炼焦课件第04章
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炼焦学PPT课件
焦块：焦炭内部有明显的纵横裂纹，沿焦炭纵横裂纹分开 即为焦块。 焦体：沿大裂纹裂开的焦块内还含有微裂纹，沿微裂纹分 开即是焦炭的焦体，焦体是由气孔和气孔壁构成。 焦质：气孔壁是煤干馏所得到的固体产物，称为焦质，它 是焦炭中实体部分，其主要成分是碳和矿物质。
5
煤的液化
煤炭液化是指将煤通过化学加工过程,使其转化为液体燃料(如 汽油、柴油等)或化工产品的技术,根据加工过程的不同,分为直接 液化和间接液化两大类技术。
煤的直接液化的原理：煤直接加氢液化是采用高温、高压氢气，在催化剂和溶剂 作用下进行裂解、加氢等将煤直接转化为相对分子质量较小的燃料油和化工原料。
13
焦炭生产工艺流程
14
第一篇 焦炭与炼焦用煤的准备
第一章 焦 炭 第二章 室式炼焦过程与配煤原理 第三章 炼焦煤料的预处理
15
第一章 焦 炭
第一节 焦炭的一般性质 第二节 高 炉 焦 第三节 非高炉用焦 第四节 焦炭的机械力学性质 第五节 焦炭的热性质 第六节 焦炭的显微结构
16
❖ 教学目的和要求：
炼焦学
2011年9月
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利 用的工业。
二十一世纪的煤化工
▪ 煤炭的焦化
▪ 煤炭的气化 ▪ 煤炭的液化 ▪ 煤炭的地下气化
3
煤炭焦化的工艺过程
（3）净化后的焦炉煤气既是高热值燃料，又是合成氨、 合成燃料和一系列有机合成工业的原料。
高温炼焦是煤综合利用的重要方法之一。
5
煤的液化
煤炭液化是指将煤通过化学加工过程,使其转化为液体燃料(如 汽油、柴油等)或化工产品的技术,根据加工过程的不同,分为直接 液化和间接液化两大类技术。
煤的直接液化的原理：煤直接加氢液化是采用高温、高压氢气，在催化剂和溶剂 作用下进行裂解、加氢等将煤直接转化为相对分子质量较小的燃料油和化工原料。
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焦炭生产工艺流程
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第一篇 焦炭与炼焦用煤的准备
第一章 焦 炭 第二章 室式炼焦过程与配煤原理 第三章 炼焦煤料的预处理
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第一章 焦 炭
第一节 焦炭的一般性质 第二节 高 炉 焦 第三节 非高炉用焦 第四节 焦炭的机械力学性质 第五节 焦炭的热性质 第六节 焦炭的显微结构
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❖ 教学目的和要求：
炼焦学
2011年9月
1
整体概况
概况一
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概况二
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02
概况三
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03
2
煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利 用的工业。
二十一世纪的煤化工
▪ 煤炭的焦化
▪ 煤炭的气化 ▪ 煤炭的液化 ▪ 煤炭的地下气化
3
煤炭焦化的工艺过程
（3）净化后的焦炉煤气既是高热值燃料，又是合成氨、 合成燃料和一系列有机合成工业的原料。
高温炼焦是煤综合利用的重要方法之一。
炼焦学1-3章
（5）磷 焦炭中的磷主要以无机盐类形式存在。测 定方法（GB/T 216-1996,将试样灰化后，用氢氟酸-硫酸
量，即可得出焦样含磷。通常焦炭含磷约0.02%。 高炉炉料中的磷全部转入生铁，转炉炼钢不易除 磷，要求生铁含磷低于0.01%～0.015%。煤中含 磷几乎全部残留在焦炭中，高炉焦一般对含磷不 作特定要求。 （6）钾、钠：属碱金属，含量在0.05%-0.3%，在 高炉炼铁过程中，能催化溶碳反应。对焦炭的反 应性和反应后强度不利，原子吸收分光光度法测 定.
分解、脱除二氧化硅，然后加入钼酸铵和抗坏血酸，生成 磷钼蓝，进行比色 ）测定磷酸盐溶液中的磷酸根含
1.2
焦炭的用途
1.2.1高炉焦 1.2.1高炉焦 高炉焦是供高炉炼铁用的冶金焦。高炉焦的质量要求取决于焦炭在高炉 中的行为。 一、高炉冶炼过程与焦炭的作用 1.高炉结构 高炉系中空竖炉，自上 而下分炉喉、炉身、炉 腰、炉腹和炉缸。
（3）硫 焦炭中的硫包括：焦炭中的硫有无机硫化物 （FeS 、CaS等），熄焦过程中部分硫化物被氧化生成的 硫酸盐（FeSO4 CaSO4），炼焦过程中生成的气态硫化物 在析出途中与高温焦炭作用而进入焦炭的有机硫，这些硫 的 总 和 称 全 硫 。 工业 上 通 常用 重 量 法 测 定 。 其 成 分 为 0.7%～1.0%。高炉焦的硫约占整个高炉炉料中硫的80%～ 90%，炉料中的硫仅有5%～20%随高炉煤气逸出，其余的硫 靠炉渣排出。 （4）氧 焦炭中氧含量很少，常用减差法计算得到， O=100-C-H-N-St-M-A,% 其成分为焦炭质量0.4%～0.7%。
气化用焦，主要技术要求为：固定碳>80％，灰分<15％， 灰熔点>1250℃；挥发分<3.0％，粒度也有要求
炼焦工艺 【煤化学】
➢ 粒度均匀性
k w4080 100 % w80 w2540
2.耐磨强度和抗碎强度
焦炭 强度
抗碎 强度
耐磨 强度
焦炭抵抗承受冲击力破坏 的能力称焦炭的抗碎性或
抗碎强度。用M 25
焦炭抵抗表面承受的切向 摩擦力破坏的能力称耐磨
性或耐磨强度，用M10值表
示
耐磨强度和抗碎强度测定
➢（1）落下实验：５０kg大于50mm的焦炭从1.85m 高处向10mm厚的 钢板落下4次，筛分称重算出大于40mm焦炭的百分含量。
3.近年来我国焦炭出口放缓、进口增长：
4.结构调整成效显著，产业集中度有所提高：2010年，云南、山 西、陕西、贵州、山东、新疆、河北、北京首钢搬迁等淘汰关停 焦炭产能约2759.5万吨，2010年，我国重点统计焦化企业炼焦 工序能耗下降17.42kg标准煤/吨焦，水循环二次利用率达 96.06%，同比提高1.19个百分点，吨焦耗新水下降0.17m3/吨 焦
焦炭显气孔率测定仪
２气孔平均直径与孔径分布：压汞法 r=7500/p
压汞仪
３比表面积：气相吸附法、色谱法
型号：NOVA2000 生产厂家：美国康塔公司
自动比表面积测定仪
二、焦炭的物理力学性能
1、粒度均匀
焦碳的质量评价
（内在和外在）
• 筛分组成：评价焦碳块度是否均匀一致的指标。
• 筛分实验：用一套具有标准规格和规定孔径的多级 振动筛将焦炭筛分，得到25-40mm、40-80mm、 大于80mm三级块度的重量，算出各级焦炭的质 量百分率即焦炭的筛分组成wi。
➢（２）转鼓实验（直径1m、宽1m转鼓）
1）方法：取50kg大于40mm焦炭，按80、 60、40mm各级重量比取样装入，以 25r/min转4分钟，100转，取出以80、60、 40、25、10mm筛分称重，把大于10mm重新 入鼓，再转5min， 225转取出以80、60、 40、25、10mm筛分称重，把100转、225转 后大于40mm的百分数为抗碎强度指标，小 于10mm的百分数为耐磨强度指标.
炼焦工艺学PPT课件
C
本结构单元中缩合环的数目，C为基本结构单元中的碳原子
数。环缩合度指数与芳碳率之间有如下关系：
2
R 1 C
2
f
c ar
H C
第12页/共76页
二室、煤式的结热解焦过过程程
1．煤的热解过程 所谓煤的热解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热， 煤在不同温度下发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过 程。
第15页/共76页
室式结焦过程
（2）第二阶段（300~550℃或600℃） 该阶段以煤热分 解、解聚为主，形成胶质体并固化而形成半焦。
①300～450℃，此时煤剧烈分解，解聚，析出大量的焦 油和气体，焦油几乎全部在这一阶段析出。气体主要是CH4 及其同系物，还有H2、CO2、CO及不饱和烃等。这些气体称为 热解一次气体。在450℃时析出焦油量最大，在此阶段由于 热解，生成气、液（焦油）、固（尚未分解的煤粒）三相为 一体的胶质体，使煤发生了软化、熔融、流动和膨胀。液相 中有液晶（或中间相）存在。
第28页/共76页
室式结焦过程
（4）膨胀性 煤在胶质状态下，由于气体析出和胶质体 的不透气性，使胶质体产生膨胀。若体积膨胀不受限制， 则称自由膨胀，若体积膨胀受到限制，就会产生一定的压 力，称为膨胀压力。
膨胀性大的煤，黏结性好， 膨胀性小的煤，黏结性则较差。 结论：
（1）胶质体的性质主要是由胶质体中的液相的数量和 性质所决定的，它直接影响煤的黏结。
高变质无烟煤的热解是一个连续析出少量气体的分解 过程，即不能生成胶质体，也不能生成焦油。因此无烟煤 不适于用干馏的方法进行加工。
第18页/共76页
2．煤室的式差热结分焦析 过程
煤热解的主要过程可由煤的差热分析得到证实。 差热分析（DTA）的基本原理：将试样和参比物（用与 试样热特性相似的，在实验温度范围内，不发生相变化和化 学变化的热惰性物质为参比物）在相同的热条件下加热（或 冷却），记录在程序控制温度下，被测试样和参比物的温度 差与温度（或时间）的关系曲线（DTA曲线）如图2-3所示。
本结构单元中缩合环的数目，C为基本结构单元中的碳原子
数。环缩合度指数与芳碳率之间有如下关系：
2
R 1 C
2
f
c ar
H C
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二室、煤式的结热解焦过过程程
1．煤的热解过程 所谓煤的热解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热， 煤在不同温度下发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过 程。
第15页/共76页
室式结焦过程
（2）第二阶段（300~550℃或600℃） 该阶段以煤热分 解、解聚为主，形成胶质体并固化而形成半焦。
①300～450℃，此时煤剧烈分解，解聚，析出大量的焦 油和气体，焦油几乎全部在这一阶段析出。气体主要是CH4 及其同系物，还有H2、CO2、CO及不饱和烃等。这些气体称为 热解一次气体。在450℃时析出焦油量最大，在此阶段由于 热解，生成气、液（焦油）、固（尚未分解的煤粒）三相为 一体的胶质体，使煤发生了软化、熔融、流动和膨胀。液相 中有液晶（或中间相）存在。
第28页/共76页
室式结焦过程
（4）膨胀性 煤在胶质状态下，由于气体析出和胶质体 的不透气性，使胶质体产生膨胀。若体积膨胀不受限制， 则称自由膨胀，若体积膨胀受到限制，就会产生一定的压 力，称为膨胀压力。
膨胀性大的煤，黏结性好， 膨胀性小的煤，黏结性则较差。 结论：
（1）胶质体的性质主要是由胶质体中的液相的数量和 性质所决定的，它直接影响煤的黏结。
高变质无烟煤的热解是一个连续析出少量气体的分解 过程，即不能生成胶质体，也不能生成焦油。因此无烟煤 不适于用干馏的方法进行加工。
第18页/共76页
2．煤室的式差热结分焦析 过程
煤热解的主要过程可由煤的差热分析得到证实。 差热分析（DTA）的基本原理：将试样和参比物（用与 试样热特性相似的，在实验温度范围内，不发生相变化和化 学变化的热惰性物质为参比物）在相同的热条件下加热（或 冷却），记录在程序控制温度下，被测试样和参比物的温度 差与温度（或时间）的关系曲线（DTA曲线）如图2-3所示。
《炼焦学基础》PPT课件
3、挥发分Vdaf和固定碳FCd
固定碳含量利用水分、灰分和挥发分的测定值进行计 算得出：
固定碳＝100％-(水分+灰分+挥发分)％ (1-2)
我国目前焦化企业的冶金焦质量大至分为：水分Mad 大多数厂控制在6％以下；灰分Ad在11％～15％之间，小 企业的控制值偏高；挥发分Vdaf控制在0.9％～1.6％之 间，多数企业控制在1.3％以下。
2、灰分Ad
炭中的灰分来自煤中的矿物质，灰分的存在，降低 了焦炭的质量。对高炉生产带来了不利的影响。矿物质是煤 中的惰性物质，在结焦过程中不粘结，焦炭内大的灰分使焦 炭的强度降低。
高炉炼铁生产中，焦炭中的灰分和矿石中的杂质与熔剂 转化成炉渣排出，焦炭灰分增高，使得高炉的生产能力受到 影响，同时炼铁的能耗相应也增大。一般焦炭灰分每升高1 ％，高炉熔剂消耗量约增加4％，炉渣量约增加3％，每吨生 铁消耗焦炭量(焦比)增加1.7％～2.0％，生铁产量降低约2. 2％～3.0％。因此降低炼焦用精煤的灰分对提高焦炭的质量 具有重要意义。
对焦炭中氧和氮两种元素研究不多，一般认为焦炭中的 氮元素是焦炭燃烧生成NOx的来源。
第三节 焦炭的物理机械性质
一、焦炭的筛分组成与平均粒度 二、焦炭的强度
一、焦炭的筛分组成与平均粒度
焦炭是外形和尺寸不规则的物料，只能用统计的方法 来表示其粒度，即用筛分试验获得的筛分组成及计算的平 均粒度进行表征。我国现行冶金焦质量标准规定粒度＜25 mm焦炭占总量的百分数为焦末含量，块度＞40mm称为大块 焦，25～40mm为中块焦，＞25mm为大中块焦。
转鼓试验方法
原理： 转鼓试验是将一定量块度大于某一规定值的焦炭试样，
放入一个特定结构尺寸的转鼓内，转鼓以恒定的转速转动一 定转数，由于转鼓内的提料板作用，焦炭在鼓内产生翻动和 上下跌落运动，受这种复杂运动的作用力影响，抗碎能力差 的焦块必定碎裂。
炼焦技术ppt
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炼焦技术ppt
单室炉系统（Single Chamber System简称SCS） 多室炉系统（Multi Chamber System简称MCS）
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炼焦技术ppt
优点:
1）每个反应器的产焦量，达100t以上，连同考虑堆密度 和采用预热煤等因素，生产率可提高70%；
2）反应器加热根据炼焦过程的需要采用程序控制，综合 干熄焦等因素，热效率可由目前的38%提高到70%；
由于我国主焦煤的短缺，已经成为一些地区 焦化发展的首选。云南维维集团有限公司55孔 5.5m捣固焦炉已于06年底投产，每孔装煤量超 过35t，已接近世界先进水平，为我国捣固炼焦 技术的发展奠定了基础。２００６年６.２５ｍ 捣固开始设计 ．
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中国炼焦煤煤种分类资源分布
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工艺：日本兰室焦化厂煤调湿工艺 （CMC，Coal Moisture Control）
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炼焦技术ppt
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炼焦技术ppt
4.预热煤炼焦(Pre-heating coal)
将煤预热至150~250 0C（热分解开始前温度）再装炉炼焦
影响：
1. 提高加热速率对煤料性质的影响。塑性温度区间加宽， 提高胶质体的流动性，有利于中间相转化，改善煤的 粘结性；
循序上升、下降气流图 炼焦技术ppt
因动压差
项与其它项相比很小，可以忽略，有
式中右边第二项
为气柱的热浮力
对静止气体，
则a2-a1 = 浮力
②下降气流公式
同理可以导出： 对下降气流热浮力成为气流的阻力。
③循序上升与下降气流公式
炼焦课件第04章
近年来，为了实现燃烧室高向加热均匀性，在不同结
构的焦炉炼中焦，采炉取了不同措施。根据结构不同，主要有以
下四种方法，如图4-12。
图4-12 各种解决高向加热均匀的方法 a—高低灯头；b—炉墙不同厚度；c—分段加热；d—废气循环
（1）炼高焦低灯炉头 高低灯头系双联火道
中单数火道为低灯头、双数火道为高灯头 （灯头即为焦炉煤气喷嘴），火焰在不同 的高度燃烧，使炉墙加热有高有低，以改 善高向加热均匀性。奥托式焦炉即采用高 低灯头法。但此种方法仅适用于焦炉煤气 加热，并且效果也不显著。而且由于高灯 头高出火道底面一段距离才送出煤气，故 自斜道出来的空气，易将火道底部砖缝中 的石墨烧尽，造成串漏。奥托式、JN60— 82、JNX60—87型焦炉即用此法。
2燃．烧燃炼室烧位室焦于炉炭化室两侧，
其中分成许多火道，煤气和空 气在其中混合燃烧，产生的热 量传给炉墙，间接加热炭化室 中煤料，对其进行高温干馏。 燃烧室数量比炭化室多一个， 长度与炭化室相等，燃烧室的 锥度与炭化室相等但方向相反， 以保证焦炉炭化室中心距相等。 大型焦炉的燃烧室有26～32个 立火道， 中小型焦炉仅为12～16个。
炭的工艺， 过程:将煤置于地上或地下的窑中，依靠干馏时
产生的煤气和部分煤的直接燃烧产生的热量来炼 制焦炭，称为成堆干馏或土法炼焦。
问题:土法炼焦成焦率低，焦炭灰分高，结焦时 间长，化学产品不能回收，还造成了环境污染， 综合利用差。
炼焦炉
焦炉的发展趋势应满足下列要求： （1）生产优质产品 为此焦炉应加热均匀，焦饼长向 和高向加热均匀，加热水平适当，以减轻化学产品的裂解 损失。 （2）生产能力大，劳动生产率和设备利用率高。为了 提高焦炉的生产能力，应采用优质耐火材料，从而可以提 高炉温，促使炼焦速度的提高。 （3）加热系统阻力小，热工效率高，能耗低。 （4）炉体坚固、严密、衰老慢、炉龄长。 （5）劳动条件好，调节控制方便，环境污染少。
炼焦工艺PPT课件
.
14
国内炼焦生产技术状况
在电气和生产过程自动控制方面，PLC技术和DCS集 散型计算机控制技术已广泛应用, 掌握了组态、软件编制、 控制调试和硬件计算机设备的配套技术、信号传输技术， 数据处理、焦炉温压自动检测与调节等技术 “三电一体 化”设计等最新技术也在开发和推广之中。
在化产品精制方面,大型煤焦油集中深加工技术、煤 系针状焦技术、粗苯加氢精制等技术也已掌握和应用,工 业萘、蒽、吡啶及其精制产品的品种越来越多，产量不断 提高。
反应后强度CSR%≥
55
50
挥发份(Vdaf) ≤ 水分(Wt) ≤ 焦末含量 %
>40mm 4.0±1.0
≤4.0
1.8 >25mm 5.0±2.0 ≤5.0
25-40mm ≤12.0 ≤12.0
.
25
第四节 提高焦炭质量的途径
配煤质量是提高焦炭质量最重要的途径
➢ 配煤试验指导配煤，保证配煤质量。 ➢ 提高配煤的稳定性和准确性也十分重要。 ➢ 配煤粒度也是保证配煤质量的重要因素。
.
7
2、现代高炉对焦炭的要求及焦炉的发展方向
焦炉的发展方向
从已探明煤的储量看，优质炼焦煤的储量明显短缺。这 种优质焦炭与低质炼焦煤的矛盾，推动着配煤技术的不 断发展和炼焦工艺的不断改进。
为实现焦炉的高效低耗，提高生产效率，焦炉正朝着大 型化、全机械化和自动化方向发展。焦炉的大型化主要 在于提高炭化窒高度并增加其长度。由此在焦炉结构上 愈来愈多地采用分段加热及贫煤气和空气全下喷的方式。 在加热煤气结构上，则向全自动调节和程序加热方向发 展。
.
12
国内炼焦生产技术状况
炼焦技术发展
技术水平和装备水平不断提高。在焦炉方面,以宝钢 二期6m焦炉为代表,该焦炉的设计、机械设备的国产化率 达90%以上,其中焦炉本体的国产化率为100%。
炼焦工艺控制参数课件
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.
5.4焦炭技术指标及影响焦炭质量因素
5.4.1焦炭技术指标 （1）水分（Mt） ，焦炭的水分是焦炭试样在一定温度下干燥 后的失重占干燥前焦样的百分率。生产上要求稳定控制焦炭的 水分，水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。 （2）灰分（Ad） 灰分是焦炭中的有害杂质，主要成份是高 熔点的SiO2和Al2O3等酸性氧化物,在高炉冶炼中要用CaO等 熔剂与它们生成低熔点化合物，才能以熔渣形式由高炉排出。 如是灰分高，就要适当提高高炉炉渣碱度，不利于高炉生产。 此外，焦炭在高炉内被加热到高于炼焦温度时，由于焦质和灰 分热膨胀性不同，会沿灰分颗粒周围产生并扩大裂纹，加速焦 炭破碎或粉化。灰分中的碱金属还会加速焦炭同CO2的反应， 也使焦炭的破坏加剧。
。
化产回收及主要控制参数
第六章
化产回收及主要控制参数 6.1回收炼焦化学产品的重要意义 6.2影响化产品产率和组成的因素
6.3回收车间主要工艺流程简图 6.4焦油生产工艺及主要控制参数
5.4焦炭技术指标及影响焦炭质量因素
5.4.1焦炭技术指标 （1）水分（Mt） ，焦炭的水分是焦炭试样在一定温度下干燥 后的失重占干燥前焦样的百分率。生产上要求稳定控制焦炭的 水分，水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。 （2）灰分（Ad） 灰分是焦炭中的有害杂质，主要成份是高 熔点的SiO2和Al2O3等酸性氧化物,在高炉冶炼中要用CaO等 熔剂与它们生成低熔点化合物，才能以熔渣形式由高炉排出。 如是灰分高，就要适当提高高炉炉渣碱度，不利于高炉生产。 此外，焦炭在高炉内被加热到高于炼焦温度时，由于焦质和灰 分热膨胀性不同，会沿灰分颗粒周围产生并扩大裂纹，加速焦 炭破碎或粉化。灰分中的碱金属还会加速焦炭同CO2的反应， 也使焦炭的破坏加剧。
。
化产回收及主要控制参数
第六章
化产回收及主要控制参数 6.1回收炼焦化学产品的重要意义 6.2影响化产品产率和组成的因素
6.3回收车间主要工艺流程简图 6.4焦油生产工艺及主要控制参数
炼焦工艺与设备讲义
云维集团泸西大为焦化炼焦工艺与设备讲义讲课：2020．11．20第一章焦炉炉体各部位概述现代焦护要紧由炭化室、燃烧室、斜道区、蓄热室和炉顶区组成，蓄热室以下为烟道与基础。
炭化室与燃烧室相间布置，蓄热室位于其下方，内放格子砖以回收废热，斜道区位于蓄热室顶和燃烧室底之间，通过斜道使蓄热室与燃烧室相通，炭化室与燃烧室之上为炉顶，整座焦炉砌在牢固平整的钢筋混凝土基础上，烟道一端通过废气开闭器与蓄热室连接，另一端与烟囱连接口依照炉型不同，烟道设在基础内或基础双侧。
以下别离加以介绍：一、炭化室炭化室是煤隔间空气干馏的地址，是由双侧炉墙、炉顶、炉底和双侧炉门合围起来的。
炭化室的有效容积是装煤炼焦的有效空间部份;它等于炭化室有效长度、平均宽度及有效高度的乘积。
炭化室的容积、宽度与孔数对焦炉生产能力、单位产品的投资及机械设备的利用率等均有重大阻碍。
炭化室顶部还设有1个上升管口，通过上升管、桥管与集气管相连。
炭化室锥度：为了推焦顺利，焦侧宽度大于机侧宽度，双侧宽度之差叫做炭化室锥度。
捣固焦炉由于为侧装煤，捣实的煤饼从炭化室机侧推人，煤饼与双侧炭化室墙间各留约25mm 的间隙，故捣固焦炉的炭化室大体上没有锥度或仅留10～20mm的锥度。
炭化室锥度随炭化室的长度不同而转变，炭化室越长，锥度越大。
在长度不变的情形下，其锥度越大越有利于推焦。
用预热煤炼焦的炭化室，锥度应适当增大，以避免推焦困难。
生产几十年的炉室，由于其墙面产生不同程度的变形，现在锥度大就比锥度小利于推焦，从而能够延长炉体寿命。
二、燃烧室双联式燃烧室每相邻火道连成一对，一个是上升气流，另一个是下降气流。
双联火道结构具有加热均匀、气流阻力小、砌体强度高等优势，但异向气流接触面较多，结构较复杂，砖形多，我国大型焦炉均采纳这种结构。
每一个燃烧室有32个立火道。
相邻两个为一对，组或双联火道结构。
每对火道隔墙上部有跨越孔，下部除炉头一对火道外都有废气循环孔。
砖煤气道顶部灯头砖稍高于废气循环孔的位置，使焦炉煤气火焰拉长，以改善焦炉高向加热均匀性和减少废气氮氧化物含量，还可避免产生短路。
第四章 非常规炼焦技术与工艺
一、捣固炼焦的特点 二、捣固炼焦的技术关键
一、捣固炼焦的特点
1）扩大炼焦煤源 可以多配入高挥发分煤和弱粘结煤炼焦， 生产高炉用焦；也可渗入焦粉和石油焦粉生产优质高炉用 焦和铸造用焦，还可用100％高挥发分煤生产气化焦。 2）焦炭质量 在使用同样的配煤比之下，捣固炼焦的焦炭 质量比常规顶装煤炼焦有所改善和提高，M40可提高2％～ 4％，M10可改善3％～5％，如图4-1所示。
第三节 煤干燥炼焦和预热炼焦
一、煤干燥炼焦
二、煤预热炼焦
一、煤干燥炼焦
煤干燥后炼焦，是将装炉煤的水分干燥至4％～5％后， 即对装炉煤进行调湿，再装炉炼焦。由于煤料水分降低， 降低了煤料间水分表面张力，增加了煤料颗粒之间的润滑， 可以提高装炉煤的堆密度。又因为水分降低，结焦时间缩 短，炼焦速度提高，改善了煤料的粘结性，提高了焦炭的 质量和产量，降低炼焦耗热量，而且也可以降低火道温度 以减少NOx排放量，同时也减少了焦化厂的剩余氨水量。
第二节 捣固炼焦
捣固法炼焦至今已有100多年的历史，它是各种非常规 炼焦技术中发展较为完善的一种炼焦方法。该方法是将配合 煤料在捣固箱内捣成体积略小于炭化室的煤饼后，由托板从 焦炉的机侧推入炭化室内炼焦。 由于煤饼捣固后堆密度可由散装煤的 0.72t／m3提高到1. 00～1.15t／m3，因而煤料颗粒间距缩小，接触致密，有利 于多配入高挥发分弱粘结煤，并改善和提高焦炭的质量。
二、配型煤工艺
配型煤炼焦有两种基本工艺，第一种 工艺是新日铁法，第二种工艺是由日本住 友金属公司开发。
1、新日铁法
该工艺粉煤和成型煤采用同样的配煤比，其基本流程 是取出30％装炉煤用粘结剂成型制型煤，然后与其余70％ 装炉煤混合装炉炼焦。 该工艺由日本新日铁公司开发，宝钢引进此工艺，生 产能力日处理原料煤约2000t(成型量)。该工艺主要设备 包括混煤机、混捏机、成型机和网式冷却输送机，宝钢选 用的4台成型机每台干基成型能力为40t／h。型煤用焦油 沥青作粘结剂，混捏温度约100℃，热压成型。为了提高 型煤强度，防止在贮运过程中碎裂和粘结，成型后的热煤 球需冷却，使其表面硬化，宝钢采用网式冷却输送机，机 械通风冷却，既可保证型煤质量，又可以缩短冷却时间。
《煤化工工艺学》——炼焦化学产品的回收与精制
热氨水喷洒原因：
增大水滴蒸发蒸汽压，加快蒸发速度，改善煤气冷却。
控制循环氨水中固定铵盐含量的原因：
固定铵盐（氯化铵、硫氰铵和硫酸铵） ：难水解，加 热不分解的铵盐；
挥发铵盐（硫化铵、氰化铵和碳酸铵）：易水解，加热 可分解的铵盐；
危害：腐蚀焦油车间蒸馏设备； 措施：将一部分氨水外排入剩余氨水中，并补充一部分 冷凝氨水，冷凝氨水中主要含有挥发铵盐，约占 80%~90%。
一、炼焦化学产品的产生、组成和产率（sheet 2）
3. 粗煤气（又称出炉煤气）的组成
4. 净煤气（又称回炉煤气）的组成
一、炼焦化学产品的产生、组成和产率（sheet 3）
5. 炼焦化学品的产率（以干配煤为基准）
6. 影响化学产品产率的因素：
配煤的影响 炼焦操作条件的影响
炉墙温度 炉顶空间温度 炼焦炉的压力
氨水用量大的原因：
粗煤气和喷洒氨水之间换热，是在小水滴表面进行的， 桥管和集气管的喷头空间小，煤气和小水滴接触的时间 短； 喷洒氨水中含有煤和焦炭的尘粒、焦油及腐蚀性盐类， 容易堵塞喷嘴小孔，故喷嘴的孔径不能太小，约 2.5 mm，故而形成的小水滴较大，使煤气和小水滴间的换 热面积小，为了达到预期的冷却效果，就需要大量喷洒 氨水； 由于氨水量大，可使集气管中的重质焦油能和氨水一起 流动，便于送回回收车间。
低温干馏与高温干馏产品比较
二、炼焦化学产品的用途
1. 2. 3. 4. 净煤气 ：钢铁等工业的重要燃料，经深度脱硫后可作民
用燃料或化工合成原料。
氨：制硫酸铵、无水氨或浓氨水； 硫化氢：生产单斜硫和硫的原料； 氰化氢：制黄血盐（钠）；
5.
6.
粗苯：制苯、甲苯、二甲苯和溶剂油等；
炼焦知识课件
（1）胶质体固化过程的缩聚反应，主要是在热解生成的自由基之间 的缩聚，其结果生成半焦。
（2）半焦分解，残留物之间的缩聚，生成焦炭。缩聚反应是芳香结 构脱氢。苯、萘、联苯和乙烯参加反应。如:
2021/2/6
15
（3）加成反应,具有共轭双烯及不饱和键的化合物， 在加成时，进行环化反应。如:
2021/2/6
褐煤→长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤
（3）气煤 气煤的煤化程度比长焰煤高,煤的分子结构中 侧链多且长，含氧量高。在热解过程中，不仅侧链从缩合
芳环上断裂，而且侧链本身又在氧键处断裂，所以生成了
较多的胶质体，但黏度小，流动性大，其热稳定性差，容
易分解。在生成半焦时，分解出大量的挥发性气体，能够
配煤炼焦势在必行。
2021/2/6
17
配煤炼焦定义:将两种或两种以上的单种煤,均匀地按 适当的比例配合，使各种煤之间取长补短，生产出优质焦 炭，并能合理利用煤炭资源，增加炼焦化学产品。
我国从50年代就开始了炼焦配煤的研究和生产实践 配煤原则:以气、肥煤为基础煤种，适当的配入焦煤， 使黏结成分、瘦化成分比例适当，并尽量多配高挥发分弱 黏结煤。
2021/2/6
6
黏结过程:在高温热解时,从粉煤分解开始，经过胶质状态到生成半焦的 过程称为煤的黏结过程。
结焦过程:从粉煤开始分解到最后形成焦块的整个过程称为结焦过程，如 图所示。
黏结与成焦过程阶段示意图
由图可见煤的结焦过程大体可分为黏结过程和半焦收缩两个阶段。 煤的黏结性取决于胶质体的生成和胶质体的性质。
⑶废热式
将炭化室和燃烧室完全隔开，炭化室内生产的荒煤气送到回收车 间分离出化学产品后，再送回燃烧室内燃烧或民用。 燃烧后产生的 高温废气直接从烟囱排出。
（2）半焦分解，残留物之间的缩聚，生成焦炭。缩聚反应是芳香结 构脱氢。苯、萘、联苯和乙烯参加反应。如:
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（3）加成反应,具有共轭双烯及不饱和键的化合物， 在加成时，进行环化反应。如:
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褐煤→长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤
（3）气煤 气煤的煤化程度比长焰煤高,煤的分子结构中 侧链多且长，含氧量高。在热解过程中，不仅侧链从缩合
芳环上断裂，而且侧链本身又在氧键处断裂，所以生成了
较多的胶质体，但黏度小，流动性大，其热稳定性差，容
易分解。在生成半焦时，分解出大量的挥发性气体，能够
配煤炼焦势在必行。
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配煤炼焦定义:将两种或两种以上的单种煤,均匀地按 适当的比例配合，使各种煤之间取长补短，生产出优质焦 炭，并能合理利用煤炭资源，增加炼焦化学产品。
我国从50年代就开始了炼焦配煤的研究和生产实践 配煤原则:以气、肥煤为基础煤种，适当的配入焦煤， 使黏结成分、瘦化成分比例适当，并尽量多配高挥发分弱 黏结煤。
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黏结过程:在高温热解时,从粉煤分解开始，经过胶质状态到生成半焦的 过程称为煤的黏结过程。
结焦过程:从粉煤开始分解到最后形成焦块的整个过程称为结焦过程，如 图所示。
黏结与成焦过程阶段示意图
由图可见煤的结焦过程大体可分为黏结过程和半焦收缩两个阶段。 煤的黏结性取决于胶质体的生成和胶质体的性质。
⑶废热式
将炭化室和燃烧室完全隔开，炭化室内生产的荒煤气送到回收车 间分离出化学产品后，再送回燃烧室内燃烧或民用。 燃烧后产生的 高温废气直接从烟囱排出。
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自斜道出来的空气，易将火道底部砖缝中
的石墨烧尽，造成串漏。奥托式、JN60— 82、JNX60—87型焦炉即用此法。
（2）分段燃烧 分段燃 炼焦炉 烧是将空气和贫煤气（当用 焦炉煤气加热时，煤气则从 垂直砖煤气道进入火道底部） 沿火道墙上的通道，在不同 的高度上通入火道中燃烧， 一般分为上、中、下三点， 使燃烧分段。这种措施可以 使高向加热均匀，但炉墙结 构复杂，需强制通风，空气 量调节困难，加热系统阻力 大。上海宝钢引进的新日铁 M型焦炉即采用此法。
10
结 焦 速 度/(mm / h)
2.27
2.5
2.55
2.8
3.0
炼焦炉
图4-2
膨胀压力与炭化室宽度的关系
炼焦炉 （2）炭化室长
度 焦炉的生产能 力与炭化室长度成 正比，而单位产品 的设备造价随炭化
室长度增加而显著
降低。因此，增加 炭化室长度有利于
提高产量，降低基
建投资和生产费用.
•
① 受炭化室锥度与长向加热均匀性的 限制，因为炭化室锥度大小是取决于炭化 室长度和装炉煤料的性质。而随着炭化室 长度的增加，锥度也增大。 • 国内大容积焦炉炭化室的长度为 15980mm，锥度为70mm； • 卡尔斯蒂式焦炉炭化室长度为17090mm， 锥度为76mm。
斜道口布置有调节砖，以调节开口断面的大小，并有
火焰调节砖以调节煤气和空气混合点的高度。 斜道出口的位置、交角、断面的大小、高低均会影响 火焰的燃烧。为了拉长火焰，应使煤气和空气由斜道出口 时，速度相同，气流保持平行和稳定，为此两斜道出口之 间设有固定尺寸的火焰调节砖（鼻梁砖）。
5．基础平台与烟道 炼焦炉
达50～80m3。
（1）炭化室的宽度 炼焦炉
炭化室的宽度对焦炉的生产能力与焦
炭质量均有影响，增加宽度虽然焦炉的容积增大，装煤量增多，
但因煤料传热不良，随炭化室宽度的增加，结焦速度降低，结 焦时间大为延长。
炭化室平均 宽度/ mm
结 焦 间/ h 时
500
450
407
350
300
22
18
16
12.5
热，改善炉顶区的操
作条件，其不受压部 位砌有隔热砖。
炼焦炉
图4-9
58型焦炉炉顶
1—装煤孔；2—看火孔；3—烘炉孔；4—挡火砖
炼焦炉
第二节 炉型特性
现代焦炉分类： 装煤方式 加热煤气种类 空气及加热用煤气的供入方式和气流调节方式 燃烧式火道结构 实现高向加热均匀性的方法
每一种焦炉型式均由以上分类的合理组合而成。
斜道区比双联火道
焦炉的斜道区要简 单；
单热式焦炉的斜道区
比复热式焦炉的斜 道区简单。
炼焦炉
图4-6
58型焦炉斜道区结构
炼焦炉
燃烧室的每个立火道与相应的斜道相连，当用焦炉煤
气加热时，由两个斜道送入空气和导出废气，而焦炉煤气
由垂直砖煤气道进入。当用贫煤气加热时，一个斜道送入 煤气，另一个斜道送入空气，换向后两个斜道均导出废气。
• （1）结构形式与材 质 • 燃烧室内用横墙分隔 成若干个立火道， • 通过调节和控制各火 道的温度，以便使燃 烧室沿长度方向能获 得所要求的温度分布， 而且又增加了燃烧室 砌体的结构强度. • 由于增加了炉体的辐 射传热面积，从而有 利于辐射传热。
（2）加热水平 高度 炼焦炉 燃烧室顶盖 高度低于炭化室顶 部，二者之差称加 热水平高度,这是 为了保证使炭化室 顶部空间温度不致 过高，从而减少化 学产品在炉顶空间 的热解损失和石墨 生成的程度。
基础位于炉体的底部，它支撑整个炉体、炉体设施和机
械的重量，并把它传到地基上去。
图4-7 下喷式焦炉基础结构
图4-8
侧喷式焦炉基础结构
1—抵抗墙构架；2—基础
1—隔热层；2—基础；3—烟道
6．炉顶区 炼焦炉 炭化室盖顶砖以 上部位即为炉顶区。 炉顶区砌有装煤
孔、上升管孔、看火
孔、烘因此断
面形状和尺寸的确定应合适。
双联式火道燃烧室中，将燃烧 炼焦炉 室设计成偶数个立火道，每两个 火道分为一组，一个火道走上升 气流，另一个火道走下降废气。 换向后，气流呈反向流动。 优点：燃烧室由于没有水平集合 焰道，因此具有较高的结构稳定 性和砌体严密性，而且沿整个燃 烧室长度方向气流阻力小，分配 比较均匀，因此炭化室内煤料受 热较均匀。 缺点：异向气流接触面多，焦炉 老龄时易串漏，结构较复杂，砖 型多。 双联式火道目前被我国大型焦炉 广泛采用。
两分式火道燃烧室，在一个换向周 炼焦炉 期内，一半立火道走上升气流，另一半 立火道走下降废气。换向后，则气流向 反方向流动。 优点：结构简单，异向气流接触面小； 缺点：由于在直立火道顶部有水平集合 烟道，所以燃烧室沿长度方向的气流压
力差太大，气流分配不均匀，从而使炭
化室内煤料受热不均匀，尤其当焦炉的 长度加长或采用低热值煤气加热时更为
• 顶装煤的焦炉:为 顺利推焦，炭化室 的水平呈梯形，焦 侧宽度大于机侧， 两侧宽度之差称锥 度，一般焦侧比机 侧宽20～70mm， 炭化室愈长，此值 愈大，大多数情况 下为50mm。 • 捣固焦炉:由于装 入炉的捣固煤饼机、 焦侧宽度相同，故 锥度为零或很小。 炭化室宽度一般在 400～550mm之间， • 宽度减小，结焦时 间能大大缩短，但 是一般不小于 350mm。
2．燃烧室 炼焦炉 燃烧室位于炭化室两侧， 其中分成许多火道，煤气和空 气在其中混合燃烧，产生的热 量传给炉墙，间接加热炭化室 中煤料，对其进行高温干馏。 燃烧室数量比炭化室多一个， 长度与炭化室相等，燃烧室的 锥度与炭化室相等但方向相反， 以保证焦炉炭化室中心距相等。 大型焦炉的燃烧室有26～32个 立火道， 中小型焦炉仅为12～16个。
四联式火道燃烧室中，立火道被分成四个火道或两个为 炼焦炉 一组，边火道一般两个为一组，中间立火道每四个为一组。 这种布置的特点是一组四个立火道中相邻的一对立火道加热， 而另一对走废气。在相邻的两个燃烧室中，一个燃烧室中一 对立火道与另一燃烧室走废气的一对立火道相对应，或者相 反。这样可保证整个炭化室炉墙长向加热均匀。
炼焦炉
第四章
炼焦炉
第一节
第二节 第三节 第四节
炉体构造
炉型特性 炉型举例 焦炉结构的发展方向
炼焦炉
第一节 炉体构造
一、炼焦炉的发展阶段及现代焦炉的基本要求
焦炉是炼制焦炭的工业窑炉，焦炉结构的发展大致经 过四个阶段， 成堆干馏（土法炼焦） 倒焰式焦炉 废热式焦炉 现代的蓄热式焦炉。
成堆干馏或土法炼焦: 我国早在明代就出现了用简单的方法生产焦 炭的工艺， 过程:将煤置于地上或地下的窑中，依靠干馏时 产生的煤气和部分煤的直接燃烧产生的热量来炼 制焦炭，称为成堆干馏或土法炼焦。 问题:土法炼焦成焦率低，焦炭灰分高，结焦时 间长，化学产品不能回收，还造成了环境污染， 综合利用差。
1．炭化室 炼焦炉 炭化室是接受煤料， 并对其隔绝空气进行干 馏的炉室。 炭化室位于两侧燃 烧室之间，顶部有3～ 4个加煤孔，并有1～2 个导出干馏煤气的上升 管。它的两端为内衬耐 火材料的铸铁炉门。整
座焦炉靠推焦车一侧称 为机侧，另一侧称为焦 侧。
炭化室位于两 侧燃烧室之间， 顶部有3～4个加 煤孔，并有1～2 个导出干馏煤气 的上升管。它的 两端为内衬耐火 材料的铸铁炉门。 整座焦炉靠推焦 车一侧称为机 侧 ， 另一侧称为焦 侧。
3．蓄热室
从燃烧室排出的废气温度 常高达1300℃左右，这部
炼焦炉
分热量必须利用。
蓄热室的作用就是利 用蓄积废气的热量来预热 燃烧所需的空气和贫煤气。 蓄热室通常位于炭化 室的正下方，其上经斜道 同燃烧室相连，其下经废 气盘分别同分烟道、贫煤
气管道和大气相通。
• 蓄热室构造包括 顶部空间、格子 砖、蓖子砖和小 烟道以及主墙、 单墙和封墙。下 喷式焦炉，主墙 内还设有直立砖 煤气道.
炼焦炉
焦炉的发展趋势应满足下列要求：
（1）生产优质产品 为此焦炉应加热均匀，焦饼长向 和高向加热均匀，加热水平适当，以减轻化学产品的裂解 损失。 （2）生产能力大，劳动生产率和设备利用率高。为了 提高焦炉的生产能力，应采用优质耐火材料，从而可以提 高炉温，促使炼焦速度的提高。 （3）加热系统阻力小，热工效率高，能耗低。 （4）炉体坚固、严密、衰老慢、炉龄长。 （5）劳动条件好，调节控制方便，环境污染少。
炼焦炉
二、解决高向加热均匀性的方法
在煤料结焦过程中最重要、也是最困难的是沿 炭化室高度方向加热均匀性问题。
高度越高，加热均匀性越难达到。
当火道中煤气在正常过剩空气系数条件下燃 烧时，由于火焰短而造成沿高度方向的温差很大， 一般在50～200℃之间，所以沿高度方向加热是否 均匀，主要取决于火焰长度。
• 一、 火道型式 • 根据上升气流与下降气流连接方式不同， • 燃烧室可分为水平火道式焦炉和直立火 道式焦炉， • 水平火道式焦炉由于气流流程长、阻力 大，故现已不再采用。 • 直立火道式焦炉根据火道的组合方式， 又可分为两分式、四分式、过顶式、双联 火道和四联火道式5种.
炼焦炉
图4-10 燃烧室火道型式示意图 a—双联式火道；b—四联式火道；c—过顶式火道；d—两分式火道； e—四分式火道
炼焦炉
炭化室长度为
13～16m，从推焦机 械性能来看，该长 度已接近最大限度。
炭化室高度一般
为4～6m（国外可达
8m或以上），增加高 度可以增加生产能力， 但受高度方向加热均 匀性的限制。 我国 5.5m高的大 型焦炉为35.4m3，6m 高的大型焦炉为
38.5m3。
国外近年来的大 型焦炉的有效容积已
近年来，为了实现燃烧室高向加热均匀性，在不同结 构的焦炉中，采取了不同措施。根据结构不同，主要有以 炼焦炉 下四种方法，如图4-12。
图4-12 各种解决高向加热均匀的方法 a—高低灯头；b—炉墙不同厚度；c—分段加热；d—废气循环