【正文】 主要的技術(shù)發(fā)展方向。 2020年底中國焦 爐爐型構(gòu)成見表 1。炭化室高度 4m的焦?fàn)t 974座 ， 設(shè)計煉焦能力 3355萬 t， 平均每座焦?fàn)t生產(chǎn)能力為 t/a。據(jù)中國煉焦行業(yè)協(xié)會對 403家機焦企業(yè)的初步統(tǒng)計 ， 2020年底全國運行的焦?fàn)t有 1174座 ， 設(shè)計煉焦能力 10211萬 t。 焦?fàn)t構(gòu)成現(xiàn)狀 中國目前正在生產(chǎn)的焦?fàn)t分為機械化焦?fàn)t和土法煉焦?fàn)t兩大類 ， 焦炭總產(chǎn)量中包含機焦和土焦兩大部分。二是目前供應(yīng)城市煤氣的焦化廠 ， 如北京焦化廠、天津煤氣廠、上海焦化廠、青島煤氣廠等 ， 在采用天然氣取代焦?fàn)t煤氣供應(yīng)城市煤氣后 ， 焦?fàn)t煤氣沒有合適的用戶。目前 ， 以生產(chǎn)焦炭為主的獨立焦化廠 ， 如山西在土焦改機焦過程中新建的許多焦化廠 ， 除少數(shù)焦化廠所產(chǎn)的煤氣供應(yīng)城市煤氣或工業(yè)用途 (如煅燒高鋁釩土、金屬鎂等 )外 ， 絕大部分焦化廠所產(chǎn)的煤氣均用于發(fā)電甚至直接燃燒放散 ， 未能得到有效利用 ， 浪費了大量的優(yōu)質(zhì)煤氣資源。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的焦化廠 ， 絕大部分焦?fàn)t均為復(fù)熱式焦?fàn)t ， 一般采用高爐煤氣加熱 ， 所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣經(jīng)凈化后供給煉 鐵、煉鋼、軋鋼等用戶。 焦?fàn)t煤氣利用現(xiàn)狀 按 2020年產(chǎn)焦 12406萬 t計算 ， 全年焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量約 530億 m3。我國煤氣凈化工藝已達到或接近國際先進水平。脫氨工藝主要有水洗氨蒸氨濃氨水工藝、水洗氨蒸氨氨分解工藝、冷法無水氨工藝、熱法無水氨工藝、半直接法浸沒式飽和器硫銨工藝、半直接法噴淋式飽和器硫銨工藝、間接法飽和器硫銨工藝、酸洗法硫銨工藝等。 中國煉焦工業(yè)的現(xiàn)狀 焦?fàn)t煤氣凈化現(xiàn)狀 目前我國正在運行的焦?fàn)t煤氣凈化工藝很多 ， 主要包括冷凝鼓風(fēng)、脫硫、脫氨、脫苯等 ， 在凈化煤氣的同時回收焦油、硫磺、硫銨或氨水、粗苯等化工產(chǎn)品。波蘭登賽斯科焦化廠建造了 40t/h煤預(yù)熱裝置 ， 還將根據(jù)試驗結(jié)果建造 100t/h裝置。焦?fàn)t用預(yù)熱煤料煉焦時生產(chǎn)能力提高 40%左右 ， 可多配入 20%～ 25%弱粘煤 ，煉焦熱耗降低 10%～ 12%。 煤預(yù)熱 利用煤預(yù)熱技術(shù) ， 不僅能將煉焦用煤范圍擴大到高揮發(fā)分煤 ， 還能擴大到半無煙煤和石油焦等低揮發(fā)分惰性物料。 從各階段試驗結(jié)果看 ， 該工藝具有很好的推廣應(yīng)用前景 ， 但要達到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn) ， 在裝煤操作、順利排焦和裝置大型化方面還需進一步改進完善。工藝特點 :煤料經(jīng)壓實 (堆密度可 1000kg/m3)和分階段控制加熱速度可改善煤的粘結(jié)性能 ， 改善焦炭質(zhì)量 ， 有效拓寬了煉焦 用煤范圍 ， 與傳統(tǒng)工藝相比 ， 可節(jié)約 70%肥煤和焦煤 。1991年～ 1996年進行了工業(yè)性試驗 ， 裝置主要工藝參數(shù) :垂直炭化室數(shù) (包括熄焦段 )2個 ， 推焦行程 300mm， 推焦周期20min～ 30min， 一次裝煤量 400kg～ 420kg， 煉焦時間 7h～ 8h， 能力 30t/d。試驗經(jīng)歷了三個階段 :試驗室試驗階 段 ， 試驗裝置能力 50kg/d～ 70kg/d。我國包鋼焦化廠等單位一直進行著配型煤煉焦的工業(yè)試驗 ， 經(jīng)過多年對引進技術(shù)的消化吸收工作 ， 我國已具備了工廠設(shè)計能力 ， 但關(guān)鍵設(shè)備仍需引進 [5]。生產(chǎn)試驗表明 ， 型煤配比每增加 10%， 焦炭強度指標(biāo)DI150/15約提高 %～ %， 反應(yīng)后強度約提高 %。此外 ， 馬鋼、包鋼也曾設(shè)計在改擴建中采用該技術(shù)。日本已有新日鐵、鋼管、住友金屬等公司 16個爐組、 36座焦?fàn)t共計 1610孔采用配部分型煤 (型煤配入量 20%～ 30%)煉焦技術(shù) ，年產(chǎn)焦炭 1600多萬 t。由于提高了入爐 煤料的密度加之型煤中粘結(jié)劑對煤料粘結(jié)性能有所改善 ， 因此能提高焦炭質(zhì)量或在不降低焦炭質(zhì)量前提下 ， 少配用優(yōu)質(zhì)煉焦煤。但是目前型焦工藝還沒有發(fā)展到實用階段 ， 所生產(chǎn)的型焦還不能應(yīng)用到大型的現(xiàn)代化的高爐中 ， 焦炭的反應(yīng)性和塊度還很不理想。所以 ，該工藝的進一步實施 ， 仍需解決諸多技術(shù)問題 ， 為此新鋼鐵聯(lián)盟加快進行新工藝的試驗工作 ， 以期在 21世紀(jì)為取代某些現(xiàn)有焦?fàn)t作好準(zhǔn)備。 新 型焦工藝要實現(xiàn)工業(yè)化需解決以下問題 :(1)型焦的透氣阻力比室式爐焦炭約高 2倍 ， 在高爐大量使用型焦受到限制 。(3)煤炭中溫干餾及干餾產(chǎn)品在干熄焦裝置的預(yù)存室進行高溫加熱改質(zhì) ， 比常規(guī)焦?fàn)t節(jié)能20%。新型焦工藝特點 :(1)通過將煤快速加熱以及粉煤高溫成型 ， 可以改善煤的粘結(jié)性 ， 并可使裝爐煤的堆密度提高到 850kg/m3，以改善焦炭質(zhì)量在保證焦炭質(zhì)量前提下 ， 非粘結(jié)煤的配入可達 50%。高爐試驗結(jié)果表明 ， 型焦在高爐上最多可使用到 30%， 換句話說 ， 型焦不能完 全取代常規(guī)焦炭。 20世紀(jì) 60～ 70年代 ， 世界許多國家對型焦工藝進行了開發(fā)研究 ， 其中以日本鋼鐵聯(lián)盟開發(fā)的型焦工藝最為引人注目。試驗表明 ， 型焦工藝可使 非粘結(jié)性煤和弱粘結(jié)性煤使用量達 60%～ 100%。 “十五 ”期間，中國將有 3O多套 CDQ裝置建設(shè)投產(chǎn)，其干熄焦炭的能力將達到年產(chǎn) 3000多萬 t，占中國機焦生產(chǎn)能力的三分之一。裝置的大型化是為了與焦?fàn)t的生產(chǎn)規(guī)模相配套，每 1～ 2組焦?fàn)t配備一套規(guī)模相當(dāng)?shù)?CDQ裝置，同時以濕熄焦裝置備用，以節(jié)省投資。 在同一配比情況下，與傳統(tǒng)濕熄焦相比，焦炭 M40可提高 3～ 5個百分點， M10可降低 ，約 6～ 9年可收回設(shè)備投資。冷惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機送入干熄槽 ， 溫度升至 800℃ 左右 ， 熱惰性氣體經(jīng)過一次除塵器 ， 除去氣體中夾帶的粗粒焦粉后 ， 進入余熱鍋爐后溫度降至 200℃ 以下 ， 再經(jīng)二次除塵器 ， 除去氣體中夾帶的粗粒焦粉 ， 然后用循環(huán)風(fēng)機送回干熄槽循環(huán)使用 [6]。 干法熄焦（ CDQ）技術(shù) 干法熄焦工作原理是利用以 N2為主要成分的惰性氣體來冷卻、窒息紅焦，惰性氣體在系統(tǒng)內(nèi)由風(fēng)機循環(huán)，被紅焦加熱后進人廢熱鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電。因此為使我國煉焦?fàn)t構(gòu)成與國內(nèi)煉焦煤資源相適應(yīng) ， 立足國內(nèi)資源提高冶金焦質(zhì)量 ， 必須改變目前單一的煉焦?fàn)t結(jié)構(gòu)。而這兩個地區(qū)又是我國重要的鋼鐵基地 ， 煉焦能力占全國一半以上 ， 因此為提高焦炭產(chǎn)量 ， 這兩個地 區(qū)尤其應(yīng)大力發(fā)展搗固煉焦工藝。因此 ， 國內(nèi)要實現(xiàn)搗固焦?fàn)t大型化 ， 有必要引進國外先進的設(shè)備或引進搗固機械的軟件。此外搗固頻率低 ， 自動化程度差等致使搗固焦?fàn)t大型化進展緩慢。炭化室高 6m的搗固焦?fàn)t ， 由于增加了搗固機錘頭重量 (4m高 320kg， 6m高 450kg～ 480kg)， 提高了煤餅的堆密度和穩(wěn)定性 ， 可以保證正常生產(chǎn) ， 這一點已被德國焦化工業(yè)十幾年生產(chǎn)實踐所證實。搗固工藝的進一步研究課題是通過搗固箱進一步現(xiàn)代化來減少搗固工藝流程的能耗 ， 縮短搗固壓實時間和提高整個煤餅密度的均勻性。各國煉焦同行在等待該工藝的工業(yè)實踐結(jié)果 [6]。 日本 SCOPE21 的煉焦技術(shù) 該技術(shù)的特點是將配入 50%的非粘結(jié)性煤 ， 在入爐前快速預(yù)熱到 350℃ ～400℃ ， 使煤接近熱分解溫度 ， 以改善煤的粘結(jié)性 ， 預(yù)熱煤中的細粉熱壓成型 ，而后與粗粒煤混合裝爐。歐洲煉焦技術(shù)中心的專家在尋找巨型煉焦反應(yīng)器使用廠家時 ， 世界產(chǎn)焦大國的中國 ， 是其主要選擇對象之一。(3)與煤預(yù)熱聯(lián)合的大型生產(chǎn)裝置還有待于進一步開發(fā)。 巨型煉焦反應(yīng)器商業(yè)化進程受以下諸 因素制約 :（ 1)煉焦反應(yīng)器裝置變?yōu)橛啥鄠€巨型煉焦反應(yīng)器單元組成的爐組就必須將推焦和出焦操作的機械設(shè)計為移動式 ， 將會大幅度增加該機械重量 。 20世紀(jì) 80年代后期 ， 以德國為主的歐洲煉焦專家提出室式巨型煉焦反應(yīng)器和煤預(yù)熱及干熄焦相結(jié)合的方案 ， 該方案經(jīng)兩次工業(yè)試驗后于 1990年由 “歐洲煉焦技術(shù)中心 ”進行專門的設(shè)計和試驗工作。因此 ， 雖然大型焦?fàn)t是發(fā)展方向 ， 但各國要根據(jù)國情、技術(shù)水平和設(shè)備制造水平來確定焦?fàn)t規(guī)模和尺寸。大容積焦?fàn)t不適用煤預(yù)熱 ， 美國及英國鋼鐵公司的雷德卡爾冶金廠也證實了這一點。 大容積焦?fàn)t存在的問題 :美國的大容積焦?fàn)t都出現(xiàn)了砌體過早損壞的現(xiàn)象 ，美國黑色冶金設(shè)計院確定炭化室高 6m及以上焦?fàn)t平均使用壽命 15年 。國外資料報道 ， 大容積焦?fàn)t的最大優(yōu)點是基建投資省 ， 然而國內(nèi)有關(guān)專家認(rèn)為 ， 焦?fàn)t并非越大越好 ， 6m焦?fàn)t與 、改善焦炭質(zhì)量以及煤種適用范圍上并無優(yōu)勢而言。我國 、 、 6m高的焦?fàn)t運行多年 ， 已經(jīng)商業(yè)化 ， 高 8m焦?fàn)t建立了 3孔試驗爐。該座焦?fàn)t由于炭化室加寬 ， 適應(yīng)煤種較多 ， 且推焦次數(shù)減少 ， 污染降低。德國考伯斯公司為曼內(nèi)斯曼焦化 廠建造了有效容積 70m3大容積焦?fàn)t ， 炭化室高 ， 寬 ， 長 18m。(6)所產(chǎn)蒸汽和電能的出路也是需要考慮的問題。(4)加熱控制手段簡單 ， 焦炭的均勻性差 。(2)部分煤和焦炭被燒損 ， 成焦率下降 。由于爐頂空間很大 ， 煤在塑性階段能自由膨脹 ， 造成爐子上部焦炭結(jié)構(gòu)疏松、質(zhì)量差。由于它們的爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械化程度、熱效率、單孔生產(chǎn)能力均顯著優(yōu)于早期的無回收焦?fàn)t，因而被認(rèn)為是新一代無回收焦?fàn)t。 美國弗吉尼亞州的 JewellThompson焦?fàn)t內(nèi)，煤層高約 ，長不足 14m，寬不到 4m，有效容積約 30m3。(3)負壓操作 ， 解決了爐門漏氣 ， 使其廢物放散能降到最低水平 。 無回收焦?fàn)t的優(yōu)點 :(1)煉焦工藝流程簡單 ， 設(shè)計和 基建投資費用低 。 當(dāng)前焦?fàn)t的主要結(jié)構(gòu)形式仍以多室的蓄熱室焦?fàn)t為主 ， 并將向大型化、高效化發(fā)展，以擴大容積，采用質(zhì)密硅磚，減薄炭化室墻和提高加熱火道標(biāo)準(zhǔn)溫度等方面為主要的技術(shù)發(fā)展方向。 為了解決焦?fàn)t近一步的發(fā)展， 90 年代，由德國等 8 個國家的 13 家公司做成的 “歐洲煉焦技術(shù)中心 ”在德國的普羅斯佩爾焦化廠進行了巨型煉焦反應(yīng)器（ JCR），也叫單室煉焦系統(tǒng)的示范性試驗。隨著耐火材料工業(yè)的發(fā)展，自本世紀(jì) 20 年代起，焦?fàn)t用耐火材料由粘土磚改用硅磚，使結(jié)焦時間從 2428h，縮短到 1416h。為了減少能耗，降低成本，并將結(jié)余部分的焦?fàn)t煤氣供給冶金化工等部門作原料或燃料，又發(fā)展成為具有回收廢氣熱量裝置的換熱式或蓄熱式焦?fàn)t。燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣直接排入大氣．故稱為廢熱式焦?fàn)t。 1881 年德國建成了第一座回收化學(xué)產(chǎn)品的焦?fàn)t。干餾所需熱從燃燒室經(jīng)爐墻傳給炭化室內(nèi)煤料。 最早的煉焦方法是將煤成堆干餾，后來發(fā)展成為磚砌的窯，此類方法的特點是成焦和加熱合在一起，靠干餾煤氣和一部分煤的燃燒將煤直 接加熱而干餾成焦炭，所以焦炭產(chǎn)率低、灰分高、成熟度不均。本 54 型焦?fàn)t于 1956 年在本鋼焦化廠投產(chǎn)，當(dāng)時是世界上最早的雙聯(lián)火道廢氣循環(huán)下噴式焦?fàn)t。這種焦?fàn)t吸收了 ПВР 型焦?fàn)t廢氣循環(huán)拉長火焰原 理和奧托式焦?fàn)t煤氣下噴結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)上的方便及豎直磚煤氣道的優(yōu)點，克服了 ПВР 型焦?fàn)t調(diào)節(jié)不便及結(jié)構(gòu)上的弱點，形成了全新形式的焦?fàn)t。這些焦?fàn)t的基建、投產(chǎn)及生產(chǎn)調(diào)整工作的各種經(jīng)驗，給自行設(shè)計焦?fàn)t作了技術(shù)準(zhǔn)備工作。后于 1958 年組建為鞍山焦化耐火材料設(shè)計研究院 (以下簡稱鞍山焦耐院 )。我 國煉焦研究、設(shè)計、基建等相應(yīng)的專門組織相繼建立并得到很快發(fā)展。 在第一個五年計劃期間，由于優(yōu)先發(fā)展重工業(yè)的政策，使我國的鋼鐵技術(shù)包括煉焦技術(shù)在內(nèi)很快發(fā)展起來。另一部分是引進原蘇聯(lián)的現(xiàn)代化焦?fàn)t，如 ПВР式焦?fàn)t、ΠΚ式焦?fàn)t 。一直到中華人民共和國成立后的第一個五年計劃前，中國的現(xiàn)代大型焦?fàn)t全都是外國人設(shè)計的，煉焦技術(shù)的發(fā)展十分緩慢。第一次世界大戰(zhàn)后，在鞍山、本溪、石家莊等地開始建設(shè)可回收化工產(chǎn)品的現(xiàn)代焦?fàn)t，如鞍山建成的考貝斯搗固焦?fàn)t、石家莊建成的奧托廢熱式焦?fàn)t和亨塞爾曼兩分式焦?fàn)t，本溪建成黑田式焦?fàn)t等。同期，河北開灤煤礦也生產(chǎn)焦炭。最早文字記載焦炭見于 1650 年前后方以 智 (1611～ 1671)所著《物理小識》一書。煉焦化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品已達數(shù)百種，我國煉焦化學(xué)工業(yè)已能從焦?fàn)t煤氣、焦油和粗苯中制取 100 多種化學(xué)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。凈焦?fàn)t煤氣可供民用和做工業(yè)原料。在煉焦過程中產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品經(jīng)過回收、加工可以提取焦油、氨、萘、粗苯、硫化氫、氰化氫等產(chǎn)品，并獲得凈焦?fàn)t煤氣。煤炭主要加工方法是高溫?zé)捊?(950～ 1050℃ )和回收化學(xué)產(chǎn)品。 2 第 一 章 文獻綜述 煉焦工業(yè)在國民經(jīng)濟中的意義 煉焦工業(yè)是國民經(jīng)濟的一個重要部門，不僅為鋼鐵工業(yè)提供燃料 (焦炭、焦?fàn)t煤氣 )，而且也為國防 、農(nóng)業(yè)、交通運輸、有機合成工業(yè)等一系列國民經(jīng)濟部門提供重要的化工原料和燃料，同時焦?fàn)t煤氣也可作城市煤氣 [1]。我國現(xiàn)有的爐型主要有： 58 型、 e80 型、 JN43 型、 JN60 型、 JN 搗固焦?fàn)t。 煉焦?fàn)t經(jīng)歷了 成堆干餾、倒焰爐、廢熱式 焦?fàn)t、蓄熱式焦?fàn)t和巨型反應(yīng)器五個發(fā)展階段 。 我國煉焦工業(yè)近 10 余年的發(fā)展較快，但煉焦煤資源惡化，環(huán)境污染嚴(yán)重，焦?fàn)t產(chǎn)量和熱效率下降等問題遠遠沒有解決。 design 1 引 言 近年來，隨著高爐的大型化以及噴煤和強化冶煉措施的實施，高爐對焦炭質(zhì)量提出了更高的要求。 large volume of coke oven。 calculated using the number of coke oven Kong。s metallurgical coke demand continue