炼焦工业

炼焦工业的原料是炼焦煤，由丁炼焦方式和焦炭质量的限制，只有烟煤类别中具有一定粘结性的煤才能用于炼焦。工业国家的煤炭产量中约有10~20%用于炼焦。但各国强粘结性煤的贮存址不同，资源贫乏的国家往往依赖进口煤或改进配煤几艺以扩大本国煤资源利月和改善焦炭质量。

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，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。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 。

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 。

炼焦工业(coking industry)是指以煤为原料，经过高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油，并回收其他化工产品的工业。炼焦工业中高温干馏是在水平的室式焦炉中进行的。立式炉也可将煤干馏，但它以煤气为主要产品，它生产的焦炭不能用于高炉炼铁，且在整个焦炭产量中的比重很小 。

焦炭的生产起源于煤的成堆干馏。1709年英国试验在高炉中以焦炭代替木炭炼铁成功以后，到18世纪末欧洲大部分高炉都已使用焦炭炼铁，促进了焦炭生产向较大规模发展，但由于技术水平所限，焦炭的生产仍分散在煤矿附近，以成堆干馏方式进行，这是炼焦工业初始的状态。19世纪中叶，世界生铁年产量已接近1000万t，主要集中于欧洲。焦炭年需要量则在2000万t以上，与此同时，炼焦副产的氨、苯、煤焦油等都成了正在兴起的化学工业、医药工业所不可缺少的原料。对焦炭的大量需要促使炼焦技术发生一系列变革，形成大规模生产所必需的工业结构。世界生铁年产量达6600万t，焦炭需要量达1亿t以上，仅用于炼焦的原煤就达2亿t，这一生产规模和产品的社会需要使炼焦工业成为当时一个重要行业 。

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。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 。2100433B

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。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。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。

炼焦产品

⑴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。

⑵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

⑶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。

炼焦简史

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。

煤按其在炼焦过程中的性状，可分为炼焦煤和非炼焦煤。

（1）炼焦煤是指用单种煤炼焦时，可以生成具有一定块度和机械强度的焦炭的煤。这类煤具有粘结性，主要供炼焦用。烟煤中的气煤、肥煤、气肥煤、1/3焦煤、焦煤和瘦煤都属于炼焦煤。炼焦煤中的焦煤可以单独炼焦，生产出符合要求的高炉焦。但是焦煤的资源从世界范围来说，都是匮乏的。因此，通常把两种或两种以上煤牌号的炼焦煤。以适当比例进行配煤，然后炼焦，以满足对焦炭质量的各种要求。

（2）非炼焦煤在单独炼焦时不软化、不熔融、不能生成块状焦炭。这类煤没有或仅有极弱的粘结性，一般不作为炼焦用煤。但当配煤中粘结组分过剩或需要生产特殊焦炭(如铸造焦)时，可以配入少量非炼焦煤，作为瘦化剂用。非炼焦煤也可以作为生产型煤或型焦的原料。褐煤、无烟煤以及烟煤中的长焰煤、不粘煤和贫煤，都属于非炼焦煤。

为了扩大炼焦用煤资源，在中国煤炭分类国家标准中，还划分一些过渡性煤种如贫瘦煤、1/2中粘煤和弱粘煤等.根据各地资源特点以及配煤和炼焦技术的发展水平，有的焦化厂可在配合煤中配入部分过渡煤;如在有一定量强肥煤的情况下，配用一些低灰低硫的弱粘煤，以降低焦炭的灰分和硫分。根据中国冶金系统主要焦化厂1990年的统计，炼焦用煤的煤种比例(%)为:瘦煤9.8，焦煤31.2，肥煤16.9。气煤25.9，1/3焦煤12.8，气肥煤1.7，其他煤1.7。 2100433B

炼焦用煤是指炼焦炉炼焦条件下，用于生产一定质量焦炭的原料煤。为保证焦炭质量，选择炼焦用煤的最基本要求是考察它的挥发分、粘结性和结焦件，保证尽可能低的灰分、硫分和磷含量。因此，绝大部分炼焦用煤必须经过洗选。炼焦用煤必须具有良好的结焦性，通常用具有粘结性的气煤、肥煤、焦煤和瘦煤（或其中的二、三种）按比例配成炼焦原料。随着工业技术的发展，为扩大炼焦用煤资源，长焰煤、弱粘煤、不粘煤、贫煤和无烟煤等也可以少量地参与炼焦。除粘结性外，炼焦用煤要求低灰（Aad≤10%）、低硫（St,d<1.0%）和低磷（P<0.02%），以保证获得高强度、低杂质的优质焦炭。炼焦的副产品有焦炉煤气和煤焦油，它们都是重要的化工原料。从煤焦油中分离和测定的化合物已经近百种。