【文章內(nèi)容簡介】 一百多種化學產(chǎn)品，這對我國的國民經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義 焦化行業(yè)背景 煉 焦 工 業(yè)在國民經(jīng)濟中占據(jù)著重要地位， 至今 已 有 一百多年的歷史 ，它是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要組成部分之一， 為鋼鐵冶金、電石等化工、有色冶煉、機械鑄造等行業(yè) 以及醫(yī)藥工業(yè)、農(nóng)業(yè) 、 國防工業(yè)以及城市煤氣等國民經(jīng)濟部門的快速發(fā)展做出了巨大的貢獻 。目前焦化工業(yè)已 進入 持續(xù)高速發(fā) 展 的階段。 為了整頓 焦化 行業(yè)規(guī)范，進一步推動中國的清潔生產(chǎn)，防止生態(tài)破壞，保護人民健康，促進經(jīng)濟發(fā)展，并為焦化企業(yè)開展清潔生產(chǎn)提供技術支持和導向，國家相繼頒布了與煉焦行業(yè)相關的政策和法規(guī)。如：《焦化行業(yè)準入條件》、《清潔生產(chǎn)標準 煉焦行業(yè)》等。其他與煉焦行業(yè)相關的政策法規(guī)還有《煉焦爐大氣污染物排放標準》、《污水綜合排放標準》、《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《危險化學品安全管理條例》 、 《危險化學品生產(chǎn)儲存建設項目安全審查辦法》和《最新煉焦企業(yè)清潔生產(chǎn)技術要求清潔與生產(chǎn)標準實施手冊》等。 1.《焦化行業(yè)準入條件 》（ 2020 年修訂） [1] 為促進焦化行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構優(yōu)化升級，規(guī)范市場競爭秩序，依據(jù)國家有關法律法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策要求，按照 “總量控制、調(diào)整結(jié)構、節(jié)約能（資）源、保護環(huán)境、合理布局 ”的可持續(xù)發(fā)展原則，特制定本準入條件?，F(xiàn)摘錄相關條例如下： ? 常規(guī)機焦爐：新建頂裝焦爐炭化室高度必須 ≥ 米、容積 ≥；新建搗固焦爐炭化室高度必須 ≥、搗固煤餅體積 ≥35m3，企業(yè)生產(chǎn)能力 100 萬噸 /年及以上。鋼鐵企業(yè)新建焦爐要同步配套建設干熄焦裝置并配套建設相應除塵裝置。 ? 焦化生產(chǎn)企業(yè)應同步配套建設煤氣凈化（含 脫硫、脫氰、脫氨工藝）、化學產(chǎn)品武漢科技大學本科畢業(yè)設計 2 回收裝置與煤氣利用設施。焦爐應同步配套建設熱能回收和煙氣脫硫、除塵裝置。 ? 焦化企業(yè)應嚴格執(zhí)行國家環(huán)境保護、節(jié)能減排、勞動安全、職業(yè)衛(wèi)生、消防等相關法律法規(guī)。應同步建設煤場、粉碎、裝煤、推焦、熄焦、篩運焦等抑塵、除塵設施，以及熄焦水閉路循環(huán)、廢氣脫硫除塵及污水處理裝置，并正常運行。 ? 主要產(chǎn)品質(zhì)量 ① 焦炭 冶金焦應達到 GB/T1996－ 2020 標準； 鑄造焦應達到 GB/T87291988 標準； 半焦（蘭炭）應參照 YB/T03492 標準。 ②焦爐煤氣 城市民用煤氣應達 到 GB1361292 標準； 工業(yè)或其它用煤氣 H2S 含量應≤ 250mg/m3。 ③化學工業(yè)產(chǎn)品 硫酸銨符合 GB5351995 標準 （一級品）； 粗焦油符合 YB/T50751993 標準（半焦所產(chǎn)焦油應參照執(zhí)行）； 粗苯符合 YB/T50221993 標準 . ?甲醇、焦油和苯加工等及其他化工產(chǎn)品應達到國標或相關行業(yè)產(chǎn)品標準 焦化生產(chǎn)企業(yè)應達到《焦炭單位產(chǎn)品能耗》標準（ GB213422020）和以下指標： 項目 常規(guī)焦爐 熱回收焦爐 半焦（蘭炭）爐 綜合能耗 (kgce/t 焦） ≤165*1 ≤165*1 ≤260*1（內(nèi)熱） ≤230*1（外熱） 煤耗（干基） t/t 焦 *2 噸焦耗新水 m3/t 焦 焦爐煤氣利用率 ≥98 — ≥98 水循環(huán)利用率 % ≥95 ≥95 ≥95 煉焦煤燒損率 % ≤ 注 ： *1 綜合能耗引用《焦炭單位產(chǎn)品能耗》標準（ GB213422020）當電力折標系數(shù)為，如采用電力折標系數(shù)為應為 當量值時， 155kgce/t 焦；半焦（蘭炭）爐的綜合能耗標準相 應調(diào)整， ≤250（內(nèi)熱）、 ≤220（外熱）。 *2 適于裝爐煤揮發(fā)份 Vd=24～ 27%。若裝爐煤揮發(fā)份超出此范圍時，當予以折算。 熱回收焦爐噸焦余熱發(fā)電量：入爐煤干基揮發(fā)分為 17％時，噸焦發(fā)電量 ≥350kW h；入爐煤干基揮發(fā)分為 23％時，噸焦發(fā)電量 ≥430kW h。 ? 環(huán)境保護 ① 污染物排放量 焦化生產(chǎn)企業(yè)主要污染物排放量不得突破環(huán)保部門分配給其排污總量指標。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 3 ② 氣、水污染物排放標準 焦爐無組織污染物排放執(zhí)行《煉焦爐大氣污染物排放標準》（ GB161711996），其它有組織廢氣執(zhí)行《 大氣污染物綜合排放標準》（ GB162971996）， NH H2S 執(zhí)行《惡臭污染物排放標準》（ GB145541996）。 酚氰廢水處理合格后要循環(huán)使用，不得外排。外排廢水應執(zhí)行《污水綜合排放標準》（ GB89781996） 。排入污水處理廠的達到二級，排入環(huán)境的達到一級標準。 ③ 固（液）體廢棄物 備配煤、推焦、裝煤、熄焦及篩焦工段除塵器回收的煤（焦）塵、焦油渣、粗苯蒸餾再生器殘渣、苯精制酸焦油渣、脫硫廢渣（液）以及生化剩余污泥等一切焦化生產(chǎn)的固（液）體廢棄物，應按照相關法規(guī)要求處理和利用，不得對外排放 。 2．《清潔生產(chǎn)標準 煉焦行業(yè)》 [2] 本標準適用于常規(guī)機械化焦爐焦炭生產(chǎn)企業(yè)的煉焦、煤氣凈化工段及主要產(chǎn)品生產(chǎn)（不包括化學產(chǎn)品深加工和生活消耗）的清潔生產(chǎn)審核、清潔生產(chǎn)潛力與機會的判斷、清潔生產(chǎn)績效評定和清潔生產(chǎn)績效公告制度。 本標準將煉焦行業(yè)生產(chǎn)過程清潔生產(chǎn)水平劃分為三級技術指標： 一級：國際清潔生產(chǎn)先進水平； 二級：國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進水平； 三級：國內(nèi)清潔生產(chǎn)基本水平 。 2 文獻綜述 煉焦化學工業(yè)是 煤炭 化學工業(yè)的一個重要部分，煤炭主要加工方法是高溫煉焦（ 9501050 攝氏度）、中溫煉焦、低溫煉焦等三種方法。冶金行業(yè)一般采用高溫煉焦來獲得 焦炭 和回收化學產(chǎn)品。產(chǎn)品焦炭可作 高爐 冶煉的 燃料 ，也可用于 鑄造 、 有色金屬 冶煉 、制造 水煤氣 ；可用于制造生產(chǎn) 合成氨 的發(fā)生爐煤氣，也可用來制造 電石 ，以獲 得有機合成工業(yè)的原料。在煉焦過程中產(chǎn)生的化學產(chǎn)品經(jīng)過回收、加工提取焦油、氨、萘、 硫化氫 、 粗苯 等產(chǎn)品，并獲得凈 焦爐煤 氣 、 煤焦油 、粗苯精制加工和深度加工后，可以制取 苯 、 甲苯 、 二甲苯 、 二硫化碳 等，這些產(chǎn)品廣泛用于 化學工業(yè) 、 醫(yī)藥 工業(yè)、 耐火材料 工業(yè)和 國防工業(yè) 。凈焦爐煤氣可供民用和作為工業(yè)燃料。 煤氣 中的 氨 可用來制造 硫酸銨 、濃氨水、無水氨等。 煉焦 化學工業(yè)的產(chǎn)品已達數(shù)百種，我國煉焦化學工業(yè)已能從焦爐煤氣、 焦油 和粗苯中制取一百多種化學產(chǎn)品，這對我國的國民經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義。 中國 是焦化產(chǎn)品生產(chǎn)、消費以及出口大國，焦化產(chǎn)品廣泛用 于 化學工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、耐火材料工業(yè)和國防工業(yè)，近年來焦化產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。 我國的焦化工業(yè)已經(jīng)取得了巨大成就。僅在 2020 年，我國的焦炭產(chǎn)量達到 38757萬噸，同比增長 %，其中冶金焦炭 36700 萬噸，占 %。焦炭產(chǎn)量的快速增長導致煉焦煤供應緊張，特別是優(yōu)質(zhì)煉焦煤供應更加緊張，煉焦煤價格大幅度攀升。同時高爐大型化，噴吹煤粉等強化冶金技術的應用，使得焦比大幅下降，武漢科技大學本科畢業(yè)設計 4 焦炭在高爐中停留時間加長，且料柱骨架作用更加突出，這對焦炭質(zhì)量提出了更高的要求。增加煉焦煤中優(yōu)質(zhì)煉焦煤的配入比例是常用做法，這進一步加大了煉焦行業(yè)如對優(yōu)質(zhì)煉焦煤的需求，使煉焦行業(yè)對優(yōu)質(zhì)煉焦煤的需求與煉焦煤資源以及優(yōu)質(zhì)煉焦煤供應之間的矛盾也更加突出。 綜合以上各種焦化現(xiàn)狀以及出現(xiàn) 的問題，就提出了焦化設計課題，怎樣改善煉焦方法以及怎樣解決煉焦過程出現(xiàn)的不足是本文需要討論的重點課題。 我國煉焦煤源現(xiàn)狀 1 煉焦煤資源分布：中國煤炭資源豐富，但煉焦用煤種只占已查明煤炭儲量的26%（ 2675 億噸），至 2020 年底，中國煉焦煤種探明可采儲量為 660億噸。氣煤，1/3 焦煤在煉焦煤查明儲量中約占 46%，而配煤的主要組分焦煤只占 24%左右，肥煤和氣煤合計僅約占 13%。因此，焦煤和肥煤實屬煉焦用煤的稀缺品種。 中國煉焦煤資源分布 煤種 占煤炭查明資源儲量 占煉焦煤查明資源儲量 瘦煤，貧瘦煤 焦煤 肥煤，氣肥煤 氣煤， 1/3 焦煤 未分 類 合計 2 煉焦煤炭資源地域分布：我多煉焦煤資源相對豐富，但分布很不均衡。在中國的煉焦煤儲量或資源量中，以華北區(qū)占絕對多數(shù)，煉焦煤儲量為 億噸，占全國煉焦煤儲量的 %。煉焦煤儲量居第二位的為華東區(qū)（ 114 億噸），占全國煉焦煤儲量的 %，居第三位的為西南區(qū)（ 億噸），東 北，西北和中南三區(qū)的煉焦煤儲量依次減少。南方各省，自治區(qū)煉焦煤資源都相當貧乏。 3 中國煉焦煤質(zhì)特點：我國煉焦煤的可選性差。難洗與極難洗煤約占 62%。我國目前主要礦區(qū)的精洗煤其灰分以氣煤為最低，焦煤的灰分為最高。全國精洗煤的平均灰分約為 %（國外精煤灰分平均為 6%8%）。我國入洗原煤的灰分一般為 20%30%：少數(shù)達 30%40%。 2020年，我國曾經(jīng)對 83家主要煉焦煤洗煤廠進行了分類統(tǒng)計調(diào)查，如下表所示，焦煤，肥煤精煤分別占 %， %，氣煤， 1/3 焦煤精煤占 %，瘦煤精煤約占 %。 2020 年重點煉焦煤洗煤廠精煤按煤種分布及平均灰分，硫分 煤種 產(chǎn)量占煉焦精煤 /% 平均灰分 Ad/% 平均硫分 Wd （ St） /% 瘦煤。貧瘦煤 焦煤 肥煤，氣肥煤 氣煤， 1/3 焦煤 我國含硫高的焦煤約占焦煤總量的 20%。在煉焦煤的儲量中，肥，焦，瘦煤的硫分較高，其中高硫煤分別占本煤種的 %， %和 %。即儲量中有一半的肥煤和瘦煤是高硫煤，約有 1/3 的焦煤是高硫煤。而高硫氣煤的儲量不足 4%。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 5 為什么要發(fā)展大容積焦爐？ 早在 1927 年，德國斯蒂爾公司在魯爾區(qū)的諾爾斯特恩煉焦廠就成功地建成了一座炭化室高 6 米，長 米，寬 450mm 的焦爐。現(xiàn)在有許多焦爐炭化室的容積已達到 40m3 ，有的甚至達到 ，焦爐正趨于向大型化發(fā)展。經(jīng)過總結(jié)和分析計算，證明焦爐大型化有許多優(yōu)點。 隨著煉焦工業(yè)的發(fā)展，焦爐日趨大型化和現(xiàn)代化，焦爐炭化室的高度從 4m左右增加到 6m、 7m 、 ,甚至達到 8m 或 ,長度從 13m 增加到 17m, 18m, 個別達到 ,容積從 25m3 左右增加到 40 m3, 50m3,80m3, ,最大可達 100m3,以上 。建設大容積焦爐 ,也就是建設大型焦爐 ,可降低基建投資和操作費用 ,增加焦炭產(chǎn)量 ,提高生產(chǎn)效率 ,同時 ,隨著煤炭資源日趨緊張 ,煉焦煤價格 的大幅上揚 ,高爐的大型化與富氧噴吹技術的發(fā)展對焦炭的機械性能和高溫反應性和反應后強度提出了更高要求 ,也促使焦爐向大型化和自動化方向發(fā)展。 焦爐 ,7m 焦爐和 焦爐的爐體結(jié)構特點 常見 6m焦爐為雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、焦爐煤氣下噴、高爐煤氣側(cè)入的復熱 (或 )單熱下調(diào)式大容積焦爐， 7m 焦爐爐體采用高低燈頭、蓄熱室長向分格和空氣下調(diào)技術， 焦爐與 6m相比爐體采用分段加熱、蓄熱室長向分格和空氣下調(diào)技術，具有結(jié)構先進、嚴密，功能性強，加熱均勻等特點。 6m,7m 和 焦爐的爐體結(jié)構和工藝參數(shù)比較 見下表 。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 6 表 6m、 7m 和 焦爐的爐體結(jié)構和工藝參數(shù)表 (以 220 噸 /年為基準 ) 序號 項目 單位 6m焦爐 7m焦爐 焦爐 1 生產(chǎn)規(guī)模 設計能力 104t/a 220 220 220 焦爐孔數(shù) 孔 4X55 4X46 2X70 2 爐體主要尺寸 炭化室全高 mm 6000 7000 7630 炭化室有效高 mm 5930 6980 7180 炭化室全長 mm 15980 16960 18800 炭化室有效長 mm 15140 16100 18000 炭化室平均寬 mm 450 450 590 炭化室錐度 mm 50 50 50 有效容積 m3 48 加熱水平 mm 900~1000 950~1005 1500~1600 立火道個數(shù) 個 32 34 0 蓄熱室分格情況 不分 分 19 格 分格 3 焦爐用耐材量 1 座焦爐用耐材量 噸 17000 16500 29000 磚型總數(shù) 個 540~589