煤的成焦过程主要分哪几个阶段

(一)炼焦原理

1,炼焦原理

炼焦生产,基本原料是炼焦煤.将炼焦煤在密闭的焦炉内隔绝空气高温加热放出水分和吸附气体,随后分解产生煤气和焦油等,剩下以碳为主体的焦炭.这种煤热解过程通常称为煤的干馏.

煤的干馏分为低温干馏,中温干馏和高温干馏三种.它们的主要区别在于干馏的最终温度不同, 低温干馏在500℃-600℃,中温干馏在700℃-800℃,高温干馏在900℃-1000℃.目前的炼焦炉绝大多数属于高温炼焦炉,主要生产冶金焦,炼焦煤气和炼焦化学产品.这种高温炼焦过程,就是高温干馏.

2,炼焦煤的热解过程

炼焦煤在隔绝空气高温加热过程中生成焦炭,它具有下列特性:当被加热到400℃左右,就开始形成熔融的胶质体,并不断地自身裂解产生出油气,这类油气经过冷凝,冷却及回收工艺,得到各种化工产品和净化的焦炉煤气.

当温度不断升高,油气不断放出,胶质体进一步分解,部分气体析出,而胶质体逐渐固化成半焦,同时产生出一些小气泡,成为固定的疏孔.温度再升高,半焦继续收缩,放出一些油气,最后生成焦炭.

(二)炼焦方法

1,机械化焦炉生产

煤料从炉顶部的装煤孔或机侧(捣固焦)装入炭化室,由两侧燃烧室传来的热量,将煤料在隔绝空气的条件下加热至高温.加热过程中,煤料熔融分解,所生成的气态产物由炭化室顶端部的上升管逸出,导入煤气净化处理系统,可得到化学产品及煤气残留在炭化室内的固化成焦炭.煤料分解固化过程完成后,将炭化室两侧的炉门打开,用推焦机将焦炭推出,落入熄焦车(或干法熄焦装置).赤热的焦炭可用水熄灭,或用惰性气体将余热导走,冷却后即得到可使用的焦炭.机械化焦炉(顶装)目前国内采用炉型主要有 JN型, JNX型,以及58型,66型,70型.另外还有一种3号简易焦炉.

2,土法炼焦

炼焦煤(多为单种焦煤,配煤,焦肥煤)在普通粘土砖窑炉内(目前国内多用75型,89型,91型,95型,96型,赵城连体炉)以土法炼焦工艺生产的可燃固体产物.

在炉窑内不隔绝空气的条件下,借助窑炉边墙的点火孔人工点火,将堆放在窑内的炼焦煤点燃,靠炼焦煤自身燃烧热量逐层将煤加热(直接火加热部分)煤燃烧产生的废气与未燃尽的大量煤裂解产物形成的热气流,经窑室侧壁的导火道继续燃烧,并将部分热传入窑内(间接加热部分).高温燃气流(800℃〉则夹带着未燃尽的煤裂解物 ——化学产品排入大气.这个过程延续8～11天,焦炭成熟,从人工点火孔注水熄焦,冷炉,扒焦.

土法炼焦结焦周期长,成焦率低,煤耗高,焦炭灰分高(燃烧一部分煤造成的).炼焦化学产品或被烧掉或随高温废气流排入大气,不仅不能综合利用炼焦煤,还对大气造成严重污染.

3,型焦

型焦是由煤粉等型焦用料加压成型煤,再经炭化处理制成的,也有把型煤经氧化热处理或型焦炭化炉氧化处理或自热硬化处理制成型块称为型焦.根据处理的工艺方式,可分为冷压型焦和热压型焦.

4,其它工艺生产

其它工艺生产焦炭,主要有连续徊转窑,立式炉等炉型生产的焦炭.

2、冲压制成的再生焦碳块

3、处理和间接地冷却焦炭的方法和装置

4、促进烃热裂化所产生焦炭散裂的方法

5、低灰高挥发份长焰煤生产型焦的方法

6、低粘结指数碳材料填充料及以该填充料为主要原料的型焦及其生产方法

7、高炉用高反应性高强度焦炭及其制造方法

8、工业冶金型焦

9、固体载热体快速加热粉煤热压型煤及型焦工艺

10、关于高炉炼铁节约焦炭的方法

11、焦粉团块及其制作方法

12、焦粉粘结块焦的生产方法

13、焦炭的生产方法

14、焦炭粉压球的生产工艺

15、焦炭改性工艺

16、焦炭干燥冷却装置

17、焦碳粉粘合块和生产方法

18、矿粉、焦炭粉冷压造块及造块方法

19、利用电石渣生产碳化焦球的方法

20、利用废塑料提高冶金焦炭强度的方法及系统

21、利用废塑料提高冶金焦炭强度的系统

22、连体式炼焦炉及其炼焦方法

23、炼铁不用焦炭

24、炼制冶金焦的湿磨焦粉配煤方法及其湿磨焦粉工艺

25、两段法大块冷压型焦生产工艺

26、棉杆压制焦炭

27、气化粉焦的无机物激活粘结型焦及其工艺方法

28、全封闭联体特制型焦连续出焦炉

29、生产优质冶金焦和冶金铸造焦

30、石油焦粉末成块工艺及其专用压块机

31、石油焦脱硫提纯方法及工业炉

32、提高焦炭热性质的方法

33、无机物粘结型焦(煤)及其成型工艺

34、无烟煤炼焦用煤及由该煤生产的焦炭和该焦炭的生产方法

35、无粘结剂抗水型煤或型焦的制造方法及装置

36、细碎原煤与细碎焦炭混合炼焦的方法

37、限制焦炭鼓应力的骤冷灼热焦炭的方法

38、型焦的制备方法及其成型机

39、型焦及其生产方法和压力成型设备

40、型焦及其制备方法

41、型煤(型焦)及其生产方法

42、延迟焦化焦炭塔水急冷冷焦工艺

43、冶金型废灰份可控型焦或型煤及其生产方法

44、冶金用焦炭的制造方法

45、一种蜂窝型焦炭的生产方法

46、一种改进的具有两路进料系统的焦化工艺

47、一种改善焦炭热性质的方法

48、一种机制焦炭及制造工艺

49、一种降低焦炭挥发分的延迟焦化方法

50、一种降低焦炭硫分的炼焦新工艺

51、一种焦粉成型的方法

52、一种焦粉成型工艺（一）

53、一种焦粉成型工艺（二）

54、一种焦粉成型工艺（三）

55、一种焦炭粉末用于炼铁的方法

56、一种冷压焦粉球及其应用

57、一种炼焦的配煤方法

58、一种生产工业型焦的工艺

59、一种生产优质焦炭的方法

60、一种提高焦炭强度的废塑料加工设备系统

61、一种型焦(煤)用无机粘结剂

62、一种型焦炭化炉

63、一种冶金焦及其生产方法

64、一种用不粘煤生产的型焦及其制法

65、一种用传统焦炉生产型焦的方法

66、一种用焦粉制造铸造型焦的方法

67、一种用瘦煤生产的型焦及其制法

68、一种用无烟煤生产的铸造型焦及其制造方法

69、一种铸造型焦的生产方法及其使用的设备系统

70、用于破碎焦炭的工具

71、用于生产更均匀和更高质量焦炭的方法

72、用于石墨电极的针状焦炭及其生产方法

73、用于无烟煤及弱粘性煤生产型焦的炼焦炉

74、原煤替代焦炭生产铁合金的方法

75、在罐式炉内通过电加热生产型焦的方法以及生产这种焦的罐式炉

76、制备石墨电极用针状焦炭的方法

这与焦炉型号、煤质以及工艺管理水平等有很大关系，但设计上大概就是这个数值。

下面是成焦率的一些计算方法：

成焦率(即煤焦比)是装炉煤(干)经高温干馏转变为焦炭(干)的百分率。成焦率主要取决于煤质，也受炼焦条件和炉型的影响。成焦率的主要计算方法有：

一、利用煤、焦炭灰分之间的关系求成焦率

� Kd·j=Ad·m/Ad·j×100% (1)

�式中，Kd·j为干焦对干煤的成焦率；Ad·m、Ad·j分别为煤和焦炭的干基灰分(%)。用式(1)计算的成焦率往往比实测值低，除取样和分析误差等原因外，主要是在高温干馏过程中灰分组成也发生变化，焦炭在炭化室内和熄焦过程中发生烧损使灰分增大。

二、利用装炉煤和焦炭的挥发分求成焦率

�Kd·j=100-Vd·m/100-Vd·j×100+Q (2)

�式中，Vd·m和Vd·j分别为煤和焦炭的干基挥发分(%)；修正系数Q是指在煤中挥发分逸出后，经二次裂解而引起的增碳，它与装炉煤挥发分、焦炉炉体结构和焦炉操作制度等因素有关，通常取Q=1。

三、利用煤和焦的挥发分间的关系求成焦率�

Kd·j=99-5/6Vd·m(3)式中，Vd·m为装入煤干基挥发分，焦炭的干基挥发分Vd·j=1.2%(假定)。

杨变玲*

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��摘 要：阐述了煤的成焦过程及影响焦炭质量的因素，分析了炼焦产品产率的计算及预测焦炭质量的计算。

��关键词：煤的成焦 质量预测 产率计算

��中图分类号：TQ520.6

��文献标识码：A

1 产品生成

1.1煤的成焦过程

�炼焦煤在隔绝空气下加热，其有机质随温度的升高而发生一系列变化，形成气态(煤气)、液态(煤焦油)和固态(半焦或焦炭)产物。煤的成焦过程可分为三个阶段：第一阶段(常温至300℃)是煤的干燥脱气阶段，释放出水分并析出CH4、CO和N2。第二阶段(300℃～600℃)以解聚和分解反应为主，煤粘结成半焦。通常烟煤在300℃后开始软化，伴随有煤气和煤焦油析出；中等煤化度的烟煤在此期间的一定温度范围内生成气、液、固三相共存的质体。第三阶段(600℃～1000℃)是半焦变成焦炭的阶段，此阶段以缩聚反应为主，产生大量煤气(以H2为主)，半焦经收缩形成有裂纹的焦炭。

1.2炭化室内结焦过程

�装炉煤结焦需要的热量是通过两侧炉墙提供的，热量从两侧炉墙传向炭化室中心。因此，结焦过程是从两侧炭化室墙面处开始，逐渐移向炭化室中心的层状结焦过程。当炭化室中心的焦饼温度达到950℃～1050℃时焦饼成熟。结焦速度反映炭化室内的平均升温速度。结焦速度过快，将使焦炭裂纹增多、块度变小。当炭化室墙面附近的煤料形成塑性层时，炭化室顶部和底部的煤料也受热形成了塑性层，同时，煤料分解的气态产物不断产生，由于四面的塑性层均不易透过气体，炭化室内压力不断升高，塑性层膨胀，并通过半焦和焦炭层将膨胀压力传递给炭化室墙。当塑性层在炭化室中心面汇合时，炭化室膨胀压力达到最大值。通常所说的膨胀压力就是指这一最大值。膨胀压力取决于装炉煤的特性、炉料散密度及结焦速度，提高膨胀压力有助于煤料颗粒的粘合、融熔，改善焦炭的物理性，但是膨胀压力过高，将对炭化室墙体造成损坏。

1.3炭化室内气体析出动态

�炭化室内的装炉煤在结焦过程中产生的气体产物(含液体产物的蒸汽)一部分通过两侧塑性层之间的煤层流向炭化室顶部空间，称为“里行气”，约占全部气态产物的10%～25%。另外约占75%～90%的气态产物，通过半焦层和焦炭层以及焦炭与炭化室墙之间的缝隙流向炭化室顶部空间，称为“外行气”。它们在焦炉顶空间流动时，受高温作用发生二次热解反应。由于炭化室墙的温度高于炉顶空间温度，因此外行气比里行气的二次热分解剧烈得多。外行气中氢、苯和甲苯多，而里行气中甲烷、乙烷、低分子量烯烃和含氧含氮有机化合物多。二次热分解后产生的气体则达炭化室顶部空间后经上升管排出，这些气体产物统统为粗煤气。炭化室中结焦过程是周期性的，所以从炭化室逸出的粗煤气组成是随结焦时间而变化的。但是由于焦炉由多个炭化室组成，而每个炭化室所处结焦时间不同，因此所有炭化室的粗煤气汇集于集气管混合后，其组成基本上是稳定的。对粗煤气进行冷凝冷却、洗涤、吸收及制取可得到净煤气、煤焦油及粗苯等产物。

2 产品产率

2.1成焦率

�成焦率(即煤焦比)是装炉煤(干)经高温干馏转变为焦炭(干)的百分率。成焦率主要取决于煤质，也受炼焦条件和炉型的影响。成焦率的主要计算方法有：

2.1.1利用煤、焦炭灰分之间的关系求成焦率

� Kd·j=Ad·m/Ad·j×100% (1)

�式中，Kd·j为干焦对干煤的成焦率；Ad·m、Ad·j分别为煤和焦炭的干基灰分(%)。用式(1)计算的成焦率往往比实测值低，除取样和分析误差等原因外，主要是在高温干馏过程中灰分组成也发生变化，焦炭在炭化室内和熄焦过程中发生烧损使灰分增大。

2.1.2利用装炉煤和焦炭的挥发分求成焦率

�Kd·j=100-Vd·m/100-Vd·j×100+Q (2)

�式中，Vd·m和Vd·j分别为煤和焦炭的干基挥发分(%)；修正系数Q是指在煤中挥发分逸出后，经二次裂解而引起的增碳，它与装炉煤挥发分、焦炉炉体结构和焦炉操作制度等因素有关，通常取Q=1。

2.1.3利用煤和焦的挥发分间的关系求成焦率�Kd·j=99-5/6Vd·m(3)式中，Vd·m为装入煤干基挥发分，焦炭的干基挥发分Vd·j=1.2%(假定)。

2.1.4由煤质与炼焦操作条件求成焦率�Kd·j=103.17-0.75Vd·m-0.0067tJ。式中，Vd·m为装入煤干基挥发分；tJ为焦饼中心温度(℃，推焦前15min测定)。该式由日本提出，前苏联克里活罗格焦化厂经标定认为符合该厂实际，中国也推荐使用。

2.2净煤气产率

2.2.1前苏联净煤气对干基装入煤的产率计算式

� Kd·g=QVd·m (4)

式中，Q为系数，对气煤Q=3，对焦煤Q=3.3；Vd·m为装入煤干基挥发分。

2.2.2我国热能院净煤气对干基装入煤的产率计算式

� Kd·g=(1-β)AVd·m (5)

式中，β=2%～4%(炉墙漏气率)；A=64～72，是与煤种有关的校正系数；Vd·m为装入煤的干基挥发分。

�冶金部推荐此式为我国焦化企业计算煤气质量的依据。

2.3化学产品产率

2.3.1煤焦油及粗苯的回收率

�前苏联顿巴斯煤矿提出：当Vdaf·m=18%～30%时，

煤焦油Kd·g=〔-18.35+1.53Vdaf·m-0.026(Vdaf·m)2〕(100-Ad/100) (6)

粗苯Kd·b=〔-1.61+0.144Vdaf·m-0.0016(Vdaf·m)2〕(100-Ad/100) (7)

�鞍山钢铁公司化工总厂提出：�当Vdaf·m=27.96%～30.37%时，

煤焦油Kd·g=〔-1.4+0.184Vdaf·m〕(100-Aa/100)(8)

粗苯Kd·b=〔-0.64+0.065Vdaf·m〕(100-Ad/100) (9)

�式中，Kd·g、Kd·b分别为煤焦油、粗苯对干基装入煤的回收率，Vdaf·m为装炉煤的可燃基挥发分。

2.3.2氨的回收率

�Kd·A=(17/14)·bNd·m (10)

�式中，Kd·A为氨对干基装炉煤的回收率；17为氨的分子量；14为氮的原子量；Nd·m为装炉煤干基含氮量(%)；b为煤中总氮量转化系数，一般取0.12～0.16。剩余部分氮转入焦炭和其它含氮化合物中。

2.4化合水产率

�W=K·Od·m·(18/16)(100-Ad-St·d/100) (11)

�式中，K=0.437；W为化合水对干基装入煤的生成量；Od·m为装入煤干基氧含量；18为水分子量；16为氧原子量。

�一般化合水的生成量取装入煤量的2%～3%。

�化合水的生成量也可由下式计算：

�W=〔4.64-0.354Vd+0.0118Vd2〕 (12)

式中，Vd为装入煤的干基挥发分。

3 焦炭质量预测�

3.1化学组成预测

3.1.1焦炭灰分�Ad·m=Kd·j·Ad·j (13)

式中，Ad·m、Ad·j分别为装炉煤及焦炭的干基灰分，Kd·j为成焦率(见前述)。

3.1.2焦炭硫分

�法国焦炭中硫分的计算公式：

St·d·j=0.084+0.759St·d·m(14)

�式中，St·d·j、St·d·m分别为焦炭和装入煤的干基全硫(%)；0.084、0.759为系数。

�波兰焦炭含硫量计算公式：

�St·d·j=0.63St·d·m+0.2 (15)

�式中，St·d·j、St·d·m分别为焦炭和装入煤的干基全硫(%)，0.63、0.2为系数。

�我国焦炭硫分计算式：

�St·d·m=(Kd·j/ΔS)St·d·j (16)

�式中，St·d·m、St·d·j分别装入煤和焦炭的干基全硫(%)；Kd·j为全焦率(见前)；ΔS为炼焦过程中转焦炭的硫的质量比。Kd·j/ΔS值一般为1.0～1.2。笔者认为Kd·j/ΔS=0.9～1.1比较符合山西焦化生产的实际。

3.2焦炭强度预测

�用焦炭强度预测方法来选择配煤方案，以满足焦炭强度的要求。影响焦炭强度的因素有：原料煤性质、炼焦煤准备和炼焦工艺系数等三个因素。由于后二者比较固定，只具有次要的影响。主要因素是煤的结焦性，它决定了煤化度和煤的粘结性两个因素。反映煤化度的指标通常采用煤的挥发分或镜质组反射率。煤的粘结性指标很多，如粘结力指数、煤的最大流动度、煤的膨胀度、胶质层最大厚度和粘结指数等。各国预测焦炭强度的模式很多，下面仅介绍我国以煤的干燥无灰基挥发分(Vdaf)和粘结指数(G)或胶质层最大厚度(y)作为参数，建立回归方程，预测焦炭强度的方法，即VM-G(y)法。

�M40=126.147-2.104Vdaf+0.144G，M10=12.974+0.452Vdaf-0.0243G；

�或 M40=126.881-1.947Vdaf+0.227y，M10=9.085+0.201Vdaf-0.363y。

�装炉煤最适宜的范围是：Vdaf=28%～32%，G=58%～72%或y=14mm～18mm。我省装炉煤的挥发分普遍较低，装入煤的干基无灰挥发分的下限可达23%～25%。

作者：*工程师，山西冶金设计院，030001太原

收稿日期：1999-06-16