| 词条 | 炼焦 |
| 释义 | § 炼焦 § 正文 炼焦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。冶金焦炭含碳量高,气孔率高,强度大（特别是高温强度），是高炉炼铁的重要燃料和还原剂，也是整个高炉料柱的支撑剂和疏松剂。炼焦副产的焦炉煤气发热值高，是平炉和加热炉的优良气体燃料，在钢铁联合企业中是重要的能源组分。炼焦化学产品是重要的化工原料。因此炼焦生产是现代钢铁工业的一个重要环节。 简史 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，称为蜂窝式炼焦炉(图1)。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。 炼焦 19世纪中叶出现了倒焰式炼焦炉（图2）。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。 炼焦 1881年，在德国建成了第一座回收化学产品的炼焦炉，把回收化学产品后的净煤气送回燃烧室加热，保证了煤气供应。在其发展初期，燃烧后的废气直接进入烟囱，没有回收废热，炼焦炉的热效率很低。1883年，德国霍夫曼（G.Hoffmann）第一个将平炉的西门子蓄热室用于炼焦炉。1904年出现了带横蓄热室的炼焦炉，燃烧所需的空气在蓄热室内经过预热进入火道,因此,炉子加热只消耗炼焦所得煤气的50％，大大提高了热效率。至此已具备了现代炼焦炉的雏形。此后，各国对炼焦炉的结构作了许多改进，逐步提高了操作的机械化水平，炼焦炉日趋大型化。为了节省高热值的焦炉煤气，炼焦炉还可利用低热值的高炉煤气或发生炉煤气加热。 结焦机理 煤的有机质基本结构单元，是以芳香族稠环为主体，周围连接侧链杂环和官能团的大分子。煤在结焦过程中受热到350～480℃，大分子剧烈分解，断裂后的侧链继续裂解,其中分子量小的呈气态,分子量适中的呈液态,分子量大的和不熔组分呈固态,相互渗透的三相物组成胶质体。煤的粘结性强弱，取决于胶质体的数量以及流动性和热稳定性。当温度继续升高到 450～550℃时,液相产物进一步分解，其中一部分又呈气态析出,剩余部分逐渐变稠，与分散的固相颗粒融成一体,最后缩聚并固化，形成半焦。在这过程中，气态产物通过胶质体逸出，产生膨胀压力，使固体颗粒结合得更加牢固。聚积在胶质体中的气态产物则形成气孔。当温度进一步升高到700～1000℃时,半焦主要析出气体，碳网继续缩聚，体积变小，焦质变硬，形成多孔的焦炭。这时，热解产物已无液相出现。由于半焦的收缩，各点的温度和升温速度不同，使收缩量和收缩速度不均，产生焦炭裂纹（图3）。 炼焦 生产工艺 有下述程序： 炼焦煤料的制备 简称备煤，是将煤矿运来的各种精煤（或低灰分原煤）制备成配比准确、粒度适当、质量均一、符合炼焦要求的煤料。一般包括：卸煤、贮存和混匀、配合、粉碎和混合，并将制备好的煤料送到焦炉贮煤塔。严寒地区，还应有解冻库和破冻块设备。炼制优质焦炭，必须对备煤操作给予足够的重视。把煤混匀好,提高配煤的准确度，使煤质波动最小,保证焦炭的化学成分和物理机械性能的稳定，以稳定焦炭质量。因此配煤设备必须准确地按给定值配煤；配煤槽要均匀连续下煤。煤中杂物要除净，水分不能过高。煤料的合理粉碎，可以有效地提高焦炭的机械强度。必须根据具体情况对不同的煤料确定最适宜的粉碎粒度。 改进备煤流程，是扩大炼焦煤源和改善焦炭质量的途径。目前，中国绝大多数焦化厂都采用先按规定比例配合的混合粉碎流程。这种流程不能根据各种煤的硬度差异分别进行处理，因此只适用于粘结性较好、煤质较均匀的炼焦煤料。较新的备煤流程有三种：①单独粉碎流程，是将各种煤先单独进行粉碎，然后按规定的比例配合，再进行混合；②分组粉碎流程，是先将硬度相近的各煤种，按比例配合成组，各组分别送往各自的粉碎机粉碎到要求的粒度,再进行混合；③选择粉碎流程,是将粉碎到一定程度的煤过筛，将筛出的粗粒级组分进行再粉碎，这样可使粘结性差、惰性物含量高的粗粒级组分粉碎得较细，避免粘结性好的岩相组分过度粉碎。 炼焦生产 已经制备好的煤料从煤塔放入装煤车,分别送至各个炭化室装炉。干馏产生的煤气经集气系统,送往化学产品回收车间加工处理。经过一个结焦周期（即从装炉到推焦所需的时间，一般为14～18小时，视炭化室宽度而定），用推焦机将炼制成熟的焦炭经拦焦机推入熄焦车；熄焦后，将焦炭卸入凉焦台；然后筛分、贮藏（图4）。 炼焦 炼焦车间一般由两座炼焦炉组成一个炉组。两座炼焦炉布置在同一中心线上，中间设一个煤塔。一个炉组配有相应的焦炉机械──装煤车、推焦机、拦焦机、熄焦车和电机车；还配备一套熄焦设施，包括熄焦塔、熄焦泵房、粉焦沉淀池及粉焦抓斗等，布置在炉组的端部。熄焦塔中心与炉端炭化室中心的距离一般不小于40米。如采用干法熄焦，则需设干熄焦站。炼焦车间还装备有必要的管道和换向系统。 焦炭处理 从炼焦炉出炉的高温焦炭,需经熄焦、凉焦、筛焦、贮焦等一系列处理。为满足炼铁的要求，有的还需进行整粒。 熄焦 有湿法熄焦和干法熄焦两种方式。前者是用熄焦车将出炉的红焦载往熄焦塔用水喷淋。后者是用180℃左右的惰性气体逆流穿过红焦层进行热交换，焦炭被冷却到约200℃，惰性气体则升温到800℃左右，并送入余热锅炉，生产蒸汽。每吨焦发生蒸汽量约400～500公斤，干法熄焦可消除湿法熄焦对环境的污染，提高焦炭质量，同时回收大量热能，但基建投资大，设备复杂，维修费用高。 凉焦 将湿法熄焦后的焦炭，卸到倾斜的凉焦台面上进行冷却。焦炭在凉焦台上的停留时间一般要30分钟左右，以蒸发水分，并对少数未熄灭的红焦补行熄焦。 筛焦 根据用户要求将混合焦在筛焦楼进行筛分分级。中国钢铁联合企业的焦化厂，一般将焦炭筛分成四级，即粒度大于40毫米为大块焦，40～25毫米为中块焦，25～10毫米为小块焦，小于10毫米为粉焦。通常大、中块焦供冶金用，小块焦供化工部门用，粉焦用作烧结厂燃料。 贮焦 将筛分处理后的各级焦炭，分别贮存在贮焦槽内，然后装车外运，或由胶带输送机直接送给用户。 整粒 将大于80(或75)毫米级的焦炭预先筛出，经切焦机破碎后再过筛，得到粒度80～25(或75～25)毫米级焦炭用于炼铁。这样可以提高焦炭粒度的均匀性，并避免大块焦炭沿固有的裂纹在高炉内碎裂，从而提高焦炭的机械强度，有利于炼铁生产。（见彩图） 炼焦 参考书目 《炼焦工艺学》编写组：《炼焦工艺学》，冶金工业出版社，北京，1978。 H.H.Lowry，Chemistry of Coal Utilization，M.A.Elliott，2nd supplementary Volume，John Wiley & Sons,New York,1981. § 配图 § 相关连接 |
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