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炼焦工艺知识点大汇总
    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。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300~400 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,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。
 
    19世纪中叶出现了倒焰式炼焦炉。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,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,使收缩量和收缩速度不均,产生焦炭裂纹。
 
    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:①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;②分组粉碎流程,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;③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。
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