煉焦工藝及技術(shù)指標ppt

1、煤炭煉焦,焦炭定義,焦炭是由黏結(jié)性煤在隔絕空氣的條件下加熱至1000℃左右干餾所得到的多孔性固體塊狀物，此過程稱為煤的高溫干餾，所得到的最終產(chǎn)物為焦炭、煤氣和煤焦油等，一般焦炭為主要目的產(chǎn)物。,焦炭作用,焦炭主要用于高爐煉鐵生產(chǎn)以及鑄造、造氣、電石生產(chǎn)和有色金屬冶煉等生產(chǎn)領(lǐng)域。全世界每年用于高爐生產(chǎn)的焦炭約占焦炭總產(chǎn)量的85%以上。,,土焦廠,,焦炭性質(zhì),包括焦炭的外觀與孔結(jié)構(gòu)、焦炭的化學(xué)組成、焦炭的物理機械性質(zhì)和焦炭的化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)。

2、成熟的焦炭，肉眼可以觀察到裂紋和氣孔，這就是焦炭的表觀性質(zhì)。裂紋分為縱裂紋和橫裂紋兩種。焦炭的裂紋和氣孔性質(zhì)影響焦炭的塊度、強度和化學(xué)反應(yīng)性能。,焦炭的工業(yè)分析,焦炭的工業(yè)分析包括水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳的測定，其測定方法與煤的工業(yè)分析基本相同。,水分Mt,剛出爐的焦炭不含水分，濕法熄焦時，焦炭的水分可高達6%以上，而采用干法熄焦，焦炭不含水分，因吸附大氣中的水汽使其含水約1%~1.5%。作為冶金焦使用，水分含量的波動會影響高爐的操作

3、。,灰分 Ad,灰分使焦炭的強度降低。焦炭灰分每升高1%,高爐熔劑消耗量約增加4%，爐渣量約增加3%，每噸生鐵消耗焦炭量增加1.7%~2.0%，生鐵產(chǎn)量降低約2.2%~3.0%。因此，降低煉焦煤的灰分對提高焦炭的質(zhì)量具有重要意義。,揮發(fā)分Vdaf和固定碳FCd,焦炭的殘余揮發(fā)分是焦炭成熟度的標志，成熟良好的焦炭揮發(fā)分為0.9%~1.0%左右。當焦炭的揮發(fā)分大于1.2%時，則表明煉焦不成熟。成熟度不足的焦炭耐磨性差，影響其強度，過熟的焦炭

4、其塊度將受到影響。,焦炭質(zhì)量指標,我國目前焦化企業(yè)的冶金焦質(zhì)量為：水分（Mad）大多數(shù)廠控制在6%以下；灰分（Ad）在11%~15%之間；揮發(fā)分（Vdaf）控制在0.9%~1.6%之間。,焦炭的元素分析組成,包括 C、H、O、N、S、P。 我國目前焦化企業(yè)硫分St一般控制在0.4%~0.6%，多數(shù)大企業(yè)控制在0.5%以下。,焦炭的物理機械性質(zhì),焦炭在高爐煉鐵過程中的作用要求焦炭具有適當?shù)膲K度和較高的強度，焦炭塊度大小與均勻性受焦

5、炭強度的影響，因此，焦炭的強度是焦炭質(zhì)量的重要指標。,焦炭的篩分組成與平均粒度,我國現(xiàn)行冶金焦質(zhì)量標準規(guī)定粒度40mm稱為大塊焦，25~40mm為中塊焦，>25mm為大中塊焦。,焦炭的強度,目前評價焦炭強度的方法是采用各種轉(zhuǎn)鼓試驗來測定焦炭的強度?？顾閺姸扔肕40表示,,耐磨強度用M10表示,焦炭熱強度,為了能夠評價焦炭在高溫作用及受化學(xué)作用之后的焦炭強度，世界各國還發(fā)展了焦炭的高溫機械強度和反應(yīng)后強度的測定方法。,我國冶金焦炭

6、質(zhì)量標準,焦炭的化學(xué)反應(yīng)性能,盡管不同用途的焦炭在使用過程所發(fā)揮的作用不完全相同，但是在使用過程中都存在焦炭與O2、CO2或水蒸氣之間的化學(xué)反應(yīng)，焦炭在與這些氣體之間反應(yīng)過程中所表現(xiàn)出的化學(xué)反應(yīng)性能的大小，對焦炭的應(yīng)用有重要的影響。對于冶金焦或鑄造焦，反應(yīng)性越低越好。,焦炭化學(xué)反應(yīng)性與測定方法,焦炭與CO2或水蒸氣反應(yīng)速度稱為焦炭的化學(xué)反應(yīng)性，可以用反應(yīng)后氣體中CO和CO2的百分濃度來表示，也可以用在一定反應(yīng)條件下，反應(yīng)一段時間后所消耗

7、的焦炭量占參加反應(yīng)的焦炭量的百分率來表示。 G0------參加反應(yīng)的焦炭試樣質(zhì)量，kg G1------反應(yīng)后殘存焦炭質(zhì)量，kg,焦炭反應(yīng)后強度,焦炭的高溫轉(zhuǎn)鼓試驗受試驗條件制約。具體方法是將經(jīng)CO2反應(yīng)后的焦炭先用氮氣冷卻，然后全部裝入特定的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進行轉(zhuǎn)鼓試驗。焦炭的反應(yīng)性與煤的變質(zhì)程度和煤的巖相組成之間有著密切的關(guān)系。,高爐用焦炭,高爐的作用是利用焦炭燃燒產(chǎn)生的還原性氣

8、體CO，將鐵礦石還原冶煉得到生鐵。焦炭在高爐內(nèi)發(fā)揮的作用可歸納為三個方面：①高溫熱源作用；②提供還原劑的作用；③疏松骨架作用。,,在高爐爐料中，焦炭約占高爐有效容積的50%，因此焦炭在爐內(nèi)的塊度、強度以及焦塊在高爐下部的停留時間，對高爐的透氣性有直接的影響。隨著高爐冶煉技術(shù)的不斷進步，高爐向大型化放向發(fā)展并采用噴吹技術(shù)，使得高爐用焦炭量減少，導(dǎo)致焦炭所起的骨架作用顯得重要。,鑄造焦,鑄造焦用于沖天爐（也稱化鐵爐）作燃料。焦炭的主要作用

9、就是提供熱量，并對鐵水進行滲透。因為沖天爐內(nèi)不易脫硫，故鑄造焦要求含硫量低。鑄造焦在沖天爐內(nèi)要經(jīng)受下落的鐵塊的沖擊，并承受重力和摩擦力的作用，因此對鑄鐵焦的強度要求更高，生產(chǎn)工藝以搗固煉焦為主。,,煉焦原理與配煤煉焦,煉焦爐,焦爐炭化室內(nèi)的結(jié)焦過程,焦爐的炭化室是帶一定錐度的窄長空間，煤料在炭化室內(nèi)受兩側(cè)爐墻傳遞的熱量加熱，結(jié)焦過程從炭化室的兩側(cè)爐墻向炭化室中心逐漸推移，該過程具有以下三個特點：側(cè)向供熱，成層結(jié)焦；結(jié)交過程中，各層爐

10、料的供熱性能隨溫度的變化而變化；炭化室內(nèi)物料產(chǎn)生膨脹壓力。,成層結(jié)焦與溫度變化,因為焦爐炭化室的側(cè)向供熱，且爐料導(dǎo)熱系數(shù)低，溫度梯度較大。靠近爐層附近的煤先結(jié)成焦炭，而后焦炭層逐漸向炭化室中心推移，這就是所謂的“成層結(jié)焦。,炭化室內(nèi)膨脹壓力,炭化室內(nèi)的膨脹壓力的產(chǎn)生是因為成層結(jié)焦，兩個大體上平行于兩側(cè)爐墻面的塑性層從兩側(cè)向炭化室中心移動，在炭化室內(nèi)煤料的上層和下層同樣也形成塑性層，圍繞中心煤料形成的塑性層如同一個膜袋，膜袋內(nèi)的煤熱解產(chǎn)

11、生氣體，產(chǎn)生膨脹壓力。,煉焦配煤與工藝條件,工業(yè)煉焦必須采用多種配煤合練焦，將多種煉焦沒按適宜的比例配合，然后再裝爐煉焦，故稱為配煤煉焦。煉焦配煤的意義：取長補短，符合焦爐的生產(chǎn)要求，生產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的優(yōu)質(zhì)焦炭，兵副產(chǎn)煉焦化學(xué)產(chǎn)品，實現(xiàn)煤炭資源的合理利用。,配煤的一般原則,符合本區(qū)域內(nèi)煤炭資源的組成，有利于擴大煉焦煤源，同時縮短平均運距，避免造成運力浪費。煤源的數(shù)量可靠、質(zhì)量穩(wěn)定。配煤質(zhì)量應(yīng)與煤料的預(yù)處理工藝及煉焦條件相適應(yīng)，使焦

12、炭的質(zhì)量達到規(guī)定的指標，在保證焦炭的質(zhì)量的前提下，盡量多配用高揮發(fā)分煤，以充分利用煤炭資源并有利于增產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品。,煉焦配煤的質(zhì)量要求,配煤的質(zhì)量要求主要包括配煤的灰分、硫分、煤化程度和黏結(jié)性指標等，其中煤化程度和黏結(jié)性指標被稱為煉焦的配煤參數(shù)。,配合煤的灰分和硫分,成焦過程中，煤料中的礦物質(zhì)以灰分形式全部轉(zhuǎn)入焦炭，而煤料中的硫分一部分殘留在焦炭中，另一部分轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硫化物進入煤氣。根據(jù)焦炭灰分和硫分的要求，計算出配合煤的灰分和硫分，配合

13、煤料的灰分應(yīng)小于9%（干基）。,配合煤的煤化度指標,煤化度指標是用來控制焦炭強度和塊度的重要配煤參數(shù)。表征煤化度的指標可用揮發(fā)分Vdaf等指標。煤化度過低，焦炭的平均粒度小，抗碎強度低，而且焦炭的氣孔率高，各向異性程度低，焦炭質(zhì)量不好。煤化度過高時，雖然焦炭的各向異性程度可以提高，但是，由于煤料的黏結(jié)性變差，成焦過程中熔融不好，焦炭的耐磨強度降低，煤化度的合適范圍為Vdaf=28%~32%。,配合煤的黏結(jié)性指標,煤黏結(jié)性指標較多，有黏

14、結(jié)指數(shù)G、最大膠質(zhì)層厚度Y、最大流動MF以及總膨脹度bt。 我國過去一直采用最大膠質(zhì)層厚度Y作為黏結(jié)性指標，其合適的范圍是：Y=17~22mm。1975年以后，提出了粘結(jié)指數(shù)G指標，推薦采用該指標指導(dǎo)配煤，G=58~72。配合煤料的Y值或G值可直接測定，也可按加和性進行計算。,配合煤的膨脹壓力,膨脹壓力的大小沒有理論計算的方法，配合煤的膨脹壓力不具有加和性，只能用實驗的方法加以測定。,備煤煉焦工藝條件,煤料細度：煉焦配煤的細度是指煤

15、料粉碎后小于3mm的煤料質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比。常規(guī)煉焦條件下要求細度在80%左右。搗固煉焦細度一般大于85%。,,裝爐煤堆密度和水分：提高裝爐煤的堆密度，有利于提高焦炭的質(zhì)量，同時提高焦爐的生產(chǎn)能力。采用煤搗固、煤干燥預(yù)熱、配型煤等煉焦方法，都可以在不同程度上提高轉(zhuǎn)爐堆密度和焦炭強度。,,煉焦速度：煉焦速度是指焦爐炭化室的平均寬度與其對應(yīng)的結(jié)焦時間的比值。煉焦速度對焦炭質(zhì)量具有一定的影響。,,煉焦溫度與燜爐時間：煉焦溫度是指結(jié)焦末期炭化

16、室焦餅中心溫度。燜爐是指煤料到達煉焦溫度后，延長焦炭在炭化室內(nèi)的停留時間，使焦炭繼續(xù)受高溫作用。提高煉焦最終溫度或延長燜爐時間，可以提高煤的干餾程度，使焦炭的結(jié)構(gòu)更加致密，碳結(jié)構(gòu)中氫含量減少，焦炭的耐磨強度和反應(yīng)后強度均得到相應(yīng)提高，但抗碎強度稍有下降。,煉焦爐及生產(chǎn)過程,早期的煉焦爐石一種半開式的磚窯，通過燃燒干餾煤氣和部分煤將煤直接加熱而干餾成焦炭，用這種方式煉焦，焦炭產(chǎn)率低、灰分高、成熟度不均勻。1906年開始，現(xiàn)代焦爐的設(shè)計用單

17、獨橫蓄熱室對燃燒的空氣或低熱值煤氣進行預(yù)熱。,焦爐發(fā)展方向,增大炭化室的尺寸，實現(xiàn)焦爐的大型化，有以下優(yōu)點：單位產(chǎn)量的基建投資省。勞動生產(chǎn)率提高，炭化室6m的焦爐比炭化室高4.3m的焦爐生產(chǎn)率提高30%。裝爐堆密度增加，有利于改善焦炭質(zhì)量，擴大煉焦煤源。減少焦爐的出爐次數(shù)，大大減少了煉焦生產(chǎn)對大氣的污染。減少焦爐的維修和維護費用。提高焦爐的熱工效率。,煉焦爐生產(chǎn)操作,煉焦爐的生產(chǎn)操作包括焦爐的出爐操作和焦爐的加熱管理，前者包

18、括焦爐的裝煤、出焦和熄焦操作，后者則是對焦爐正常加熱進行調(diào)溫、調(diào)壓等管理操作。,（一）焦爐的出爐操作,出爐操作是保證焦爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、長壽的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時出爐操作過程中還應(yīng)加強對煙塵排放的控制。裝煤操作：裝煤操作是通過加熱車從焦爐的煤塔受煤，然后將煤加入炭化室。推煤：推煤是把成熟焦炭推出炭化室的操作。,熄焦,濕法熄焦： 早期建設(shè)的焦化廠絕大多數(shù)采用該方法。濕法熄焦操作是用熄焦水泵將大量的冷卻水通過熄焦塔直接噴灑在焦炭上，使焦

19、炭的溫度降至室溫，一般全焦水分不大于6%。,,干法熄焦： 高溫焦炭攜帶的熱量占煉焦耗熱量的40%左右，在濕法熄焦過程中，這部分熱量不僅損失，而且消耗大量的熄焦水，熄焦過程還對大氣產(chǎn)生污染。,,干法熄焦原理是利用惰性氣體（主要是N2）將灼熱的焦炭冷卻，被加熱后的惰性氣體經(jīng)廢熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽回收熱量，惰性氣體降溫后再循環(huán)使用。,,干法熄焦除具有回收熱量、改善熄焦的操作環(huán)境外，還可提高焦炭強度、降低反應(yīng)性以及提高塊度的均勻化。但是干法熄焦的

20、設(shè)備及基建投資大，故影響了其發(fā)展。發(fā)展干熄焦是今后新建大型焦爐及現(xiàn)有大型焦化廠技改的重要方向。,焦爐的加熱管理,具體任務(wù)是要求按規(guī)定的焦爐結(jié)焦時間、炭化室裝煤量、裝煤水分、加熱煤氣的性質(zhì)和溫度以及焦爐爐體和加熱設(shè)備的狀況等實際情況，測量并調(diào)節(jié)焦爐加熱系統(tǒng)各控制點的溫度、壓力等，實現(xiàn)全爐所有炭化室在規(guī)定的結(jié)交時間內(nèi)均勻成焦，焦爐均衡生產(chǎn)并達到穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)、低耗、長壽的目的。,焦爐的熱工評定,評價焦爐熱工操作的好壞，除考核分析焦爐溫度和壓力制

21、度的合理性、加熱溫度均勻性和穩(wěn)定性指標外，焦爐對加熱量利用效率是另一項重要的考核指標。焦爐熱效率η熱=（Q總－Q廢）／Q總×100% Q廢：隨廢氣帶走的熱量，含不完全燃燒熱損失 對于現(xiàn)代大型焦爐，η熱=79%~85%。,非常規(guī)煉焦技術(shù),一、配型煤煉焦 配型煤煉焦是在煉焦爐煤料中配入一定比例的型煤，進行煉焦的技術(shù)。1980年我國寶鋼從日本新日鐵公司引進了配型煤煉焦技術(shù)和設(shè)備，并在國內(nèi)首次大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。,配型煤

22、煉焦提高焦炭質(zhì)量的基本原理,（1）配入成型煤塊后，提高了裝爐煤料的密度，減少了焦炭的裂紋，提高焦炭的強度。（2）型煤塊中配有一定量黏結(jié)劑，從而改善了煤料的黏結(jié)性能，對提高焦炭質(zhì)量有利。,配型煤煉焦的效果和影響因素,當型煤配比為20%時，堆密度提高5.9%；配比達30%時，堆密度提高8.1%。配型煤煉焦，結(jié)焦時間也要相應(yīng)延長，型煤配比為20%時，結(jié)焦時間要延長4.3%；配比增加到30%，結(jié)交時間延長7.1%。,,隨配比增加，焦炭強度提

23、高。大約配比每增加10%，強度升高0.4%~0.55%，當配比達40%~50%時，強度達到最大值。膨脹壓力隨型煤配比的增加而提高。,二、搗固煉焦,搗固煉焦至今已有100多年的歷史，它是各種非常規(guī)煉焦技術(shù)中發(fā)展較為完善的一種煉焦方法。該方法是將配合煤料在搗固箱內(nèi)搗成體積率小于炭化室的整體煤餅后，由托板從焦爐的機側(cè)推入炭化室內(nèi)煉焦。其有利于多配入高揮發(fā)分弱粘結(jié)煤，并改善和提高焦炭的質(zhì)量。,搗固煉焦的特點,①擴大煉焦煤源②提高焦炭質(zhì)量③

24、提高焦炭產(chǎn)量 搗固煉焦的裝爐煤堆密度是常規(guī)頂裝爐煤料堆密度的1.4倍左右，而結(jié)焦時間延長為常規(guī)頂裝工藝的1.1~1.2倍，故焦炭產(chǎn)量增加,煤干燥煉焦,煤干燥后煉焦，是將焦爐煤的水分干燥至4%~5%后，即對裝爐煤進行干燥調(diào)濕，再裝爐煉焦。由于煤料水分降低，降低了煤料間水分表面張力，增加了煤料顆粒之間的潤滑，可以提高裝爐煤的堆密度，又因為水分降低，結(jié)焦時間縮短，煉焦速度提高，改善了煤料的粘結(jié)性，提高了焦炭的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低煉焦耗熱量，而

25、且也可以降低火道溫度以減少NOx，排放量，同時也減少了焦化廠的剩余氨水量。,煤預(yù)熱煉焦,煤預(yù)熱煉焦，是指煉焦煤料在爐外預(yù)熱到200℃左右，然后裝入碳化室內(nèi)的煉焦。煤預(yù)熱煉焦的優(yōu)點明顯：煤預(yù)熱煉焦可以增加氣煤的用量，改善焦炭質(zhì)量；煤預(yù)熱煉焦可以縮短結(jié)焦時間，提高焦爐的生產(chǎn)能力，煤料預(yù)熱到250℃裝爐，可以使焦爐的生產(chǎn)能力增加35%以上。煤料預(yù)熱后不含水分，這樣可大大減少焦化廠剩余氨水的處理量和含酚廢水的外排量。,型焦生產(chǎn),型焦就是將非粘結(jié)

26、性煤成型后，再進一步炭化制成型焦，用以代替普通冶金焦。型焦成型工藝按成型時煤料狀態(tài)可分為冷壓成型和熱壓成型。型焦生產(chǎn)的優(yōu)勢是可以利用高揮發(fā)分煙煤或部分利用低揮分弱黏結(jié)煤生產(chǎn)符合高爐生產(chǎn)要求的冶金焦。因此對于擴大煉焦煤源具有重要意義。,煉焦化學(xué)產(chǎn)品的回收與煤氣凈化,煤在煉焦時產(chǎn)生的氣體和液體產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)入為荒煤氣?；拿簹饨?jīng)凈化回收后，可將化學(xué)產(chǎn)品從中分解出來，得到焦油、粗笨、硫胺（氨水）、粗輕砒啶、硫氰化物、黃血鹽等化工原料和產(chǎn)品。,,從焦

27、爐氣中冷凝下來的煤焦油，其中含有上萬種有機化合物，95%為芳香族化合物。全世界每年從煤焦油中提取約為500萬噸化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于塑料、合成纖維、染料、合成橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)。,,經(jīng)過回收凈化后的焦爐煤氣主要含有H2、CH4、和CO等氣體。凈焦爐煤氣是高熱值的燃氣，可用做為工業(yè)及民用燃料，也可以作為生產(chǎn)甲醇等產(chǎn)品的原料,煉焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率,煉焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和數(shù)值隨干餾溫度及原煤性質(zhì)變化而變化。,高溫干餾產(chǎn)品產(chǎn)率,經(jīng)回收化學(xué)產(chǎn)

28、品和凈化后的焦爐煤氣組成,影響煉焦化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率的因素,煤氣的產(chǎn)率G（%）與配煤的揮發(fā)分有關(guān) 式中 α:與煤中有關(guān)的系數(shù)（氣煤α=3，焦煤α=3.3）； Vdaf——配煤的無水無灰基揮發(fā)分，%。,,配煤的揮發(fā)分和煤的變質(zhì)程度決定焦油的產(chǎn)率。 T=－18.36+1.53Vdaf－0.026V²daf式中 T——焦油產(chǎn)率，%。,焦爐操作條件的影響,煉焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率受到焦爐操作溫度、壓力和停留時間

29、等因素的影響，其最主要的影響因素是爐墻溫度和炭化室頂部空間溫度。提高爐墻溫度將使焦油中的苯族烴量減少，而萘、蒽、瀝青和游離碳的含量增加。,,若炭化室頂部空間溫度過高，焦化和粗笨產(chǎn)率由于熱解作用而降低，高溫化合水的產(chǎn)率卻增加。焦爐操作壓力對化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率和組成也有一定影響。當炭化室內(nèi)形成負壓時，空氣被吸入，引起部分化學(xué)產(chǎn)品在炭化室內(nèi)燃燒，導(dǎo)致煤氣質(zhì)量下降。,煉焦化學(xué)產(chǎn)品的回收的典型流程,煤氣的冷卻和輸送以及焦油氨水的分離,荒煤氣從炭化室