【正文】 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 1 總論 煤在煉焦?fàn)t內(nèi)隔絕空氣加熱到 1000℃ 左右，經(jīng)過干餾的一系列階段，最終得到焦炭 、化學(xué)產(chǎn)品和焦?fàn)t煤氣。 這一過程稱為煤的高溫干餾或 高溫 煉焦 ，一般簡稱煉焦。 煉焦的主要目的是為了獲取焦炭，煉焦時(shí)副產(chǎn)的煤氣和化學(xué)產(chǎn)品 。 焦炭主要用于高爐煉鐵。煤氣可以用來合成氨，生產(chǎn)化學(xué)化肥或用作加熱燃料。煉焦所得化學(xué)產(chǎn)品種類很多，特別是含有多種芳香族化合物，主要由硫酸銨、吡啶堿、苯、甲苯、二甲苯、酚、蒽、萘和瀝青等。所以煉焦化學(xué)工業(yè)能提供農(nóng)業(yè)所需的化學(xué)肥料和農(nóng)藥，合成纖維的原料苯，塑料和炸藥的原料酚以及醫(yī)藥原料吡啶堿等。可見，煉焦化學(xué)工業(yè)與許多部門都有關(guān)系，可生產(chǎn)很多重要產(chǎn)品，是煤綜合利用行之有效的方法。 煤 由常溫開始受熱，溫度逐漸上升，煤料中水分首先析出，然后煤開始發(fā)生熱分解，當(dāng)煤受熱溫度在 350480℃左右時(shí)，煤熱解有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)產(chǎn)物，出現(xiàn)膠質(zhì)體。由于膠質(zhì)體透氣性不好，氣體析出不易，產(chǎn)生了對(duì)爐墻的膨脹壓力。當(dāng)超過膠質(zhì)體固化溫度時(shí)，則發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象，產(chǎn)生半焦。在由半焦形成焦炭的階段，有大量氣體生成，半焦收縮 現(xiàn)裂紋。當(dāng)溫度超過 650℃左右時(shí)，半焦階段結(jié)束，開始由半焦形成焦炭，一直到 9501050℃ 時(shí)，焦炭成熟，結(jié)焦過程 結(jié)束。 煉焦煤種簡介 焦炭是鋼鐵、化工等工業(yè)的重要原料，隨著國民經(jīng)濟(jì)的 快速發(fā)展，對(duì)焦炭的需求量與日俱增，傳統(tǒng)的單一煤種煉焦受儲(chǔ)量短缺和推焦困難等因素的影響已被配煤煉焦新工藝所取代。配煤煉焦是把不同煤化程度的煤按比例配合起來，利用各種煤在性質(zhì)上的互補(bǔ)原理，生產(chǎn)符合質(zhì)量要求的焦炭。 煉焦煤的特征是具有不同程度的黏結(jié)性和結(jié)焦性，中國煉焦用煤包河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 括：焦煤 JM、 肥煤 FM、 氣煤 QM 和 瘦煤 SM 以及中間過渡性牌號(hào)煤類構(gòu)成的。 對(duì)煤化度中等、黏結(jié)性極強(qiáng)的 煙煤 也 是 煉焦 用 煤 的一種。 此外，褐煤、長焰煤和貧煤沒有粘結(jié)性，單獨(dú)干餾得不到焦塊。在一定條件下可以少量配入配煤中煉焦。 肥煤 （ FM） 的干燥無灰基揮發(fā)分 Vdaf10%～ 37%，膠質(zhì)層最大厚度y25mm。肥煤 揮發(fā)物 一般較高。膠質(zhì)層較厚。 粘結(jié)性 強(qiáng)，加熱時(shí)產(chǎn)生大量膠質(zhì)體，單獨(dú)煉焦時(shí)生成的 焦炭 ，熔融性好， 耐磨性 大，故為煉焦煤。用肥煤煉出的焦炭橫裂紋多， 氣孔率 高，焦根部蜂焦多，易碎，煉焦時(shí)必需配入 氣煤 、 瘦煤 等以提高焦炭質(zhì)量。肥煤的粘結(jié)力很強(qiáng)，能與粘結(jié)力較弱的煤搭配后煉出優(yōu)質(zhì)煤稱肥煤為配焦煤之母。肥煤是煉焦配合煤中的重要組分，配入肥煤可使焦炭 熔融 良好，從而提高焦炭的耐磨強(qiáng)度，并為配加黏結(jié)性差的煤或瘦化劑創(chuàng)造條件。 貧瘦煤（ PS） 是煉焦煤中變質(zhì)程度最高的一種，其特點(diǎn)是揮發(fā)分較低，粘結(jié)性比典型瘦煤差。其干燥無灰基揮發(fā)分 Vdaf10%～ 20%，粘結(jié)指數(shù) G5～ 12。單獨(dú)練焦時(shí)，生成的焦粉多，配煤煉焦時(shí)配入較少比例就能起到瘦化作用，有利于提高焦炭的塊度。這種沒也可用于發(fā)電、機(jī)車、民用及鍋爐燃料。 氣煤（ QM）是一種煤化程度較低的煉焦煤，結(jié)焦性較好，熱解時(shí)能產(chǎn)生較多的煤氣和焦油，膠質(zhì)體的熱穩(wěn)定性較差。其干燥無灰基揮發(fā)分 Vdaf37%，粘結(jié)指數(shù) G65。單獨(dú)練焦時(shí)，焦炭呈細(xì)長條且易碎，有較多縱向裂紋，焦炭的抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度低于其他煉焦煤。在配煤煉焦時(shí)配入氣煤可增加焦炭的收縮，便于推焦，又可得到較多化學(xué)產(chǎn)品。但多配氣煤將使焦炭塊度降 低。由于我國氣煤儲(chǔ)量大，為了合理利用煉焦煤資源，在煉焦配煤中應(yīng)盡量多配氣煤。有些工廠根據(jù)氣煤的特性，采用不同的方法煉焦，如搗固、高溫快速加熱、熱壓等。 配煤煉焦意義 以前煉焦只用單種焦煤，由于煉焦工業(yè)的發(fā)展，焦煤的儲(chǔ)量開始感到不足。而且還存在著煤煉得的焦餅收縮小，推焦困難 。焦煤膨脹河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 壓力很大，容易脹壞爐體 。焦煤揮發(fā)分少，煉焦化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率小等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn)，采用了多種煤的配煤煉焦。配煤煉焦擴(kuò)大了煉焦煤資源，把不能單獨(dú)煉成合格冶金焦的煤，經(jīng)過幾種煤配合可煉出優(yōu)質(zhì)焦炭，還可以降低煤料 的膨脹壓力，增加 收縮，利于推焦，并可提高化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率，配煤煉焦可以少用好焦煤，多用結(jié)焦性差的煤，使國家資源不但利用合理，而且還能獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 配煤煉焦是以各單種煤的特性以及它們?cè)谠谂浜厦褐械南嗳菪詾榛A(chǔ)的，肥煤一般是配煤煉焦的骨架煤和基礎(chǔ)煤，它可以多配用 弱粘結(jié)性煤和不黏煤；配入的肥煤可以提高化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率；瘦煤可以增加焦炭的塊度，起一定的瘦化作用；貧煤可以少量配入，與肥煤配合煉焦，但必須細(xì)碎；當(dāng)煤料較“瘦”或黏結(jié)性較差時(shí)可加入煤焦油、瀝青等作為粘結(jié)劑。 由于新的煉焦工藝 — 預(yù)熱法煉焦的廣泛使用 ,使得我國的煤炭資源更能夠 被充分利用 ,尤其是平頂山地區(qū)優(yōu)質(zhì)、低灰、低硫、高揮發(fā)分、弱黏結(jié)性或不黏結(jié)性的煤 ,用平頂山地區(qū)的煤作配煤煉焦 ,不僅提高了該地區(qū)煤的使用價(jià)值 ,在一定程度上降低鋼鐵生產(chǎn)成本 ,而且緩減了我國煤炭資源緊張的壓力。 可見，配煤煉焦對(duì)合理利用煤炭資源、節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤、擴(kuò)大煉焦煤源具有重要意義。 煤場及配煤機(jī)械簡介 焦化廠的配煤煉焦工藝要從煤場開始，來煤的卸車與儲(chǔ)存以及單種煤配合成適合煉焦的配合煤的配煤機(jī)械的型號(hào)選取，諸如此類的都要根據(jù)焦化廠的生產(chǎn)規(guī)模而定。 卸煤機(jī)械 （ 1）翻車機(jī) 翻車機(jī)的卸煤方式是通過 把火車車箱翻轉(zhuǎn)一定角度，從而把煤從車箱內(nèi)傾倒出來。一般用于大型焦化廠。 （ 2）螺旋卸車機(jī) 螺旋車煤機(jī)由兩大部分組成；機(jī)架及其行走機(jī)構(gòu)，螺旋及其旋轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)。各廠使用的螺旋卸車機(jī)，按整體形式的不同，大致可分為橋式、門式和單臂式三種。一般用于中型焦化廠。 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 （ 3）鏈斗卸車機(jī)（聯(lián)合卸煤機(jī)） 鏈斗卸車機(jī)主要有機(jī)架、鏈斗提升機(jī)構(gòu)和可移動(dòng)膠帶機(jī)等三部分所組成。一般用于小型焦化廠。 倒運(yùn)機(jī)械 倒運(yùn)機(jī)械用于 把卸下的煤料倒運(yùn)到貯煤場指定位置堆放，以及從貯煤場堆取回送至配煤槽系統(tǒng)。主要的倒運(yùn)機(jī)械有幾種 : （ 1） 門式抓斗起 重機(jī)和裝卸橋 （ 2） 橋式抓斗起重機(jī) （ 3） 斗輪式堆取料機(jī) 配煤槽及配煤設(shè)備 配煤槽用來存配煤所需的各種煤料，一般設(shè)在配煤設(shè)備之上。其數(shù)目和容量與煤種及焦化廠的生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)。其中數(shù)目一般比煤種多2～ 3 個(gè)，主要考慮煤種的更換及設(shè)備的維修，對(duì)配煤量大的煤種要同時(shí)開兩個(gè)槽。其容量在大多數(shù)情況下，應(yīng)能保證焦?fàn)t一晝夜的用煤量。 配煤設(shè)備主要有配煤盤和電磁震動(dòng)給料機(jī)兩種。 （ 1）配煤盤 調(diào)節(jié)簡單，設(shè)備運(yùn)行可靠，其缺點(diǎn)是耗電量大，傳動(dòng)部件多，設(shè)備笨重，另外刮煤板要經(jīng)常清理，不然掛上雜物，影響配煤的準(zhǔn)確性。 （ 2）電磁震動(dòng) 給料機(jī) 結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，布置緊湊、投資省、耗電量小及產(chǎn)量容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是安裝、調(diào)整要求嚴(yán)格，若調(diào)整不好，進(jìn)行中將產(chǎn)生噪音，且達(dá)不到預(yù)期效果。電磁震動(dòng)給料機(jī)在煉焦配煤上廣泛使用，使配煤的準(zhǔn)確性不斷提高。 預(yù)熱煉焦工藝 裝爐煤在裝爐前用氣體熱載體或固體熱載體快速加熱到分解前開始前溫度（ 150～ 250℃ ），然后再裝爐煉焦的工藝過程稱為煤的預(yù)熱煉焦技術(shù)。 預(yù)熱煤煉焦有下述顯著效果： ① 提高焦?fàn)t生產(chǎn)能力，當(dāng)煤料預(yù)熱到 200℃ 時(shí)，河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 由于堆比重增大，裝煤量增加 8～ 10％，由于升溫速度加快，結(jié)焦時(shí)間縮短 25～ 30％，使焦?fàn)t生產(chǎn)能力可提高 35～ 40％； ②裝爐煤堆密度增大而且均勻化。將煤加熱到后，煤顆粒表面的水膜幾乎全脫盡，煤自動(dòng)鋪平而且緊密堆積，使裝爐煤堆密度增加。 煤預(yù)熱煉焦與濕煤煉焦的焦炭質(zhì)量比較 % 表 項(xiàng) 目 預(yù)熱煤煉焦 濕煤煉焦 焦炭機(jī)械強(qiáng)度 M40 米庫姆轉(zhuǎn)鼓 M10 焦炭反應(yīng)性 CRI 反應(yīng)后強(qiáng)度 CSR 40～ 80mm 粒級(jí) 煤預(yù)熱是 煉焦前 對(duì)煤 料進(jìn)行 預(yù)處理 的有效 措施， 該工藝 不僅可以脫除煤水分，降低煉焦耗熱量，而且可增加裝爐煤堆密度。此外，還因煤料 加熱速 度提高 及堆密 度增加 等使塑 性層厚 度增加， 改善結(jié)焦性能， 煤預(yù)熱 工藝還 可以大 幅度提 高焦?fàn)t 生產(chǎn)能 力，比濕 煤煉焦增加焦炭產(chǎn)量。 預(yù)熱后的煤粉裝人由高熱導(dǎo)率耐火磚砌筑的薄壁室式焦?fàn)t，在低于通常 干餾溫度下 (中低溫于餾 )推焦，送入干熄爐內(nèi)再次加熱，以獲得所需的焦炭質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，改善環(huán)境。 干法熄焦工藝 采用惰性氣體（通常為氮?dú)猓┫绯酂峤固康南ń狗椒ǚQ為干法熄焦，簡稱“干熄焦”。熾熱的焦炭出爐時(shí)溫度約 1000℃，由熄焦車運(yùn)至干熄焦工段，由接焦車和提升機(jī)裝至冷卻塔內(nèi)，被惰性氣體冷卻只 200℃左右從底部卸出；惰性氣體從冷卻塔底部的環(huán)形風(fēng)管及中央風(fēng)帽處進(jìn)入，與焦炭進(jìn)行熱交換吸收熱焦炭的熱量后，溫度升至約 850℃作為二次能源，從上部的風(fēng)口流出，進(jìn)入鍋爐給出熱量而重新冷卻到約 200℃后，經(jīng)旋風(fēng)除塵 器，由風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入冷卻塔內(nèi)冷卻后再去冷卻紅焦炭，循環(huán)使用。這一過程實(shí)際上是氣相與固相的熱交換過程，熱交河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 換方式主要是對(duì)流傳熱，輻射傳熱比例不大。在熱交換過程中，焦炭的冷卻速度既取決于惰性氣體的溫度和惰性氣體穿過焦炭層的速度，也取決于焦塊的溫度和外形表面積。因而要提高冷卻速度，一是降低入口氣體溫度，二是增大氣體流速。但氣體流速過大將使循環(huán)風(fēng)機(jī)的電耗量大大增加，因而降低入口氣體速度是切實(shí)可行的。 干 法熄焦克服了濕法熄焦的缺點(diǎn) ,具有下列優(yōu)點(diǎn) : (1)節(jié)約能源 干熄焦能從每噸紅焦中回收 500kg 中壓蒸汽 ,對(duì)年產(chǎn) 冶金焦 90 萬噸的廠家 ,年回收的熱量相當(dāng)于節(jié)省 5 萬噸的標(biāo)準(zhǔn)煤 。 (2)提高焦炭質(zhì)量 冶金焦的 M40提高 3～ 8 % , M10改善 0. 3～ 1%,并且焦炭塊度趨于均勻 ,可降低高爐煉鐵焦比 2%左右 。 (3)減少了 焦塵和有害氣 體向大氣中的 擴(kuò)散污染 ,有利于環(huán) 境保護(hù) ,從而具有明顯的社會(huì)效益 。 干 法熄 焦可 回收 80%的紅 焦顯 熱， 平均 每熄 1 噸焦 炭可 回收、 450℃ 的蒸汽 ～ 。由于出爐的紅焦顯熱約占焦?fàn)t能耗的 35%～ 40%，這部分能量相當(dāng)于煉焦煤能量的 5%。如將其回收和利用，可大大降低冶 金產(chǎn)品成本，起到節(jié)能降耗的作用。 其次，由于干熄焦能夠產(chǎn)生蒸汽并可進(jìn)一步用于發(fā)電，避免了生產(chǎn)相同數(shù)量蒸汽的鍋爐因燃煤對(duì)大氣造成污染，尤其減少了二氧化碳、二氧化硫向大氣的排放。同時(shí)在保持原焦炭質(zhì)量不變的條件下，采用干熄焦可以降低強(qiáng)粘結(jié)性的焦、肥煤配入量 10%～ 20%，有利于保護(hù)資源并降低焦炭成本。 由于 從 焦 爐 推出的赤熱焦炭的溫度約為 1050 ℃其顯熱占煉焦耗熱量的 40﹪以上。采用干法 熄 焦，即利用惰性氣體氮?dú)鈱霟峤固坷鋮s，得到 600～ 800℃惰性氣體。大部分 加熱的惰性氣體把 熱量傳給鍋爐的換熱面產(chǎn)生蒸汽，可直接用于發(fā)電，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。另一部分進(jìn)行煤預(yù)熱。降了溫的惰性氣體再循環(huán)使用。從而回收了焦炭顯熱，提高了煉焦生產(chǎn)的熱效率。 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2 設(shè)計(jì)任務(wù)依據(jù) 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求及畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書而確定的。 設(shè)計(jì)任務(wù) 煤種選用 高硫肥煤：貧瘦煤 ，以 1:4 的比例配合，再配入一定的黏結(jié)劑 ——煤焦油，高溫干餾條件下煉制出達(dá)到冶金焦國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。年工作 300 天，年處理量為 10 萬噸。 設(shè)計(jì)目標(biāo) 焦?fàn)t大型化炭化室高度≥ 4m 以上發(fā)展； 焦?fàn)t壽命達(dá) 35 年以上； 合理利 用煤炭資源提高非黏結(jié)配比生產(chǎn)高強(qiáng)度焦碳； 實(shí)現(xiàn)焦炭潔凈生產(chǎn)； 達(dá)到冶金焦國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 附：國家二級(jí)冶金焦標(biāo)準(zhǔn)： 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度指標(biāo) 表 M40 ≥ M10 ≤ 質(zhì)量 分析指標(biāo)： 表 項(xiàng)目 水分， % 揮發(fā)分， % 灰分 ， % 硫分 ， % 塊度 ，㎜ 反應(yīng)性， % 反應(yīng)后強(qiáng)度， % 指標(biāo) 2540 2635 57 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 生產(chǎn)方案確定及生產(chǎn)流程說明 生產(chǎn)方案確 定 隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，對(duì)焦炭的需求量及焦炭的質(zhì)量都提出了更高的要求。尤其是焦炭需求量的增大，不僅在中國，全世界范圍內(nèi)優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源已明顯感到不足。為節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源，擴(kuò)大煉焦煤源，而又不降低焦炭質(zhì)量，故采用配煤煉焦。采用配煤 煤種選 用 肥煤 、貧瘦煤 ，以 1:4 的比例 配合，再配入 一定 量 的黏結(jié)劑 —— 煤焦油，高溫干餾條件下煉制出達(dá)到冶金焦國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)年處理量為 10 萬噸 ， 年工作300 天。 結(jié)合平頂山地區(qū)實(shí)際情況，平頂山貧瘦煤資源豐富，因此，希望在配煤中多配入貧瘦煤。預(yù)熱煉焦工藝恰好能滿足這一要求，一般散裝煤煉焦 只能配入 35%左右的貧瘦煤，