差，这种箅子砖和方孔箅子砖相比，提高了格子砖的冲刷系数，可使废气温度降低20℃左右。在总结生产经验的基础上，我院对扩散型箅子砖断面积进行了理论研究和计算，新设计的箅子砖排列，使蓄热室各部位的空气量和煤气量分配均匀合理，提高了热效率。（18）TJL5550D型焦炉设计尽量采用新材质。炉端墙，炉底与炉顶内层用漂珠砖；隔热部分用高强度的隔热砖；增强了隔热效果、使用效果和结构强度。

第四篇：炼焦工艺第一章

第一章炼焦原理与焦炭质量

1、什么是煤的干馏？

煤隔绝空气加热，放出水分和吸附气体，随后分解产生煤气和焦油等，剩下以碳为主体的焦炭。这种煤热分解的过程称为煤的干馏。

2、煤的干馏分为哪几种？

煤的干馏分为低温干馏、中温干馏和高温干馏三种。它们的主要区别在于干馏的最终温度不同。低温干馏在500℃～600℃；中温干馏在700℃～800℃；高温干馏在900℃～1000℃。

目前的炼焦炉绝大多数属于高温炼焦炉，主要生产冶金焦、炼焦煤气和高温炼焦的化学产品。后面叙述的都是指高温炼焦，即高温干馏过程。

3、煤在炭化室内是怎样变成焦炭的？

配合煤在炼焦炉的炭化室内转变为焦炭，大体上要经过干燥、热解、半焦收缩和焦炭形成等四个阶段。这四个阶段互相交错，不能截然分开。

我们从煤结构的研究知道，煤的结构是非常复杂的。在构成煤的基本构造单位的周围存在许多热稳定性各不相同，而且都比基本构造单位差的部分，我们把这部分物质称为侧链。在煤被加热时，这些侧链由于热稳定性差，先后断开而形成分子量不等的物质。分子量较小的物质呈气态，分子量中等的呈液态。如果高沸点液体的数量很多，就能把基本构造单位和气体的物质包合在一起，形成胶质体。当进一步加热时，胶质体进一步分解、聚缩固化而形成半焦。半焦进一步受热，结果一方面分解析出气体（主要是氢气），另一方面基本构造单位进一步缩合、变大、焦质变紧、变硬，最终形成焦炭。在高温下，热分解产生的焦油蒸气和炼焦煤气会分解产生游离碳，这些游离碳沉积在焦炭的表面上，使焦炭成银灰色。在这过程中，煤的粘结性起着主要作用。成焦的过程表示如下：

4、炼焦要经过哪些主要阶段？

把炼焦配煤在常温下装入炭化室后，煤在隔绝空气的条件下受到来自炉墙和炉底（1000 ℃ 一1100 ℃）的热流加热。煤料即从炭化室墙到炭化室中心方向，一层一层地经过干燥、预热、分解、产生胶质体、胶质体固化、半焦收缩和半焦转变为焦炭等阶段（见图1）。这就是所谓“层状炼焦”的特点。现将煤在炭化室内成焦的各个阶段分述如下：

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图1 炭化室内层状炼焦示意图

(l）干燥和预热（20℃～200 ℃）：析出水分，放出吸附于煤中的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等气体。

(2）开始热分解（200 ℃～350 ℃）。不同变质程度的煤开始热分解的温度是不同的，例如，气煤在210 ℃ 左右开始分解，肥煤约260 ℃，焦煤约300 ℃，瘦煤约390 ℃。煤在转变成胶质体状态前就开始分解，此时主要产生化合水（H2O）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）等气体和少量的焦油蒸气和液体。

(3）胶质体产生（350 ℃～450 ℃）：煤在进一步受热分解后，产生大量的焦油和沥青等液体。这些液体、气体和残余的固体一起成为胶质状态。

(4）胶质体固化（粘结）(450℃ 一500℃)：在进一步加热时，胶质体热解更加激烈，并伴随有聚缩和合成等反应。胶质体固化时析出大量挥发物。随着气体析出，固态物质形成，即开始产生半焦。

(5）半焦收缩（500 ℃～650 ℃）：半焦物质形成后，由于进一步加热的结果，在半焦内热解出大量的挥发物（主要是氢气和甲烷），这样，半焦收缩使焦质变紧，并产生裂纹。

(6）半焦转变为焦炭（650 ℃～950℃）：在此阶段中，继续析出气体，主要是氢。半焦进一步收缩，使焦质变紧变硬，裂纹增大，最终转变为焦炭。

5、在炼焦过程中，煤在炭化室内产生的气体是怎样析出的？

实践表明，装入炭化室的煤内部气体析出的途径，对化学产品的质量和焦炭生成的过程均有影响。经研究认为，煤装入炭化室内不久（不到半小时），不仅在炭化室两侧，而且在炉底受热分解而产生胶质体，此外，煤饼的上部也受到炉顶的热辐射而形成一层胶质体。这几部分的胶质体汇合成为一个封闭的袋状物。胶质体有一定的粘度而且透气性不好，因此成为气体透过的障碍物。这样便造成胶质层外侧的压力大大低于内层的压力。由于气流在装炉煤中是沿

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着阻力最小的途径流动的，因此，在胶质层外侧，在形成半焦和焦炭的过程中，析出的煤气只能通过焦炭层中的裂缝流向炭化室墙。另外，在胶质层区域内产生的气体，克服不了半焦层的阻力，一少部分沿着胶质层与半焦层的交界缝隙移向炉顶，大部分进入胶质层内侧的煤料内，自下而上流动，并突破煤饼顶部比较薄弱的胶质层进入炭化室顶部空间。由此可见，在炭化室中气体流动有三种途径，其中以顺着炭化室墙流动的途径为主，这部分煤气称为“外行气”随着炭化室内两侧胶质层逐渐向中心移动，自热侧流向炭化室顶部的气体量增加。实验证明，大约有20 %～25 ％的气体自胶质层内侧的装炉煤内析出，其余的75 % ～80 % 的煤气则从热侧流出。在炭化室内气体析出的途径如图2 所示。

图2 炭化室内干馏煤气析出的途径

6、在炭化室内为什么存在层状结焦的特点？

在炭化室内，由于热流是从炭化室两则的炉墙同时传给煤料的，而且结焦过程是从两侧同时进行的，因此，装入煤自炭化室墙到炭化室中心各层都要依次地经过前面叙述的焦炭形成过程的各个阶段。靠近炭化室两侧墙的煤层首先受热形成胶质层，以后随着加热过程的进行，胶质层逐渐向炭化室中心方向发展。这样，在胶质层内侧为湿煤和已经开始蒸发其中水分的干煤（图1）。而在胶质层的外侧形成半焦。半焦随着结焦温度的增高而慢慢形成焦炭。由此可以看出，在近代炼焦炉的炭化室内，沿炭化室宽度方向上各处的煤料不是同时成焦的，而是依次地经过结焦过程的各个阶段，这就是“层状结焦”的特点。

7、在炼焦过程中，炼焦煤气及焦油等是怎样产生的？

在结焦过程中，炼焦煤气及焦油的生成大致可分为两个阶段：(l）炼焦化学产品生成的初期阶段：在550 ℃ 以前生成的炼焦化学产品，通常称为一次分解产物。在350 ℃～550 ℃ 的温度范围内，焦油大量生成。这些焦油不含芳烃类和简单的酚类物质，而是含有羟基的芳烃、带有侧链的芳烃类和高级酚类；煤气的成分主要是甲烷等烷烃、不饱和烃和氢气等气体。

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(2）炼焦化学产品生成的最终阶段：一次分解产物在离开炭化室之前要发生很大的变化，这是由于这些产物经过高温炭化室墙和赤热的焦炭时会产生二次裂解的缘故。在此阶段开始时，煤气产率不断增加，直到结焦末期为止。而焦油产率在550 ℃ 以前是逐渐升高的，以后则开始下降，直到温度高于850 ℃ 时，焦油产率才保持不变。但是，此时的焦油密度和焦油中的游离碳的含量却随着温度的升高而增大，焦油的成分也发生很大的变化，酚含量减少、芳烃的含量开始增加。正常的高温炼焦的芳香族焦油是在温度大约为800 ℃ 以上得到的。

8、为什么在焦炭成熟后，打开炭化室炉门会发现焦饼离开炉墙和焦饼中心有缝等现象？

在炼焦过程中，由于炭化室内的煤料获得的热量是从炭化室两边炉墙传过来的，因此，煤料沿炭化室的宽度方向依次分层结焦。当两边胶质层汇合时，中间部分的煤气跑不出去，就把胶质层压向两边。当胶质层继续受热形成半焦，以及半焦收缩而最终形成焦炭时，整个焦饼便沿炭化室中心线分裂为两部分（见图3）。整个焦饼由于收缩的缘故，在接近结焦末期便离开炭化室墙。

图3 炭化室内煤料成焦后的状态

9、焦炭的裂纹是怎样产生的？

由于焦饼的最终收缩和焦饼内传热情况变化等原因，成熟的焦炭便形成多种形式的裂纹，现分述各种裂纹产生的原因：

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(1）焦饼中心裂纹：原因见前题所述。

(2）纵裂纹：距炉墙不同距离的各层，由于受到的加热温度、作用时间和结焦速度不同，所以产生不同的向上方和下方收缩的内应力，使焦饼和焦块形成纵裂纹。气煤炼制的纵裂纹较多，所以气煤焦瘦长且呈指状。

(3）横裂纹：在层状炼焦的过程中，由于沿炭化室宽度方向有一层胶质体存在，而这层胶质体的传热性又很差，因此，从炭化室两侧传入的热流使焦炭层和半焦层的温度迅速升高。由于各层温度和受热时间相差很大，即产生不同的收缩速度，这样便产生横裂纹。肥煤的焦炭横裂纹较多。

(4）焦花：所谓焦花，是指紧贴炉墙的焦饼表面产生很宽、很深、形象似菜花的那部分焦炭。由于装入炉内的煤料与1100℃ 左右温度的炭化室墙直接接触，这部分煤迅速被加热，分解产生大量的液体，而液体不与炉墙结合，在表面张力的作用下发生扭曲，加之迅速收缩、固化，因而产生很大的收缩应力。这样便产生很宽、很深的裂纹，形成似菜花的“焦花”。

(5）焦炭的内部裂纹：由于煤料内存在颗粒较大、且灰分较高的物质，而这些物质在焦炭内很容易形成裂纹中心，所以焦炭内部产生裂纹。

10、焦炭的气孔是怎样形成的？

煤在炼焦过程中软化分解，产生胶质体。胶质体有一定的粘度，把热分解产生的气体包在里面。随着热分解过程的进行，胶质体内的气体不断产生，当气体的压力达到一定程度时，一部分气体则冲破胶质体跑出来，没有跑出来的气体留在胶质体内部或表面上时便留下一个空隙，一旦胶质体固化，这些空隙便成为气孔。

11、影响焦炭气孔率的因素有哪些？

焦炭的气孔率是指焦炭气孔所占的体积与焦块体积之比。它可以借测得的焦炭的真密度与假密度的值来求得：

气孔率＝1假密度×100％ 真密度影响气孔率的因素有：

(1）胶质体多且流动性好时，胶质体内的气体不易透过，因此气孔率大。例如，气煤和肥煤所生成的焦炭的气孔率比焦煤和瘦煤的大。

(2）在胶质状态下，如果从胶质体内析出的气体越多，则气孔率就越大。例如，气煤的焦炭气孔率就比较大。

(3）胶质层厚度越小，气体越容易透过，不容易停留在胶质体内，所以气孔率就越小。

(4）堆密度大。气孔率小。例如，捣固装煤所产的焦炭或型焦的气孔率就比较小。

12、什么是煤的膨胀压力？

煤在一定体积的炭化室中受热分解时，不能自由膨胀，因而对炭化室墙或者测定膨胀压力装置的壁产生一定的压力，此压力称为膨胀压力。

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13、在炼焦过程中什么是最大膨胀压力？

煤在层状结焦的过程中，当两侧的胶质层汇合时，胶质层内的气体最难跑出，此时压向两侧炉墙的膨胀压力最大，我们把此时的膨胀压力称为最大膨胀压力。当焦饼的中心缝形成后，此种压力才迅速下降。

14、影响膨胀压力的因素有哪些？

(l）煤的种类：不同变质程度的煤种具有不同的膨胀压力。例如，气煤的膨胀压力为3kPa ～15kPa，肥煤为5kPa～20kPa，焦煤为15kPa～35kPa（有的可达50kPa ～60kPa)，瘦煤为20kPa～80kPa。

(2）加热速度越快，膨胀压力越大。(3）煤料堆密度越大，膨胀压力越大。

(4）煤的氧化能降低膨胀压力。煤的氧化能使胶质体的流动性和胶质层的厚度降低，使胶质体内的气体容易透过，因此，氧化可显著地降低煤的膨胀压力，甚至可以完全解除膨胀压力。但是，氧化却使煤的粘结性降低或丧失。

(5）加入瘦化剂可以降低煤的膨胀压力。例如，加入焦粉和无烟煤等瘦化剂，可使膨胀压力降低。

15、焦炭有什么用途？各种用途对焦炭质量有什么要求？

焦炭的用途很广，如炼铁、烧结、铸造、生产电石、造气及有色金属冶炼等各个工业部门都需要焦炭。国内外用于炼铁的焦炭消耗量占全部焦炭的60 ％～90 ％。

表1 冶金焦炭

灰分Ag/﹪ 硫分SgQ/﹪ 种类 牌号牌号Ⅱ 牌号Ⅲ Ⅰ类不Ⅱ类 Ⅲ类

Ⅰ不大于 大于

大块焦

（大于40mm）

12.00 12.01～13.51～0.60 0.61～0.81～大中块焦

13.50 15.00 0.80 1.00（大于25mm）

中块焦（25mm～40mm）

注：①水分只作为生产操作中控制指标，不作质量考核依据。

②焦末含量系指25mm以下部分，并以湿基计算。

③西南地区因受煤炭资源的限制，可执行灰分牌号Ⅲ不大于16.00％，硫分Ⅲ类不大于1.20％。

各种用途对焦炭的要求如下：

(l）对炼铁用焦的要求：供高炉冶炼用的冶金焦的质量要求见表1。(2）对铸造用焦的要求：铸造用焦炭应该是大块、强度高、气孔率低和反应性低的焦炭。通常铸造用焦炭的标准见表2。

表2

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指标 块度/mm

特级

水分Mad/﹪ 灰分Ad/﹪ ≤8.0 挥发分Vdaf/﹪ 硫分St1d/﹪ ≤0.60 转鼓强度M40/﹪ ≥85.0 落下强度SI450/﹪ ≥92.0 显气孔率Ps/﹪ ≤40.0 碎焦率（<40mm）/﹪ 技术条件

机械强度/﹪

抗碎强度/M40 耐磨强度/M10

级别

一级 ﹥80 80～60 ﹥60 ≤5.0 8.01～10.00

≤1.5 ≤0.80 ≥81.0 ≥88.0 ≤45.0 ≤4.0

二级

10.01～12.00 ≤0.80 ≥77.0 ≥84.0 ≤45.0 Ⅰ组不小于 Ⅱ组不小于 Ⅲ组不小于 Ⅳ组不小于 Ⅰ组不小于 Ⅱ组不小于 Ⅲ组不小于 Ⅳ组不小于

挥发

焦末含

分Vr水分

量﹪不

﹪不WQ﹪

大于

大于

4.04.0

±1.0 80.0 76.0 72.0 65.0 8.0 9.0 10.0 11.0 1.9

4.05.0 ±1.0 不大12.0

— — 于

12.0(3）对气化用焦炭的要求：气化用焦应具有尽可能大的反应性，可以使用气孔率大、耐磨性差的小块焦；气化要求焦炭具有较高的灰分熔点，使灰分不易熔化结块而破坏气流沿发生炉断面的分布。气化用焦炭（或煤）的要求见表3。

表3 气化用焦（或煤）的要求

项目 指标

焦炭 无烟煤 >25 >40 粒度/mm

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>270 转鼓值/kg — <10 <10 水分/％

<15 <15 灰分/％

<9 挥发分/％

<2 硫分/％

原料耗量/t/t氮 1.4～1.5 1.7～2.0(4）有色金属冶炼对焦炭的要求：冶炼有色金属时，不要求焦炭具有高的机械强度，并且硫分适当的高（不大于2.3 %）是有利的因素，因为这样可以少加含硫熔剂。

(5）对电石用焦的要求：生产电石要求焦炭固定碳高、灰分低；不要求高强度，粒度为15mm～20mm。因此，用含有石油延迟焦的配合煤炼制电石用焦较为适宜。

16、冶金焦的化学特性和物理机械性能指的是什么？这些性质对高炉冶炼有什么影响？

冶金焦的化学特性指的是挥发分、灰分、硫分、水分、磷分。物理机械性质指的是筛分组成、耐磨性和抗碎性。

(l）挥发分：挥发分的大小是衡量焦炭成熟度的一个指标。挥发分过高，意味着焦炭欠熟，耐磨性差，会导致高炉的透气性不好；挥发分低，说明焦炭过火了，焦炭则易碎，在高炉操作中会落入炉渣内，使排渣困难，高炉风口易损坏。焦炭过碎不容易燃烧，如果落入炉缸内会使铁液含碳量增加。

(2）灰分：焦炭的灰分大部分由SiO2 和Al2O3 组成。灰分过高的焦炭进入高炉时，就要增加石灰石用量，以便灰分变成熔渣。这就使高炉的生产率降低，使高炉各项技术经济指标下降。

(3）水分：焦炭的水分高会降低焦炭的发热量，水分波动大会破坏高炉的操作制度。

(4）硫分：焦炭的硫分对高炉是一种十分有害的杂质。焦炭含硫每增加0.1 %，焦比就增加1.2 %～2.0 %，生铁产量降低约2.0 ％。含硫多的铁不适合于炼钢和铸造。因此，一般要求冶金焦的硫分少于1 ％。

(5）磷分：焦炭中的磷分含量很少，且集中在焦炭的矿物质中。磷在生铁内会使生铁产生冷脆性。

(6）焦炭的筛分：主要是评价焦炭块度是否均匀的指标。一般通过筛分试验，得出25mm～40 mm、40 mm～80mm、大于80mm 这三级块度的重量（％)，并按照下式求出块度均匀系数k值：

(40~80)k=(80)(25~40)

式中(25～40)—块度为25mm～40mm 等级的重量，％;(40～80)—块度为40mm～80mm 等级的重量，％;(> 80)—块度为大于80 mm 等极的重量，％。

显然,k值大有利于改善高炉透气性，使高炉操作稳定。

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(7）焦炭的抗碎强度与耐磨强度：焦炭在运输过程和在高炉生产过程中要受到撞击、挤压、研磨和高温作用，所以它必须具有一定的强度，才能在到达风口一带时保持原来的块状。如果焦炭强度不够，则很容易碎成小块或变成焦末。这样，当这些小块和焦末进入高炉后，就会恶化高炉炉料的透气性，造成高炉操作困难。因此，焦炭的抗碎强度和耐磨强度是高炉冶炼对焦炭要求的重要指标。

17、如何检验焦炭的化学性质？

焦炭的水分、灰分和硫分均按煤的工业分析方法进行测定。焦炭的挥发分的测定是取一定量的焦样在马弗炉内（85 0℃ 士2 0℃）烧3min，然后取出冷却后称量，计算其挥发分产率。

18、焦炭的抗碎强度与耐磨强度是怎样测定的？

目前，常用落下试验和转鼓试验来测定焦炭的抗碎强度和耐磨强度。现分述如下：

(1）落下试验：焦炭从筛焦站过筛分级后，运到高炉之前要经过儿次倒运；到达炉顶以后，又要经过料钟加料时的撞击。落下试验就是模拟焦炭受到撞击的过程，把经过撞击后的焦炭进行筛分，以留在筛子上大块的焦炭占全部试验的焦炭数量的百分数作为指标。落下试验装置见图4。试验方法是：取50kg 大于50mm 的焦炭，自1.85m 的高处，往一块10mm 厚的钢板坠落四次，算出大于40mm 焦炭百分数为抗碎强度指标（又称落下指数）。

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图4落下试验装置结构图

(2）转鼓试验：为了鉴定焦炭的耐磨性，目前国内外都在使用不同构造的转鼓进行试验。我国常用的转鼓有松格林式转鼓和米库姆转鼓，现分述如下：）松格林转鼓（一般称作大转鼓）的结构如图5 所示。它的直径为2m，宽为800mm。在两壁的铁盘间装上直径为25mm、长为800mm 的圆铁棍，铁棍之间的间隔为25mm，铁棍的根数为127 根，转鼓的两壁用厚为8mm 的钢板制成。试验方法是：取400kg 大于25mm 的焦炭放入鼓内，以10r / min 的速度转15min，共150r，取留在鼓内的焦炭重量作为抗碎强度指标。从鼓内漏出的焦炭用25mm、10mm 的筛子筛分，取小于10mm 的粉焦重量作为耐磨强度指标。

此种转鼓由于焦炭在鼓内的装满程度较大（装满程度指焦炭试样体积与鼓腔体积之比），而鼓腔体积较小，所以在鼓内的焦炭不能自由落下，而且能沿着堆积体的表面滚动，所以破碎力很小，不能使焦炭内所有的裂纹裂开。由此可见，大转鼓的强度指标对反映破碎强度是有局限性的，而由于试验时间较长，则反映耐磨强度的指标较为有代表性。

图5松格林转鼓的结构图

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图6 小转鼓结构图a一纵剖面；b—横剖面）米库姆转鼓（一般称为小转鼓）见图6。它是用8 mm ～ 12mm 厚的钢板卷成直径为lm、宽lm 的封闭的转鼓。鼓身内均匀地焊上四 根100mm×100mm×10mm 的角钢。试验方法是：取50kg 大于40mm 的焦炭，按80mm、60mm、40mm 各级重量比分级取样装入鼓内，以25r / min 的速度转4min，共100r，取出以80mm、60mm、40mm、25mm、l0mm 筛子进行筛分称重，把大于l0mm 的焦块重新入鼓，再以上述的转速转5min，共225r，取出以80mm、60mm、4Omm、25mm、l0mm 的筛子筛分，把l00r、225r 后大于40mm 的百分数为抗碎强度指标，而以小于10mm 的百分数为耐磨强度指标。

此种转鼓内有四块角铁，当转鼓转动的时候，角铁把焦炭带起约0.45m 的高处自由落下，破碎能力已足够大，得出的强度指标基本上可以反映焦炭冷态下的机械强度性质。

近年来，有人认为焦炭在高炉内经受的热态强度的特性尤其重要，所以设计和制造出所谓“热转鼓”。用热转鼓测出的数值，可以反映焦炭在高炉内部的条件下的抵抗破碎、研磨和气体侵蚀的能力。

19、影响焦炭质量的因素有哪些？

(1）配合煤的成分和性质：配合煤的成分和性质决定了焦炭中的灰分、硫分和磷分的含量，而且焦炭的块度和强度在很大程度上也决定于原料煤的性质。例如，配煤中硫分和灰分低，得出的焦炭也是低灰低硫的；在配煤中增加高挥发分、低变质程度的气煤、就会使焦炭变得细长，块度变小；如果在配煤中增加焦煤和瘦煤，就会使焦炭的收缩裂纹减少，块度增大；配合煤中含有的矿物杂质多，便会影响焦炭的强度；配合煤的粉碎细度也会影响焦炭的强度。由于煤的结构复杂，对细度的要求不能一概而论。

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(2）炼焦的加热制度：影响加热制度的主要因素是加热速度和结焦末期温度。许多研究工作表明，当加快结焦速度时，可以使胶质体的流动性增加，炼出比较坚固的焦炭。但是，加快结焦速度，会使焦炭的收缩裂纹增加，焦炭的块度变小。例如，当结焦时间由16h ～15.5h 缩短到14h ～13.5h 时，80mm ～40mm 级焦炭的产率约降低5 ％～8 %（配煤比不同将有所变化）, 40mm ～25mm 级的产率相应地增加，而焦炭的平均块度有所降低。

提高结焦末期的温度，可以增加焦炭的耐磨性（即减少小于lomm 的焦末的产率），但是会减低焦炭的块度。因为焦炭最终收缩增加，势必使小裂纹增加，因而焦块容易沿着这些裂纹裂开。因此，必须合理地确定炼焦的加热制度，以使焦炭有尽可能小的磨损度和尽可能大的块度。

(3）炭化室内煤料的堆密度：增大炭化室内煤料的堆密度，可使煤粒紧密粘结，可获得机械强度高的焦炭。如预热煤炼焦、捣固炼焦和配型煤炼焦等，都会增加装炉煤的堆密度，改善焦炭质量。

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第五篇：炼焦工艺论文

捣固炼焦的发展与应用

班级：应用化工093

姓名：陈艳艳

摘要:我国焦炭市场自202_ 年底开始转暖，焦化企业已实现扭亏为盈但我国焦炭产能过剩，炼焦煤及运输价格持续走高，炼焦企业利润空间有限优化配煤方案，降低原料煤成本及焦炭生产成本,提高焦炭和焦化产品质量是每个企业研究的课题。各国都在寻求能够扩大炼焦用煤源的新工艺,而捣固炼焦工艺作为一种能够增加配煤中高挥发分、弱粘结性甚至不粘结性煤含量来扩大炼焦原料煤的方法，现已成为一种成熟的炼焦工艺，被国内外广泛采用。而捣固炼焦的技术特点在于:采用该技术可以多配高挥发分、弱粘结性的炼焦煤，并可以提高焦炭质量。本文论述了为提高捣固式焦炉的焦炭质量,结合生产实际, 采取了延长捣固时间、增加煤饼堆比重、提高加热速度及保持适当集气管压力的措施, 改善了入炉煤料的粘结性, 从而提高了焦炭质量。对于焖炉期较长的炭化室, 关闭上升管翻板有利于保

证焦炭质量。

1.1我国捣固炼焦发展历程

1919年，我国第一座Koppers式捣固焦炉在鞍钢投产。1956年，我国自行设计的第一座炭化室高3.2m的捣固焦炉投产。1970年，炭化室高3.8m的捣固焦炉建成投产。1995年，青岛煤气厂使用引进德国摩擦传动、薄层给煤、连续捣打的捣固机。至1997 年，我国先后在大连、抚顺、北台和淮南等市建成了18座捣固焦炉，炭化室高大多为3.2米，总产能为212万t/a。在本世纪初，设计开发了炭化室高4.3m的捣固焦炉。202_年8月，景德镇焦化煤气总厂将炭化室高4.3m、宽450mm的80型顶装焦炉改造成捣固焦炉。202_年2月邯郸裕泰实业有限公司将炭化室高4.3米、宽500mm的顶装焦炉改造成捣固焦炉，拉开了我国4.3m顶装焦炉改造成捣固焦炉的序幕。202_年底，5.5m的捣固焦炉在云南曲靖建成投产，在全国掀起了建设5.5m捣固焦炉的热潮。现在河北的旭阳、华丰、河南的金马、山东的日照、邹县、银川的宝丰、神华、乌海、涟钢、攀钢和江苏的沂州都正在建设5.5m 捣固焦炉。202_年6月，中冶焦耐公司总承包了河北唐山市佳华公司的炭化室高6.25m世界最高的捣固焦炉的建设，预计202_年8月投产，这标致着我国大型捣固焦炉技术达到了国际先进水平。202_年9月，中冶焦耐公司中标建设印度塔塔钢铁公司5m的捣固焦炉，标致着我国大型捣固焦炉设计正式走向国际市场。同期，涟源钢铁公司和攀枝花钢铁公司也决定新建捣固焦炉，标致着我国大中型钢

铁企业开始接受和采用捣固炼焦技术。近几年，我国的捣固炼焦技术发展很快，投产的捣固焦炉已有355座，总炼焦生产能力超过了9600万t/a。但这些焦炉有95％以上是建在独立焦化厂，钢铁企业焦化厂采用捣固炼焦工艺的并不多，已投产的只有北台钢铁公司、长治钢铁公司、南昌钢铁公司和山东潍坊钢铁公司等。

1.2捣固炼焦的价值与意义

捣固炼焦工艺是在炼焦炉外采用捣固设备，将炼焦配合煤按炭化室的大小，捣打成略小于炭化室的煤饼，将煤饼从炭化室的侧面推入炭化室进行高温干馏。成熟的焦炭由捣固推焦机从炭化室内推出，经拦焦车、熄焦车将其送至熄焦塔，以水熄灭后再放到凉焦台，由胶带运输经筛焦分成不同粒级的商品焦炭。

在原料煤同一配比的前提下，利用捣固工艺所生产的焦炭无论从耐磨强度，还是抗碎强度，都比常规顶装焦炉所生产出的焦炭有很大程度的改善，其机械强度M 25约提高5.6～7.6 %，耐磨指标M10约改善2～4 %。因此捣固炼焦工艺是提高焦炭强度的一种有效途径。我国强粘结性炼焦煤多数高灰、高硫，且可选性差，常规顶装焦炉因配强粘结性煤达6O %，势必造成焦炭较灰分较高，而强度不高的影响；我国气煤的灰分含量一般在6～8.9 ％之间，捣固焦炉可以多配气煤，必然降低焦炭的灰分，[2]

提高焦炭的质量。在总投资方面，同样生产能力的捣固焦炉与顶装焦炉的投资大体相当。差别比较明显的是煤料的费用。通常煤料的费用占焦炭成本费用的70～75 %。常规焦炉往往需要配用价格较高的优质强粘结煤以保证焦炭的质量。而捣固法炼焦配煤选择比较灵活，煤源广，可以用价廉的弱粘结性煤，使生产成本降低。另外，由于捣固法炼焦可增加煤料的堆密度，同样配比条件下可增加3O% 左右，因此在相同炭化室条件下能够增加焦炭的产量。虽然煤料的堆密度增加，相应的结焦时间要延长，但由于传热较好，结焦时间的增加与煤料堆密度的增加不成正比例关系。以堆密度增加25%计算，单位体积产量将增加12%，相当于炭化室高6m的捣固焦炉的产焦量等于炭化室高7m的常规顶装焦炉炭化室的产焦量。此外，捣固焦炉在以高挥发分煤作为配煤的基础上，可以配入焦粉，既可以降低低挥发分煤的配比，改进焦炭的机械强度，也可以利用低价值的焦粉，降低生产成本而且焦炭的质量也能够得到保证。总之，由于捣固工艺既可以利用价廉原料，又可以增加焦炭产量，所以捣固工艺的经济效益优于常规的顶装工艺的经济效益。另外，捣固工艺由于配有装炉烟尘转送系统，可将在密闭系统中收集的装炉烟尘转送到荒煤气中，因此能够满足严格的环保要求。捣固焦炉过去费用高，优点不突出，现已通过提高捣固机操作效率和在捣固焦炉上采用大容积炭化室得到补偿。捣固工艺进一步研究课题是通过捣固箱的现代化来减少捣固工艺流程的能耗，缩短捣固压实时间和提高整个煤饼密度的均匀性。提高捣固式焦炉焦炭质量的途径

根据煤的粘结成焦机理, 煤生成焦炭要经历两个非常重要的阶段, 即粘结阶段和固化成焦阶段。在粘结阶段, 煤经热解生成气、液、固三相的混合物即胶质体, 未软化的煤粒、惰性组分、矿物质被胶质体中的液相产物浸润、填充它们之间的间隙, 从而形成一个整体。在粘结阶段, 胶质体的性质、数量决定了煤粒之间粘结的紧密程度, 对焦炭孔孢结构有决定性的影响。在固化成焦阶段, 随着温度的升高, 胶质体继续分解、缩聚逐渐固化形成半焦, 半焦继续进行热分解和缩聚, 放出气体, 质量减轻、体积收缩、焦质致密、产生裂纹形成焦炭。在固化成焦阶段, 体积收缩的剧烈程度以及焦质的致密程度决定了焦炭的块度及机械强度。因此, 从煤的粘结成焦机理来看, 要生产优质的焦炭,入炉煤具有良好的粘结性是前提。减少优质炼焦肥煤、焦煤的配入, 增加弱粘结性气煤、瘦煤的配入, 是我国配煤炼焦的基本原则之一, 既合理利用了我国炼焦煤资源, 又降低了炼焦原料煤成本。这样, 在考虑提高焦炭质量时, 首先要从改善入炉煤的粘结性入手。从前期青钢兖州焦化厂焦炭质量恶化的情况来看, 主要是焦炭中各组分之间的界面结合不好、粘结松散, 未形成均一的彼此结合紧密的整体。这也说明提高焦炭质量首要的是改善煤料的粘结性。

3.1 延长捣固时间

延长捣固时间, 可提高煤饼堆比重, 入炉煤堆比重增加后, 煤粒之间间隙减小、接触致密, 填充煤粒间隙所需的胶质体液相产物将会减小, 可以用较少的胶质体液相产物均匀分布在煤粒表面上, 在煤粒之间形 成较强的界面结合, 或者在胶质体液相产物量一定的情况下, 会填充更多的煤粒间隙、粘结更多的煤粒和惰性物质, 增加弱粘结性煤的配入。另外, 堆比重增加将使煤饼更致密, 生成 3的回收有一定影响, 在焦化产品市场看好的情况下是不利的。但是在结焦时间较长的情况下, 焦炭成熟后的焖炉时间较长, 此时煤气量很小, 需要较高的集气管压力才能保证炭化室底部压力为正压。因此, 保持较高的集气管压力也是确保焦炭焖炉期炭化室底部压力为正压(≥5 Pa)的需要。在结焦时间很长, 焖炉期较长的生产过程中, 焦炭成熟后的焖炉期, 煤气发生量非常小, 炭化室底部压力对集气管压力的波动非常敏感, 集气管内的荒煤气可能倒流进入炉顶空间, 这种情况对焦炭、化产品质量、产量都有很大影响。如果关闭处于焖炉期炉室上升管翻板, 隔断炭化室与集气管连通, 即可消除集气管压力波动对炭化室底部压力的影响, 避免荒煤气倒流进入炉顶空间。这样既减少了荒煤气不必要的损失, 又能保证焦炭质量、减少石墨在焦炭上过度沉积。经过实际测量, 关闭上升管翻板后, 炭化室的底部压力能够保持正压(≥5 Pa), 避免了空气进入炭化室、焦炭烧蚀、灰分增加。我国捣固技术存在的问题及改造

从我国现有捣固炼焦生产装置来看，制约我国捣固炼焦技术发展的问题主要是捣固机械的问题。目前，国产的捣固设备与国外的捣固设备相比有一定的差距，主要表现在以下几个方面：一是装置规模偏小，在3.8 m以下，且多数是10万t/a的焦化厂(目前国内捣固式焦化厂规模较大的很少，最大的是由化学工业第二设计院设计的山西东盛焦化煤气有限公司70万t/a装置)。虽然其比同规模的顶装焦炉有一定优势，但由于规模小，很难发挥规模经济效益。而国外的捣固式焦炉通常生产规模都比较大；二是捣固设备的效率低。国内捣固机捣固一个高3.2m的煤饼需9min，而国外捣固设备采用连续给料薄层多锤连续捣固，捣固一个6m高的煤饼只需4min。另外捣固时间长也限制了炉组的孔数，33制约了焦炉生产能力；三是捣固煤饼的质量。国内捣固机械捣固的煤饼密度为0.95 t/m。～1.0t/m。，由于稳定性的影响，其高宽比不能超过9：1，因此制约了捣固焦炉炭化室的高度，限制了焦炉向大

33型化方向发展。而国外捣固机械捣固的煤饼密度可达1.10 t/m。～1.15 t/m。由于国外捣固机生产的煤饼密度大，因此不易倒塌，其高宽比5：1，不仅可以增加焦炭的产量，而且还可以大大提高焦炭的质量。近两年，我国新型捣固机的试验研究，也取得了一定成果，但与国外先进技术相比仍存在一定差距。因此，我国在做好国内捣固设备研究开发工作的同时，必要时可引进国外先进技术，以实现我国捣固焦炉大型化，加快我国捣固炼焦技术的发展。

捣固炼焦工艺与常规炼焦相比，主要是加煤方式的不同，焦炉炉体结构基本不做改动，因此顶装焦炉经过适当的改造，可改造成捣固炼焦炉。我国国内部分厂家已经对其顶装炼焦炉在原有的基础上进行了改造，实践证明，改造的效果很好。如淄博市焦化煤气公司就将其常规66—4型顶装焦炉成功地改造为捣固焦炉，取得了一定的效果。山东兖矿集团公司焦化厂亦将66—4型焦炉在近期改造成了捣固工艺。在改造的过程中，厂家可充分利用原有的设备，在不停产的情况下将原有炼焦工艺改造成捣固炼焦工艺。以山东兖矿集团公司焦化厂为例，该厂的原有推焦车可改装成推焦装煤车，使其具备推焦、装煤两种功能。同时，由于捣固炼焦要求人炉煤细度(3mm 煤料所占百分数)一般为90％以上，而原有的配煤系统中反击式破碎机只能保证72～76 %入炉煤细度，因此须将原有破碎机换成笼式破碎机。另外，由于捣固装煤车机身长，重量大，捣固煤饼时对轨道有很大的冲力，因此捣固装煤车不能设在炉顶，应当设在机侧一边，相应的煤塔也应设在机侧。该厂经改造后，利用捣固炼焦工艺生产焦炭，在原料煤配比变化不大的情况下，焦炭的强度得到了提高，M25 由83～88上升到88～92，M10可由11.0～10.5下降到10.5～8.5。煤气、化工副产品的产量变化不大。炼焦时间虽有所延长，但每孔炭化室装煤量增加了约38%，同时入炉煤中气煤可多配人20 %～60 %，入炉煤挥发分可以由26% ～30 %提高到32%～34 %。总之，中小型焦化厂将常规顶装焦炉改为侧装煤捣固焦炉，只将配煤、装煤系统作一定改造，炉体基本不作变化，焦炭质量却可以得到提高，同时煤气及化工产品基本不变。因此，有条件的厂家不妨一试，将其原有炼焦装置进行改造，将会取得良好的经济效益。