第二章 配煤炼焦的原理与配煤工艺

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。
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
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。
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
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
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
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百度文库焦规律的要求，
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
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
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
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。
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。