《煤化工工艺学》——炼焦

《《煤化工工艺学》——炼焦》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《煤化工工艺学》——炼焦（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三章炼焦 3 1概述 一 炼焦及其产品 炼焦 煤在焦炉内隔绝空气加热到1000 左右 可获得焦炭 化学产品和煤气的过程 此过程称为高温干馏或高温炼焦 一般简称炼焦 炼焦产品 焦炭90 用于高炉炼铁 其余用于机械工业 铸造 电石生产原料 气化以及有色金属冶炼 化学产品硫酸铵 吡啶碱 苯 甲苯 二甲苯 酚 萘 蒽 沥青等 用于化学肥料 农药 合成纤维的原料 塑料等 煤气可用来合成氨 生产化学肥料或用做加热燃料 二 炼焦炉的发展 煤成堆 窑式土法炼焦将煤置于地上或地下的窑中 依靠干馏时产生的煤气和部分煤的直接燃烧产生的热量来炼制焦炭 称为土法炼焦 土法炼焦成焦率低 焦炭灰分高 结焦时间长 化学产品

2、不能回收 综合利用差 倒焰式将成焦的炭化室和加热的燃烧室分开的焦炉 隔墙上设有通道 炭化室内煤干馏时产生的煤气经此流入燃烧室内 同来自炉顶的通风道内的空气混合 白上而下的边流动边燃烧 故称为倒焰式焦炉 干馏时所需热量从燃烧室经炉墙传给炭化室内的煤料 二 炼焦炉的发展 废热式将炭化室和燃烧室完全隔开 炭化室内生产的荒煤气送到回收车间分离出化学产品后 再送回燃烧室内燃烧或民用 燃烧后产生的高温废气直接从烟囱排出 蓄热式将高温烟气先经蓄热室后降温 热量用来预热空气等 三 炼焦工艺流程及主要设备 3 2煤的成焦过程 烟煤炼焦时随温度的变化状况 一 成焦过程基本概念 350oC煤干燥预热阶段350 48

3、0oC胶质体形成阶段480 650oC半焦形成阶段650 950oC焦炭形成阶段 二 煤的黏结和半焦收缩 黏结性黏结性 干馏时 黏结本身与惰性物的能力 指炼焦时形成熔融焦炭的能力 经过胶质体生成块状半焦的能力 黏结性与结焦性关系黏结性好事结焦性好的前提和必要条件 结焦性好的煤 其黏结性一定好 提高黏结性 黏结性好的煤 Y 16 18mm G 65 78 半焦收缩半焦收缩 半焦不稳定部分受热裂解 生成气态产物 残留部分不断缔合增炭 产生体积收缩 二 煤的黏结和半焦收缩 半焦收缩气孔 焦炭是孔状体 若气孔率低 气孔小 气孔避厚 气孔壁强度高 则焦炭强度高 裂纹收缩应力导致产生裂纹 裂成焦块 裂纹多

4、则焦炭细 三 焦炉煤料中热流动态 供热两侧炉墙供热 靠近炉墙煤料温度先升高 温升速度快 远离炉墙的温度后升高 升高速度慢 不同部位煤料温度随加热时间变化 图3 2 炉墙温度加入煤时 炉墙温度迅速下降靠近炉墙煤料温度炭化室中心温度加煤后8小时方由100oC升高 才脱完水分 不同部位煤料的升温速度 煤料升温线 图3 3 100 350oC 炉墙附近8oC min 中心1 5oC min升温速度不同 温度梯度不同 故收缩梯度不同 升温速度大的裂纹多 焦块小 三 焦炉煤料中热流动态 炭化室内不同部分煤料同一时间内的情况 图3 4 当装煤后加热约8小时 水分蒸发完了时 中心面温度上升 当加热14 15小

5、时 炭化室内部温度都接近1000oC 焦炭成熟 焦缝 图3 4炭化室煤料温度和成焦层分布 四 炭化室内成焦特征 炭化室内同时进行着不同成焦阶段装煤约8小时期间 炭化室同时存在着湿煤层 干煤层 胶质体层 半焦层和焦炭层 两胶质体层在装煤后11小时左右在中心汇合 装煤后15小时左右 焦炭成熟 膨胀压力过大时可危及炉墙 最大膨胀压力出现在两胶质体中心汇合时 裂纹靠近炉墙的焦炭裂纹多 有焦花之称 焦缝成熟焦饼中心面上有一条缝称焦缝 上下直通 五 气体析出途径 里行气 10 左右 形成与两胶质体之间 不可能横穿过胶质体 只能上行进入炉顶空间 这部分气体称为里行气 没有经历二次热解作用 含大量水蒸气 含煤

6、一次分解产物 主要CH4及其同系物 还有H2 CO2 CO及不饱和烃 外行气 90 左右 产生胶质体外侧 由于胶质体固化和半焦热解产生大量气态产物 沿焦饼裂缝及炉墙与焦饼间隙进入炉顶空间 此部分气体称外行气 经过高温区 经二次热解作用 二次热解产物 主要H2 及少量CH4 五 气体析出途径 气体中化学产品原料煤性质对化学产品产率的影响较大 挥发分高 煤气和粗苯产率都高 温度对化学产品产率影响较大 炉墙温度 焦饼温度 其次是炭化室炉顶空间温度 3 3配煤和焦炭质量 一 配煤的目的和意义 配煤 就是将两种以上的单种煤料 按适当比例均匀配合 以求制得各种用途所要求的焦炭质量 焦煤炼焦的缺点 单种煤炼

7、焦 焦煤储量不足推焦困难 容易损坏炉墙焦煤挥发分少 炼焦化学产品产率低合理配煤的优势提高焦炭质量扩大炼焦煤源 合理利用煤炭资源增加炼焦化学产品产率等 二 配煤用煤 气煤 QM 肥煤 FM 焦煤 JM 瘦煤 SM 及中间过渡性牌号煤 气煤挥发性最大 黏结性差 炼焦产品特点 焦炭碎 强度低 推焦易 可得较多化学产品 肥煤挥发份较高 灰分高 黏结性最好但结焦性差 炼焦产品特点 焦炭碎 强度低 推焦难 可提高化学产品产率和煤气产率 焦煤挥发分适中 肥煤 黏结性高 灰分高炼焦产品特点 焦炭块大 强度高 推焦困难 二 配煤用煤 瘦煤挥发分低 黏结性差炼焦产品特点 焦炭块大 抗碎强度高 耐磨性差 易成焦粉

8、化学产品产率和煤气产率低 贫煤没有黏结性 不结焦 不能单独炼焦 配煤中可起瘦化剂的作用 三 配煤的工艺指标 配煤的工业分析水分 一般 10 焦化厂8 10 水分高的不利影响 焦炉升温慢 延长结焦时间 影响炉体寿命 影响装炉煤堆密度 如图3 7 随水分 水分过低的不利影响 破碎和装煤时造成煤尘飞扬恶化操作条件 使焦油中游离碳增加 图3 7配煤堆密度和水分的关系 三 配煤的工艺指标 灰分 配煤灰分 12 焦炭灰分 15 灰分的害处 配煤的灰分全部转入焦炭 a 灰分是惰性物质 灰分高则黏结性降低 灰分颗粒成为裂纹中心 配煤灰分高则焦炭强度降低 b 炼铁用焦耗量高 高炉生产能力降低 挥发分 中国生产配

9、煤挥发分Vdaf一般25 32 a 挥发分高 化学产品产率高 煤气产率高 b 挥发分过高焦炭平均粒度小 抗碎强度低 c 挥发分过低煤的黏结性差 耐磨强度降低 可导致推焦困难 三 配煤的工艺指标 硫分 配煤 1 0 一般焦炭 1 0 1 2 硫分害处 配煤中有80 左右转入焦炭 冶炼中焦炭中硫分转入生铁中 使生铁呈热脆性 加速铁腐蚀 降低配煤中硫含量的途径 一是通过洗选除掉部分无机硫 二是配煤时 适当将高 低硫煤的调配使用 三 配煤的工艺指标 黏结性和膨胀压力 黏结性黏结性是结焦性的前提和必要条件 黏结性的指标 我国常用的是胶质层最大厚度Y和粘结指数G 膨胀压力 安全膨胀压力 10 15KPa

10、是黏结性煤的炼焦特征 提高堆 能增大膨胀压力 粉碎度 3mm的占90 煤粉碎粒度应少含有过大或过小的颗粒 特别要求小于0 2 0 5mm要少 黏结性好的成分和易碎的不细碎 反之细碎 弱黏结性的应细碎 强黏结性的应粗碎 肥煤 焦煤易碎应粗碎 气煤硬度大难碎应细碎 四 焦炭的用途 1 高炉炼铁 供热燃料 还原剂 疏松骨架 要求 冶金焦反应率要小 C CO2反应降低焦炭强度 一定的块度 强度2 铸造用焦 熔化炉料 其作用是熔化炉料并使铁水过热 支撑料柱保持其良好的透气性 要求 铸造焦应具备块度大 反应性低 气孔率小 具有足够的抗冲击破碎强度 灰分和硫分低等特点 3 气化用焦要求 反应能力要高于化工气

11、化用焦 对强度要求不严 但要求反应性好 灰熔点较高 4 电石焦对焦炭的质量要求不高 要求尽量提高固定碳含量 五 焦炭的质量 1物理性质主要成分为碳 是具有一定强度 块度的银灰色固体 内部有纵横裂纹 沿焦炭纵横裂纹分开即为焦块 焦块内含微裂纹 沿微裂纹分开即为焦体 焦体由气孔和气孔壁 焦质 真密度 单位体积焦质的质量 视密度 假密度 单位体积焦块的质量 堆密度 焦炭单位堆积体积的质量 气孔率 1 假密度 真密度 100 五 焦炭的质量 2化学成分 灰分 主要成分是SiO2和Al2O3 不利 灰分越低越好 硫分不利 硫易使生铁铸件脆裂 硫是生铁冶炼的有害杂质之一 它使生铁质量降低 在炼钢生铁中硫含

12、量大于0 07 即为废品 挥发分鉴别焦炭成熟度的重要指标 挥发分 1 5 为生焦挥发分小于0 5 0 7 则表示过火 一般成熟的冶金焦挥发分为1 左右 五 焦炭的质量 水分 一般为2 6 水分要稳定 否则引起炉温波动 碱性成分 K2O Na2O 由于其催化和腐蚀作用 能严重降低焦炭强度 3 机械强度 耐磨强度M10a 耐磨强度 M10 耐磨性 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称为耐磨强度 b 转鼓测定耐磨强度指标M10 五 焦炭的质量 转鼓试验 为了试验焦炭的耐磨性和抗碎性 通常采用转鼓试验 转鼓试验就是模仿焦炭在高炉冶炼过

13、程中的撞击 挤压 研磨 将一个十分复杂的受力情况加以简化的试验方法 在转鼓中装入大于60毫米的焦炭50千克 以每分钟25转速度转动4分钟M10一般用焦炭在转鼓内破坏到一定程度后 粒度 10mm的碎焦质量m1占式样质量m总的分数来表示耐磨强度 M10 m1 m总 100 抗碎强度M40 M40 抗碎性 a 抗碎强度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 b 转鼓测定耐磨强度指标M40粒度 40mm的焦块质量m2占式样质量m总的分数来表示抗碎强度 M40 m2 m总 100 4焦炭的反应性 反应性大多数国家都用焦炭与二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性

14、是指与CO2的碳溶反应性 五 焦炭的质量 表6 1 11高炉用焦炭强度 五 焦炭的质量 影响焦炭反应性的三大因素a 原料煤性质 煤种 煤岩相的组成 煤灰分等 b 炼焦工艺因素 焦饼中心温度 结焦时间 炼焦方式等 c 高炉冶炼条件 温度 时间等 焦炭反应性 CRI 的测定 国内 CO2测定称取一定质量的焦炭试样 置于反应器中 在1100 5 时与CO2反应2h后 以焦炭质量损失的百分数表示焦炭反应性 CRI 有时也用CO2容积速率表示 五 焦炭的质量 低温干馏和高温干馏的比较 低温干馏和高温干馏的区别 温度不同设备不同产物成分不同低温干馏产物成分主要为 焦炉煤气 煤焦油 高温干馏产物成分主要为

15、焦炭目的不同低温干馏和高温干馏的相同点 原料相同产物状态相同 气 液 固 3 4现代焦炉 一 焦炉概述 sheet1 一 焦炉概述 sheet2 三室 炭化室 炭化室是煤隔绝空气干馏的场所 煤由炉顶加煤车加入炭化室 炭化室两端有炉门 炼好的焦炭用推焦车推出 沿导焦车落入熄焦车中 赤热焦炭用水熄灭 置于焦台上 两侧为燃烧室 与燃烧室相间 一墙之隔 炭化室尺寸 有效容积是有效长度 平均宽度和有效高度的乘积 长12 20m 宽0 4 0 6m 高3 8m 炭化室顶部厚度1 1 5m 3 5个加煤孔 炭化室墙表面积较大 内部温度均匀 平均1100oC 一 焦炉概述 sheet3 三室 燃烧室 燃烧室是

16、煤气燃烧为炭化室供热的地方 与炭化室依次相间 一墙之隔 每座焦炉的燃烧室都比炭化室多一个 对与炭化室隔墙的要求 防止干馏煤气泄漏 尽快传递干馏所需的热量 高温抗腐蚀性强 整体结构强度高 温度约为1300 由燃烧火道构成 温度达1000 1400 设置蓄热室 对火道废气热量进行回收 火道所用材料 高温区 低温区 硅砖 或矽砖 焦炉表面 绝热砖 立火道数目22 36个 一 焦炉概述 sheet4 三室 蓄热室 蓄热室是回收燃烧室废气的热量来预热空气和贫煤气的地方 蓄热室位于焦炉炉体下部 其上部经过斜道与燃烧室相连 下部经过废气盘分别与烟道 贫煤气管和大气相通 主要由格子砖 蓄热室内隔墙 封墙等构成 对蓄热室砌筑材料的要求 格子砖采用薄壁异型黏土砖 定期用压缩空气吹扫 增大传热面积 减小阻力 蓄热室内隔墙包括中心隔墙 单墙和主墙 中心隔墙将蓄热室分为机焦两侧 单墙两侧为同向气流 煤气和空气 压力接近 用标准砖砌筑 主墙两侧则为异向气流 压差较大 多用带沟舌的异型砖砌筑 封墙内层为黏土砖 外侧为隔热砖 一 焦炉概述 sheet5 四车 加煤车顶装焦炉的装煤车设在炉顶 其作用是从煤塔取出一定重量