炼焦技术

SCS技术概念
SCS技术概念源于JCR试验，但它从工程化角 度对JCR的技术思想做了进一步发展，其中很重要 的有二点： 1)蓄热室下部布置方案更有利于模块结构的扩展。 2)为提高单位炉容产量，节省投资，炭化室宽度 仍以450~610 mm为宜。原JCR的炭化室宽度为 850mm，在装预热煤情况下，结焦时间为24h，其优 点是保持装煤、出焦操作均在白班，缺点是在同样 产量下，投资比炭化室宽度450~610mm时高20% ~ 30%，经济不甚合理。因此确定SCS炭化室的基本 参数为：长19m，高9.5m，宽450~610 mm。
②下降气流公式 同理可以导出：
a2 a1 h12 g（空 12） 12 P
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
a终 a始 h上 g（空 i） h下 g（空 i） 上下 P
例：焦炉调火中，用废气开闭器进风口断面开度或废气开闭器翻板 调节燃烧系统流量时，系统中各点流量和相对压力的变化。
工艺：
技术关键： （1）解决价廉、 来源广、效果好 的粘结剂；（2） 煤料与粘结剂的 充分混捏；（3） 操作可靠的压球 机；（4）型球的 冷却、输送和防 破碎。
煤调湿技术（Coal Moisture Control ,CMC ) 装炉煤的水分均控制在5～6%的范围
我国第一套CMC装置于1996年在重庆钢铁（集 团）实施。本世纪初叶，受炼焦煤资源和能源 紧缺的影响，干燥煤炼焦工艺在我国受到重视 并推广使用。辽宁本溪钢铁公司焦化厂、河南 平顶山天宏焦化公司、绍兴钢铁公司焦化厂、 湘潭钢铁公司焦化厂等在煤料预处理工艺中相 继采用了干燥煤炼焦工艺，并在原有工艺基础 上进行了改进，发展成煤调湿工艺。
上升气流图
下降气流图
循序上升、下降气流图
因动压差
a2 a1 h12 g（空 12） 12 P
2 2 w1 w2 1 2 2
项与其它项相比很小，可以忽略，有
式中右边第二项 对静止气体，
h12 g（空 12） 为气柱的热浮力
1 2

P 0
则a2-a1 = 浮力
加热
烟囱根部吸力等于加热系统的总阻力及下降段气流的浮力与上升段气体浮力之差。
2）烟囱的计算
，
烟囱所产生的热浮力必须保证其根部有足够的吸力（-a根），以Z1表示，并 足以克服烟囱自身的总阻力，以Z2表示，还要有必要的储备吸力，Z3
Hg（空 废） Z1 Z 2Z 3 （Z3取15% Z1） T0 T0 空 0空 因为 废 0废 有 Tt废 Tt空
1）提高煤炭资源的有效利用，非、弱粘结煤的使用 比例由原来的20%提高到50%。 2）大幅度提高单炉生产率，其生产率提高3倍。 3）充分考虑环保及节能，达到无烟、无臭、无尘。 NOx降低30%, CO2降低20%，SO2降低10%，节能20%。
生 产 率， %
SCOPE 21生产率提高效果
对1-1 ~2-2截面列伯努利方程有：
（3）-（4） 得：
a1 P P'） （1 1
a2 P2 P2'） 分别为始点和终点的相对压强（-a定义为吸力）。 （
2 w12 w2 因h1-2 = Z2-Z1，则有 a 2 a1 h12 g（ 空 12） 12 12 P 2
工艺
5.添加粘结剂和瘦化剂炼焦（Addition of Binder and Leaner)
6. SCOPE 21
(Super Coke Oven for Productivity and Environment enhancement toward the 21st century )
目标：
Leabharlann Baidu
2.伯努利方程在焦炉中应用
①上升气流公式
2 w12 w2 P1 Z1 12 g 12 P2 Z 2 12 g 12 12 P （3） 2 2 ‘ ’ （4） 通道外冷空气可视为静止，则有： P Z1 空 g P2 Z 2 空 g 1
2 w12 w2 （P P '） Z1 g（12 空） 12 P2 P2’ Z 2 g（12 空） （ ） 12 12 P 1 2 2
焦炉的结构
焦炉内气体流动原理
1.焦炉内气体伯努利方程 P1 w12 P2 w22 gZ2 h f ，J/kg 对流体： gZ1 2 2
当以压力形式表示 （对断面1，2间）：
（1）
T0 T1 T2 3，调和平均密度， T Kg/m K，平均温度 1 2 T12 2 T0 2 1 2 1 0 可导出： 12 ，式中 T1 为断面1处（T1，K）的气体密度 1 2
保持不变，而总阻力由1-2，2-3，…6-7各断之和，风门断面减小时12 P增加
利方程可知，a3，a4，a5，a6均减小，越接近7点，下降的越小。
3. 3. 烟囱的原理与设计 1）工作原理
烟囱的作用在于根部可产生足够的吸力 a根 Hg （ 空 废） P囱
烟囱内为上升气流：
a顶 a根 Hg （ 空 废） P
囱
烟囱根部的吸力应足以克服由废气盘进风门至烟囱根部各区断阻力和及
下降气流的热浮力：
a根 a进 h上 g（ 空 废） h下 g（ 空 废） P
对风门a进=0， a根
P加热 h下 g（空 废） h上 g（空 废）
中国炼焦煤煤种分类资源分布
煤种 占煤炭查明资 源储量% 占炼焦煤查明 资源储量% 瘦煤、贫 瘦煤 4.17 15.89 焦煤 6.20 23.61 肥煤、气肥 煤 3.36 12.81 气煤、1/3焦 未分类 煤 12.00 45.72 0.51 1.96
配煤成本比较 单位：元/吨
焦煤 气煤 炉型 顶装 40 15 10 肥煤 长焰 煤 0 1/3焦煤 30 瘦煤 5 长焰 煤 670 综合 价 780 煤价/t焦 1211
d 根 1.5d 顶
炼焦新工艺与技术
New Process & Technology of Cokemaking 1. 捣固炼焦
原理：配合煤捣固成体积略小于炭化室的煤饼推入炭化室 炼焦。堆密度由散装煤0.7~0.75 t/m3 到捣固 0.95~1.15 t/m3， 扩大气煤用量。 技术发展的关键：（1）缩 短捣固、装煤和推焦时间 （30min）。因捣固机在煤 塔下，同装煤、推焦不能同 时作业；（2）提高煤饼高 宽比。一般〈9：1，故炭化 室高〈4m，大 容积受限制； （3）改善环境。装煤饼时 炉门敞开。
w12 w22 P1 Z1 12 g 12 P2 Z 2 12 g 12 12 P ， Pa 2 2
（2）
12 0
w1， w2 为气体在T1和T2温度下流速，m/s，任意温度下流速：
wt w0
Tt 273 t w0 T0 273
2 w0 Tt 0 阻力计算： 12 P K ，K为阻力系数 2 T0
工艺：日本兰室焦化厂煤调湿工艺 （CMC，Coal Moisture Control）
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； 2. 对炭化室结焦过程的影响。提高堆密度和炭化室高向 均匀；炉料温度梯度减小，胶质层厚度增加 效果： 1.改善焦炭质量或提高气煤用量；2. 提高焦炉生产能 力； 3. 降低耗热；4. 炉墙温度剧变小，延长炉龄。
(Jumbo Coking Reactor简称JCR)
JCR的技术特点
1) 由于炭化室、燃烧室、隔热层和H钢刚性侧墙形 成了一个具有弹性的整体结构，因此可加大炭化室容 积和采用热煤炼焦，并较好地解决了炉墙变形问题； 2) 由于炭化室较宽，加之煤经过预热，煤料堆密度 可达860 kg/m3，炼焦炉生产率、焦炭机械性能、孔 壁强度、气孔率等大大提高，且可扩大煤源基地； 3) 巨型炼焦反应器采用程控加热，根据不同炼焦阶 段所需热量进行供热，能有效保持炼焦过程的热平衡； 4) 炉孔数、开口次数及开口密封面长度大幅减少， 加上改进炉门密封装置，以200万吨/年焦炭装置为例， 污染物排放量与目前最现代化的凯泽斯图尔焦化厂相 比可减少一半。
效果：（1）改善焦炭质量。相同配煤比M40提高0.5~1%， M10降低2~4%，R降低5~8%，反应后强度提高5~12%； （2）扩大气煤或瘦煤用量10~20%。 影响因素：（1）型煤配比。考虑型煤成本和对炉墙膨胀 压力，不超过30%为宜； （2）煤料性质；（3）非粘结煤的配合效果，最佳配比 不同和对焦炭质量的影响不同。
捣固炼焦技术 (Interlocking Coke-making Technology）
M40可提高1~6%，M10降低2~4%，CSR提高 1~6%，生产能力提高10%。 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 ．
Z1 Z 2 Z 3 H 0空 273 0废 273 （ ）g 273 t空 273 t 废
取烟囱出口出气体流速w0=3~4m/s
2 d 顶
4
Q0 3600w0
则有：
d顶
4Q0 3600w0
d 根 d 顶 2 0.001H
对砖砌烟囱时
（0.001为锥度（钢筋混凝土）
捣固
40
0
5
20
30
5
1089
型煤炼焦技术 Briquetted Coal Blending Coking Technology
国内采用配型煤炼焦工艺以宝钢为代表。武 钢焦化厂、水城焦化厂等采用配入焦油渣的 型煤炼焦技术，能够有效处理和利用焦油渣
2. 配型煤炼焦
机理：（1）提高装炉煤的堆密度。 散装煤0.7~0.75 t/m3 ， 型煤1.1~1.2 t/m3 ，配30%型煤装炉煤0.8 t/m3 以上； （2）增大装炉煤的塑性温度区间。型煤致密，升温快， 较早达到开始软化温度；（3）增强装炉煤内的膨胀压 力。（4）粘结剂的改质作用。
原料煤的性质 项目 工业分析/%（干基） V 粘结性煤A 非、弱粘结性煤B 24.6 32.7 A 8.72 7.54 C 90.17 85.38 元素分析/%（daf） H 5.19 5.19 N 1.88 2.04 S 0.55 0.48 O 2.21 6.91 3.14 0.85 粘结性 LogMF
试验方案 加热处理方法 试验方案 方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 无加热处理 流化床预热处理处理至200℃，煤粉进行热成型 煤A、B快速预热至380℃ 煤B快速预热处理至380℃ 煤A快速预热处理至380℃
7. 焦炉的大型化成为趋势 Larger in Size for Coke Oven Developing 巨型炼焦反应器试验(Jumbo Coking Reactor, JCR) 单室炼焦系统(Single Coking System,SCS) 大型焦炉 (Larger in size of coke oven 7.63m) 巨型炼焦反应器
解：如图，当废气盘进风门断面减小时a1=0，分烟道相对压力a7也基本不变：
a7 a1 h上 g（空 i） h下 g（空 i） 17 P
风门断面减小，加热系统温度变化不大，故浮力变化不大，因此 17 P 基本 ，故 27 P 必然减小，K不变，则2-7气体流量必减小。 压力变化：a2突然减小，a7保持不变，由于3-7各断阻力减低，分列各断的伯努
原理：将装炉煤入炉前预先使水分降至6%以下，减少了煤 粒表面水膜的表面张力，空隙易于添满，提高堆密度；缩 短炼焦时间，提高加热速率，改善焦炭质量。
如日本福冈钢铁厂，煤干燥由水分8%降至4.5%，炭化室装 煤增加7%，结焦时间缩短2~3%，合计生产能力提高9.2%， 焦炭强度DI1530提高0.54%。