焦爐煉焦
關注創建者：匿名 創建時間：2022-04-15
焦爐煉焦的實例教程
鞍鋼7 m焦爐降低煉焦耗熱量生產實踐
劉占博，趙華，彭磊，衣鵬
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司 , 遼寧 營口 115007 ）
摘要：鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部以焦爐物料平衡和能量平衡為基礎，對焦爐熱量傳遞全過程中影響煉焦耗熱量的各種因素進行分析， 通過采取優化加熱煤氣排水工藝、改進煤氣孔板和空氣過剩系數控制方法以及焦爐爐體密封工具等措施，優化了焦爐熱工管理，煉焦耗熱量明顯改善。
關鍵詞：焦爐；耗熱量；熱平衡
來 源：鞍鋼技術
煉焦工業是耗能大戶， 焦化生產工序能耗達到 180～200 kg 標煤 /t ， 其中煉焦工序能耗占到整個焦化生產能耗的 70%～80% 。煉焦耗熱量是指 1 kg煤煉成焦炭需要供給焦爐的熱量。為便于比較，煉焦耗熱量一般換算為含 7% 水分的濕煤耗熱量來計算，是焦爐熱工效率的重要評價指標。煉焦耗熱量過高直接反映了焦爐能源利用率低， 加熱煤氣浪費過多，生產成本偏高。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部 4 座 JNX70-2 爐型焦爐煉焦耗熱量設計值為 2 640 kJ/kg ，但實際開工以來煉焦耗熱量長期在 2 800 kJ/kg 以上運行，表明焦爐熱利用率偏低，焦爐加熱煤氣量使用偏高。通過對影響煉焦耗熱量因素分析， 提出了改進措施，效果明顯。
1 焦爐熱量傳遞流程分析
煉焦作業時， 首先裝煤車將配合煤裝入焦爐各個炭化室， 加熱煤氣和空氣同時導入焦爐加熱系統，經蓄熱室換熱后進入各個燃燒室燃燒，相鄰兩個燃燒室對其間的一個炭化室的配合煤進行間接供熱， 配合煤在炭化室內高溫干餾形成焦炭及含氨、焦油、苯等復雜組成的荒煤氣，加熱煤氣燃燒后形成廢氣，經煙道從焦爐煙囪導出。焦爐物料平衡見圖 1 。
展開 焦爐大型化是我國煉焦技術發展的必然趨勢，10余年來，我國通過系統優化與設備改進，在大型焦爐操作方面取得了顯著效果，促進了煉焦技術的進步。
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我國焦爐大型化的發展歷程
大型焦爐的界定是隨著焦爐炭化室容積的不斷增加、煉焦技術的進步而改變。在上世紀80年代中期，我國焦爐以炭化室高4.3m頂裝焦爐為主流，攀鋼建成的炭化室高5.5m頂裝焦爐以及1985年寶鋼引進炭化室高6m的頂裝焦爐，促進了焦爐大型化的發展進程。隨著我國自行設計建設的炭化室高6m的JN60型頂裝焦爐在北京焦化廠投產，6m頂裝焦爐逐步成為我國90年代焦爐的主力爐型。
2006年6月，山東兗礦國際焦化公司引進德國7.63m頂裝焦爐，拉開了中國焦爐大型化發展的序幕。隨后中冶焦耐工程公司研發出7m頂裝及唐山佳華的6.25m搗固焦爐，值此，6m以上的頂裝焦爐及5.5m以上搗固焦爐，成為我國的主流爐型。目前已研發出的炭化室高8m特大型焦爐，可實現沿燃燒室高度方向的貧氧低溫均勻供熱，可降低NOx生成，標志著我國大型焦爐煉焦技術的成熟。
2 大型焦爐技術管理的特殊性
2.1大型焦爐的優勢分析
1）勞動生產率高
大型焦爐的四大車采用自動定位聯鎖系統，PLC采用UPS供電對位，7.63m焦爐四大車操作模式可實現全自動、半自動、聯鎖及手動模式，單個炭化室壓力具備自調功能，勞動生產率高。
大型焦爐由于炭化室高度、寬度的增加，焦炭產量也隨之增加。
展開 目前，我國的焦炭產能居世界首位，達6.8億噸，占全球產能的70%以上，焦化行業屬于典型的重污染行業，為了改善焦化行業的污染問題，本文通過分析研究焦爐煙氣污染物排放的控制措施，對降低焦爐煙氣污染物排放率，提高焦爐煙氣污染物排放達標率做簡要闡述。
一、焦爐煙氣中污染物的種類
在目前的冶金行業中，焦爐是造成大氣污染最嚴重的設備之一。我國大多數焦爐使用的是焦爐煤氣加熱方式，其煙囪會排放大量的污染物，其成分復雜，主要含有氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）、氰化氫（HCN）、殘氨、酚以及煤塵、焦油等。
面對日益嚴峻的環保壓力，近年來我國對環境污染問題越來越重視，對煙氣排放和節能降耗的要求越來越嚴格，特別是《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171—2012) 的頒布實施，第一次將焦爐排放的NOX列為我國焦化企業大氣污染物排放的控制指標，并對顆粒物和二氧化硫的排放提出了更嚴格的要求，要求所有企業在2015年1月1日之后，焦爐煙囪排放二氧化硫小于50mg/m3，NOX小于500mg/m3（機焦），顆粒物小于50mg/m3。此排放標準的出臺不僅有效減少了焦爐污染物的排放，也有力地推動了煉焦生產工藝和污染治理技術的研發。
由于在《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171—2012）中明確規范了焦爐煙囪中二氧化硫、氮氧化物以及顆粒物的排放標準，因此，減少焦爐煙氣污染物排放的關鍵就在于加強對這三種污染物排放的控制。
展開 煉焦爐，一種通常由耐火磚和耐火砌塊砌成的爐子，用于使煤炭化以生產焦炭。用煤煉制焦炭的窯爐。是煉焦的主要熱工設備。現代焦爐是指以生產冶金焦為主要目的、可以回收煉焦化學產品的水平室式焦爐，由爐體和附屬設備構成。焦爐爐體由爐頂、燃燒室和炭化室、斜道區、蓄熱室等部分，并通過煙道和煙囪相連。整座焦爐砌筑在混凝土基礎上。現代焦爐基本結構大體相同，但由于裝煤方式、供熱方式和使用的燃料不盡相同，又可以分成許多類型。
煉焦的主要熱工裝置。
構造 現代煉焦爐由炭化室、燃燒室、蓄熱室、斜道區、爐頂、
焦爐斷面示意圖
基礎、煙道等組成。炭化室中煤料在隔絕空氣條件下受熱變成焦炭。一座焦爐有幾十個炭化室和燃燒室相間配置，用耐火材料(硅磚)隔開。每個燃燒室有20～30個立火道。來自蓄熱室的經過預熱的煤氣（高熱值煤氣不預熱）和空氣在立火道底部相遇燃燒，從側面向炭化室提供熱量。蓄熱室位于焦爐的下部，利用高溫廢氣來預熱加熱用的煤氣和空氣。斜道區是連接蓄熱室和燃燒室的斜通道。炭化室、燃燒室以上的爐體稱爐頂，其厚度按爐體強度和降低爐頂表面溫度的需要確定。爐頂區有裝煤孔和上升管孔通向炭化室，用以裝入煤料和導出煤料干餾時產生的荒煤氣。還設有看火孔通向每個火道，供測溫、檢查火焰之用，根據檢測結果，調節溫度和壓力。整座焦爐砌筑在堅固平整的混凝土基礎上，每個蓄熱室通過廢氣盤與煙道連接，煙道設在基礎內或基礎兩側，一端與煙囪連接。
一個炭化室又稱為一個爐孔，一座煉焦爐由數十個爐孔組成。按加熱系統的結構不同，現代煉焦爐有多種類型，大致可分為：①雙聯火道式，上升氣流火道和下降氣流火道成對組合，整個燃燒室由若干組雙聯火道組成；②兩分火道式，整個燃燒室的半側火道均走上升氣流,另半側火道均走下降氣流；③上跨焰道式,整個燃燒室的各火道分為若干組，通過上跨焰道與相鄰燃燒室的火道組相聯。
展開 開發建設大容積高效焦爐的標準耗熱量，應比中國煉焦行業協會發布的團標《焦爐等級標準》的特級焦爐標準耗熱量降低5～10%左右。據悉鞍鋼已在開展建設炭化室高度8.5米頂裝大焦爐工程前期準備工作。
2、跟隨著冶金焦炭產品主要用戶鋼鐵企業（或行業）承諾計劃在2025年前后率先提前實現“碳達峰”，以及大力發展富氫高爐煉鐵和用短流程替代長流程等鋼鐵冶煉新工藝技術，導致冶金焦炭產品市場需求處于下行，全國焦化產能處于過剩，產能利用率出現過低。屆時國家相關部門應加大力度采取“能耗雙控”，碳配額、碳交易市場等政策措施，用市場倒逼、政策引導與管控的方法，有序的將高能耗、高碳排放以及企業能耗強度大、碳排放強度大的7米以下（不含7米）頂裝焦爐和6.25米以下（不含6.25米）搗固焦爐焦炭生產自行退出。
3、采用焦爐程序自動控制加熱煉焦技術，焦爐加熱用煤氣量不變的加熱制度（即怛定加熱）是不合理的，應按結焦過程的需熱量提供熱量。程序自動加熱的焦爐，與恒定加熱煉焦相比，加熱耗煤氣量可減少約8～12% ，節能降碳效果較明顯。
4、配合入爐煤含水分對煉焦耗熱量有較大影響，應強化備煤原料場的科學管理，實現煤料的均勻化，采用煤調濕裝置（CMC）等工藝技術，嚴格控制配合入爐煤適合的低水分。一般認為配合入爐煤水分每變化1%，每公斤煤的煉焦耗熱量相應增減60～80KJ。
5、應用“火落管理法”替代“標準溫度”法的焦爐加熱管理方法，這有助于實現焦爐加熱控制的自動化。可準確控制各燃燒室實時所需的加熱煤氣流量，避免過剩提供熱量，以節省焦爐加熱用煤氣。
6、適當縮短換向時間，使焦爐蓄熱室內熱交換達到最大換熱量。控制并降低空氣過剩系數。減少焦爐燃燒廢氣帶出過多熱量，以節省加熱用煤氣，降低煉焦耗熱量。
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煉焦爐，一種通常由耐火磚和耐火砌塊砌成的爐子，用于使煤炭化以生產焦炭。用煤煉制焦炭的窯爐。是煉焦的主要熱工設備。現代焦爐是指以生產冶金焦為主要目的、可以回收煉焦化學產品的水平室式焦爐，由爐體和附屬設備構成。焦爐爐體由爐頂、燃燒室和炭化室、斜道區、蓄熱室等部分，并通過煙道和煙囪相連。整座焦爐砌筑在混凝土基礎上。現代焦爐基本結構大體相同，但由于裝煤方式、供熱方式和使用的燃料不盡相同，又可以分成許多類型
目前已研發出的炭化室高8m特大型焦爐，可實現沿燃燒室高度方向的貧氧低溫均勻供熱，可降低NOx生成，標志著我國大型焦爐煉焦技術的成熟。
焦爐煙塵污染可分為兩部分：一部分是煉焦期間焦爐逸出的散煙；另一部分是機械操作過程中產生的煙塵，主要是裝煤和推焦攔焦過程中產生的煙塵。由于焦炭生產具有排污環節較多、強度較高、污染物種類雜、毒性大等特點，焦爐煙塵治理一直是污染控制的難點。
該型焦爐是在煉焦生產中以負壓式熱氣回收通過余熱鍋爐進行熱交換使產生的過熱蒸汽以汽輪發電機來實現的焦、電聯產的生產設施。工藝流程包括：備煤、分別破碎、配煤、裝煤（或搗固裝煤）、熄焦篩分、焦爐高溫熱氣負壓回收、余熱鍋爐、脫硫除塵、汽輪機發電。
而在焦爐煉焦過程中使用的焦爐煤氣本身就含有H2S以及有機硫等成分，經過燃燒系統加熱后，焦爐產生的煙氣內就會含有一定量的SO2。因此，必須選擇含硫量較低的加熱煤氣，減少焦爐煙氣內的二氧化硫含量。
其次，提升脫硫工藝水平。
一、技術基本原理
粗苯是焦爐煉焦過程中的副產物，是一種重要的焦化化工產品，是一種有著廣泛用途的化工原料。焦化粗苯主要是由苯、甲苯、二甲苯和一些其他苯類產品和雜質組成的混合物。經過精制后的苯類有著更加廣泛的用途。傳統的苯類回收采用洗油洗苯工藝，洗苯后的富油如果進行直接蒸餾，則需要溫度太高，洗油極易變質。
習慣上，將具有一定的粘結性，在室式焦爐煉焦條件下可以結焦，用于生產一定質量焦炭的原料煤統稱為煉焦煤。根據我國的煤炭分類標準，煙煤中的氣煤、肥煤、氣肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤和貧瘦煤都屬于煉焦煤，而褐煤、無煙煤以及煙煤中的長焰煤、不黏煤和貧煤都屬于非煉焦煤。我國煉焦煤各煤種的儲量不均勻，以氣煤（包括1/3焦煤）最多，其次為焦煤。此外，尚有未分類的占1.96%。
焦爐煉焦是一個復雜的工藝過程，煤料在炭化室內隔絕空氣加熱(即高溫干餾)，經過干燥、熱解、熔融、粘結、固化和收縮等階段，最終成為焦炭。炭化室內的結焦過程有兩個基本特點，一是層結焦，即焦炭總是在靠近爐墻處首先形成，而后逐漸向炭化室中心推移，二是結焦過程中的傳熱性能隨爐料狀態和溫度而變化。因此，炭化室內各部位焦炭質量與特性有所差異，一般以結焦終了時炭化室中心溫度作為整個炭化室焦炭成熟的標志。
其計算公式為：
煉焦工人實物勞動生產率（噸／人）=
全部焦炭產量（干基）（噸）
煉焦工人及學徒平均人數（人）
（十四）焦爐炭化室煉焦周轉時間
焦爐炭化室煉焦周轉時間是指在報告期內平均每孔炭化室煉焦周轉一次所需要的時間。
煤的 結焦性是指煤在工業焦爐或模擬工業焦爐的 煉焦條件下結成焦炭的 能力。即具有一定粘結性的 煤，當熱解到一定程度后，逐步硬化，形成半焦，繼續加熱從半焦到焦炭，經熱分解和熱縮聚，進一步析出氣體，焦質逐漸致密，同時產生收縮裂紋，以上說明煤的 結焦性包括形成半焦前的 粘結性和形成半焦后的 收縮性。
