炼焦工业的发展

炼焦工业现状和炼焦工艺的发展

炼焦配合煤在隔绝空气条件下加热到1000℃左右（高温干馏），通过热分解和结焦产生焦炭、焦炉煤气和炼焦化学产品的工艺过程

前言

焦炭是冶金、机械、化工等行业的重要原料、燃料，其中以冶金工业高炉炼铁消耗焦炭量最大。尽管高炉富氧喷吹煤粉和直接还原炼铁等技术的发展使冶金工业对焦炭需求量有所下降，但一种普遍的观点是不用焦炭的炼铁工艺至少在今后20年~30年内不会大范围替代目前的高炉炼铁法，焦炭仍然是未来钢铁生产的主要原料。

世界炼焦工业近几十年来取得了长足发展。大容积焦炉、捣固焦炉、干法熄焦等开发较早的先进工艺技术在工业化实际生产运行中日臻完善；日本的型焦工艺、德国的巨型炼焦反应器、美国的无回收焦炉、前苏联的立式连续层状炼焦工艺等近30年来开发的新工艺、新技术则加快了工业化进程。

我国炼焦工业近20余年发展较快：以宝钢二期工程6m焦炉为代表的中国焦炉技术，达到国际水平；捣固焦技术及装置、干熄焦技术、配型煤炼焦技术正在加快推广；铸造型焦和热压型焦装置已建成。可以说与国际先进水平的差距正逐渐缩小[1]。

一、国内炼焦工业历史和现状

1.1 历史

中国明代以前就已采用土窑炼焦，并用焦炭冶铁。到20世纪初，经过发展的土窑有圆窑和长窑两种，前者适用于地下水位不高、煤结焦性较好的地区；后者因炉底高于地面，操作受地下水的影响较小，结焦时间较短，适用于多雨而煤结焦性略差的地区。土窑的特点是结焦室和燃烧室不分开，炼焦热源靠煤干馏时产生的煤气和部分煤料燃烧提供，因而成焦率低，焦炭灰分高，结焦时间长(约8～12昼夜),化学产品不能回收利用，对大气污染严重。后经改进，出现一种带固定拱顶的圆窑。每孔炉的装煤量5～7吨，结焦时间48～72小时。焦炭在炉内熄火，最初用人工出焦，后来改为机械化出焦。

19世纪中叶出现了倒焰式炼焦炉。倒焰炉的炭化室和燃烧室用砖墙分开，但上部相通，使炭化室发生的煤气转入燃烧室，并从燃烧室上部引入空气，使煤气燃烧，火焰由上“倒焰”而下，经炉底烟道排入烟囱。这种炼焦炉不回收化学产品，加热用煤气量不能调节，结焦末期煤气产量小，供热不足。

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

1.2 国内焦炭的地位

1993年我国焦炭产量已稳居世界第一位，约占世界总产量的1／3，随着我国炼焦业的快速发展，还在逐年提高，2005年上升至53．5％，2006年达到57．0％左右2006年，我国出口焦炭1450万t．占世界贸易总量的45％以上；我国焦炭表观消费量为2.83亿t，占世界焦炭表观消费总量的54％以上。我国已成为名副其实的世界焦炭生产、消费及贸易第一大国。

1.3 国内焦炭的生产状况

我国焦炭生产遍及全国29个省区．即除西藏和海南外，我国大陆29个省区均有焦炭生产，但产能分布非常不均衡，基本分布在华北、华东、华中、东北、西南五大区域。2006年，全国焦炭产量29 768万t，其中机焦26279万t，占88.28％；土焦、改良焦约1450万t，占4.9％；无回收焦炭、半焦1784万t，占6％；石油焦255万t。

二、国内炼焦煤资源现状

2.1 已查明资源储量

炼焦煤主要包括焦煤、1／3焦煤、气煤、肥煤、瘦煤、贫瘦煤等煤种，属中变质烟煤，查明资源储量2758.6亿t．占全部煤种查明资源储量的26.24％炼焦煤查明资源储量煤种构成列于表1 由表1可见．最优良的炼焦煤——焦煤仅占我国已查明煤资源总储量的6.2％．而气煤和1／3焦煤储量约为焦煤的2倍。

表1炼焦煤查明资源储量煤种构成

我国炼焦煤资源主要集中在山西省。该省炼焦煤资源占全国资源的56％。已查明资源量高达1544.54亿t，我国炼焦煤资源分布见表2[5]。

表2 我国炼焦煤资源分布

2.2 预测资源量

根据全国最新的煤炭资源预测结果表明，垂深1000 m以浅的预测资源量为1.844万亿t，垂深2000 m 以浅的预测资源量为4.5521万亿t，其中炼焦煤约占29％。按煤种分布的炼焦煤预测资源量见图1，我国炼焦煤预测量地区分布见表3。由表3看出，华北地区将成为我国重要的炼焦煤生产地。

三、国内外炼焦技术工艺进展[4]

3.1 无回收焦炉

针对传统的焦炉煤气处理及回收装置环保控制费用较高等问题，美国和澳大利亚在20世纪80年代后期相继推出了新设计的无回收焦炉，将废热用于生产蒸汽和发电。

无回收焦炉的优点：(1)炼焦工艺流程简单，设计和基建投资费用低；(2)取消煤气回收装置，不会产生焦油和酚水等污染物，环保有所改善；(3)负压操作，解决了炉门漏气，使其废物放散能降到最低水平；(4)废热得到利用送去发电。

从炼焦生产的普遍规律和无回收焦炉生产特点出发，无回收焦炉存在如下几个主要问题：(1)煤耗高，炼焦煤煤源变窄。由于炉顶空间很大，煤在塑性阶段能自由膨胀，造成炉子上部焦炭结构疏松、质量差。这需要用挥发分低、结焦性好的煤料消除这种影响；(2)部分煤和焦炭被烧损，成焦率下降；(3)无回收焦炉仍有大气污染；(4)加热控制手段简单，焦炭的均匀性差；(5)炉龄短，维修量大；

(6)所产蒸汽和电能的出路也是需要考虑的问题。

山西寰达公司将捣固装煤和无回收焦炉结合起来，在侯马建成了一座l9孔的无回收焦炉。有关专家认为已投产的19孔炉存在以下几个问题：(1)炉体用高铝砖是错误的；(2)烟道相互联是错误的；(3)炉体内部结构存在多处不合理；(4)装煤车等设备还远不能说已过关。

综合以上情况，有关专家认为，在我国不可能大量建无回收焦炉，也不应用无回收焦炉代替改良焦炉，总之不宜推广。但在某些地区，如有低挥发分的粘结煤，焦炉煤气暂时没有用户，电能有出路等条件下，尽可能少量地建设带有热回收装置的无回收焦炉也是可行的。

3.2 大容积焦炉

近年来，国外焦化企业主要技改途径是用现代化的大容积焦炉取代老损焦炉。

国外资料报道，大容积焦炉的最大优点是基建投资省，然而国内有关专家认为，焦炉并非越大越好，6m焦炉与4.3m捣固焦炉相比无论相对基建投资、改善焦炭质量以及煤种适用范围上并无优势而言。当国内4.3m捣固焦炉投产后，