第二章 配煤炼焦的原理与配煤工艺
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块度具有不同的质量。
二、炼焦过程中化学产品的生成
煤炭高温干馏得到的炼焦化学产品的组成与煤 的性质和炼焦条件有关，煤热解生成的一次化学品
还要受到焦炉内炼焦条件的影响，有关内容祥见本
篇第五章内容。
第二节 配合煤质量与备煤炼焦工艺条件
由于煤在焦炉炭化室内结焦过程和煤成焦规律的要求，
使得工业炼焦必须采用多种煤配合炼焦。常规炼焦方法是将
3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系
图2-4 不同煤的半焦收缩曲线 1-第一收缩峰；2-第二收缩峰
3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系
从炭化室墙面到炭化室中心面处，温度梯度逐
渐减小，因而靠墙面处的焦炭粒度相对小于中心处
的焦炭粒度，这样就产生了相同的煤料在相同的炼
焦条件下结焦，其焦炭质量由于上述原因，不同的
因为焦炉炭化室的侧向供热，且炉料导热系数低，因 此在整个成焦过程的大部分时间内，炭化室内与炉墙垂直 方向上炉料的温度梯度较大(图2-1左)。这样在结焦过程的 大部分时间内，离炭化室墙面不同距离的各层炉料、所受 到的温度不同而处于热解过程的不同阶段，整个炭化室内 炉料的状态随时间而变化(图2-1右)。靠近炉墙附近的煤先 结成焦炭，而后焦炭层逐渐向炭化室中心推移，这就是所 谓的“成层结焦”。炭化室中心面上的炉料温度始终最低， 因此以结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)作为 焦饼成熟度的标志，称为炼焦最终温度。
的炉料升温速度最慢，约2℃／ min以下，这种温
度变化的差别必然导致焦炭质量的差异。
1.成层结焦与温度变化
图2-2 炭化室内各层炉料的温度变化 1-炭化室墙表面温度；2-炭化室墙附近的炉料温度；3-距 炉墙50～60mm处炉料温度
1.成层结焦与温度变化
常规炼焦采用湿煤装炉，结焦过程中湿煤层被夹在塑
周敏 中国矿业大学 化工学院
2008 年 4 月
第二章 配煤炼焦的原理与配煤工艺
第一节 煤在焦炉炭化室内的结焦过程
第二节 配合煤质量与备煤炼焦工艺条件 第三节 配煤原理与焦炭质量的预测
第四节 炼焦配煤工艺
第一节 煤在焦炉炭化室内的结焦过程
一、炭化室内炉料的动态变化
二、炼焦过程中化学产品的生成
一、炭化室内炉料的动态变化
1.成层结焦与温度变化
图2-1 不同结焦时间下炭化室内各层炉料的温度与状态 1-湿煤；2-干煤层；3-塑性层；4-半焦层；5-焦炭层；6炉墙；7-炭化室中心
1.成层结焦与温度变化
如图2-2所示，由于各层炉料距炉墙的距离不 同，传热条件各不相同，最靠近炉墙的煤料升温速
度最快，约5℃／min以上，而位于炭化室中心部位
焦炉的炭化室是带锥度的窄长空间，煤料受两侧炉墙 传递的热量加热，结焦过程从炭化室的两侧炉墙向炭化室 中心逐渐推移，形成一个动态的过程，这种动态过程具有 以下三个特点：
1）侧向供热，成层结焦； 2）结焦过程中，各层炉料的供热性能随温度的变化而变化； 3）炭化室内物料产生膨胀压力。
1.成层结焦与温度变化
3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系
焦炭的块度取决于焦炭的裂纹性质，并与炭化室内的温度 梯度有直接的关系。焦炭中产生裂纹的数量，取决于半焦收缩 阶段内第一次收缩峰区间内半焦的收缩系数和温度梯度。 如图2-4所示，挥发分高的煤料收缩系数大，塑性温度间 隔窄，因而固化时半焦层较薄，半焦气孔率大，半焦层的强度 低，这样，当相邻层炉料层的温度梯度不同产生收缩差时，拉 应力超过半焦层的许可应力，则半焦层开裂，这种裂纹垂直于 墙面，故气煤焦炭多呈细条状。对于肥煤等强粘结性煤，由于 塑性温度间隔宽，半焦层厚且强度高，本层层内拉应力的破坏 作用居次要地位，此时，相邻层之间因温度梯度差存在，产生 的收缩导致层间发生开裂。这种焦饼中以平行于炭化室墙面的 横裂纹居多。但是相比之下，强粘结煤的焦炭块度要大于气煤 焦块度。
性层之间，这样湿煤层内的水汽不易透过塑性层向两层外
流出，致使大部水汽窜入内层湿煤中，并因内层温度低而 冷凝下来，这样内层湿煤水分增加，加之煤的导热系数小， 使得炭化室内中心煤料升温速度缓慢，长时间停留在水的 蒸发温度以下，煤料水分愈多，结焦时间就愈长，炼焦的
耗热量也就愈大。
2、炭化室内膨胀压力
炭化室内膨胀压力产生是因为成层结焦，两个大体上 平行于两侧炉墙面的塑性层从两侧向炭化室中心移动，炭 化室底面温度和顶部温度也很高，在炭化室内煤料的上层 和下层同样也形成塑性层，围绕中心煤料形成的塑性层如 同一个膜袋，膜袋内的煤热解产生气体由于塑性层的不透 气性使得膜袋产生膨胀的趋势，塑性层又通过外侧的半焦 层和焦炭层将压力施加于炭化室的炉墙，这种压力称之为 膨胀压力。 膨胀压力的大小在结焦过程中是随时间而变化，当两 个塑性层面在炭化室中心处会合时，由于外侧焦炭和半焦 层传热好、需热少，致使塑性层内的温度升高加快，气态 产物迅速增加使得此时的膨胀压力值最大，通常的膨胀压 力是指其最大值。
3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系
靠近炭化室墙面的焦炭，由于煤料的升温速度快，煤 热分解产生的塑性体的流动性能好，塑性温度间隔宽，塑 性体内煤热解产物之间相互作用改善，因而焦炭熔融良好， 结构致密，质量优于内侧的焦炭，有关焦炭性质指标的变 化参见图2-3。
图2-3 各层焦炭物理机械性能和反应性能
多种炼焦煤按适宜的比例配合，然后再装炉炼焦，故又称为 配煤炼焦。
一、配煤的意义与配煤质量要求
二、备煤炼焦工艺条件
1、炼焦配煤的意义
配煤的意义在于使各种煤之间性质上取长补短，符合 焦炉的生产要求，生产出满足质量要求的优质焦炭，并副 产炼焦化学产品，实现煤炭资源的合理利用。 冶金焦的质量要求是：灰分低、硫分少、强度高、各 向异性程度大，为满足上述要求，在常规炼焦方法条件下, 用单种煤炼焦很难实现。而且由于煤种的相对储量、分布 和开采能力的制约，不可能进行大规模的单种煤炼焦生产， 特别是优质炼焦煤资源有限，工业上必须采用配煤炼焦， 以确保焦炭质量和合理利用煤炭资源。 在我国，炼焦厂除了以生产焦炭为主要目的以外，大 多数炼焦厂同时还是城市煤气的气源厂，对于此类炼焦厂， 应尽可能多配用高挥发气煤，这样既可增加了煤气产量， 又充分利用了占我国炼焦煤种比例最大的气煤资源。
二、炼焦过程中化学产品的生成
煤炭高温干馏得到的炼焦化学产品的组成与煤 的性质和炼焦条件有关，煤热解生成的一次化学品
还要受到焦炉内炼焦条件的影响，有关内容祥见本
篇第五章内容。
第二节 配合煤质量与备煤炼焦工艺条件
由于煤在焦炉炭化室内结焦过程和煤成焦规律的要求，
使得工业炼焦必须采用多种煤配合炼焦。常规炼焦方法是将
3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系
图2-4 不同煤的半焦收缩曲线 1-第一收缩峰；2-第二收缩峰
3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系
从炭化室墙面到炭化室中心面处，温度梯度逐
渐减小，因而靠墙面处的焦炭粒度相对小于中心处
的焦炭粒度，这样就产生了相同的煤料在相同的炼
焦条件下结焦，其焦炭质量由于上述原因，不同的
因为焦炉炭化室的侧向供热，且炉料导热系数低，因 此在整个成焦过程的大部分时间内，炭化室内与炉墙垂直 方向上炉料的温度梯度较大(图2-1左)。这样在结焦过程的 大部分时间内，离炭化室墙面不同距离的各层炉料、所受 到的温度不同而处于热解过程的不同阶段，整个炭化室内 炉料的状态随时间而变化(图2-1右)。靠近炉墙附近的煤先 结成焦炭，而后焦炭层逐渐向炭化室中心推移，这就是所 谓的“成层结焦”。炭化室中心面上的炉料温度始终最低， 因此以结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)作为 焦饼成熟度的标志，称为炼焦最终温度。
的炉料升温速度最慢，约2℃／ min以下，这种温
度变化的差别必然导致焦炭质量的差异。
1.成层结焦与温度变化
图2-2 炭化室内各层炉料的温度变化 1-炭化室墙表面温度；2-炭化室墙附近的炉料温度；3-距 炉墙50～60mm处炉料温度
1.成层结焦与温度变化
常规炼焦采用湿煤装炉，结焦过程中湿煤层被夹在塑
周敏 中国矿业大学 化工学院
2008 年 4 月
第二章 配煤炼焦的原理与配煤工艺
第一节 煤在焦炉炭化室内的结焦过程
第二节 配合煤质量与备煤炼焦工艺条件 第三节 配煤原理与焦炭质量的预测
第四节 炼焦配煤工艺
第一节 煤在焦炉炭化室内的结焦过程
一、炭化室内炉料的动态变化
二、炼焦过程中化学产品的生成
一、炭化室内炉料的动态变化
1.成层结焦与温度变化
图2-1 不同结焦时间下炭化室内各层炉料的温度与状态 1-湿煤；2-干煤层；3-塑性层；4-半焦层；5-焦炭层；6炉墙；7-炭化室中心
1.成层结焦与温度变化
如图2-2所示，由于各层炉料距炉墙的距离不 同，传热条件各不相同，最靠近炉墙的煤料升温速
度最快，约5℃／min以上，而位于炭化室中心部位
焦炉的炭化室是带锥度的窄长空间，煤料受两侧炉墙 传递的热量加热，结焦过程从炭化室的两侧炉墙向炭化室 中心逐渐推移，形成一个动态的过程，这种动态过程具有 以下三个特点：
1）侧向供热，成层结焦； 2）结焦过程中，各层炉料的供热性能随温度的变化而变化； 3）炭化室内物料产生膨胀压力。
1.成层结焦与温度变化
3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系
焦炭的块度取决于焦炭的裂纹性质，并与炭化室内的温度 梯度有直接的关系。焦炭中产生裂纹的数量，取决于半焦收缩 阶段内第一次收缩峰区间内半焦的收缩系数和温度梯度。 如图2-4所示，挥发分高的煤料收缩系数大，塑性温度间 隔窄，因而固化时半焦层较薄，半焦气孔率大，半焦层的强度 低，这样，当相邻层炉料层的温度梯度不同产生收缩差时，拉 应力超过半焦层的许可应力，则半焦层开裂，这种裂纹垂直于 墙面，故气煤焦炭多呈细条状。对于肥煤等强粘结性煤，由于 塑性温度间隔宽，半焦层厚且强度高，本层层内拉应力的破坏 作用居次要地位，此时，相邻层之间因温度梯度差存在，产生 的收缩导致层间发生开裂。这种焦饼中以平行于炭化室墙面的 横裂纹居多。但是相比之下，强粘结煤的焦炭块度要大于气煤 焦块度。
性层之间，这样湿煤层内的水汽不易透过塑性层向两层外
流出，致使大部水汽窜入内层湿煤中，并因内层温度低而 冷凝下来，这样内层湿煤水分增加，加之煤的导热系数小， 使得炭化室内中心煤料升温速度缓慢，长时间停留在水的 蒸发温度以下，煤料水分愈多，结焦时间就愈长，炼焦的
耗热量也就愈大。
2、炭化室内膨胀压力
炭化室内膨胀压力产生是因为成层结焦，两个大体上 平行于两侧炉墙面的塑性层从两侧向炭化室中心移动，炭 化室底面温度和顶部温度也很高，在炭化室内煤料的上层 和下层同样也形成塑性层，围绕中心煤料形成的塑性层如 同一个膜袋，膜袋内的煤热解产生气体由于塑性层的不透 气性使得膜袋产生膨胀的趋势，塑性层又通过外侧的半焦 层和焦炭层将压力施加于炭化室的炉墙，这种压力称之为 膨胀压力。 膨胀压力的大小在结焦过程中是随时间而变化，当两 个塑性层面在炭化室中心处会合时，由于外侧焦炭和半焦 层传热好、需热少，致使塑性层内的温度升高加快，气态 产物迅速增加使得此时的膨胀压力值最大，通常的膨胀压 力是指其最大值。
3、炭化室内层温度变化与焦炭的质量关系
靠近炭化室墙面的焦炭，由于煤料的升温速度快，煤 热分解产生的塑性体的流动性能好，塑性温度间隔宽，塑 性体内煤热解产物之间相互作用改善，因而焦炭熔融良好， 结构致密，质量优于内侧的焦炭，有关焦炭性质指标的变 化参见图2-3。
图2-3 各层焦炭物理机械性能和反应性能
多种炼焦煤按适宜的比例配合，然后再装炉炼焦，故又称为 配煤炼焦。
一、配煤的意义与配煤质量要求
二、备煤炼焦工艺条件
1、炼焦配煤的意义
配煤的意义在于使各种煤之间性质上取长补短，符合 焦炉的生产要求，生产出满足质量要求的优质焦炭，并副 产炼焦化学产品，实现煤炭资源的合理利用。 冶金焦的质量要求是：灰分低、硫分少、强度高、各 向异性程度大，为满足上述要求，在常规炼焦方法条件下, 用单种煤炼焦很难实现。而且由于煤种的相对储量、分布 和开采能力的制约，不可能进行大规模的单种煤炼焦生产， 特别是优质炼焦煤资源有限，工业上必须采用配煤炼焦， 以确保焦炭质量和合理利用煤炭资源。 在我国，炼焦厂除了以生产焦炭为主要目的以外，大 多数炼焦厂同时还是城市煤气的气源厂，对于此类炼焦厂， 应尽可能多配用高挥发气煤，这样既可增加了煤气产量， 又充分利用了占我国炼焦煤种比例最大的气煤资源。