洁净煤技术课件--第7章-煤炭焦化理论及应用revppt.ppt

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1、第第7章章 煤炭焦化理论及应用煤炭焦化理论及应用 7.1. 概述概述7.2. 焦炭的性质和应用焦炭的性质和应用 7.3. 炼焦理论炼焦理论7.4. 炼焦炉炼焦炉7.5. 炼焦工艺流程和新技术炼焦工艺流程和新技术 7.6. 焦炉煤气及其利用焦炉煤气及其利用 煤炭的化学加工煤炭的化学加工煤炭的焦化煤炭的焦化煤炭的气化煤炭的气化煤炭的液化煤炭的液化煤炭焦化是煤综合利用最成熟、应用最广泛的方法。煤炭焦化是煤综合利用最成熟、应用最广泛的方法。7.1 概述概述 中国在很早已经采用简易方法制造焦炭，商代的青铜器和春秋中国在很早已经采用简易方法制造焦炭，商代的青铜器和春秋战国时代铁器的冶炼就开始使用木炭，魏晋

2、南北朝时期开始用煤炼战国时代铁器的冶炼就开始使用木炭，魏晋南北朝时期开始用煤炼铁，据铁，据古今图书集成古今图书集成记载，在明代或更早就用煤炼制焦炭，并记载，在明代或更早就用煤炼制焦炭，并用焦炭冶铁。用焦炭冶铁。 一、煤炭焦化一、煤炭焦化焦焦炉炉 配合煤配合煤气、肥、焦、瘦气、肥、焦、瘦焦焦 炭炭冷冷凝凝焦油加工焦油加工焦焦油油工业萘、洗油、酚、工业萘、洗油、酚、 蒽、轻油蒽、轻油煤煤气气净净化化氨、粗苯、硫磺、氨、粗苯、硫磺、净煤气净煤气 煤在隔绝空气的条件下，加热到煤在隔绝空气的条件下，加热到95095010501050，经过干，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段得到的固体产燥、热

3、解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段得到的固体产物即为焦炭。煤焦化后得到的产品除了焦炭外，还有煤焦物即为焦炭。煤焦化后得到的产品除了焦炭外，还有煤焦油、煤气和化学产品。油、煤气和化学产品。 焦炭焦炭 焦炭的产率约为焦炭的产率约为76%76%85%85%，主要用于高炉炼铁和有色，主要用于高炉炼铁和有色金属的冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用，少量用金属的冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用，少量用于制取合成气、碳化钙、二硫化碳、元素磷等。于制取合成气、碳化钙、二硫化碳、元素磷等。 煤焦油煤焦油 煤焦油的产率约为煤焦油的产率约为3%3%4%4%。煤焦油是黑色粘稠的油状。煤焦油是黑色粘稠的油状液体，从

4、煤焦油中分离得到的化合物已有液体，从煤焦油中分离得到的化合物已有400400余种，其中含余种，其中含有苯、酚、萘、蒽、菲等重要化工原料，可以作为农药、有苯、酚、萘、蒽、菲等重要化工原料，可以作为农药、医药、染料、炸药等行业的原料。医药、染料、炸药等行业的原料。 煤气和化学产品煤气和化学产品 炼焦煤气的产率约为炼焦煤气的产率约为16%16%20%20%。从炼焦炉出来的气体，。从炼焦炉出来的气体，除了含有可燃气体除了含有可燃气体COCO、H H2 2、CHCH4 4之外，还有苯、乙烯、氨等。之外，还有苯、乙烯、氨等。经过冷却回收，可以获得萘、氨、氰化氢、硫等化学产品。经过冷却回收，可以获得萘、氨、

5、氰化氢、硫等化学产品。经过净化的煤气属中热值煤气，可以作为燃料。经过净化的煤气属中热值煤气，可以作为燃料。二、焦炭分类二、焦炭分类 由煤、石油、沥青或者其他液体碳氢化合物为原料，在由煤、石油、沥青或者其他液体碳氢化合物为原料，在隔绝空气条件下干馏得到的固体产物都可称之为广义的焦炭。隔绝空气条件下干馏得到的固体产物都可称之为广义的焦炭。人们通常所说的焦炭是狭义的焦炭，即以煤为原料，在隔绝人们通常所说的焦炭是狭义的焦炭，即以煤为原料，在隔绝空气条件下干馏得到的固体产物，特征表现为质地坚硬、多空气条件下干馏得到的固体产物，特征表现为质地坚硬、多孔、银灰色并呈现不同粗细裂纹的炭质固体材料。孔、银灰色并

6、呈现不同粗细裂纹的炭质固体材料。 按用途可以划分为冶金焦和化工焦按用途可以划分为冶金焦和化工焦 冶金焦冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。的统称。化工焦化工焦包括气化用焦和电石用焦。气化用焦主要用于包括气化用焦和电石用焦。气化用焦主要用于制造发生炉煤气或水煤气。电石用焦是电石生产的碳素材料。制造发生炉煤气或水煤气。电石用焦是电石生产的碳素材料。按生产技术条件可以划分为机制焦与土焦按生产技术条件可以划分为机制焦与土焦 机制焦机制焦是指在大型焦化炉中机械化生产的煤焦，焦炭的质是指在大型焦化炉中机械化生产的煤焦，焦炭的质量好，具有一定

7、的强度，焦块均匀，对环境污染较小，是国家量好，具有一定的强度，焦块均匀，对环境污染较小，是国家产业政策引导的炼焦方法。产业政策引导的炼焦方法。 土焦土焦是在普通粘土砖窑炉内以土法炼焦工艺得到的焦炭，是在普通粘土砖窑炉内以土法炼焦工艺得到的焦炭，其结焦周期长，成焦率低，强度较差，炼焦化学产品或被烧掉其结焦周期长，成焦率低，强度较差，炼焦化学产品或被烧掉或随高温废气排入大气，对大气造成污染。或随高温废气排入大气，对大气造成污染。目前，土法炼焦已目前，土法炼焦已经被列入强制淘汰生产工艺。经被列入强制淘汰生产工艺。按炼制过程可以划分为低温焦炭与高温焦炭按炼制过程可以划分为低温焦炭与高温焦炭 低温焦炭和

8、高温焦炭的区别在于二者的最终温度、使用低温焦炭和高温焦炭的区别在于二者的最终温度、使用的原料、产品产率和产品性质不同。的原料、产品产率和产品性质不同。 低温焦炭低温焦炭，也称半焦，是隔绝空气条件下煤在，也称半焦，是隔绝空气条件下煤在500500600600干馏得到的产品，其原料是褐煤、低变质程度的烟煤、干馏得到的产品，其原料是褐煤、低变质程度的烟煤、长焰煤和气煤。低温干馏的最终目的是获得高产率的煤焦油，长焰煤和气煤。低温干馏的最终目的是获得高产率的煤焦油，同时也能得到半焦和煤气。同时也能得到半焦和煤气。 高温焦炭高温焦炭干馏的温度在干馏的温度在90090010001000，主要产品是优质，主要

9、产品是优质焦炭，同时还有挥发性的产物、煤气和化学产品。高温干馏焦炭，同时还有挥发性的产物、煤气和化学产品。高温干馏所用的原料煤是气煤、肥煤、焦煤、瘦煤等。所用的原料煤是气煤、肥煤、焦煤、瘦煤等。 从从19931993年起，中国焦炭年起，中国焦炭产量产量已连续至今居世界第一位。已连续至今居世界第一位。20102010年焦炭产量年焦炭产量3.883.88亿吨，亿吨，20112011年突破年突破4 4亿吨。亿吨。 20102010年我国焦炭年我国焦炭消费量消费量约约3.8433.843亿吨，是我国焦炭消费历亿吨，是我国焦炭消费历史上消费最多的一年。史上消费最多的一年。 我国也是世界焦炭出口大国，我国

10、也是世界焦炭出口大国，出口量出口量占世界焦炭出口总占世界焦炭出口总量的量的6060以上。以上。三个“世界第一”三、我国焦炭产量和分布三、我国焦炭产量和分布 自二十世纪八十年代以来，随着经济的快速发展，中国自二十世纪八十年代以来，随着经济的快速发展，中国的炼焦工业进入了快速发展期。的炼焦工业进入了快速发展期。 图图7.1 20007.1 200020112011年中国焦炭产量及增长率走势图年中国焦炭产量及增长率走势图 近近1010年我国焦炭产量逐年增长，年我国焦炭产量逐年增长，20002000年至年至20112011年其年其增长幅度达到增长幅度达到300300，年均增长率，年均增长率12.831

11、2.83。 图图7.2 20117.2 2011年我国各省焦炭产量结构示意图年我国各省焦炭产量结构示意图 我国炼焦企业主要集中于华北、华东和东北地区，华北我国炼焦企业主要集中于华北、华东和东北地区，华北地区焦炭产量占全国总产量的比例达到地区焦炭产量占全国总产量的比例达到6060。 20112011年焦炭产量最大的是山西省、河北省和山东省。年焦炭产量最大的是山西省、河北省和山东省。 7.2. 焦炭的性质和应用焦炭的性质和应用 (1)(1)挥发分和固定碳挥发分和固定碳 固定碳固定碳是焦炭的主要成分。将焦炭再次隔绝空气加热到是焦炭的主要成分。将焦炭再次隔绝空气加热到850850以上，从中析出挥发物后

12、，剩余部分为固定碳和灰分。以上，从中析出挥发物后，剩余部分为固定碳和灰分。 挥发分挥发分是焦炭分析试样在是焦炭分析试样在9009001010下隔绝空气快速加热后下隔绝空气快速加热后的失重占原焦样的百分率，并减去该试样的水分得到的数值。的失重占原焦样的百分率，并减去该试样的水分得到的数值。 挥发分是焦炭成熟度的标志，挥发分是焦炭成熟度的标志，它与原料煤的煤化度和炼焦最它与原料煤的煤化度和炼焦最终温度有关，一般成熟焦炭的空气干燥基挥发分终温度有关，一般成熟焦炭的空气干燥基挥发分V Vadad为为1 12%2%。若若挥发分大于挥发分大于2% 2% 则表示生焦，其不耐磨，强度差；若挥发分小于则表示生焦

13、，其不耐磨，强度差；若挥发分小于0.7%0.7%， 则表示过火，过火焦裂纹多且易碎。则表示过火，过火焦裂纹多且易碎。 (2) (2)水分：水分：焦炭在焦炭在102102105105干燥到恒重后的损失量为水干燥到恒重后的损失量为水分。焦炭水分因熄焦方式而异，并与焦炭块度、焦粉含量、分。焦炭水分因熄焦方式而异，并与焦炭块度、焦粉含量、采样地点、取样方法等因素有关。湿法熄焦时，焦炭水分约采样地点、取样方法等因素有关。湿法熄焦时，焦炭水分约4 46 6。干法熄焦时，焦炭在储运过程中会吸附空气中的水，。干法熄焦时，焦炭在储运过程中会吸附空气中的水，使其水分达使其水分达0.50.51 1。水分的测定方法见

14、国标水分的测定方法见国标GB2002-80GB2002-80。 (3)(3)灰分：灰分：焦炭燃烧后的残余物是灰分，主要成分是焦炭燃烧后的残余物是灰分，主要成分是SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3，还有少量，还有少量CaOCaO，MgOMgO等氧化物。因煤在炼焦过程中灰分等氧化物。因煤在炼焦过程中灰分全部转入焦炭，故焦炭灰分高低取决于煤的灰分，焦炭灰分全部转入焦炭，故焦炭灰分高低取决于煤的灰分，焦炭灰分越低越好，对高炉操作越有利。越低越好，对高炉操作越有利。 炼焦精煤的灰分以炼焦精煤的灰分以7%7%左右为左右为宜。灰分的测定方法见国标宜。灰分的测定方法见国标GB2002-80GB2

15、002-80。 按焦炭的工业分析，其成分为：固定碳按焦炭的工业分析，其成分为：固定碳80808585，挥发，挥发分分1 13 3，灰分，灰分10101818。 焦炭的元素组成是进行燃烧计算和评定焦炭中有害元素焦炭的元素组成是进行燃烧计算和评定焦炭中有害元素的依据。的依据。 (1)(1)碳和氢碳和氢: : 碳是焦炭的主要成分，氢包含在焦炭的挥发碳是焦炭的主要成分，氢包含在焦炭的挥发分中。不同变质程度的煤制取的焦炭，其碳含量大致相同，分中。不同变质程度的煤制取的焦炭，其碳含量大致相同，但碳结构和石墨化程度不同。氢含量随炼焦温度的变化比挥但碳结构和石墨化程度不同。氢含量随炼焦温度的变化比挥发分随炼焦

16、温度的变化明显，且测量误差小，因此根据焦炭发分随炼焦温度的变化明显，且测量误差小，因此根据焦炭的氢含量可以更可靠地判断焦炭的成熟程度。的氢含量可以更可靠地判断焦炭的成熟程度。(2)(2)氮氮: :(3)(3)硫硫: :工业上一般用重量法测定焦炭的全硫工业上一般用重量法测定焦炭的全硫StSt。(4)(4)氧氧: :常用减差法计算得到，其成分常用减差法计算得到，其成分为为0.4%0.4%0.7%0.7%。(5)(5)磷磷: :(6)(6)钾、钠：钾、钠：1. 1. 机械强度机械强度 (Strength of coke) 焦炭机械强度是指焦炭在机械力和热应力作用下抗碎裂焦炭机械强度是指焦炭在机械力和

17、热应力作用下抗碎裂和磨损的能力。焦炭的破碎过程伴随着粒度的减小和新表和磨损的能力。焦炭的破碎过程伴随着粒度的减小和新表面的产生，因此机械强度可以用焦炭粒度和比表面的变化面的产生，因此机械强度可以用焦炭粒度和比表面的变化来表示，也可用一定的机械功作用后，焦炭中大于来表示，也可用一定的机械功作用后，焦炭中大于( (或小或小于于) )一定粒级的焦炭数量来表示。目前，一定粒级的焦炭数量来表示。目前，转鼓法和落下法转鼓法和落下法是焦炭常温机械强度测量的主要方法。是焦炭常温机械强度测量的主要方法。 (1)(1)焦炭转鼓强度焦炭转鼓强度 将焦炭放在转筒中，按一定的转速旋转转筒，测量得到将焦炭放在转筒中，按一

18、定的转速旋转转筒，测量得到的强度即为焦炭转鼓强度。转鼓强度能同时获得的强度即为焦炭转鼓强度。转鼓强度能同时获得抗碎强度抗碎强度和耐磨强度和耐磨强度两个指标。两个指标。%1004040入鼓焦炭量的质量出鼓焦炭中粒径大于mmM%1001010入鼓焦炭量的质量出鼓焦炭中粒径大于mmM(6-1)抗碎强度抗碎强度M40M40（M40M40、抗碎性、抗碎性） 当焦炭承受冲击力时，焦炭沿裂纹或者缺陷处碎成小块，当焦炭承受冲击力时，焦炭沿裂纹或者缺陷处碎成小块，焦炭抵抗这种破坏的能力称为抗碎强度。焦炭抵抗这种破坏的能力称为抗碎强度。耐磨强度耐磨强度M10 M10 （M10M10、耐磨性、耐磨性） 当焦炭外表面

19、承受的摩擦力超过气孔壁强度时，就会产生当焦炭外表面承受的摩擦力超过气孔壁强度时，就会产生表面薄层分离的现象，形成碎末，焦炭抵抗这种破坏的能力表面薄层分离的现象，形成碎末，焦炭抵抗这种破坏的能力称为耐磨强度。称为耐磨强度。 焦炭焦炭M40M40、M10M10测定方法为：测定方法为：用直径为用直径为60mm60mm的圆孔筛把的圆孔筛把焦炭人工筛分后，将大于焦炭人工筛分后，将大于60mm60mm的焦炭分成的焦炭分成606080mm80mm和大于和大于80mm80mm两个筛级，两级按比例共取两个筛级，两级按比例共取50kg50kg，置于米库姆转鼓进，置于米库姆转鼓进行试验，试验后可计算焦炭的抗碎强度和

20、耐磨强度。行试验，试验后可计算焦炭的抗碎强度和耐磨强度。 (2)(2)焦炭落下强度焦炭落下强度 落下法是以一定量、一定块度的焦炭按规定高度自由落下法是以一定量、一定块度的焦炭按规定高度自由下落测量块焦的强度，测得的强度称为焦炭落下强度。落下落测量块焦的强度，测得的强度称为焦炭落下强度。落下强度主要反映焦炭抵抗沿裂纹和缺陷碎成小块的能力，下强度主要反映焦炭抵抗沿裂纹和缺陷碎成小块的能力，即抗碎性或抗碎强度。我国标准即抗碎性或抗碎强度。我国标准GB4511.2-84GB4511.2-84规定了焦炭落规定了焦炭落下强度的测定方法。下强度的测定方法。表表1 1 一些国家焦炭落下强度试验方法标准一些国家

21、焦炭落下强度试验方法标准 焦炭是外形和尺寸不规则的物料，只能用统计的方法来表焦炭是外形和尺寸不规则的物料，只能用统计的方法来表示其粒度，即用示其粒度，即用筛分试验获得的筛分组成计算的平均粒度进行筛分试验获得的筛分组成计算的平均粒度进行表征表征。2. 焦炭筛分组成焦炭筛分组成 (Size distribution of coke)3. 焦炭堆积密度焦炭堆积密度 (Bulk density of coke )4. 焦炭视密度焦炭视密度 (Apparent density of coke) 5. 焦炭真密度焦炭真密度 (True density of coke) 6. 焦炭气孔率焦炭气孔率 (Por

22、osity of coke)1100%视密度气孔率真密度7. 焦炭比热容焦炭比热容 (Specific heat capacity of coke) 焦炭比热容是指单位质量的焦炭温度升高焦炭比热容是指单位质量的焦炭温度升高1K1K所需的热量，所需的热量，以以kJkJ(kg(kgK) K) -1-1表示。表示。 在在00时，焦炭比热容约为时，焦炭比热容约为0.836 kJ0.836 kJ(kg(kgK) K) -1-1，在，在0 010001000范围内焦炭的瞬时比热容范围内焦炭的瞬时比热容C C可以表示为温度可以表示为温度T T的函数：的函数： 273)273(104 . 5)273(1053

23、. 1836. 0TTC8. 焦炭热导率焦炭热导率 (Thermal conductivity of coke) 焦炭热导率是指热量从焦炭的高温部位向低温部位传递时，焦炭热导率是指热量从焦炭的高温部位向低温部位传递时，单位距离上温差为单位距离上温差为1K1K时的传热速率，以时的传热速率，以W W(m(mK)K)-1-1表示。室温表示。室温下焦块的热导率约为下焦块的热导率约为0.580.580.81W0.81W(m(mK)K)-1-1，并随温度的升高，并随温度的升高呈近似直线的增加。呈近似直线的增加。9. 焦炭热膨胀系数焦炭热膨胀系数 (Thermal expansion coeifficien

24、t of coke) 焦炭热膨胀系数是指棒状焦炭试样在受热时，温度每升焦炭热膨胀系数是指棒状焦炭试样在受热时，温度每升高高1K的伸长量与试样原长的比值。焦炭线膨胀系数为：的伸长量与试样原长的比值。焦炭线膨胀系数为： 各单种煤炼得的焦炭在各单种煤炼得的焦炭在1001000范围内的平均线胀系范围内的平均线胀系数为数为 (4.86.7)10-6 K-1。 )(1dtdLLL：试样原长，：试样原长，mdt：温度增加量，：温度增加量，KdL：试样伸长量，：试样伸长量，m10.焦炭热应力焦炭热应力 (Thermal stress of coke) 焦炭受热时，因内部结构和性质不均一，以及各部位的焦炭受热时

25、，因内部结构和性质不均一，以及各部位的温度梯度而产生的应力，称为热应力。焦炭热应力温度梯度而产生的应力，称为热应力。焦炭热应力可以表可以表示为：示为：高炉内焦炭热应力在高炉内焦炭热应力在0.32.9MPa范围内波动。范围内波动。：焦炭线胀系数，：焦炭线胀系数，K-1；E：焦炭杨氏模量，：焦炭杨氏模量，MPa；t：焦块表面与中心的温度差，：焦块表面与中心的温度差， )1 (tE11. 焦炭着火温度焦炭着火温度 ( Ignition temperature of coke) 焦炭在氧气或空气中加热时达到连续燃烧的最低温度即焦炭在氧气或空气中加热时达到连续燃烧的最低温度即着火温度，通常把焦炭床层升温

26、曲线急剧变化前后两部分曲着火温度，通常把焦炭床层升温曲线急剧变化前后两部分曲线的切线交点定为着火温度。线的切线交点定为着火温度。 焦炭在空气中的着火温度为焦炭在空气中的着火温度为450650，其化学活性越，其化学活性越高，着火温度越低。高，着火温度越低。12. 焦炭收缩率焦炭收缩率 (Shrinkage rate of coke) 焦炭试样重新加热到高于炼焦终温后，产生的收缩量焦炭试样重新加热到高于炼焦终温后，产生的收缩量占原来长度的百分率即收缩率。焦炭受热时先发生膨胀，占原来长度的百分率即收缩率。焦炭受热时先发生膨胀，继续加热到继续加热到1000后开始收缩。加热到后开始收缩。加热到1400以

27、上时，收以上时，收缩率极小，呈现出热稳定性。缩率极小，呈现出热稳定性。焦炭试样加热到焦炭试样加热到1400时的时的平均收缩率为平均收缩率为0.3%1.4%。 13. 焦炭电阻率焦炭电阻率 (Resistance of coke) 电阻率是焦炭的重要特性之一，可用于评价焦炭的成熟度。电阻率是焦炭的重要特性之一，可用于评价焦炭的成熟度。无论在常温或高温下，焦炭粒度愈小，电阻率愈大。无论在常温或高温下，焦炭粒度愈小，电阻率愈大。14. 焦炭透气性焦炭透气性 (Gas permeability of coke) 焦炭透气性表示气流通过焦炭料层的难易程度。它与焦焦炭透气性表示气流通过焦炭料层的难易程度。

28、它与焦炭筛分组成和焦炭堆积密度有关，通常用一定流速的气体炭筛分组成和焦炭堆积密度有关，通常用一定流速的气体通过焦炭料柱时的阻力系数来衡量。阻力系数通过焦炭料柱时的阻力系数来衡量。阻力系数K: 2uhpKp：焦炭料柱的阻力，：焦炭料柱的阻力，Pa；h：焦炭料柱的高度，：焦炭料柱的高度，m，一般在，一般在1.5m以上；以上； ：试验条件下的空气密度，：试验条件下的空气密度，kgm-3； u：空气的流速，：空气的流速，ms-1 K一般在一般在1001200范围内。范围内。 15. 焦炭反应性焦炭反应性 焦炭反应性是指焦炭与氧化性气体进行化学反应的能力，焦炭反应性是指焦炭与氧化性气体进行化学反应的能力

29、，包括以下三种反应：包括以下三种反应： C+O2CO2 （1） C+H2OH2+CO （2） C+CO22CO （3） 由反应由反应(1)表达的焦炭反应性也称焦炭燃烧性，高炉内主要表达的焦炭反应性也称焦炭燃烧性，高炉内主要发生在风口区发生在风口区1600以上的部位。反应以上的部位。反应(2)也称水煤气反应。反也称水煤气反应。反应应(3)是高炉内是高炉内9001300的软融带和滴落带内发生的碳素溶损的软融带和滴落带内发生的碳素溶损反应，由于它对焦炭在冶炼过程中具有重要意义。反应，由于它对焦炭在冶炼过程中具有重要意义。 故通常反应性是用一定浓度的故通常反应性是用一定浓度的CO2气体在一定温度下与焦

30、气体在一定温度下与焦炭发生的反应速度或经过一定反应时间后反应掉的炭发生的反应速度或经过一定反应时间后反应掉的C来评定。来评定。 评价焦炭反应性的指标评价焦炭反应性的指标 反应性和反应后强度是评价焦炭反应性的两个指标。反应性和反应后强度是评价焦炭反应性的两个指标。 焦炭与焦炭与COCO2 2或水蒸气反应的反应速率称为焦炭的化学反应性，或水蒸气反应的反应速率称为焦炭的化学反应性，可以用反应后气体中可以用反应后气体中COCO和和COCO2 2的百分浓度来表示，也可以用在一的百分浓度来表示，也可以用在一定反应条件下，反应一定时间之后所消耗的焦炭量占参加反应定反应条件下，反应一定时间之后所消耗的焦炭量占

31、参加反应的焦炭量的百分率来表示。的焦炭量的百分率来表示。 目前一些国家采用块焦反应率这一指标，即将一定量的焦目前一些国家采用块焦反应率这一指标，即将一定量的焦炭试样在规定的条件下与纯炭试样在规定的条件下与纯COCO2 2气体反应一定时间，然后充氮气气体反应一定时间，然后充氮气冷却、称重，这样反应前后焦炭试样重量差与焦炭试样重量之冷却、称重，这样反应前后焦炭试样重量差与焦炭试样重量之比的百分率即得到块焦反应率比的百分率即得到块焦反应率CRICRI。 反应性是指一定浓度的反应性是指一定浓度的COCO2 2气体在一定温度下与焦炭发生反气体在一定温度下与焦炭发生反应，经过一定反应时间后焦炭失重的质量百

32、分数，用应，经过一定反应时间后焦炭失重的质量百分数，用CRICRI表示。表示。 反应后强度是指反应后的焦炭在标准的反应后强度是指反应后的焦炭在标准的I I型转鼓中转到一型转鼓中转到一定的转数后，经过定的转数后，经过10mm10mm的筛子筛分，筛上物占入鼓焦炭的质量的筛子筛分，筛上物占入鼓焦炭的质量百分数，用百分数，用CSRCSR表示。表示。 1. 1. 指标指标中国中国日本日本英国英国美国美国德国德国法国法国水分水分Mt %4.06.03435挥发分挥发分Vad %1.90.71.1灰分灰分Aad %12.015.0101286.610.89.810.26.710.1硫分硫分St,md%0.6

33、1.00.625, 401575206320, 205140804080转转鼓鼓强强度度指指数数，%M25. 92.0. 8892. 83887580758490M10. 7.0. 8.5. 10.5768I1080硫分硫分Sad(%)0.50.80.88060转鼓强度转鼓强度M40(%)85.081.077.060落下强度落下强度(%)92.088.081.0水分水分Mt (%)5.0显气孔率显气孔率(%)404545灰分灰分Aad (%)8.08.0110.010.0112.0碎焦率碎焦率(40mm%)4.0挥发分挥发分Vad (%)1.50表表2 2 我国铸造焦的质量标准我国铸造焦的质量

34、标准3. 3. 表表3 3 我国铁合金焦的质量标准我国铁合金焦的质量标准指标指标级别级别优优 级级一一 级级二二 级级灰分灰分Aad , %氧化铝含量氧化铝含量, %磷含量磷含量, %电阻率电阻率, 10-6（m）挥发分挥发分Vdaf , %硫分硫分Sad , %水分含量水分含量, %10.002.00.02522004.00.808.013.003.00.03520004.00.908.016.005.00.04511004.01.308.04. 4. 5. 5. 电石用焦是在生产电石的电弧炉中作导电体和发热体电石用焦是在生产电石的电弧炉中作导电体和发热体用的焦炭。电石用焦加入电弧炉中，在电

35、弧热和电阻热的用的焦炭。电石用焦加入电弧炉中，在电弧热和电阻热的高温作用下高温作用下(1800(18002200)2200)和石灰石发生反应，生成熔融和石灰石发生反应，生成熔融态的碳化钙。态的碳化钙。电石用焦具有灰分低、反应性高、电阻率大电石用焦具有灰分低、反应性高、电阻率大和粒度适中等特性。和粒度适中等特性。7.3. 炼焦理论炼焦理论 煤煤胶质体胶质体半焦半焦焦炭焦炭干燥预热干燥预热软化、膨胀软化、膨胀固化、收缩固化、收缩 7.4 炼焦炉炼焦炉 焦炉的结构与特点焦炉的结构与特点 炭化室两侧是燃烧室，炭化室与燃烧室依次相间，一墙炭化室两侧是燃烧室，炭化室与燃烧室依次相间，一墙之隔。之隔。 蓄热

36、室位于焦炉炉体的下部，上部经过斜道与燃烧室相蓄热室位于焦炉炉体的下部，上部经过斜道与燃烧室相连，下部经废气盘分别与分烟道、贫煤气管和大气相通。连，下部经废气盘分别与分烟道、贫煤气管和大气相通。 焦炉加热系统：焦炉加热系统： 燃烧室、斜道区、蓄热室。燃烧室、斜道区、蓄热室。 变换时间：变换时间：20-30min20-30min（气流换向）（气流换向）炭化室炭化室 炭化室的宽度炭化室的宽度对焦炉的生产能力与焦炭质量均有影响，增加宽度虽然对焦炉的生产能力与焦炭质量均有影响，增加宽度虽然焦炉的容积增大，装煤量增多，但因煤料传热不良，随炭化室宽度的增加，焦炉的容积增大，装煤量增多，但因煤料传热不良，随炭

37、化室宽度的增加，结焦速度降低，结焦时间大为延长。因此宽度不宜过大，否则反而降低了结焦速度降低，结焦时间大为延长。因此宽度不宜过大，否则反而降低了生产能力。宽度减小，结焦时间大为缩短，但不应太窄，否则推焦杆强度生产能力。宽度减小，结焦时间大为缩短，但不应太窄，否则推焦杆强度降低，推焦困难。且结焦时间缩短后，操作次数增加，按生产每吨焦炭计，降低，推焦困难。且结焦时间缩短后，操作次数增加，按生产每吨焦炭计，所需操作时间增多，增加污染，耐火砖用量也相应增加，从而降低了生产所需操作时间增多，增加污染，耐火砖用量也相应增加，从而降低了生产能力。能力。 炭化室宽度一般在炭化室宽度一般在400400550mm

38、550mm之间，宽度减小，结焦时间能大大缩短，之间，宽度减小，结焦时间能大大缩短，但是一般不小于但是一般不小于350mm350mm。5858型焦炉炭化室的平均宽取型焦炉炭化室的平均宽取407mm407mm和和450mm450mm两种规两种规格，大容积焦炉的平均宽度仍为格，大容积焦炉的平均宽度仍为450mm450mm，目前有些新建焦炉宽度为，目前有些新建焦炉宽度为500mm500mm；小型焦炉炭化室的平均宽度为小型焦炉炭化室的平均宽度为300mm300mm左右。左右。 焦炉的生产能力与炭化室长度焦炉的生产能力与炭化室长度成正比，而单位产品的设备造价随炭化成正比，而单位产品的设备造价随炭化室长度增

39、加而显著降低。因此，增加炭化室长度有利于提高产量，降低基室长度增加而显著降低。因此，增加炭化室长度有利于提高产量，降低基建投资和生产费用。建投资和生产费用。 国内大容积焦炉炭化室的长度为国内大容积焦炉炭化室的长度为15980mm15980mm，锥度为，锥度为70mm70mm；卡尔斯蒂式；卡尔斯蒂式焦炉炭化室长度为焦炉炭化室长度为17090mm17090mm，锥度为，锥度为76mm76mm。 大型焦炉炭化室高度大型焦炉炭化室高度一般为一般为4 46m6m，增加炭化室高度是提高焦炉生产，增加炭化室高度是提高焦炉生产能力的重要措施，且由于煤料堆密度的增加而有利于焦炭质量的提高。能力的重要措施，且由于

40、煤料堆密度的增加而有利于焦炭质量的提高。 燃烧室燃烧室 蓄热室蓄热室 在蓄热室内，当下降废气通过蓄热室时，即将热量传在蓄热室内，当下降废气通过蓄热室时，即将热量传递给格子砖，废气温度由递给格子砖，废气温度由12001200左右降至左右降至400400左右，然左右，然后，经小烟道、分烟道、总烟道至烟囱排出。换向后，冷后，经小烟道、分烟道、总烟道至烟囱排出。换向后，冷空气或贫煤气进入蓄热室，吸收格子砖蓄积的热量，并被空气或贫煤气进入蓄热室，吸收格子砖蓄积的热量，并被预热至预热至10001000后进入燃烧室燃烧。后进入燃烧室燃烧。 每座焦炉的蓄热室总是半数处于下降气流，半数处于每座焦炉的蓄热室总是半

41、数处于下降气流，半数处于上升气流，每隔上升气流，每隔20-3020-30分钟换向一次。分钟换向一次。 目前较常用的是九孔薄壁异型格子砖，蓄热室内温度目前较常用的是九孔薄壁异型格子砖，蓄热室内温度变化大，故格子砖采用黏土砖。变化大，故格子砖采用黏土砖。格格子砖子砖斜道区斜道区 炉顶区炉顶区 炭化室盖顶砖以上部位即为炭化室盖顶砖以上部位即为炉顶区炉顶区。炉顶区砌有装。炉顶区砌有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟等。为减少煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟等。为减少炉顶区散热，改善炉顶区的操作条件，其不受压部位砌炉顶区散热，改善炉顶区的操作条件，其不受压部位砌有隔热砖。有隔热砖。JNJN型

42、焦炉看火孔盖下方设有挡火砖。为节省型焦炉看火孔盖下方设有挡火砖。为节省耐火砖，炉顶的实心部位可用筑炉过程中的废耐火砖砌耐火砖，炉顶的实心部位可用筑炉过程中的废耐火砖砌筑，炭化室和燃烧室的盖顶砖用硅砖，其它部位大都用筑，炭化室和燃烧室的盖顶砖用硅砖，其它部位大都用黏土砖，炉顶表面用耐磨性好，能抵抗雨水侵蚀的缸砖黏土砖，炉顶表面用耐磨性好，能抵抗雨水侵蚀的缸砖砌筑。砌筑。 小烟道小烟道 小烟道位于蓄热室的底部，是蓄热室连接废气盘的通道，小烟道位于蓄热室的底部，是蓄热室连接废气盘的通道，上升气流时进冷空气，下降气流时汇集废气。上升气流时进冷空气，下降气流时汇集废气。分烟道、总烟道、烟囱分烟道、总烟道

43、、烟囱 蓄热室下部设有分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经蓄热室下部设有分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经废气盘，分别汇集到机侧或焦侧分烟道，进而在炉组端部的废气盘，分别汇集到机侧或焦侧分烟道，进而在炉组端部的总烟道汇合后导向烟囱根部，借烟囱抽力排入大气。总烟道汇合后导向烟囱根部，借烟囱抽力排入大气。 烟道用钢筋混凝土浇灌制成，内砌粘土衬砖。分烟道与烟道用钢筋混凝土浇灌制成，内砌粘土衬砖。分烟道与总烟道连接部位之前设有吸力自动调节翻板，总烟道与烟囱总烟道连接部位之前设有吸力自动调节翻板，总烟道与烟囱根部连接部位之前设有闸板，用以分别调节吸力。根部连接部位之前设有闸板，用以分别调节吸力。烟道、烟囱

44、烟道、烟囱基础平台基础平台 基础位于炉体的底部，它支撑整个炉体、炉体设施和机基础位于炉体的底部，它支撑整个炉体、炉体设施和机械的重量，并把它传到地基上去。械的重量，并把它传到地基上去。 焦炉基础的结构型式随炉型和煤气供入方式的不同而异。焦炉基础的结构型式随炉型和煤气供入方式的不同而异。焦炉基础有下喷式和侧喷式焦炉。下喷式焦炉基础是一个地焦炉基础有下喷式和侧喷式焦炉。下喷式焦炉基础是一个地下室，由底板、顶板和支柱组成。侧喷式焦炉基础是无地下下室，由底板、顶板和支柱组成。侧喷式焦炉基础是无地下室的整片基础。室的整片基础。 装煤方式：装煤方式：顶装焦炉和捣固焦炉。顶装焦炉和捣固焦炉。 加热煤气和空气

45、供入方式：加热煤气和空气供入方式：侧入式和下喷式焦炉。侧入式和下喷式焦炉。 燃烧室火道型式：燃烧室火道型式：水平火道和直立火道焦炉。水平火道和直立火道焦炉。 高向加热均匀方式：高向加热均匀方式：高低灯头、不同炉墙厚度、分段加热和高低灯头、不同炉墙厚度、分段加热和废气循环等。废气循环等。 气流调节方式气流调节方式: :焦炉加热气流的调节方式有上部调节式和下焦炉加热气流的调节方式有上部调节式和下部调节式两类。部调节式两类。 火道型式火道型式 燃烧室火道型式示意图燃烧室火道型式示意图a a双联式火道；双联式火道；b b四联式火道；四联式火道；c c过顶式火道；过顶式火道； d d两分式火道；两分式火

46、道；e e四分式火道四分式火道 两分式两分式和和双联式双联式火道结构的焦炉应用最广，也是国内的火道结构的焦炉应用最广，也是国内的主要焦炉炉型，大型焦炉均采用双联火道结构。主要焦炉炉型，大型焦炉均采用双联火道结构。 双联式火道双联式火道燃烧室中，将燃烧室设计成偶数个立火道，燃烧室中，将燃烧室设计成偶数个立火道，每两个火道分为一组，一个火道走上升气流，另一个火道走每两个火道分为一组，一个火道走上升气流，另一个火道走下降废气。换向后，气流呈反向流动。这种燃烧室由于没有下降废气。换向后，气流呈反向流动。这种燃烧室由于没有水平集合焰道，因此具有较高的结构稳定性和砌体严密性，水平集合焰道，因此具有较高的结

47、构稳定性和砌体严密性，而且沿整个燃烧室长度方向气流阻力小，分配比较均匀，因而且沿整个燃烧室长度方向气流阻力小，分配比较均匀，因此炭化室内煤料受热较均匀。但异向气流接触面多，焦炉老此炭化室内煤料受热较均匀。但异向气流接触面多，焦炉老龄时易串漏，结构较复杂，砖型多。龄时易串漏，结构较复杂，砖型多。双联式火道目前被我国双联式火道目前被我国大型焦炉广泛采用。大型焦炉广泛采用。 高向加热均匀性的方式高向加热均匀性的方式 各种解决高向加热均匀的方法各种解决高向加热均匀的方法a.a.高低灯头；高低灯头；b.b.炉墙不同厚度；炉墙不同厚度；c.c.分段加热；分段加热；d.d.废气循环废气循环 高低灯头高低灯头

48、系双联火道中单数火道为低灯头、双数火道为系双联火道中单数火道为低灯头、双数火道为高灯头（灯头即为焦炉煤气喷嘴），火焰在不同的高度燃烧，高灯头（灯头即为焦炉煤气喷嘴），火焰在不同的高度燃烧，使炉墙加热有高有低，以改善高向加热均匀性。奥托式焦炉使炉墙加热有高有低，以改善高向加热均匀性。奥托式焦炉即采用高低灯头法。但此种方法仅适用于焦炉煤气加热，并即采用高低灯头法。但此种方法仅适用于焦炉煤气加热，并且效果也不显著。而且由于高灯头高出火道底面一段距离才且效果也不显著。而且由于高灯头高出火道底面一段距离才送出煤气，故自斜道出来的空气，易将火道底部砖缝中的石送出煤气，故自斜道出来的空气，易将火道底部砖缝中

49、的石墨烧尽，造成串漏。奥托式、墨烧尽，造成串漏。奥托式、JN60JN608282、JNX60JNX608787型焦炉型焦炉即用此法。即用此法。高低灯头高低灯头分段燃烧分段燃烧 分段燃烧分段燃烧是将空气和贫煤气（当用焦炉煤气加热时，是将空气和贫煤气（当用焦炉煤气加热时，煤气则从垂直砖煤气道进入火道底部）沿火道墙上的通道，煤气则从垂直砖煤气道进入火道底部）沿火道墙上的通道，在不同的高度上通入火道中燃烧，一般分为上、中、下三在不同的高度上通入火道中燃烧，一般分为上、中、下三点，使燃烧分段。这种措施可以使高向加热均匀，但炉墙点，使燃烧分段。这种措施可以使高向加热均匀，但炉墙结构复杂，需强制通风，空气量

50、调节困难，加热系统阻力结构复杂，需强制通风，空气量调节困难，加热系统阻力大。上海宝钢引进的新日铁大。上海宝钢引进的新日铁M M型焦炉即采用此法。型焦炉即采用此法。不同炉墙厚度不同炉墙厚度 按炭化室高度采用即靠近炭化室下部按炭化室高度采用即靠近炭化室下部的炉墙加厚，向上逐渐减薄，以保证加热的炉墙加厚，向上逐渐减薄，以保证加热均匀。但是，炉墙加厚，传热阻力增大，均匀。但是，炉墙加厚，传热阻力增大，结焦时间延长，故现在已不采用。结焦时间延长，故现在已不采用。废气循环废气循环 这是使燃烧室高向加热均匀最简单而有效的方法，这是使燃烧室高向加热均匀最简单而有效的方法，故现在被广泛采用。由于废气是惰性气体，