煉焦

煉焦

煉焦是指煉焦煤在隔絕空氣條件下加熱到1000℃左右(高溫乾餾),通過熱分解和結焦產生焦炭、焦爐煤氣和其他煉焦化學產品的工藝過程。冶金焦炭含碳量高,氣孔率高,強度大(特別是高溫強度),是高爐煉鐵的重要燃料和還原劑,也是整個高爐料柱的支撐劑和疏鬆劑。煉焦副產的焦爐煤氣發熱值高,是平爐和加熱爐的優良氣體燃料,在鋼鐵聯合企業中是重要的能源組分。煉焦化學產品是重要的化工原料。因此煉焦生產是現代鋼鐵工業的一個重要環節。

發展

自20世紀80代以來,隨著我國經濟的快速發展,我國的煉焦產業也進入了一個快速發展期。

1991年,我國的焦炭產量躍居世界第一,1994年,我國焦炭年產量首度超過1億噸,到2000年,我國焦炭出口量占到世界焦炭貿易量的60%,成為全球最大的焦炭生產國。

截至2011年末,我國煉焦產業規模以上企業有733家,資產總額達5982.22億元,同比增長24.32%。2011年,煉焦產業實現銷售收入6212.91億元,同比增長35.72%;實現利潤總額178.77億元,同比增長26.14%。從企業經濟類型來看,私營企業數量最多,其企業數量占行業的52.52%,資產占行業的33.11%。

隨著國內及世界鋼鐵工業迅猛發展,其對煉焦產品的需求急劇增長,投資日趨升溫,行業產能迅速擴張。但是煉焦產業資源消耗高,生產排放大,特別是排放物中有害物質多,造成嚴重的資源浪費和環境污染,對國民經濟健康可持續發展帶來巨大壓力,從而也阻礙了煉焦產業的快速發展。

為了加快調整煉焦產業結構,使焦化企業向規模化、現代化、環保型方向發展,國家制定了“焦化行業準入條件”標準。如企業的焦爐炭化室高4.3m以上(含4.3m),規模能力60萬噸以上,環比基本達到國家要求等,經省級環保部門核實推薦和專家組評議標準合格,可進入“焦化行業準入條件”行列,並由主管部門發布。

近幾年來,全國各煉焦大省也先後按照國家政策,加大了調整煉焦產業結構的力度。山西省在淘汰2600多萬噸的土焦、改良焦的基礎上,又淘汰了一批落後的小焦爐;內蒙古自治區關掉小焦爐20多座,河南省關掉落後焦爐生產企業20多家,貴州省關掉落後焦爐生產企業19家,黑龍江、山東、雲南等省淘汰落後焦爐都取得了較大的成績。

簡介

煉焦 煉焦

裝爐煤經過高溫乾餾轉化為焦炭、焦爐煤氣和化學產品的工藝過程。即煤炭焦化。指主要從硬煤和褐煤中生產焦炭、煤氣、乾餾炭及煤焦油或瀝青等副產品的煉焦爐的操作活動。

根據最終溫度,有高溫煉焦(900~1100℃)、中溫煉焦(660~750℃)和低溫煉焦(500~580℃)。通常指高溫煉焦。

現代煉焦生產在焦化廠煉焦車間進行。煉焦車間一般由一座或幾座焦爐及其輔助設施組成,焦爐的裝煤、推焦、熄焦和篩焦組成了焦爐操作的全過程,每個爐組都配備有裝煤車、推焦車、攔焦機、熄焦車和電機車,一側還應設有焦台和篩焦站。開發的煉焦新工藝還有:配入部分型煤煉焦的配型煤工藝、用搗固法裝煤的煤搗固工藝、煤預熱工藝等。

產品

煉焦 煉焦

⑴焦炭。煉焦最重要的產品,大多數國家的焦炭90%以上用於高爐煉鐵,其次用於鑄造與有色金屬冶煉工業,少量用於製取碳化鈣、二硫化碳、元素磷等。在鋼鐵聯合企業中,焦粉還用作燒結的燃料。焦炭也可作為製備水煤氣的原料製取合成用的原料氣。

⑵煤焦油。焦化工業的重要產品,其產量約占裝爐煤的3%~4%,其組成極為複雜,多數情況下是由煤焦油工業專門進行分離、提純後加以利用

⑶煤氣和化學產品。氨的回收率約占裝爐煤的0.2%~0.4%,常以硫酸銨、磷酸銨或濃氨水等形試作為最終產品。粗苯回收率約占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有機合成工業的原料。硫及硫氰化合物的回收,不但為了經濟效益,也是為了環境保護的需要。經過淨化的煤氣屬中熱值煤氣,發熱量為17500kj/Nm3左右,每噸煤約產煉焦煤氣300~400 m3,其質量約占裝爐煤的16%~20%,是鋼鐵聯合企業中的重要氣體燃料,其主要成分是氫和甲烷,可分離出供化學合成用的氫氣和代替天然氣的甲烷。

簡史

中國明代以前就已採用土窯煉焦,並用焦炭冶鐵。到20世紀初,經過發展的土窯有圓窯和長窯兩種,前者適用於地下水位不高、煤結焦性較好的地區;後者因爐底高於地面,操作受地下水的影響較小,結焦時間較短,適用於多雨而煤結焦性略差的地區。土窯的特點是結焦室和燃燒室不分開,煉焦熱源靠煤乾餾時產生的煤氣和部分煤料燃燒提供,因而成焦率低,焦炭灰分高,結焦時間長(約8~12晝夜),化學產品不能回收利用,對大氣污染嚴重。後經改進,出現一種帶固定拱頂的圓窯,稱為蜂窩式煉焦爐(圖1)。每孔爐的裝煤量5~7噸,結焦時間48~72小時。焦炭在爐內熄火,最初用人工出焦,後來改為機械化出焦。

煉焦 煉焦

19世紀中葉出現了倒焰式煉焦爐。倒焰爐的炭化室和燃燒室用磚牆分開,但上部相通,使炭化室發生的煤氣轉入燃燒室,並從燃燒室上部引入空氣,使煤氣燃燒,火焰由上“倒焰”而下,經爐底煙道排入煙囪。這種煉焦爐不回收化學產品,加熱用煤氣量不能調節,結焦末期煤氣產量小,供熱不足。

結焦機理

煉焦 煉焦

煤的有機質基本結構單元,是以芳香族稠環為主體,周圍連線側鏈雜環和官能團的大分子。煤在結焦過程中受熱到350~480℃,大分子劇烈分解,斷裂後的側鏈繼續裂解,其中分子量小的呈氣態,分子量適中的呈液態,分子量大的和不熔組分呈固態,相互滲透的三相物組成膠質體。煤的粘結性強弱,取決於膠質體的數量以及流動性和熱穩定性。當溫度繼續升高到 450~550℃時,液相產物進一步分解,其中一部分又呈氣態析出,剩餘部分逐漸變稠,與分散的固相顆粒融成一體,最後縮聚並固化,形成半焦。在這過程中,氣態產物通過膠質體逸出,產生膨脹壓力,使固體顆粒結合得更加牢固。聚積在膠質體中的氣態產物則形成氣孔。當溫度進一步升高到700~1000℃時,半焦主要析出氣體,碳網繼續縮聚,體積變小,焦質變硬,形成多孔的焦炭。這時,熱解產物已無液相出現。由於半焦的收縮,各點的溫度和升溫速度不同,使收縮量和收縮速度不均,產生焦炭裂紋。

生產工藝

煉焦 煉焦

有下述程式:煉焦煤料的製備簡稱備煤,是將煤礦運來的各種精煤(或低灰分原煤)製備成配比準確、粒度適當、質量均一、符合煉焦要求的煤料。一般包括:卸煤、貯存和混勻、配合、粉碎和混合,並將製備好的煤料送到焦爐貯煤塔。嚴寒地區,還應有解凍庫和破凍塊設備。煉製優質焦炭,必須對備煤操作給予足夠的重視。把煤混勻好,提高配煤的準確度,使煤質波動最小,保證焦炭的化學成分和物理機械性能的穩定,以穩定焦炭質量。因此配煤設備必須準確地按給定值配煤;配煤槽要均勻連續下煤。煤中雜物要除淨,水分不能過高。煤料的合理粉碎,可以有效地提高焦炭的機械強度。必須根據具體情況對不同的煤料確定最適宜的粉碎粒度。

改進備煤流程,是擴大煉焦煤源和改善焦炭質量的途徑。中國絕大多數焦化廠都採用先按規定比例配合的混合粉碎流程。這種流程不能根據各種煤的硬度差異分別進行處理,因此只適用於粘結性較好、煤質較均勻的煉焦煤料。較新的備煤流程有三種:①單獨粉碎流程,是將各種煤先單獨進行粉碎,然後按規定的比例配合,再進行混合;②分組粉碎流程,是先將硬度相近的各煤種,按比例配合成組,各組分別送往各自的粉碎機粉碎到要求的粒度,再進行混合;③選擇粉碎流程,是將粉碎到一定程度的煤過篩,將篩出的粗粒級組分進行再粉碎,這樣可使粘結性差、惰性物含量高的粗粒級組分粉碎得較細,避免粘結性好的岩相組分過度粉碎。

已經製備好的煤料從煤塔放入裝煤車,分別送至各個炭化室裝爐。乾餾產生的煤氣經集氣系統,送往化學產品回收車間加工處理。經過一個結焦周期(即從裝爐到推焦所需的時間,一般為14~18小時,視炭化室寬度而定),用推焦機將煉製成熟的焦炭經攔焦機推入熄焦車;熄焦後,將焦炭卸入涼焦台;然後篩分、貯藏。

煉焦車間一般由兩座煉焦爐組成一個爐組。兩座煉焦爐布置在同一中心線上,中間設一個煤塔。一個爐組配有相應的焦爐機械──裝煤車、推焦機、攔焦機、熄焦車和電機車;還配備一套熄焦設施,包括熄焦塔、熄焦泵房、粉焦沉澱池及粉焦抓鬥等,布置在爐組的端部。熄焦塔中心與爐端炭化室中心的距離一般不小於40米。如採用乾法熄焦,則需設乾熄焦站。煉焦車間還裝備有必要的管道和換向系統。

焦炭處理

從煉焦爐出爐的高溫焦炭,需經熄焦、涼焦、篩焦、貯焦等一系列處理。為滿足煉鐵的要求,有的還需進行整粒。

熄焦

有濕法熄焦和乾法熄焦兩種方式。前者是用熄焦車將出爐的紅焦載往熄焦塔用水噴淋。後者是用180℃左右的惰性氣體逆流穿過紅焦層進行熱交換,焦炭被冷卻到約200℃,惰性氣體則升溫到800℃左右,並送入餘熱鍋爐,生產蒸汽。每噸焦發生蒸汽量約400~500公斤,乾法熄焦可消除濕法熄焦對環境的污染,提高焦炭質量,同時回收大量熱能,但基建投資大,設備複雜,維修費用高。

涼焦

將濕法熄焦後的焦炭,卸到傾斜的涼焦檯面上進行冷卻。焦炭在涼焦台上的停留時間一般要30分鐘左右,以蒸發水分,並對少數未熄滅的紅焦補行熄焦。

篩焦

根據用戶要求將混合焦在篩焦樓進行篩分分級。中國鋼鐵聯合企業的焦化廠,一般將焦炭篩分成四級,即粒度大於40毫米為大塊焦,40~25毫米為中塊焦,25~10毫米為小塊焦,小於10毫米為粉焦。通常大、中塊焦供冶金用,小塊焦供化工部門用,粉焦用作燒結廠燃料。

貯焦

將篩分處理後的各級焦炭,分別貯存在貯焦槽內,然後裝車外運,或由膠帶輸送機直接送給用戶。

整粒將大於80(或75)毫米級的焦炭預先篩出,經切焦機破碎後再過篩,得到粒度80~25(或75~25)毫米級焦炭用於煉鐵。這樣可以提高焦炭粒度的均勻性,並避免大塊焦炭沿固有的裂紋在高爐內碎裂,從而提高焦炭的機械強度,有利於煉鐵生產。

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