焦炭生产工艺与技术指标

20．热回收焦炉的工艺流程

热回收焦炉是指炼焦煤在炼焦过程中产生焦炭，其化学产品、焦炉煤气和一些有害的物质在焦炉内合理地充分燃烧，回收高温废气的热量用于发电或其他用途的一种焦炉。目前热回收焦炉已经进入《焦化行业准入条件(2008 年修订)》管理序列。

清洁型热回收焦炉是由多个焦炉组、热回收装置、烟气脱硫除尘装置以及尾气集中排放简组成；工艺流程采用捣固装煤、炉内引火、二次燃烧、负压运行生产；在连续炼焦过程中不产生焦化废水，并可实现余热有效回收利用和废气低污染排放的一种炼焦炉。每个焦炉炉组由多个可互相引火的炼焦室组合而成，具有共用总烟道进行二次燃烧并与热回收装置相联通的炼焦生产单元。炼焦室具有炼焦煤同室加热、炭化和熄焦功能，在主燃烧室中以贫氧气分层、分隔燃烧层与结焦层，通过两侧立火道、底火道、分烟道与炉组总烟道相联接，在负压情况下实现二次燃烧，并实现炼焦煤上下与两侧四向加热成焦的一个封闭空间；在炼焦过程中经二次燃烧后的高温烟气，通过废热锅炉回收余热生产蒸气，并对其热能加以利用。一般配套发电机组用以发电，对热能回收利用后的尾气采用脱硫除尘加以净化处理，对熄焦废水采用沉淀工艺加以净化后实现循环闭路使用，不产生焦化废水外排，是一种新型的大容积焦炉。

21．清洁型热回收焦炉的优势

清洁型热回收焦炉与传统的大机焦炉相比，具有如下优势：

（1）提高煤炭资源的综合利用水平。清洁型热回收焦炉配煤要求生产冶金焦焦煤配入量不大于20％～25％，弱粘煤与无烟煤不低于50％；生产铸造焦焦煤配入量不大于50％，弱粘煤与无烟煤配入量不低于40％，与传统大机焦比，弱粘煤比例大大提高，还可以配入无烟煤用以炼焦。目前焦煤资源越来越少，有利于节约宝贵的肥焦煤资源。另外，肥焦煤与弱粘煤在价格上有明显的优势，

每吨差价至少在200 元以上，大大地降低了焦炭成本，以规模60 万吨的焦化厂计，采用清洁型热回收焦炉炼焦用煤成本每年可降低4800 万元以上，有力地提高焦炭企业的经济效益。同时可以较灵活地改变炼焦配煤和加热制度，并根据需要生产不同品种的焦炭，如高炉焦、铸造焦、化工焦等。

（2）减少环境污染，有利于环境保护工作实施。热回收焦炉采用焦炉炭化室负压操作，炉内负压低于-lOPa，调节烟气燃烧气氛并防止大气污染物向外泄漏，与传统的大机焦正压操作相比，杜绝了跑烟冒火，杜绝了原传统大机焦产生的苯化口等大气污染物外排，从而彻底改善了焦化厂大气环境。清洁型热回收焦炉熄焦水闭路循环使用，杜绝了废水外排。与传统大机焦比，不产生由于后序化生产工序而产生的含酚、含氰等焦化废水，彻底的改善了焦化厂所在区域的水环境。

（3）提高焦炭产品质量。由于采用大容积捣固炼焦，炼焦煤堆密度在／cm3以上，且由于扩大炼焦煤以外的弱粘煤、无烟煤的加入，更有利于控制焦炭的灰分、硫分，相较传统大机焦的焦炭产品质量更好。

（4）有利于减少基建投资和降低炼焦工序能耗。清洁型热回收焦炉与传统大机焦相比达到或超过传统大机焦的机械化水平，实现焦炉装煤、出焦、熄焦、捣固机械化，但是由于没有传统焦炉的化产回收、煤气净化、循环水、制冷站等工序，也没有污水处理等环境保护的尾部治理措施，生产过程能耗较低。同时，由于焦炉配套的辅助生产设施和公用设施少，建设投资低，建设速度快，一般情况下基建投资为相同规模的传统焦炉的50％～60％，建设周期为7～10 个月，生产全过程操作费用较低，维修费用也较少。

22．焦炉大型化发展

焦炉增加炭化室室容积的办法是可以提主焦炉高度(如由升高到6m)，也可以增加炭化室宽度。增加焦炉炭化室容积的好处是提

高装炉煤的散密度(煤进入高的炭化室下落时间长，动能增大致)使煤压实，炭化室的宽度增大，减少了煤对炭化室炉墙的“边壁效应”，煤饼加大后热态煤颗粒之间接触点多，热解液相产物和气象物多，膨胀压力大，利于煤的表面粘接和界面反应，实现提高焦炭质量和节约能耗。大型焦炉自动化水平高，生产出焦炭质量稳定，劳动产率高，成本低。使用同样煤种炼焦，6m焦炉生产的焦炭比焦炉的M40要高3%～4%，M10降低%。早在1927 年，德国斯蒂尔公司在鲁尔区的诺尔斯特恩炼焦厂就成功地建成了一座炭化室高6m，长，宽450mm的焦炉。近几年来，国内外大型焦炉发展的标志是：炭化室高由4m左右增到6m～8m，长由13m左右增到16m～17m，每孔炭化室的容积由25m3增加到50m3左右，每孔炉一次装煤量由20t增到40t。当前，6m高以上的焦炉约有5000 多座。如日本、法国、德国、前苏联等，均设计或建成高达7m 以上的焦炉,其中以德国考伯斯公司设计的8m高的焦炉为最大。

由此可见，焦炉正趋于向大型化发展。经过总结和分析计算，证明焦炉大型化有许多有点：

（1）基建投资省，以年产相同的投资比较，6m 高的焦炉约为4m 高焦炉的85%～87%。这是因为前者的炭化室孔数减少了，所以相应使用的筑炉材料和护炉铁件也少了；由于出炉次数减少，所需的焦炉机械套数也减少，炭化室高度不同的焦炉的技术

经济指标的比较见下表。

表4 炭化室高度不同的焦炉的技术经济指标

（2）人工费用（生产费用）低。例如，炭化室高6m 的焦炉与4m 高的焦炉比较，由于每个人每班可多处理60%的煤料，可使劳动力得到更有效的利用。从而降低了生产费用。以焦炉寿命为

20a～25a 计，所节省的装煤费用差不多就是整座焦炉的投资。

（3）装修费用低。据报道，4m 和5m 高的焦炉，其维修费用分别比炭化室高6m 的焦炉高18%和15%。

（4）占地面积少。通过单位地面装煤量的计算可知，年产量相同时，每炼1t 焦，小焦炉占地面积约多42%。

（5）热损失低，热工效率高。

（6）由于高炭化室内煤料堆密度较大（约大4%），炼出来的煤炭质量有所改善，可以配更多的年轻煤炼焦。焦炉大型化，不意味着焦炉各部位尺寸可以任意加大，必须对炭化室的长、宽、高合适尺寸进行研究。综合各种研究结果，今后焦炉大型化发展的趋势大体上稳定在如下水平上：炭化室高度在7m 左右，炭化室长度不超过17m，炭化室平均宽为450mm左右。

23．低水分熄焦（LOMO）、稳定熄焦（CSQ）、干熄焦机理与特点

低水分熄焦的原理是在整个熄焦过程中，按熄焦水流量大小分段进行供水，即变流量喷水熄焦。熄焦水流有两种流速，在熄焦开始时为低流速，水的流速是高流速的40％～50％，冷却顶层焦炭，起到冷却焦炭表面的作用；之后，水流增至高流速，熄焦水接触到红焦时，水变成蒸汽时的快速膨胀力使蒸汽向上流动通过焦炭层，主要是利用蒸汽由下至上地对车内焦炭进行熄焦，车内多余的水快速排出车外。

稳定熄焦（CSQ）同低水分熄焦一样，开始阶段是从小水量顶部喷洒，之后转为大水量熄焦，只是大水量时，水从熄焦车的底部进入，红焦被水浸泡，充分利用了蒸汽对上部焦炭的冷却，减少了熄焦水的停留时间和渗入焦炭的量，待焦炭熄灭后，多余的水从底部排出。

干熄焦是相对湿熄焦而言的，是指采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法。在干熄焦过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭由干熄炉底部排出，从烟道出来的高温惰性气体经干熄焦锅炉进行热交换，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。

干熄焦冷却焦炭的机理是：在干熄炉冷却段，焦炭向下流动，惰性循环气体向上流动，焦炭通过与循环气体进行热交换而冷却。由于焦炭的块度大，在断面上形成较大的孔隙，因而有利于气体逆流。在同一层面焦炭与循环气体温差不大，因而焦炭冷却的时间主要取决于气流与焦炭的对流传热和焦块内部的热传导，而冷却速度则主要取决于循环气体的温度和流速，以及焦块的温度和外形表面积等。

24．熄焦方式对焦炭质量影响

（1）采用低水分熄焦工艺，冶金焦水分可调整到2%～4%，比常规湿焦明显降低，直接给高炉炼铁的操作和节能带来非常可观的效益，焦炭强度指标有一定的改善。

（2）稳定熄焦工艺通过熄焦时焦粒强烈的涡旋流动使其均匀冷却，水分可调整到2%～4%之间，标准偏差为%～1%，与低水分熄焦工艺接近。熄焦时，焦炭处于跳动状态，因此具有整粒功能，可以使焦炭的潜在缺陷提前释放，使焦炭的块度均匀，给高炉生产创造较好的条件。抗碎强度M40、耐磨强度M10均明显优于传统湿法熄焦，使焦炭的反应性和反应后强度数值没有太大的变化。

（3）干熄焦可使焦炭质量明显提高，干熄焦焦炭几乎不含水，干熄焦比湿熄焦焦炭M40 可提高3%～5%，M10可降低%～%，反应性明显降低，反应后强度也明显提高。

25．筛焦操作的基本工艺流程

一般大中型焦化厂均设有焦仓和筛焦楼，国内焦化厂多数将大于40mm 的焦炭由辊轴筛筛出（筛上部分分为大于40mm 级），经胶带机送往块焦仓。辊轴筛下的焦炭经双层振动筛分成其他三级，分别进入焦仓。

26．焦炭整粒

焦炭进行整粒是为了提高冶金焦的机械强度和粒度均匀性。对大块焦炭进行破碎处理，以实现焦炭的整粒，使一些强度差、块度大的焦炭，在筛焦过程中就能沿裂纹破碎，并使其粒度均匀。对于大容积的高炉，焦炭的强度和粒度均匀度非常重要。焦炭经过整粒之后，其转鼓强度明显提高，这是由于焦炭中强度较差的部分或者有棱角易挤碎的部分经撞击后，易碎部分可以被去掉。另外焦炭粒度均匀，可以提高高炉炉料的透气性。这种情况与焦炭在运往高炉途中，经多次转运，转鼓强度有所提高的作用一样。此外，焦炭经整粒处理后，粒度趋于均匀，进入高炉后可以改善高炉料柱的透气性，有利于提高生铁产量和降低焦比。一般采用切焦机对块度大的焦炭进行整粒。

27．焦炭分级

焦炭分级可以根据用户的需求确定，一般情况下大于40mm 的焦炭称为大块焦，25～40mm 的焦炭称为中块焦，10～25mm 的焦炭称为小块焦，10mm 以下的焦炭称为粉焦或焦末，大于25mm的焦炭统称为冶金焦。各级焦炭大致的产率范围见下表。

表5 各级焦炭大致产率范围

28．焦炭的取样

对焦炭取样进行质量检验时，以每班发运的焦炭质量作为一批，每批发运量不足200t 时，以每昼夜发运的焦炭量作为一批。应按被检验焦炭的总数均匀地采取每一个试份（试份是采样工具一次取出的焦炭数量），取样时不允许弃掉任何个别焦炭块。每次采取的试份应放在指定地点，应保证不受外界条件影响。对于工业分析原始试样应及时处理，以减少水分散失和灰分增加。根据焦炭来源不同，焦炭取样时可在以下地点进行：

（1）焦化厂运输皮带转到炼铁厂的运输皮带的转运地点；

（2）焦仓或漏嘴直接放置焦炭的落下地点；

（3）装卸车、船或焦炭倒堆的运输皮带转运地点；

（4）装卸车、船的过程中，在车厢、船舱或焦炭堆的不同层分布

点；

（5）运送焦炭的运输皮带上。

29．焦炭化产品的回收

按照可燃基挥发分为25%的煤的以干基煤计产率，折合以干基焦计的副产品产率见下表。

表6 可燃基挥发分为25%的煤炼焦副产品收率(以干基焦炭计)

参照近年全国平均价格水平计算，依照表中的副产品率，可以算出传统机焦的副产品收益为188 元/吨焦。其中，吨焦产煤气444m3（50%回炉加热，50%作为产品），按单位立方米煤气价格元，吨焦受益元；焦油产率%，按单位价格2200元/吨，吨焦受益元；粗苯产率%，按单位价格4900元/吨，吨焦受益元；硫酸产率%，按单位价格580元/吨，吨焦受益元。

表7 可燃基挥发分为25%的煤以传统机焦炉炼焦时的副产品收

30．干馏煤气产生及主要用途

城市民用和工业用燃气是由几种气体组成的混合气体，主要有天然气（NG）、人工燃气（MG）、液化石油气（LPG）和沼气。其中人工燃气可以分为固体燃料干馏煤气、固体燃料气化煤气、油制气、高炉煤气等。

固体燃料干馏煤气是利用焦炉、连续式直立炭化炉和立箱炉等对煤进行干馏所获得的煤气。用干馏方式生产煤气，每吨煤可产煤气300～400m3。这类煤气中甲烷和氢的含量较高，低发热值一般在16700kJ/ m3左右。干馏煤气的生产历史最长，从1812 年德国工程师温泽在英国伦敦创建了世界上第一家煤气公司---威斯敏斯特煤气照明与煤炭公司，到目前为止, 干馏煤气仍是我国很多城市燃气的重要气源之一。

31．煤焦油产生及主要用途

煤焦油又称煤膏，是煤干馏过程中得到的一种黑色或黑褐色粘稠状液体，具有特殊的臭味，可燃并有腐蚀性，是一种高芳香度的碳氢化合物的复杂混合物。煤焦油是煤炭在焦化过程中产生的，含有上万种成分，其中很多有机物是生产塑料、合成纤维、染料、橡胶、医药、耐高温材料等的重要原料。一般情况下，煤焦油产量约占装炉煤的3%～4%，其组成极为复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用。焦油各馏分进一步加工，可分离出230 多种产品，目前提取的主要产品有：

（1）萘。萘用来制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料、油漆及医药等用。

（2）酚及其同系物。酚及其同系物主要生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等。

（3）蒽。蒽主要用来制蒽醌燃料、合成揉剂及油漆。

（4）菲。菲是蒽的同分异构体，含量仅次于萘，有不少用途，由于产量大，还待进一步开发利用。

（5）咔唑。咔唑是染料、塑料、农药的重要原料。

（6）沥青。沥青是焦油蒸馏残液，为多种多环高分子化合物的混合物。沥青用于制屋顶涂料、防潮层和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。

32．二甲醚性质及主要用途

二甲醚是一种新兴的基本化工原料，由于具有良好的易压缩、冷凝、汽化特性，使其在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生产成本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气其储运、燃烧安全性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。

33．粗苯性质及其主要用途

粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一,经脱氨后的焦炉煤气中含有苯系化合物，其中以苯含量为主，所以称之为粗苯。其为淡黄色透明液体，比水轻，不溶于水。储存时由于不饱和化合物，氧化和聚合形成树脂物质溶于粗苯中，色泽变暗。自煤气回收粗苯最常用的方法是洗油吸收法。粗苯主要用于深加工制苯、甲苯、二甲苯等产品，三者都是宝贵的基本有机化工原料。

34．炼焦炉的污染因素

炼焦炉的污染因素特点是间歇性排放，烟尘温度高，由于这种阵发性，无组织排放的烟尘，对周围环境造成了巨大污染。炼焦生产过程中，在装煤、推焦及熄焦时，要向大气中排放大量烟尘，吨焦烟尘量达1kg 之多，这个数字对于一个日产10000t 焦炭的焦炉组，每天就有10t 多烟尘排放到大气中，造成对人与环境的严重危害。焦炉的污染因素有：

（1）焦炉装煤过程中产生的烟尘。焦炉装煤过程中，从装煤口向炭化室装煤时，煤料突遇高温产生大量荒煤气和烟气，炭化室内压力突增，喷出大量的烟尘，炭化室装煤时的烟尘主要来自以下几个方面：

?炭化室的煤料置换出大量空气，且装煤开始时空气中的氧气和入炉的煤料燃烧生成炭黑而行成黑烟。

?装煤时湿媒与高温炉墙接触升温，产生大量水汽和荒煤气。

?上述水蒸汽和荒煤气同时扬起的细煤粉以及装煤末期平煤时带出的细煤粉。

?因炉顶空间瞬时堵塞而逸出的荒煤气。

装煤过程中喷出的烟尘烟气温度高，正常操作时一般在500～600℃范围；瞬间散发量大,污染物多；烟气成分复杂，危害性较大，气体中含有烟尘及多种化学物质，其主要有害气体组成为硫化物、氰化物、一氧化碳及苯可溶物，微细的煤尘具有吸附苯可溶物的性能，从而增大了这类废气的危害性，烟气具有可燃性和爆炸性的可能，由于烟气中含有氢气、一氧化碳等可燃成分，当混入空气后，在一定条件下，可能产生燃烧或爆炸。

（2）焦炉出焦过程中产生的烟尘。焦炉出焦过程中的烟尘主要来自以下方面：

?炭化室炉门打开后散发出的残余煤气，及由于空气进入使部分焦炭和可燃气体燃烧产生的废气。

?推焦时炉门处散发的粉尘。

?推焦时导焦槽散发的粉尘。

?焦炭从导焦槽落到熄焦车或焦罐车中散发的粉尘。

?载有焦炭的熄焦车或焦罐车运行过程中散发的粉尘。

（3）其它的烟尘：

?焦炭炉门密封不严散发的烟尘。

?焦炉炉盖密封不严散发的烟尘。

?焦炉上升管盖密封不严散发的烟粉尘。

?焦炉炉体密封不严排放的黑烟。

?焦炉炉墙窜漏导致烟囱排放的黑烟。

?焦炉加热制度缺陷导致烟囱排放的黑烟。

35．炼焦炉大气污染物的排放标准

炼焦炉大气污染物排放标准适用于水平室式机械化焦炉（顶装、侧装捣固）生产过程中的污染物排放控制和管理。

水平室式机焦炉：指由炭化室、燃烧室和蓄热室组成，采用顶装或捣固侧装煤方式的水平室式常规机械化焦炉。吨产品污染物排放量：系指各焦炉生产每吨焦（千焦）所排放的有害物质的量。装煤孔、上升管烟气泄露率的计算同上。现有炼焦炉的炉门、小炉门、装煤孔、上升管烟气泄露率（分别计算）应小于5%，新建焦炉的炉门、小炉门、装煤孔、上升管烟气泄露率（分别计算）应小于3％。

大气污染物排放限值按时段划分执行不同大气污染物排放标准。第1 时段为现有焦炉执行的排放限值，第2 时段为新建、改建和扩建焦炉执行的排放限值。机焦炉焦炭生产过程中炼焦车间有组织排放源气污染物排放浓度和吨焦排放量执行下表限值。

表8 机焦炉炼焦大气污染物排放限值

注：除苯并芘单位为μg/m2以外，其余各项污染物单位均为mg/m2,单位产品的排放量苯并芘单位为mg/t 焦，筛焦、焦炭转运站、焦仓单位产品排放量为g/t焦，其余污染物单位均为kg/t焦。

焦炉装煤、出焦污染物无组织放散浓度不得超过下表规定的限值。

表9 焦炉炉顶无组织排放的污染物浓度限值(mg/m3)

36．近二十年来在炼焦工艺方面研究的新技术

（1）焦炉大型化与焦炉操作机械化技术；

（2）高效率的材料，如高密度硅砖、高蓄热效率的格了砖、高导热性的镁砖和硅炭砖等；

（3）煤干燥、预热装炉炼焦技术；

（4）岩相配煤（选择性破碎）技术；

（5）型焦技术；

（6）配型煤炼焦技术；

（7）干法熄焦技术；

（8）焦炉防尘技术。

37. 焦炭质量对高炉炼铁指标影响

表10焦炭质量对高炉炼铁指标影响

38. 冶炼钢铁高炉容积对焦炭质量的要求

不同容积的高炉对焦炭质量要求不一样。大高炉焦炭质量应当好于中小高炉。因为大高炉的料柱高，炉料压缩比在%左右，造成大高炉炉料透气性变差。因此，要求焦炭质量应比较高。有不同容积高炉的企业，应将优质焦炭供给大高炉，大高炉会给生产者好的回报。

对于2000m3以上容积的高炉所用焦炭，希望要有焦炭热性能的要求。如反应后强度（CSR）要大于62%，反应性指数（CRI）≤25%。

表11冶炼钢铁的不同容积高炉对焦炭要求