搜索
第十章洗煤、炼焦及化学产品生产第一节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、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１、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。２、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１、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。２、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、89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８～１１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，不仅不能综合利用炼焦煤，还对大气造成严重污染。３、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。４、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１、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（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。２、煤塔设在焦炉两炉组之间，贮存已粉碎好的炼焦配煤。３、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，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法。１、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。２、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。３、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：１、轻工方面的塑料、合成洗涤剂、油墨、电池、皮革加工；２、化工方面的橡胶、尼龙、染料、油漆、电木粉等；３、农药方面的杀螟松、速灭威、１６０５等；４、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７３～７８回收煤气１５～１９焦油２．５～４．５化合水２～４粗苯０．８～１．２氨０．２５～０．３５其它０．９～１．１二、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。１、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。２、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。３、水分：焦炭在102－105℃的烘箱内干燥到恒重后的损失量为水分。冶金焦水分一般为３％－５％。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。４、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％。５、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、耐磨性好和抗碎性强。焦炭的物理机械性质指标是筛分组成、耐磨性和抗碎性。１、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10毫米的粉焦四级，全焦中冶金焦率通常为93％左右。２、转鼓试验：为了试验焦炭的耐磨性和抗碎性，通常采用转鼓试验。转鼓试验就是模仿焦炭在高炉冶炼过程中的撞击、挤压、研磨将一个十分复杂的受力情况，加以简化的试验方法。在转鼓中装入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10毫米的重量各占试样总重量的百分比为指标。前者以M40表示抗碎指标，后者以M10表示耐磨指标。第三节洗煤、炼焦及化学产品产量的统计根据洗煤、炼焦及化学产品生产的特点，对其产量计算作如下补充说明：１、洗精煤包括构成焦炭产品本体的所有煤。２、洗精煤产量按计价（计量）水分计算，即超过计价水分要扣除，不足计价水分要补足。其计算公式为：洗精煤含实际水分湿1－湿洗精煤实际水（％）产量（吨）＝洗精煤产量（吨）×───────────1－规定计价水分（％）湿洗精煤实际水分为洗煤车间出厂分析的结果值。３、焦炭产量按生产的全部焦炭折合成干焦计算。其中包括炉头、炉尾焦以及符合本企业冶炼技术要求的数量，筛分后，块度不小于25毫米的为冶金焦：10—25毫米的为小块焦：小于10毫米的为粉焦。４、化学产品产量应以企业的最终产品计算，不包括供下一工序精制的自用产量。因为有些产品，如粗苯、焦油等，在一些企业是最终产品，而在另一些企业则是尚待下一车间加工处理的原料（半成品或中间产品）。５、煤气（净煤气）可用净煤气产量（米3）计算，也可用热值吉焦（GJ）计算，即用净煤气产量（米3）乘净煤气平均低热值（GJ/米3）求得；如用净煤气的体积来计算产量，则应换算为标准煤气4280×4.1868×10-6（GJ/ｍ3）＝0.01792（GJ/米3）。第四节焦化工业生产主要技术经济指标计算