1、焦化工业生产概述 将各种经过洗选的炼焦煤按一定比例配合后，在炼焦炉内进行高温干馏，可以得到焦炭和荒煤气。将荒煤气进行加工处理，可以得到多种化工产品和焦炉煤气。焦炭是炼铁的燃料和还原剂，它能将氧化铁（铁矿）还原为生铁。焦炉煤气发热值高，是钢铁厂及民用的优质燃料，又因其含氢量多，也是生产合成氨的原料。 焦炭主要用于高炉冶炼，其次供铸造、气化、有色金属生产和制电石，它们对焦炭有着不同的要求，其中高炉炼铁对其用焦（冶金焦）的质量要求是相当高的。 冶金焦在高炉冶练过程中起着热源、还原剂、支承物 三大作用。 高炉炼铁过程发生一系列复杂的物理、化学变化。最主要是铁矿石（氧化铁）转化为金属铁。高炉状况的顺行、
2、焦比、冶炼强度的高低，生铁含硫、磷、硅成分的多少等等，冶金焦都起着很重要的作用，冶金焦是高炉生产不可缺少的主要原料之一。要生产优质冶金焦，必须合理地选择和准备炼焦用煤，正确地掌握炼焦操作。 一、炼焦原理及工艺流程 （一）炼焦原理 、炼焦原理 炼焦生产，基本原料是炼焦煤。 将炼焦煤在密闭的焦炉内隔绝空气高温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。这种煤热解过程通常称为煤的干馏。 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
3、炼焦炉绝大多数 属于高温炼焦炉 ，主要生产冶金焦、炼焦煤气和炼焦化学产品。这种高温炼焦过程，就是高温干馏。 、炼焦煤的热解过程 炼焦煤在隔绝空气高温加热过程中生成焦炭，它具有下列特性：当被加热到 400 左右，就开始形成熔融的胶质体，并不断地自身裂解产生出油气，这类油 气经过冷凝、冷却及回收工艺，得到各种化工产品和净化的焦炉煤气。 当温度不断升高，油气不断放出，胶质体进一步分解，部分气体析出，而胶质体逐渐固化成半焦，同时产生出一些小气泡，成为固定的疏孔。温度再升高，半焦继续收缩，放出一些油气，最后生成焦炭。 （二）炼焦方法 、机械化焦炉生产 煤料从炉顶部的装煤孔或机侧（捣固焦）装入炭化室，由两
4、侧燃烧室传来的热量，将煤料在隔绝空气的条件下加热至高温。加热过程中，煤料熔融分解，所生成的气态产物由炭化室顶端部的上升管逸出，导入煤气净化处理系统， 可得到化学产品及煤气；残留在炭化室内的固化成焦炭。煤料分解固化过程完成后，将炭化室两侧的炉门打开，用推焦机将焦炭推出，落入熄焦车（或干法熄焦装置）。赤热的焦炭可用水熄灭，或用惰性气体将余热导走，冷却后即得到可使用的焦炭。机械化焦炉（顶装）目前国内采用炉型主要有 JN 型、 JNX型、以及 58 型、 66 型、 70型。另外还有一种 3 号简易焦炉。 、土法炼焦 炼焦煤（多为单种焦煤、配煤、焦肥煤）在普通粘土砖窑炉内（目前国内多用 75 型、 8
5、9 型、 91 型、 95 型、 96型、赵城连体炉）以土法炼焦工艺生产的可燃 固体产物。 在炉窑内不隔绝空气的条件下，借助窑炉边墙的点火孔人工点火，将堆放在窑内的炼焦煤点燃，靠炼焦煤自身燃烧热量逐层将煤加热（直接火加热部分）；煤燃烧产生的废气与未燃尽的大量煤裂解产物形成的热气流，经窑室侧壁的导火道继续燃烧，并将部分热传入窑内（间接加热部分）。高温燃气流（ 800 则夹带着未燃尽的煤裂解物 化学产品排入大气。这个过程延续天，焦炭成熟，从人工点火孔注水熄焦、冷炉、扒焦。 土法炼焦结焦周期长、成焦率低、煤耗高、焦炭灰分高（燃烧一部分煤造成的）。炼焦化学产品或被烧 掉或随高温废气流排入大气，不仅不能
6、综合利用炼焦煤，还对大气造成严重污染。 、型焦 型焦是由煤粉等型焦用料加压成型煤，再经炭化处理制成的，也有把型煤经氧化热处理或型焦炭化炉氧化处理或自热硬化处理制成型块称为型焦。根据处理的工艺方式，可分为冷压型焦和热压型焦。 、其它工艺生产 其它工艺生产焦炭，主要有连续徊转窑、立式炉等炉型生产的焦炭。 （三）机械化炼焦炉及其主要附属设备 、焦炉炉体 焦炉炉体主要是用硅砖砌筑而成的 ，分成一至四个相连接的部分： 炉顶、炭 化室（两侧是燃烧室）、斜道、蓄热室 。 炉顶区设有 炭化室装煤孔、燃烧室火道看火孔以及荒煤气导入集气系统的上升管孔等 。 炭化室是窄长的方型室，用以容纳煤料。煤料可由装煤孔或机侧
7、（捣固炼焦）装入。 燃烧室在炭化室两侧，煤气在其内燃烧，燃烧产生的热量，经炭化室 燃烧室墙传入炭化室，将煤料加热至高温炼成焦炭。 斜道是蓄热室、 燃烧室火道间的气流通道。 蓄热室在炭化室及燃烧室下部，内填充有带孔的格子砖。当下降气流时，燃烧产生的高温废气流将格子砖加热，交换成上升气流时，使通过蓄热 室的贫煤气或空气预热后进入燃烧室。 一座焦炉由数十孔炭化室组成。 、煤塔 设在焦炉两炉组之间，贮存已粉碎好的炼焦配煤。 、操作机械 1)装煤车： 顶装焦炉的装煤车设在炉顶，其作用是从煤塔取出一定重量的煤料，通过炭化室顶部装煤孔卸入炭化室内。 2)推焦机： 顶装焦炉的推焦机有几种作用：炭化室装煤完毕后
8、，煤落在室内成锥形，由推焦机上的平煤杆将煤推平；打开、清扫与关闭机侧的炉门；将成熟的焦炭从炭化室的机侧推到焦侧的熄焦车上。 3)装煤推焦 车： 装煤推焦车为捣固焦炉专用机械，其作用是将由捣固机捣成的煤饼推入炭化室，打开与关闭机侧炉门，将成熟的焦炭推到熄焦车上。 4)拦焦车： 拦着从炭化室推出来的焦炭落到熄焦车上，并打开、清扫与关闭焦侧的炉门。 5)熄焦车（或干法熄焦装置）： 接受推出的赤热焦炭，运到熄焦塔内喷水（或运到干法熄焦装置用惰性气体将余热导走发电或补充管网的蒸汽），将赤热焦炭熄灭，然后卸在凉焦台上冷却。 （四）炼焦用煤的选择 焦炭的物理性能和它的化学成分，主要取决于所用的煤种和炼 焦方
9、法。 、洗煤（或精煤）。从原料煤带到焦炭中的灰分、硫和磷等杂质，对于炼铁是极为有害的。为了除去这些杂质，就需要对原煤进行洗选，洗选后所得净煤称为洗煤或精煤。 、配合煤。焦煤能够单独炼成很好的焦炭，有的煤种本身虽不能单独炼成焦炭，但能与其它煤种配合炼成焦炭，这样，将不同煤种按适当比例配合、混匀后的煤料称为配合煤。 、目前世界各国焦化厂几乎都用配合煤方法炼焦，即以焦煤配合其它煤种（一至五、六种）进行炼焦。其原因是： 1)焦煤资源缺乏，用配合煤方法可以大量节约主焦煤。 2)焦煤的结焦性虽好 ，但有的主 焦煤在炼焦时膨胀压力较大，损害炉体，有的含杂质较多 ，用配合煤的方法可以解决上述问题。 3)焦煤的
10、价格较高，用配合煤炼焦可以降低焦炭成本。 究竟哪些煤种能单独炼焦，什么样的配合煤比例能炼成优质焦炭，都要通过试验确定。 （五）焦化生产的工艺流程 焦化生产的主要任务是生产优质的冶金焦供高炉冶炼使用，同时回收焦炉煤气及焦炉煤气中的化工产品。焦化生产工艺流程有多种，其中一种流程示意图见图 10 1。 二、化学产品的回收 炼焦煤在焦炉炭化室内 进行干馏时，在高温作用下，煤质发生了一系列的物理化学变化，同时也析出了水蒸气和煤气（即荒煤气）。 煤气由炭化室出来经上升管到集气管，以循环氨水喷淋使煤气降温、冷却，而分离出焦油和氨水；经吸气管到回收车间的初冷器到鼓风机，煤气经过冷却和用各种吸收剂处理，可提取出
11、焦油、氨、粗苯等化工产品，并得到净化的焦炉煤气，通常被送回焦炉加热或其它冶金炉作燃料 。另外还可以作合成氨的原料气和民用城市煤气。 炼焦化学产品具有极为广泛的用途，是塑料工业、合成纤维、合成橡胶、耐辐射材料、耐高温材料、染料、医药、农药、冶金、化工 、轻纺及国防工业的极为宝贵的原料。如： 、轻工方面的塑料、合成洗涤剂、油墨、电池、皮革加工； 、化工方面的橡胶、尼龙、染料、油漆、电木粉等； 、农药方面的杀螟松、速灭威、等； 、医药方面的合霉素、麻黄素、咖啡因、巴必痛、阿司匹林、消炎片、来苏儿、食品防腐剂等； 因此，发展炼焦化学产品生产在国民经济中具有重要的作用，煤化工综合利用有其广阔的前景，开发
12、炼焦化学产品是焦化厂提高经济效益的重要途径。 图 10 1 焦化生产工艺流程示意图 第二节 炼 焦及化学产品分类及统计指标结构 一、炼焦化学产品的组成 炼焦化学产品的数量和组成随炼焦过程（主要是炼焦方法和温度）和原料的质量不同而变化，在工业生产条件下各种产品的产率（）为（对干煤的重量百分比）： 焦炭 回收煤气 焦油 化合水 粗苯 氨 其它 二、焦炭的化学组成 焦炭的化学性质由 固定碳、挥发分、水分、灰分、硫和磷分来体现 。 、固定碳和挥发份：固定碳是焦炭的主要成分。将焦炭再次隔绝空气加热到 850 以上， 从中析出挥发物，剩余部分系固定碳和灰分。 挥发物含量是焦炭成熟度的重要标志 ，挥 发物含
13、量过高表示焦炭不成熟（生焦），挥发物含量过低表示焦炭过烧（过火焦）。生焦耐磨性差，使高炉透气性不好，并能引起挂料、增加吹损，破坏高炉操作制度。过火焦易碎，容易落入熔渣中，造成排渣困难、风口烧坏等现象。 、灰分：焦炭燃烧后的残余物是灰分，它是焦炭中的有害杂质，其中主要是二氧化硅和三氧化二铝，还有氧化钙、氧化镁等氧化物。灰分含量增高，固定碳减少。高炉冶炼过程中，为造渣所消耗的石灰石和热量将增加，高炉利用系数降低，焦比增加。因煤在炼焦过程中灰分全部转入焦炭，故 焦炭灰分高低决定于煤的灰分，焦炭灰分越 低越好，对高炉操作越有利。 、水分：焦炭在 102 105 的烘箱内干燥到恒重后的损失量为水分。 冶
14、金焦水分一般为 。焦炭水分力求稳定，因高炉生产一般以湿焦计量，焦炭水分波动，对高炉操作不利，造成炉况波动。 、硫分：焦炭含硫占高炉配料中硫来源的 80以上，硫进入生铁造成生铁含硫高，为除去这部分硫，需增加熔剂脱硫，影响高炉正常生产。在炼焦过程中，煤中含硫的 70 90转入焦炭，故焦炭硫分高低，决定于煤的硫分，一般冶金焦硫分不大于 0.9。 、磷分：焦炭中的磷分在炼铁时大部分 转入铁中，生铁含磷使其冷脆性变大，用于转炉炼钢时，磷难以除掉，因此生铁中磷分越低越好。煤炼焦时磷分全部转入焦炭。故焦炭磷分高低决定于煤的磷分。 三、焦炭的物理机械性质 高炉对焦炭 的要求，应该是 块度均匀、耐磨性好和抗碎性
15、强 。焦炭的物理机械性质指标是筛分组成、耐磨性和抗碎性。 、筛分组成：为使高炉透气性好，焦炭块度要均匀，因此焦炉生产的焦炭通常分为 40 毫米， 25 40毫米的冶金焦 ， 10 25 毫米的小块焦和 60 毫米的焦炭 50 千克，以每分钟 25 转速度转动 4 分钟， 然后取出焦炭在孔径分别为 40 毫米和10 毫米的圆孔筛上过筛，以 40 毫米和 40 毫米所占的百分比 ( ) 冶金焦产量（吨） 之和 100 冶金焦总产量（吨） 计算说明： 按规定水分（水量）计算。采用国外转鼓试验的，按实际情况计算，并加以说明。 、冶金焦抗碎强度（ M25 转鼓指数） 冶金焦抗碎强度是反映焦炭的抗碎性能的
16、指标，以百分比表示。其计算公式为： 冶金焦抗碎强度 （ M25）（） 逐日 (月 )试验后块度 25 毫米所占的百分比 ( ) 冶金焦产量（吨） 之和 100 冶金焦总产量（吨） 、冶金焦耐磨强度（ M10 转鼓指数） 冶金焦耐磨强度是反映焦炭的耐磨性能的指标，以百分比表示。其计算公式为： 冶金焦耐磨 强度（ M10）（） 逐日 (月 )试验后块度 25 毫米的焦炭产量。 、炼焦耗洗精煤 炼焦耗洗精煤，是指工艺上每生产一吨焦炭（全焦干基）耗用的湿洗精煤数量（包括计价水，但不包括库耗、途耗）。其计算公式为： 入炉洗精煤耗用量（含计价水， 炼焦耗洗 不包括库耗、途耗 ）（吨） 精煤（吨 /吨） 全
17、部焦炭产量（干基）（吨） 、吨焦耗洗精煤 吨焦耗洗精煤，是指每生产一吨焦炭（全焦干基）所耗用的湿洗精煤量（含计价水，包括库耗、途耗）。其计算公式为： 洗精煤耗用量（含计价水， 吨焦耗洗 包括库耗、途耗）（吨） 精煤（吨 /吨） 全部焦炭产量（干基）（吨） 、炼焦耗热量 炼焦耗热量，是指一千克入炉煤炼成焦炭需要供给焦炉的热量。 为便于比较，一般使用换算为 7水分的湿煤耗热量计算。其计算公式为： 当量干煤炼焦耗热量（吉焦 /千克干煤） 加热煤气量（标米 3） 煤气热值（吉焦 /标米 3） 实际干煤装炉量（千克） 实际水分湿煤耗热量（吉焦 /千克湿煤） 当量干煤炼焦耗热量 1实际装炉煤水分（） （吉
18、焦 /千克干煤） 7水分湿煤炼焦耗热量（吉 焦 /千克 7水分煤） 实际水分湿煤炼焦耗热量（吉焦 /千克湿煤） Q （湿煤实际水分（） 7） 式中：当焦炉用焦炉煤气加热时 Q 74.186810-6 吉焦 当焦炉用高炉煤气加热时 Q 84.186810-6 吉焦 计算说明： 1) 加热煤气流量应进行交换时间的校正（ K 换），当焦炉加热用煤气的实际温度和压力与设计所选用的一致时，流量表刻度盘上的读数就是标准状态下流量，否则还应进行温度校正（ KT）和压力校正（ KP）。 2)使用混合煤气加热时，应按所消耗的各种煤气量及其热值进行加权算术平均计算。 、炼焦工序单位能耗 炼焦工序净耗能总量是指工艺
19、生产系统的备煤车间（不包括洗煤） 、 厂内部原料煤的损耗、炼焦车间、回收车间（冷凝鼓风、氨回收、粗苯、脱硫脱氰、黄血盐）辅助生产系统的机修、化验、计量、环保等，以及直接为生产服务的附属生产系统的食堂、浴池、保健站、休息室、生产管理和调度指挥系统等所消耗的各种能源的实物量，扣除回收外供 能源，并折成标准煤。 炼焦工序能耗是指生产一吨焦炭（干基）所消耗的能量 。其计算公式为： 原料煤 焦化产品外 加工能耗 余热回收外 工序能耗 折标准煤供量折标准折标准煤供量折标准 （千克标 （千克） 煤（千克） （千克） 煤（千克） 准煤 /吨） 全部焦炭（干基）产量（吨） 计算说明： 1)分子即为炼焦工序净耗能
20、总量； 2)原料煤为装入焦炉的干洗精煤量； 3)焦化产品外供量是指供外厂（车间）的焦炭、焦炉煤气、粗焦油、粗苯等数量； 4)加工能 耗是指高炉煤气、水、电、蒸汽、压缩空气； 5)余热回收外供量，如供应外工厂（车间）的蒸汽数量等。 、炼焦工人实物劳动生产率 炼焦工人实物劳动生产率，是指炼焦车间（工段）每一炼焦工人及学徒在报告期内所生产的焦炭数量，其计算公式为： 炼焦工人实物 全部焦炭产量（干基）（吨） 劳动生产率 (吨 /人 ) 炼焦工人及学徒平均人数（人） 、焦炉炭化室炼焦周转时间 焦炉炭化室炼焦周转 时间，是指在报告期内平均每孔炭化室炼焦周转一次所需要的时间。其计算公式为： 焦炉炭化室炼焦 实际作业时间（时） 周转时间 (时 :分 ) 实际出炉总炉孔数（炉孔） 计算说明：实际作业时间 (时 )日历时间 24(小时 )焦炉设置孔数 、焦炭水分 焦炭水分，是指焦炭中含水分的数量占焦炭总量的百分比。其计算公式为： 焦炭所含水分总量（吨） 焦炭水分（ ） 100 焦炭总产量（吨） 计算说明： 按规定需对焦炭中不同块度焦炭分别在计量部位取样化验。全日焦炭水分可按班以简单算术平均法计算；全月（年）焦炭水分应按日（月）加权算术平均法计算。 、冶金焦挥发分 冶金焦挥发分，是指冶金焦炭中含有挥发物的数量占冶 金焦总产量的百分比。其计算公式为：
