煤的干馏(19页).doc
-煤的干馏-第 19 页一、煤的热分解 煤在隔绝空气条件下加热至较高温度而发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程，称为煤的热解，或称热分解和干馏。迄今为止煤加工的主要工艺仍是热加工，煤炼焦工业就是典型的例子，煤的气化和液化过程也都和煤的热解过程分不开。研究煤的热解对热加工技术有直接的指导作用，如对炼焦而言可指导选择原煤，寻求扩大炼焦用煤的途径，确定合适的工艺条件和提高产品质量。另外还可指导开发新的热加工技术，如高温快速热解，加氢热解和等离子体热解等。 qTV;L- 1煤受热发生的变化 mu/GOEZ5 煤在隔绝空气下加热时，煤中有机质随温度的提高而发生一系列变化，形成气态（煤气），液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。典型烟煤受热发生的变化过程见图6-1-01。可见煤热解过程大致可分为三个阶段： GyP.;$NHa 第一阶段（室温300）在这阶段，煤的外形无变化，褐煤在200以上发生脱羧基反应，近300时开始热解反应，烟煤和无烟煤在这一阶段一般没有什么变化。脱水发生在120前，而脱气（CH4，CO2和N2）大致在200前后完成。 :Y!J3W 第二阶段（300600）这一阶段以解聚和分解反应为主，煤粘结成半焦，并发生一系列变化。煤从300左右开始软化，并有煤气和焦油析出，在450前后焦油量最大，在450600气体析出量最多。煤气成分除热解水、CO和CO2外，主要是气态烃，故热值较高。 ''V?H4 烟煤（特别是中等变质程度的烟煤），在这一阶段经历了软化、熔融、流动和膨胀直到再固化等一系列特殊现象，产生了气、液、固三相共存的胶质体。液相中有液晶或中间相（mesophase）存在。胶质体的数量和质量决定了煤的粘结性和成焦性的好坏。固体产物半焦与原煤相比有一部分物理指标如芳香层片的平均尺寸和氦密度等变化不大，说明半焦生成过程中的缩聚反应还不很明显。 %fH&UFby 第三阶段（6001000） 这是半焦变成焦炭的阶段，以缩聚反应为主。析出的焦油极少，挥发分主要是煤气，700后煤气成分主要是氢气。焦炭的挥发分小于2，芳香晶核增大，排列规则化，结构致密、坚硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，半焦挥发分降低，另一方面焦炭的密度增加，体积收缩，导致产生许多裂纹，形成碎块。焦炭的块度与强度和收缩情况有直接关系。 *l9Wj$vja 若将最终加热温度提高到1500以上，则为石墨化阶段，用于生产石墨炭素材料。 o)M$4 2煤热解的影响因素 RR'byre 它们包括： 煤的煤化程度； 加热终温； 升温速度； 热解压力； 热解气氛等加热条件。 #eZm)KFQg 煤化程度 R8(Bt73 煤化程度是最重要的影响因素，它直接影响煤的热解开始温度、热解产物、热解反应活性和粘结性、结焦性等。煤化程度与热解开始温度的关系示于表6-1-01。由表6-1-01可见随煤化程度增加，热解开始温度逐渐升高。各种煤中褐煤的分解温度最低，无烟煤最高。 "$6 .L9W Kx<T;iJ 表6-1-01不同煤的开始热解温度煤种泥炭褐煤烟煤无烟煤开始热解温度（）190200230260300390390400QHG>+LI5 烟煤煤种长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤蒽油中的开始热解温度（）3103203403503803903803904004103904006vL+qOdx 表6-1-02是热解产物比较表，年青煤热解时，煤气、焦油和热解水产率高，煤气中CO、CO2和CH4含量多；中等变质程度烟煤热解时，煤气与焦油产率较高，热解水少；年老煤（贫煤以上）热解时煤气和焦油产率很低，焦粉产率很高。 M>m+VsJV -Rcl(QLZ 表6-1-02不同煤种干馏至500时产品的平均分布煤种 H-ewO8 焦油（升/吨） PSn0 轻油（升/吨） 079mn/8; 水（升/吨） EL J!o 煤气（米3/吨） JrA V=K 1.烛煤 '|L9t 2.次烟煤A ?$Tp|<tx# 3. 次烟煤B 9ndr$t 4.高挥发分烟煤A 9u%S<F" 5.高挥发分烟煤B Z7:TPY$b 6.高挥发分烟煤C vt *CpGd 7.中挥发分烟煤 < %Pk 8.低挥发分烟煤 q(iM=IeiN 308.7 n)6mfoe 86.1 rh+2 7" 64.7 l$mfsm|: 130.0 klON6<w 127.0 t.x cO 113.0 k6|wiSyu 79.4 .e|VW) 36.1 gxf/EjH 21.4 ALT8vC?m 7.1 8IrA UU 5.5 _ Bp 9.7 |yiOI 9.2 B!X;T9d 8.0 V4zK$ 7.1 :,*Nl 4.2 Q* v|Lp 15.5 6, l#z - N# ?r>W3 117 u#.( 25.2 XNd%3rm, 46.6 Yfotq9.=+ 66.8 QgZ 17.2 FWuX; 13.4 :1/K$A) 56.5 L UitY - RD1NsHDKc 70.5 +dB/SC-U 61.5 yi-S 65.5 .PHz 56.2 D;RZE 60.5 bWEux) 54.9 I<v:x Tor HS 4o, 从粘结性和结焦性来看，中等变质程度的烟煤的粘结性和结焦性最好，能得到高强度的焦炭，而煤越年青或越年老粘结性和结焦性越差。 /)>W : 加热终温 %?TyVt&0 表6-1-03列出了三种工业干馏温度条件下，干馏产品的分布与性质。可见随最终温度的升高，焦炭和焦油产率下降，煤气产率增加但发热量降低，焦油中芳烃与沥青增加，酚类和脂肪烃含量降低，煤气中氢气成分增加而烃类减少。 afJ1l 表6-1-04列出了年青烟煤用不同干馏炉干馏所得轻油的组成。加热温度以低温干馏炉最低，连续式直立炉较高，焦炉最高。可见随干馏温度的升高，脂肪族、环烷烃和单烯烃含量明显下降，芳烃含量急剧上升，说明加热温度不同，热解反应的深度不同。这与裂解的初次产物发生二次热解反应有关。在高温炼焦的温度下高分子烷烃裂解成低分子烷烃或烯烃，然后这些裂解产物在高温下又继而发生聚合，缩合和芳构化等反应，例如在炼焦炉内煤气中的芳烃，就是在700800温度范围内生成的。 NDt +m 表6-1-03不同最终温度下干馏产品的分布与性状产品分布与性状最终温度（）600低温干馏800中温干馏1000高温干馏固体产物 ED>T2.: 半焦中温焦高温焦产品产率（） 4Em$L7 焦 <+%#xi/_ 焦油 k;AV 'r 煤气（标准米3/吨干煤） H%AF, 808291012075776720070723.5320产品性状 Ig*qn# Dd 焦炭：着火点（） n%"0%A 机械强度 fT&>L 挥发分（） /J-:?./ 450低10490中约5700高<2焦油： H+VKWGmfG 比重 +/L "A 中性油（） svBTP0x 酚类（） 3q o%=i 焦油盐基（） 6jGPmOM/ 沥青（） BV9%| 游离碳（） ;g0pwV 中性油成分 Bx>)i8P7i0 <16025121213脂肪烃芳烃150.5152012305脂肪烃芳烃>135401.5257410芳烃煤气主要成分（） :n4X>YL) 氢 ; b)qB 甲烷 D9#?l <D 发热量（Mj/米3） #Q?F!4 315531453825552519煤气中回收的轻油 o9l =Q 产率（） LOD'iiH6 组成 3M nm2* 气体汽油1.0脂肪烃为主粗苯-汽油1.0芳烃50粗苯11.5芳烃90表6-1-04年青烟煤在不同干馏炉中干馏所得轻油的组成组成（）炉型低温干馏炉 NbD"O8dLE 连续直立式炉 &*NN5Sv 焦炉 W.xlS ZEB 芳烃 Pgy&/-u 环烷烃 M>mk=-l 单烯烃 hrwQh2sm 双烯烃 !bnuCc 环烯烃 9.KOrg5L 脂肪烃 qsB,yckml 茚 %!r>M < 二硫化碳 hcw)qB,s 噻吩 gr'M6&> 其它 &%2Wm 15.568.0016.261.369.5546.530.150.060.661.0763.043.622.332.581.1622.370.720.060.333.1985.260.211.642.485.370.341.130.400.672.50 升温速度的影响 )V9d 升温速度对煤的粘结性有明显的影响，焦炉内的升温速度属慢速升温，为3K/分，若提高升温速度，煤的粘结性会有明显的改善，见表6-1-05和表6-1-06。 表6-1-05升温速度对气煤胶质体温度范围的影响升温速度（K/分）开始软化温度（）开始固化温度（）胶质体温度范围3573483443784244504747610696表6-1-06升温速度对鲁尔膨胀度的影响升温速度（K/分）/tdtd=1,1,233 colSpan=2 膨胀度（）td=1,1,100 colSpan=2 收缩度（）煤1（Vdaf27）煤2（Vdaf38）煤1煤2310302004005800106015122.52081.5/znW$yh o 由上列两表可见随加热速度的增加，煤的胶质体温度范围扩大，表征煤粘结性好坏的鲁尔膨胀度增加，而影响焦炭强度产生裂纹的收缩度下降。这是因为煤的热解是吸热反应。当升温速度增加时，由于产物来不及挥发，部分结构来不及分解，需在更高的温度下挥发与分解，故胶质体温度范围向温度升高的方向移动并有所扩大。另外由于升温速度增加，在一定时间内液体产物生成速度显著地高于挥发和分解的速度，所以膨胀度和胶质层厚度增加，收缩度降低。 f>)k<-<yj 提高升温速度，热解初次产物发生二次热解较少，缩聚反应的深度不大，故可增加煤气与焦油的产率，提高产物中烯烃、苯和乙炔的含量。 )Og sBk 压力的影响 fF208A7U I 当在高于大气压力下进行热解时，煤的粘结性得到改善。表征煤粘结性的G指数随压力增加而增加。表6-1-07给出了多种烟煤在加压下G指数的变化。这是因为裂解时产生的液体产物数量以及液体产物的停留时间随压力增加而增加，从而有利于对固相的润湿作用。 tT*%A 表6-1-07 G与热解压力的关系煤压力（MPa）常压0.51.01.52.02.94.0伊兰 <|8Ezd 06.214.416.317.819.321.8窑街 1F*gPhm 0.83.011.913.116.016.117.1大同 nB?$W4 9.016.216.5-17.0-17.3王庄 VnUW UIVJ 17.534.539.8-42.452.2-淮北 3l!Qw 55.766.9-73.1-Z 6AO=3 裂解气氛的影响 ;-K/)/x 煤长期暴露在空气中，发生缓慢氧化作用（或称风化作用），会使煤粘结性大大降低，甚至完全破坏。若氧化温度升高到200，粘结性下降更快。所以工业上常用煤预氧化法来破粘。 4I7 在氢气氛中进行热裂解和在惰性气氛中显著不同，在加氢气氛中裂解，仅需几秒钟就能生成更多的挥发产物，见表6-1-08。可见加氢热解后甲烷产率明显增加，轻质油产率提高约一倍，而干馏残炭产率明显下降。其原因有二，其一由于裂解生成的碳具有很高的直接加氢活性，其二由于裂解产生的气态烃类、油类和碳氧化物发生了加氢反应，减少了重质焦油的数量，而且这二种加氢反应速率随加氢压力增加而增加。因此加氢热解的挥发分产率远比工业分析值高，如在6.9MPa的氢压下，煤在1000进行快速热解，其挥发分产率为工业分析挥发分的150。在加氢条件气态和液态产物总量比常压下高得多，因此加氢热解已成为国内外研究从煤制取代用天然气或轻质油类（BTX）的一个重要方向。 b/ 表6-1-08某烟煤一般热解与加氢热解产率比较产率，CO g$s"x r: CO2 T_e:' H2O w-l:* EV8 CH4 1.YDIB| C2H4 '#REbY5ev C2H6 Q?KWiFA' C3H6+C3H8 g$<Sh.4A 其它烃气体 n>?o=_|uR 轻质油 s86Ij>VLf 焦油 Su99A.w 干馏炭 F)'kN2 气氛0.1MPaHe CAdqoCz| 6.9MPaHe $eUI.j(HU 6.9MPaH2 Eb66GXF 2.42.5-1.21.71.36.89.5-2.53.223.20.80.50.40.50.92.31.30.70.71.31.62.02.42.05.323121253.062.440.2二煤的低温干馏 Ec2?'*s 它主要指煤在干馏终温500700的过程。中国一些城市目前还使用中温干馏炉（700900）生产城市煤气，故也编入本节。 qnO>FitF 煤低温干馏始于19世纪。二次世界大战期间，德国利用低温干馏焦油制取动力燃料。战后由于廉价石油的冲击，使低温干馏工业陷于停滞。当今，单一的煤低温干馏已不多见，但从能源以及化工考虑，它还是得到一定的发展。煤低温干馏可以得到煤气、焦油和残渣半焦。这过程相当于使煤经过部分气化和液化，把煤中富氢的部分以液态和气态的能源或化工原料产出。而且低温干馏过程比煤的气化和直接液化简单得多，加工条件温和，若低温干馏产品能找到较好的利用途径，煤的低温干馏今后还是有竞争力的。另外煤的低温干馏技术已成为其它工艺的组成部分而得到发展，例如煤的加氢干馏等。 pDYcsCp 适合于低温干馏的煤是无粘结性的非炼焦用煤、褐煤或高挥发分烟煤。中国这类煤储量丰富，目前主要用于直接燃烧，若能通过低温干馏回收煤气与焦油，可使煤得到有效的综合利用。 bf4QW JZD 1低温干馏的产品性质 5EX Ghc' 前已述及烟煤低温干馏的产品产率、组成和性质与高温干馏有很大区别，见表6-1-03和6-1-04。干馏半焦的性质列于表6-1-09。可见半焦的反应性与比电阻比高温焦高得多，而且煤的变质程度越低，其反应性和比电阻越高。半焦的高比电阻特性，使它成为铁合金生产的优良原料。半焦硫含量比原煤低，反应性高，燃点低（250左右）是优质的燃料，也适合用于制造活性炭，炭分子筛和还原剂等。 yq6Gyoi< 表6-1-09半焦和焦炭性质 q0t 图片:2010-10-20_190547.jpg&m5FYm 2煤低温干馏工艺 ?"SEdnU2 低温干馏的方法和类型很多，按加热方式有外热式，内热式和内外热结合式；按煤料的形态有块煤、型煤与粉煤三种；按供热介质不同又有气体热载体和固体热载体二种；按煤的运动状态又分为固定床、移动床、流化床和气流床等。这里仅简介几种。 XbaUmCuh 连续式外热立式炉 目前国内仍用来制取城市煤气的伍德炉示于图6-1-02。烟煤连续地由炭化室顶部的辅助煤箱加入炭化室，生成的热半焦排入底部的排料箱，炭化过程中底部通入水蒸气冷却半焦，并生成部分水煤气，水煤气与干馏气由上升管引出。2080mm伍德炉的每个干馏室处理煤约8t/d。加热煤气是用自产半焦在炉侧发生炉产生的发生炉煤气。 k"DsN$ 连续式内热立式炉 德国开发的Lurgi低温干馏炉如图6-1-03所示。过去在国外广泛使用。煤在炉中不断下行，热气流逆向通入进行加热。粉状褐煤和烟煤需预先压块。煤在炉内移动过程分成三段：干燥段，干馏段和焦炭冷却段，故又名三段炉。用于加热的热废气分别由上、下二个独立燃烧室燃烧净煤气供给、煤在干馏炉内被加热到500850。一台处理褐煤型煤300500t/d的鲁奇三段炉，可得型焦150250t/d，焦油1060t/d，剩余煤气180220m3/t煤。 :P/0" 连续式内外热立式炉 是由德国考伯斯（Koppers）公司开发的考伯斯炉。它由炭化室、燃烧室及位于一侧的上下蓄热室组成。煤料由上部加入干馏室，干馏所需的热量主要由炉墙传入。加热用燃料为发生炉煤气或回炉干馏气，煤气在立火道燃烧后的废气交替进入上下蓄热室。在干馏室下部吹入回炉煤气，既回收热半焦的热量又促使煤料受热均匀。此炉的煤干馏热耗量较低，为2400kJ/kg煤，而上述伍德炉为3320kJ/kg煤。中国曾引进用来生产城市煤气，也自行设计制造了类似的干馏炉。 gcI?)F 固体热载体干馏法 外热式干馏装置传热慢，生产能力小。气流内热式的燃烧废气稀释了干馏的气态产物。采用固体热载体进行煤干馏，加热速度快，单元设备生产能力大，例如美国Toscoal法用已加热的瓷球作为热载体，使次烟煤在500进行低温干馏。 v <4y P 德国鲁奇-鲁尔煤气工艺（Lurgi-Ruhrgas，LR）采用热半焦为热载体，已建立生产装置，生产能力达1600t/d，产品半焦作为炼焦配煤原料。其干馏流程如图6-1-04所示，预热的空气在气流加热管让部分半焦燃烧，使热载体达到需要的温度。沉降分离室使燃烧气体与半焦热载体分离，分离热半焦与原煤在混合器内混合，混合的煤料在炭化室内进一步进行干馏。部分热焦粉作为产品由炭化室排出，其余部分返回气流加热管循环。中国也进行了用热半焦为热载体的试验工作。 N+nv# 加氢干馏工艺 前已述及，加氢热解可明显增加烃类气体和轻油的产率，为此已开发的工艺有Coalcon加氢干馏工艺与CS-SRT加氢干馏工艺。例如后一工艺是以生产高热值合成天然气为目的，同时可制取轻质芳烃（BTX），干馏残炭用于制氢。该工艺的煤转化率可达6065，其中甲烷和乙烷约30，BTX810，轻油13。 c,LQv"n 三、煤的高温干馏 :$cY>o 煤在炼焦炉中隔绝空气加热到1000左右，经过干馏的一系列阶段，最终得到焦炭，这过程称为高温干馏，或高温炼焦或简称炼焦。 2/ xu 炼焦的主要目的是为了制取焦炭，焦炭是炼铁的原料。炼焦时副产的煤气和化学产品，特别是芳香族化合物在化学工业得到广泛的应用。几百年来，炼焦工业随冶金工业的发展而不断改进，因而成为煤综合利用的最为成熟的工艺。当今高炉大型化，对焦炭质量的要求越来越高，而另一方面，世界炼焦煤日益短缺，在这一对矛盾的推动下，大大促进了配煤炼焦和非炼焦煤炼焦技术的发展。 i _YJq;( 1焦炭的质量要求 %3es+A 对焦炭化学成分的要求见表6-1-10。焦炭质量的好坏对高炉生产有重要作用，焦炭在高炉中起三个作用：作为骨架，保持高炉的透气性；提供热源；作铁矿石的还原剂。为此对高炉用焦的要求是：灰分低，硫和磷低，强度高，块度均匀，致密，低反应性。例如焦炭的灰分每降低1，炼铁焦比可降低2，渣量减少2.72.9，高炉增产2.02.5。再如焦炭中硫转入生铁中，使生铁呈热脆性，并加速铁的腐蚀，一般焦炭中的硫每增加0.1，熔剂与焦炭的用量将分别增加2，高炉的生产能力降低2以上。所以中国一级焦炭的灰分和硫分分别要求12.0和0.6。 ;hCUy=m. 焦炭强度包括耐磨强度和抗碎强度。中国采用米贡转鼓试验方法测定，转鼓直径1000mm，长度1000mm，每分钟25转，转4分钟。取>60mm焦样50Kg，鼓内>40mm的焦块百分数为抗碎强度M40，鼓外<10mm的焦粉百分数作为耐磨强度M10。中国的高炉焦炭强度要求见表6-1-11。 Ybp'8V 表6-1-10各种焦炭质量要求 Z>_F:1x 图片:2010-10-20_190803.jpgqU+q Y2S: 2炼焦配煤的质量要求 gbT1d:T 在炼焦条件下，单种煤炼焦很难满足上述焦炭质量的要求，而且煤炭资源也不可能满足单种煤炼焦的需求，只能采用配煤办法。采用配煤技术，既要确保焦炭质量符合要求，增加炼焦化学产品的产量，又要做到合理利用煤炭资源。入炉配煤的质量指标如下： -jcgxQH53 水分 VdF<#(X+ 入炉煤水分应力求稳定，大致控制在1011，水分过多会使结焦时间延长。 VPUm4%?p$ 细度 B<!WAw+ 它指配煤中小于3mm的颗粒占配煤的百分率，常规炼焦时为7280，配型煤炼焦时约85，捣固炼焦时约90以上。且尽量减少<0.5mm的细粉含量。 f_;6uCCO 灰分 Tw:sWC 煤料中灰分在炼焦后全部残留在焦炭中，一般要求配煤灰分小于10。配煤灰分可根据所配煤种的灰分，按加和性计算。 Km!zG7< 硫分 Ae Idz 煤中硫通常以黄铁矿，硫酸盐及有机硫的形式存在，煤的洗选只能除去黄铁矿中的硫。炼焦时大约8090的煤中硫残留在焦炭中，故要求煤料中硫含量越低越好，一般配煤的硫分应<1。配煤的硫含量可根据所配煤种的硫含量，按加和性计算。 RZTC+ylj 配煤的煤化度 3FOI 常用的煤化度指标是可燃基挥发分（Vdaf）和镜质组平均最大反射率（）。挥发分的测定方法简便，而反射率更确切反映煤的本来性质。在很宽的煤化度区间，两者有密切的线性相关关系，据鞍山冶金热能所对中国148种煤所作的回归分析，得到的回归方程： Mo0pNAh 图片:2010-10-20_191006.jpg)|IMhB+4 配煤的粘结性指标 2M*84oh8P 这是影响焦炭强度的重要因素，根据结焦机理，配合煤中各组分单种煤的塑性温度区间应彼此衔接和依次重叠。在此基础上，室式炼焦配煤粘结性指标的适宜范围是：以最大流动度MF为粘结性指标时，为70（或100）103DDPM；以奥亚膨胀度bt为指标时bt50；以胶质层最大厚度y为指标时，y=1722mm；以粘结指数G为指标时，G=5872。配合煤的粘结性指标一般不能用单种煤的粘结性指标按加和性计算。 J:G9V 配煤的膨胀压力 k?qd -_sC 配煤的膨胀压力只能由实验测定，不能从单种煤的膨胀压力按加和性计算。通常在常规炼焦配煤范围内，煤料的煤化度加深则膨胀压力增大。对同一煤料，增加堆比重，膨胀压力也增加。 BOWRn!g 当今由于煤质指标检测的自动化和计算机的广泛应用，使焦炭质量预测技术用于配煤日常管理成为可能，国内外都普遍重视焦炭的预测技术。中国用粘结指数G及可燃基挥发分Vdaf两个指标，来预测焦炭强度M40和M10，发现当Vdaf<30时，M40随G值增加而增加，当G<60时，M10随G值增加而降低，鞍钢根据多年生产数据的统计分析，得出用Vdaf和G值预测焦炭强度的回归方程： SEsLJ?Dv0 M40120.1472.104Vdaf0.144G （r=0.925） +!;71:f M1012.7940.452Vdaf0.0243G （r=0.886） TY-L1$ 式中配煤挥发分可由加和性计算，而G值用加和性计算时会有一定偏差，各单种煤粘结性差别大时，出现偏差的可能性增加。 .'IR 3煤在炭化室的成焦过程 &v.Nj9zi 在煤的热解过程一节我们已讨论过，在300600煤热解产生气、液、固三相共存的胶质体，由于它的透气性差，发生了胶质体的膨胀，而当温度超过胶质体的固化温度时，则发生粘结现象而形成半焦。胶质体的数量和质量对成焦过程相当重要，要使煤在热解时粘结得好，应该有足够的液体产物，液体有足够的流动性，能使固体颗粒润湿，并填满颗粒之间的空隙，而且胶质体应复盖较大的温度间隔，它也应有一定的粘度，有一定的气体生成而发生膨胀，形成均一的胶质体。焦煤与肥煤是具有这些特性的煤。而弱粘结性煤热解形成液体少，液体的热稳定性差，容易挥发掉，所以粘结性差。 I9g!#lbl 胶质体转变成半焦时，有气孔形成，气孔的大小、气孔的分布以及气孔壁厚薄，对焦炭强度影响很大。中等变质程度烟煤镜质组形成的焦炭，气孔的大小和分布均匀，故强度也高。 "t:9jU 炭化室是由两侧炉墙供热，所以结焦过程的特点是单向供热，成层结焦，而且成焦过程中的传热性能随炉料状态和温度而变化，图6-1-05给出了成层结焦过程的示意图，由图6-1-05可见在同一时间，离炭化室墙面不同距离的各层炉料因温度不同而处于结焦过程的不同阶段，在装煤后七小时期间，炭化室同时存在湿煤层，干煤层，胶质体层，半焦层和焦炭层等五个层。焦炭总是在靠近炉墙处首先形成，而后逐渐向炭化室中心推移。当炭化室中心最终成焦并达到结焦温度时，炭化室结焦才结束，这时炭化室中心温度可以作为整个炭化室焦炭成熟的温度，也称炼焦最终温度，一般该温度为9501050。 A v|G4n 炭化室同时进行着成焦的各个阶段，因此半焦收缩时相邻两层存在收缩梯度，也即相邻层间温度不同，收缩值的大小不同，故存在收缩应力，出现裂纹。另外由于各部位半焦收缩时的加热速度不相同，故产生的收缩应力也不同，在靠近炉墙处，加热速度快，收缩应力大，裂纹网多，形状象菜花，称为焦花。成熟的焦饼中心有一条焦缝，这是由于炭化室两侧同时加热，两侧同时固化收缩所致。 9PR?3 煤结焦过程的气态产物大部分是在塑性温度区间，特别是在固化温度以上产生的。当煤受热时在两侧形成胶质层，胶质层的透气性又差，这时干煤层热解生成的气态产物和塑性层产生的气态产物的一部分从塑性层的内侧流经炭化室顶部空间排出，这部分气体称“里行气”，约占气态产物总量的1025，塑性层内产生的气态产物中的大部分及半焦层内产生的气态产物则穿过高温焦炭层裂缝，沿焦饼与炭化室墙之间的缝隙向上流经炭化室顶部空间而排出，这部分气体产物称“外行气”，约占气态产物的7590。 $vTiS' 由煤层、塑性层和半焦层内产生的气态产物称为一次热解产物，一次热解产物在流经焦炭层，焦饼与炉墙间隙及炭化室顶部空间时，因受到高温作用发生二次热解反应，尤其是外行气，经受二次热解反应的温度高时间长，因此外行气的二次热解深度对焦化产品的组成起主要的影响。 FiW>kTM8 4现代焦炉设备 N!YjMx)P 焦炉由炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区和炉顶区所组成，蓄热室以下为基础与分烟道。煤在炭化室进行干馏，煤气在燃烧室燃烧，炭化室和燃烧室依次相间。它们的隔墙要严格防止干馏煤气漏泄，并能迅速传递干馏所需的热能。燃烧室墙面平均温度为1300，炭化室平均温度为1100，局部地区的温度还要高些。在这样的高温下，炉墙还要承受重量和干馏煤气与灰渣的侵蚀。此外还要经受煤料的膨胀压力及推焦压力。为此焦炉的炉墙都用异型硅砖砌筑，燃烧室各火道间的隔墙还起着提高结构强度的作用。 UYU# 为顺利推焦，炭化室水平截面呈梯形，出焦焦侧宽度大于推焦机侧，燃烧室的机侧和焦侧宽度恰好与此相反，故机侧和焦侧炭化室中心距离是相同的。 +nm?+ F 每座焦炉的燃烧室都比炭化室多一个。燃烧室用隔墙分成若干个立火道，以便控制燃烧室温度从机侧到焦侧温度逐渐升高。一般复热式（可用焦炉煤气或发生炉煤气）焦炉，每个立火道底部有二个斜道出口和一个喷嘴。用焦炉煤气加热时，斜道口走空气，喷嘴走焦炉煤气。当用发生炉煤气（或高炉煤气），二个斜道口一个走空气，另一个走煤气。立火道间的相互连接关系有多种型式，如双联立火道式，一个上升煤气和空气，并在其中燃烧，高温废气从火道中间隔墙上方的跨越孔流入相邻火道而下降，每隔2030分钟换向一次。由于燃烧火焰高度是有限的。为了改善高度方向加热的均匀性，有许多办法：高低灯头、不同隔墙厚度，分段加热和废气循环。所谓分段加热，是在火道不同高度设置几个空气出口，使煤气在不同高度与空气混合燃烧。所谓废气循环是在火道隔墙下部设置循环孔，利用上升和下降气流的浮力差及火道出口的喷射力，将废气抽回上升立火道，拉长火焰。 drWw+ ! 燃烧室顶端高度低于炭化室，二者之差称为加热水平高度，这是为了降低炭化室空间温度，控制炉顶的二次热分解反应。 &N4/'wV 0 %e 斜道区位于蓄热室与燃烧室之间，是连接燃烧室和蓄热室的通道。每个立火道下面有两个斜道，复热式还有一条砖煤气道。斜道区各通道中各走各的气体，压力不同，不允许窜漏。斜道区的温度约10001200。 JF-ew"o<E 蓄热室位于焦炉炉体下部，其上经斜道与燃烧室相连，其下经废气盘分别与分烟道、贫煤气管道及大气相通。蓄热室内放格子砖，用以回收燃烧废气的热量，并预热贫煤气与空气。使废气温度从1000左右降至400以下，而使贫煤气或空气预热到1000以上。每座焦炉蓄热室半数处于下降气流，半数处于上升气流，每隔2030分钟换向一次。 Z!SFJ 炉顶区设有装煤孔、看火孔等。蓄热室下部设有分烟道，蓄热室下降废气分别汇集到机侧或焦侧的分烟道，再进入总烟道，导入烟囱底部，借烟囱抽力排入大气。 0="U'|J_ 焦炉机械有加煤车，推焦机，拦焦车和熄焦车。煤由炉顶加煤车加到炭化室，炭化室两端有炉门。炼好的焦炭在机侧用推焦车推出，在焦侧焦炭沿拦焦车落入熄焦车内，赤热焦炭用水熄火，然后放到焦台。当用干法熄焦时，赤热焦炭用惰性气体冷却，并回收热能。 +RN|ZG& 焦炉的加热管理是焦炉操作中的重要工作。它的任务是按规定的结焦时间，装煤量，装煤水分及加热煤气种类等实际条件，及时测量，调节焦炉加热系统的流量及各控制点的温度和压力，实现全炉各炭化室在规定时间内沿炭化室高度方向与长度方向的均匀加热，使各炭化室结焦时间一致，并使焦饼在规定时间内在机侧与焦侧同时成熟。 )P%= 5高温炼焦的发展 d|RDx;r l8 焦炉的大型化与高效 qe_59'K 高炉容积的增大也要求焦炉增加生产能力。同时焦炉大型化具有基建投资省、劳动生产率高，占地面积小，维修费用低，热工效率高和焦炭质量改善等一系列的优点，因此已成为焦炉发展的必然趋势。焦炉大型化主要是提高炭化室的高度，并适当增加长度。国外已设计和建设了炭化室高度为78m焦炉。据国外进行的综合比较分析，炭化室的最佳高度为7.5m左右，这时焦炉的单位投资费用最低，过高不仅增加投资，给操作也带来困难。表6-1-12是国内外一些焦炉炭化室的结构尺寸。 d;WXlE; 为提高焦炉的生产率必须强化炉墙的传热强度，缩短结焦时间，以增加生产能力。提高火道温度可以强化生产，但受到提高耐火材料耐温性能的困难。目前主要的措施是提高炉墙的热导率和减薄炉墙厚度。例如采用致密硅砧，使热导率提高1020。国外试验表明，炉墙厚度减薄10mm，结焦时间可缩短一小时。目前国内新建的炭化室炉墙厚度约为90mm左右。 *7:HOP>Y 表6-1-12国内外焦炉炭化室尺寸 J6W"t 图片:2010-10-20_191245.jpgMaQ7U5 |e 炼焦新技术 '>0rpjC 为了扩大炼焦用煤来源，在配煤中增加弱粘结和不粘结煤的比例，是研究的主要方向。具体方法有：捣固炼焦，煤的炉外预热或干燥，配型煤和添加粘结剂等。 CHo(:A.U> 把配煤用捣固机捣实成体积略小于炭化室的煤饼后，推入炭化室炼焦，称捣固炼焦。煤饼的堆密度可由原来散装煤的0.70.75t/m3提高到0.951.15t/m3，通过这种方法可扩大气煤的用量，并使焦炭强度符合要求。 7*$Sd 增加煤料堆密度，可以减少结焦过程中为填充煤粒间隙所需胶质体液相产物数量，即用较少的液相量把分散的煤粒粘结在一起。同时干馏产生的气相产物由于煤压紧而不易析出，增加了胶质体的膨胀压力，使变形煤粒受压挤紧。捣紧的煤饼促使热解产生的游离基与不饱和化合物相互缩合，产生稳定的液相产物。不过对于焦炉成层结焦来说，堆密度增加减少了收缩应力的松弛作用，焦炭易产生横裂纹。因此捣固炼焦对粘结性差的煤可以改善焦炭的质量，而对强粘煤反而不利焦炭质量。因此对于气煤用量较多的配煤可配入适当量的瘦化成分（加瘦煤或焦粉）。 ITf, )?|Y 把煤预热到200250后装炉或把煤料干燥到含水分5左右装炉，可增加装炉煤的堆密重，改善粘结性，这主要由于煤粒间摩擦力减少，煤粒流动性增加的缘故。配型煤炼焦是把部分煤料加入粘结剂，经混捏、压块成型后，按3040比例混配到入炉煤中，配型煤炼焦的效果和上述讨论相仿。 ;"j>k>tg 在配合煤中强粘煤少的情况下，添加粘结剂可以增加配煤的粘结性，事实上加入的粘结剂起替代强粘煤的代用品作用。粘结剂有石油沥青或煤焦油沥青。在煤直接液化一节介绍的溶剂精制煤（SRC）也是一种低灰低硫的粘结剂，试验已表明添加SRC可收到相当好的效果。 3IHA+
