焦化工業生產概述

將各種經過洗選的煉焦煤按一定比例配合后，在煉焦爐內進行高溫干餾，可以得到焦炭和荒煤氣。將荒煤氣進行加工處理，可以得到多種化工產品和焦爐煤氣。焦炭是煉鐵的燃料和還原劑，它能將氧化鐵（鐵礦）還原為生鐵。焦爐煤氣發熱值高，是鋼鐵廠及民用的優質燃料，又因其含氫量多，也是生產合成氨的原料。
　　焦炭主要用于高爐冶煉，其次供鑄造、氣化、有色金屬生產和制電石，它們對焦炭有著不同的要求，其中高爐煉鐵對其用焦（冶金焦）的質量要求是相當高的。
　　冶金焦在高爐冶練過程中起著熱源、還原劑、支承物三大作用。高爐煉鐵過程發生一系列復雜的物理、化學變化。最主要是鐵礦石（氧化鐵）轉化為金屬鐵。高爐狀況的順行、焦比、冶煉強度的高低，生鐵含硫、磷、硅成分的多少等等，冶金焦都起著很重要的作用，冶金焦是高爐生產不可缺少的主要原料之一。要生產優質冶金焦，必須合理地選擇和準備煉焦用煤，正確地掌握煉焦操作。
　　一、煉焦原理及工藝流程
　　（一）煉焦原理
　　１、煉焦原理
　　煉焦生產，基本原料是煉焦煤。將煉焦煤在密閉的焦爐內隔絕空氣高溫加熱放出水分和吸附氣體，隨后分解產生煤氣和焦油等，剩下以碳為主體的焦炭。這種煤熱解過程通常稱為煤的干餾。
　　煤的干餾分為低溫干餾、中溫干餾和高溫干餾三種。它們的主要區別在于干餾的最終溫度不同， 低溫干餾在500℃－600℃，中溫干餾在700℃－800℃，高溫干餾在900℃－1000℃。目前的煉焦爐絕大多數屬于高溫煉焦爐，主要生產冶金焦、煉焦煤氣和煉焦化學產品。這種高溫煉焦過程，就是高溫干餾。
　　２、煉焦煤的熱解過程
　　煉焦煤在隔絕空氣高溫加熱過程中生成焦炭，它具有下列特性：當被加熱到400℃左右，就開始形成熔融的膠質體，并不斷地自身裂解產生出油氣，這類油氣經過冷凝、冷卻及回收工藝，得到各種化工產品和凈化的焦爐煤氣。
　　當溫度不斷升高，油氣不斷放出，膠質體進一步分解，部分氣體析出，而膠質體逐漸固化成半焦，同時產生出一些小氣泡，成為固定的疏孔。溫度再升高，半焦繼續收縮，放出一些油氣，最后生成焦炭。
　　（二）煉焦方法
　　１、機械化焦爐生產
　　煤料從爐頂部的裝煤孔或機側（搗固焦）裝入炭化室，由兩側燃燒室傳來的熱量，將煤料在隔絕空氣的條件下加熱至高溫。加熱過程中，煤料熔融分解，所生成的氣態產物由炭化室頂端部的上升管逸出，導入煤氣凈化處理系統，可得到化學產品及煤氣；殘留在炭化室內的固化成焦炭。煤料分解固化過程完成后，將炭化室兩側的爐門打開，用推焦機將焦炭推出，落入熄焦車（或干法熄焦裝置）。赤熱的焦炭可用水熄滅，或用惰性氣體將余熱導走，冷卻后即得到可使用的焦炭。機械化焦爐（頂裝）目前國內采用爐型主要有 JN型、 JNX型、以及58型、66型、70型。另外還有一種3號簡易焦爐。
　　２、土法煉焦
　　煉焦煤（多為單種焦煤、配煤、焦肥煤）在普通粘土磚窯爐內（目前國內多用75型、89型、91型、95型、96型、趙城連體爐）以土法煉焦工藝生產的可燃固體產物。
　　在爐窯內不隔絕空氣的條件下，借助窯爐邊墻的點火孔人工點火，將堆放在窯內的煉焦煤點燃，靠煉焦煤自身燃燒熱量逐層將煤加熱（直接火加熱部分）；煤燃燒產生的廢氣與未燃盡的大量煤裂解產物形成的熱氣流，經窯室側壁的導火道繼續燃燒，并將部分熱傳入窯內（間接加熱部分）。高溫燃氣流（800℃〉則夾帶著未燃盡的煤裂解物 ──化學產品排入大氣。這個過程延續８～１１天，焦炭成熟，從人工點火孔注水熄焦、冷爐、扒焦。
　　土法煉焦結焦周期長、成焦率低、煤耗高、焦炭灰分高（燃燒一部分煤造成的）。煉焦化學產品或被燒掉或隨高溫廢氣流排入大氣，不僅不能綜合利用煉焦煤，還對大氣造成嚴重污染。
　　３、型焦
　　型焦是由煤粉等型焦用料加壓成型煤，再經炭化處理制成的，也有把型煤經氧化熱處理或型焦炭化爐氧化處理或自熱硬化處理制成型塊稱為型焦。根據處理的工藝方式，可分為冷壓型焦和熱壓型焦。
　　４、其它工藝生產
　　其它工藝生產焦炭，主要有連續徊轉窯、立式爐等爐型生產的焦炭。
　　（三）機械化煉焦爐及其主要附屬設備
　　１、焦爐爐體
　　焦爐爐體主要是用硅磚砌筑而成的，分成一至四個相連接的部分：爐頂、炭化室（兩側是燃燒室）、斜道、蓄熱室。
　　爐頂區設有炭化室裝煤孔、燃燒室火道看火孔以及荒煤氣導入集氣系統的上升管孔等。
　　炭化室是窄長的方型室，用以容納煤料。煤料可由裝煤孔或機側（搗固煉焦）裝入。
　　燃燒室在炭化室兩側，煤氣在其內燃燒，燃燒產生的熱量，經炭化室——燃燒室墻傳入炭化室，將煤料加熱至高溫煉成焦炭。
　　斜道是蓄熱室、 燃燒室火道間的氣流通道。
　　蓄熱室在炭化室及燃燒室下部，內填充有帶孔的格子磚。當下降氣流時，燃燒產生的高溫廢氣流將格子磚加熱，交換成上升氣流時，使通過蓄熱室的貧煤氣或空氣預熱后進入燃燒室。
　　一座焦爐由數十孔炭化室組成。
　　２、煤塔
　　設在焦爐兩爐組之間，貯存已粉碎好的煉焦配煤。
　　３、操作機械
　　1)裝煤車：
　　頂裝焦爐的裝煤車設在爐頂，其作用是從煤塔取出一定重量的煤料，通過炭化室頂部裝煤孔卸入炭化室內。
　　2)推焦機：
　　頂裝焦爐的推焦機有幾種作用：炭化室裝煤完畢后，煤落在室內成錐形，由推焦機上的平煤桿將煤推平；打開、清掃與關閉機側的爐門；將成熟的焦炭從炭化室的機側推到焦側的熄焦車上。
　　3)裝煤推焦車：
　　裝煤推焦車為搗固焦爐專用機械，其作用是將由搗固機搗成的煤餅推入炭化室，打開與關閉機側爐門，將成熟的焦炭推到熄焦車上。
　　4)攔焦車：
　　攔著從炭化室推出來的焦炭落到熄焦車上，并打開、清掃與關閉焦側的爐門。
　　5)熄焦車（或干法熄焦裝置）：
　　接受推出的赤熱焦炭，運到熄焦塔內噴水（或運到干法熄焦裝置用惰性氣體將余熱導走發電或補充管網的蒸汽），將赤熱焦炭熄滅，然后卸在涼焦臺上冷卻。
　　（四）煉焦用煤的選擇
　　焦炭的物理性能和它的化學成分，主要取決于所用的煤種和煉焦方法。
　　１、洗煤（或精煤）。從原料煤帶到焦炭中的灰分、硫和磷等雜質，對于煉鐵是極為有害的。為了除去這些雜質，就需要對原煤進行洗選，洗選后所得凈煤稱為洗煤或精煤。
　　２、配合煤。焦煤能夠單獨煉成很好的焦炭，有的煤種本身雖不能單獨煉成焦炭，但能與其它煤種配合煉成焦炭，這樣，將不同煤種按適當比例配合、混勻后的煤料稱為配合煤。
　　３、目前世界各國焦化廠幾乎都用配合煤方法煉焦，即以焦煤配合其它煤種（一至五、六種）進行煉焦。其原因是：
　　1)焦煤資源缺乏，用配合煤方法可以大量節約主焦煤。
　　2)焦煤的結焦性雖好，但有的主焦煤在煉焦時膨脹壓力較大，損害爐體，有的含雜質較多，用配合煤的方法可以解決上述問題。
　　3)焦煤的價格較高，用配合煤煉焦可以降低焦炭成本。
　　究竟哪些煤種能單獨煉焦，什么樣的配合煤比例能煉成優質焦炭，都要通過試驗確定。
　　（五）焦化生產的工藝流程
　　焦化生產的主要任務是生產優質的冶金焦供高爐冶煉使用，同時回收焦爐煤氣及焦爐煤氣中的化工產品。焦化生產工藝流程有多種，其中一種流程示意圖見圖10－1。

　　二、化學產品的回收
　　煉焦煤在焦爐炭化室內進行干餾時，在高溫作用下，煤質發生了一系列的物理化學變化，同時也析出了水蒸氣和煤氣（即荒煤氣）。煤氣由炭化室出來經上升管到集氣管，以循環氨水噴淋使煤氣降溫、冷卻，而分離出焦油和氨水；經吸氣管到回收車間的初冷器到鼓風機，煤氣經過冷卻和用各種吸收劑處理，可提取出焦油、氨、粗苯等化工產品，并得到凈化的焦爐煤氣，通常被送回焦爐加熱或其它冶金爐作燃料。另外還可以作合成氨的原料氣和民用城市煤氣。
　　煉焦化學產品具有極為廣泛的用途，是塑料工業、合成纖維、合成橡膠、耐輻射材料、耐高溫材料、染料、醫藥、農藥、冶金、化工、輕紡及國防工業的極為寶貴的原料。如：
　　１、輕工方面的塑料、合成洗滌劑、油墨、電池、皮革加工；
　　２、化工方面的橡膠、尼龍、染料、油漆、電木粉等；
　　３、農藥方面的殺螟松、速滅威、１６０５等；
　　４、醫藥方面的合霉素、麻黃素、咖啡因、巴必痛、阿司匹林、消炎片、來蘇兒、食品防腐劑等；
　　因此，發展煉焦化學產品生產在國民經濟中具有重要的作用，煤化工綜合利用有其廣闊的前景，開發煉焦化學產品是焦化廠提高經濟效益的重要途徑。

第二節  煉焦及化學產品分類及統計指標結構

　　一、煉焦化學產品的組成
　　煉焦化學產品的數量和組成隨煉焦過程（主要是煉焦方法和溫度）和原料的質量不同而變化，在工業生產條件下各種產品的產率（％）為（對干煤的重量百分比）：
　　焦炭　　　　　　　　　　　　　　７３～７８
　　回收煤氣　　　　　　　　　　　　１５～１９
　　焦油　　　　　　　　　　　　２．５～４．５
　　化合水　　　　　　　　　　　　　　  ２～４
　　粗苯　　　　　　　　　　　　０．８～１．２
　　氨　　　　　　　　　　  ０．２５～０．３５
　　其它　　　　　　　　　　　　０．９～１．１
　　二、焦炭的化學組成
　　焦炭的化學性質由固定碳、揮發分、水分、灰分、硫和磷分來體現。
　　１、固定碳和揮發份：固定碳是焦炭的主要成分。將焦炭再次隔絕空氣加熱到850℃以上， 從中析出揮發物，剩余部分系固定碳和灰分。揮發物含量是焦炭成熟度的重要標志，揮發物含量過高表示焦炭不成熟（生焦），揮發物含量過低表示焦炭過燒（過火焦）。生焦耐磨性差，使高爐透氣性不好，并能引起掛料、增加吹損，破壞高爐操作制度。過火焦易碎，容易落入熔渣中，造成排渣困難、風口燒壞等現象。
　　２、灰分：焦炭燃燒后的殘余物是灰分，它是焦炭中的有害雜質，其中主要是二氧化硅和三氧化二鋁，還有氧化鈣、氧化鎂等氧化物。灰分含量增高，固定碳減少。高爐冶煉過程中，為造渣所消耗的石灰石和熱量將增加，高爐利用系數降低，焦比增加。因煤在煉焦過程中灰分全部轉入焦炭，故焦炭灰分高低決定于煤的灰分，焦炭灰分越低越好，對高爐操作越有利。
　　３、水分：焦炭在102－105℃的烘箱內干燥到恒重后的損失量為水分。冶金焦水分一般為３％－５％。焦炭水分力求穩定，因高爐生產一般以濕焦計量，焦炭水分波動，對高爐操作不利，造成爐況波動。
　　４、硫分：焦炭含硫占高爐配料中硫來源的80％以上，硫進入生鐵造成生鐵含硫高，為除去這部分硫，需增加熔劑脫硫，影響高爐正常生產。在煉焦過程中，煤中含硫的70％－90％轉入焦炭，故焦炭硫分高低，決定于煤的硫分，一般冶金焦硫分不大于0.9％。
　　５、磷分：焦炭中的磷分在煉鐵時大部分轉入鐵中，生鐵含磷使其冷脆性變大，用于轉爐煉鋼時，磷難以除掉，因此生鐵中磷分越低越好。煤煉焦時磷分全部轉入焦炭。故焦炭磷分高低決定于煤的磷分。
　　三、焦炭的物理機械性質
　　高爐對焦炭的要求，應該是塊度均勻、耐磨性好和抗碎性強。焦炭的物理機械性質指標是篩分組成、耐磨性和抗碎性。
　　１、篩分組成：為使高爐透氣性好，焦炭塊度要均勻，因此焦爐生產的焦炭通常分為 >40毫米，25－40毫米的冶金焦，10－25毫米的小塊焦和 <10毫米的粉焦四級，全焦中冶金焦率通常為93％左右。
　　２、轉鼓試驗：為了試驗焦炭的耐磨性和抗碎性，通常采用轉鼓試驗。轉鼓試驗就是模仿焦炭在高爐冶煉過程中的撞擊、擠壓、研磨將一個十分復雜的受力情況，加以簡化的試驗方法。
　　在轉鼓中裝入 >60毫米的焦炭50千克，以每分鐘25轉速度轉動4分鐘， 然后取出焦炭在孔徑分別為40毫米和10毫米的圓孔篩上過篩，以 >40毫米和 <10毫米的重量各占試樣總重量的百分比為指標。前者以M40表示抗碎指標，后者以M10表示耐磨指標。

第三節　洗煤、煉焦及化學產品產量的統計

　　根據洗煤、 煉焦及化學產品生產的特點，對其產量計算作如下補充說明：
　　１、洗精煤包括構成焦炭產品本體的所有煤。
　　２、 洗精煤產量按計價（計量）水分計算，即超過計價水分要扣除， 不足計價水分要補足。 其計算公式為：

 洗精煤　　 含實際水分濕　　  1－濕洗精煤實際水（％）
產量（噸）＝洗精煤產量（噸）×───────────
　　　　  　　　　　　　　　　1－規定計價水分（％）

　　濕洗精煤實際水分為洗煤車間出廠分析的結果值。
　　３、焦炭產量按生產的全部焦炭折合成干焦計算。其中包括爐頭、爐尾焦以及符合本企業冶煉技術要求的數量，篩分后，塊度不小于25毫米的為冶金焦：10—25毫米的為小塊焦：小于10毫米的為粉焦。
　　４、化學產品產量應以企業的最終產品計算，不包括供下一工序精制的自用產量。因為有些產品，如粗苯、焦油等，在一些企業是最終產品，而在另一些企業則是尚待下一車間加工處理的原料（半成品或中間產品）。
　　５、煤氣（凈煤氣）可用凈煤氣產量（米3）計算，也可用熱值吉焦（GJ）計算，即用凈煤氣產量（米3） 乘凈煤氣平均低熱值（GJ/米3）求得；如用凈煤氣的體積來計算產量，則應換算為標準煤氣4280×4.1868×10-6（GJ/ｍ3）＝0.01792（GJ/米3）。

第四節　焦化工業生產主要技術經濟指標計算

　　（一）洗煤
　　１、洗精煤灰分
　　洗精煤灰分，是指洗精煤所含灰分在洗精煤中所占重量的百分比。其計算公式為：
　　　　　　　　  　洗精煤含灰分總量（噸）
洗清煤灰分（％）＝────────────　×100％
　　　　　　　　  　洗精煤產量（干基）（噸）
　　計算說明：
　　洗精煤灰分由發貨批料取樣化驗而得。匯總時，各批料應按加權算術平均計算。
　　２、洗精煤硫分
 洗精煤硫分， 是指洗精煤所含硫分在洗精煤中所占重量的百分比。其計算公式為：
　　　　　　　　  　洗精煤含硫分總量（噸）
洗精煤硫分（％）＝────────────　×100％
　　　　　　　　  　洗精煤產量（干基）（噸）
　　計算說明：
　　洗精煤硫分指標的計算，參照洗精煤灰分指標的計算說明。
　　３、洗精煤回收率
　　洗精煤回收率，是指洗選后的精煤占入洗原煤總量的百分比，其計算公式為：
　　　　　　　　　　  洗精煤產量(含計價水)(噸)
　　洗精煤回收率(％)＝────────────100％
  　　　　　　　　   入洗原煤總量(含計價水)(噸)
　　４、洗精煤耗原煤
　　洗精煤耗原煤，是反映每生產一噸洗精煤所耗用的原煤數量的指標。其計算公式為：
　　　　　　　　　　  原煤耗用量（含計價水）（噸）
　　洗精煤耗原煤 ＝ ───────────────
　　  （噸/噸）　　　 洗精煤產量（含計價水）（噸）
　　計算說明：
　　原煤耗用量包括途耗、庫耗等損耗在內。
　　５、洗精煤水分
 洗精煤水分，是指洗精煤所含水分占洗精煤總量的百分比，其計算公式為：
　　　　　　　　  　洗精煤含水分總量（噸）
洗精煤水分（％）＝─────────────×100％
　　　　　　　　  　洗精煤量（實物量）（噸）
　　計算說明：
　　參照洗精煤灰分指標的計算說明。
　　６、浮選精煤耗藥劑
　　浮選精煤耗藥劑，是指每浮選一噸精煤所消耗的藥劑數量的指標，其計算公式為：
浮選精煤耗藥劑　　　　藥劑消耗總量（千克）　
（千克/噸）＝ ──────────────────
　　　　　　　　 浮選洗精煤總產量（含計價水）（噸）
　　（二）配煤
　　１、配煤比
　　配煤比，是指在報告期內所消耗各種煤量占配合煤總量的百分比，其計算公式為：
　　　　　  　　 焦煤配入量（含計價水）（噸）
　　焦煤比(％)＝──────────────×100％
  　  　　　 　　配合煤總量（含計價水）（噸）
　  　　  　　   肥煤配入量（含計價水）（噸）
　　肥煤比(％)＝──────────────×100％
　　　　 　　   配合煤總量（含計價水）（噸）
　　　  　　　　瘦煤配入量（含計價水）（噸）
　　瘦煤比(％) ＝──────────────×100％
　　　　 　　   配合煤總量（含計價水）（噸）
　　　  　　　　　氣肥煤配入量(含計價水)(噸)
　　氣肥煤比(％)＝─────────────×100％
   　　　　 　　 　配合煤總量(含計價水)(噸)
　　　　  　　　　1/3焦煤配入量(含計價水)(噸)
　　1/3焦煤比(％)＝─────────────×100％
  　　　　 　　  　配合煤總量(含計價水)(噸)
 　　  　　　　　 其它煤配入量(含計價水)(噸)
　　其它煤比(％)＝─────────────×100％
  　　　　 　　　  配合煤總量(含計價水)(噸)
　　２、配合煤灰分
　　配合煤灰分，是指配合煤中所含灰分在配合煤總量中所占的百分比。其計算公式為：
　　　　　  　　　　 配合煤含灰總量（噸）
　　配合煤灰分(％)＝────────────×100％
　　   　　 　　　　配合煤總量（干基）（噸）
　　３、配合煤硫分
　　配合煤硫分，是指配合煤中含硫量在配合煤總量中所占百分比，其計算公式為：
　　　　　　　　　　  配合煤含硫總量（噸）
　　配合煤硫分(％)＝────────────×100％
　　　　　　　　 　　配合煤總量（干基）（噸）
　　４、配合煤水分
　　配合煤水分，是指配合煤中所含水分占配合煤總量的百分比，其計算公式為：
　　　  　　　　　　  配合煤含水總量（噸）
　　配合煤水份(％)＝────────────×100％
　　　　 　　　　　  配合煤（實物）總量（噸）
　　５、配合煤揮發分
　　配合煤揮發分，是指配合煤中所含揮發物的數量占配合煤總量的百分比，這項指標有干基和干燥無灰基兩種計算方法，其計算公式為：
　　配合煤揮發分　　 配合煤含揮發分總量（噸）
   （干基）（％）＝ ────────────×100％
　　　　 　　　　　　配合煤總量（干基）（噸）
　　配合煤揮發分  　 配合煤含揮發分總量（噸）
  (干燥無灰基)(％)＝────────────×100％
　　　　 　　　　　  配合煤總量（干基）（噸）
　　　　　　　　　　－配合煤含灰總量（噸）
　　６、配合煤膠質層指標（X、Y值）
　　X值是說明煤在受熱時的最終收縮量：Y值是膠質體厚度。均以毫米表示。
　　計算說明：
　　以上2—6項的數值均由化驗取得，用加權算術平均計算，但在數值波動不大時，也可用簡單算術平均計算。
　　７、配合煤細度
　　配合煤細度（細粉率），是指配合煤通過粉碎后檢驗煤料中不大于3毫米的煤所占的比例。其計算公式為：
　　配合煤  　粉碎后不大于3毫米的配合煤量（噸）
　　細度(％)＝────────────────×100％
　　　　 　　　　　　配合煤總量（噸）
　　計算說明：
　　煤的細度通過檢查取得，用加權算術平均計算，但在數值波動不大時，也可用簡單算術平均計算。
　　８、配合煤細度合格率、均勻系數
　　為了檢查配合煤各質量指標與規定要求的符合程度和均勻程度，企業還可以根據需要，計算配合煤細度合格率和配合煤均勻系數指標。其計算公式為：
　　配合煤細度　　總檢查次數－不合格次數
　　合格率（％）＝───────────×100％
　　　　　　　　　　　　總檢查次數
　　計算說明：
　　細度波動范圍按冶金部頒發的操作管理規程的規定執行。
配合煤灰分　　　  　　 總檢查次數－不合格次數
配合煤水分均勻系數 ＝ ────────────100％
配合煤揮發分　　　 　　　　  總檢查次數
　　計算說明：
　　1)配合煤灰分要求與理論計算值的波動范圍為±0.3％；配合煤水分要求與理論值的波動范圍為±1.0％； 配合煤揮發分要求與理論值的波動范圍為±0.7％； 。超過以上范圍的為不合格。
　　2)以上配合煤各種均勻系數指標，在配煤比變動的當班可不作考核。

[1]

[2]

[3]