煉焦

自20世紀80代以來，隨著我國經濟的快速發展，我國的煉焦產業也進入了一個快速發展期。

1991年，我國的焦炭產量躍居世界第一;1994年，我國焦炭年產量首度超過1億噸；到2000年，我國焦炭出口量佔到世界焦炭貿易量的60%，成為全球最大的焦炭生產國。

據《中國煉焦行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告前瞻》統計顯示，截至2011年末，我國煉焦產業規模以上企業有733家，資產總額達5982.22億元，同比增長24.32%。2011年，煉焦產業實現銷售收入6212.91億元，同比增長35.72%;實現利潤總額178.77億元，同比增長26.14%。從企業經濟類型來看，私營企業數量最多，其企業數量占行業的52.52%，資產占行業的33.11%。

隨著國內及世界鋼鐵工業迅猛發展，其對煉焦產品的需求急劇增長，投資日趨升溫，行業產能迅速擴張。但是煉焦產業資源消耗高，生產排放大，特別是排放物中有害物質多，造成嚴重的資源浪費和環境污染，對國民經濟健康可持續發展帶來巨大壓力，從而也阻礙了煉焦產業的快速發展。

為了加快調整煉焦產業結構，使焦化企業向規模化、現代化、環保型方向發展，國家制定了“焦化行業准入條件”標準。如企業的焦爐炭化室高4.3m以上(含4.3m)，規模能力60萬噸以上，環比基本達到國家要求等，經省級環保部門核實推薦和專家組評議標準合格，可進入“焦化行業准入條件”行列，並由主管部門發布。

近幾年來，全國各煉焦大省也先後按照國家政策，加大了調整煉焦產業結構的力度。山西省在淘汰2600多萬噸的土焦、改良焦的基礎上，又淘汰了一批落後的小焦爐；內蒙古自治區關掉小焦爐20多座；河南省關掉落後焦爐生產企業20多家；貴州省關掉落後焦爐生產企業19家；黑龍江、山東、雲南等省淘汰落後焦爐都取得了較大的成績。

簡史

中國明代以前就已採用土窯煉焦，並用焦炭冶鐵。到20世紀初，經過發展的土窯有圓窯和長窯兩種，前者適用於地下水位不高、煤結焦性較好的地區；後者因爐底高於地面，操作受地下水的影響較小，結焦時間較短，適用於多雨而煤結焦性略差的地區。土窯的特點是結焦室和燃燒室不分開，煉焦熱源靠煤乾餾時產生的煤氣和部分煤料燃燒提供，因而成焦率低，焦炭灰分高，結焦時間長(約8～12晝夜),化學產品不能回收利用，對大氣污染嚴重。后經改進，出現一種帶固定拱頂的圓窯，稱為蜂窩式煉焦爐(圖1)。每孔爐的裝煤量5～7噸，結焦時間48～72小時。焦炭在爐內熄火，最初用人工出焦，後來改為機械化出焦。

19世紀中葉出現了倒焰式煉焦爐。倒焰爐的炭化室和燃燒室用磚牆分開，但上部相通，使炭化室發生的煤氣轉入燃燒室，並從燃燒室上部引入空氣，使煤氣燃燒，火焰由上“倒焰”而下，經爐底煙道排入煙囪。這種煉焦爐不回收化學產品，加熱用煤氣量不能調節，結焦末期煤氣產量小，供熱不足。

1881年，在德國建成了第一座回收化學產品的煉焦爐，把回收化學產品后的凈煤氣送回燃燒室加熱，保證了煤氣供應。在其發展初期，燃燒后的廢氣直接進入煙囪，沒有回收廢熱，煉焦爐的熱效率很低。1883年，德國霍夫曼（G.Hoffmann）第一個將平爐的西門子蓄熱室用於煉焦爐。1904年出現了帶橫蓄熱室的煉焦爐，燃燒所需的空氣在蓄熱室內經過預熱進入火道，因此，爐子加熱只消耗煉焦所得煤氣的50％，大大提高了熱效率。至此已具備了現代煉焦爐的雛形。此後，各國對煉焦爐的結構作了許多改進，逐步提高了操作的機械化水平，煉焦爐日趨大型化。為了節省高熱值的焦爐煤氣，煉焦爐還可利用低熱值的高爐煤氣或發生爐煤氣加熱。

結焦機理

煤的有機質基本結構單元，是以芳香族稠環為主體，周圍連接側鏈雜環和官能團的大分子。煤在結焦過程中受熱到350～480℃，大分子劇烈分解，斷裂后的側鏈繼續裂解，其中分子量小的呈氣態，分子量適中的呈液態，分子量大的和不熔組分呈固態，相互滲透的三相物組成膠質體。煤的粘結性強弱，取決於膠質體的數量以及流動性和熱穩定性。當溫度繼續升高到450～550℃時，液相產物進一步分解，其中一部分又呈氣態析出，剩餘部分逐漸變稠，與分散的固相顆粒融成一體，最後縮聚並固化，形成半焦。在這過程中，氣態產物通過膠質體逸出，產生膨脹壓力，使固體顆粒結合得更加牢固。聚積在膠質體中的氣態產物則形成氣孔。當溫度進一步升高到700～1000℃時，半焦主要析出氣體，碳網繼續縮聚，體積變小，焦質變硬，形成多孔的焦炭。這時，熱解產物已無液相出現。由於半焦的收縮，各點的溫度和升溫速度不同，使收縮量和收縮速度不均，產生焦炭裂紋。

生產工藝

有下述程序：

煉焦煤料的製備簡稱備煤，是將煤礦運來的各種精煤（或低灰分原煤）製備成配比準確、粒度適當、質量均一、符合煉焦要求的煤料。一般包括：卸煤、貯存和混勻、配合、粉碎和混合，並將製備好的煤料送到焦爐貯煤塔。嚴寒地區，還應有解凍庫和破凍塊設備。煉製優質焦炭，必須對備煤操作給予足夠的重視。把煤混勻好，提高配煤的準確度，使煤質波動最小，保證焦炭的化學成分和物理機械性能的穩定，以穩定焦炭質量。因此配煤設備必須準確地按給定值配煤；配煤槽要均勻連續下煤。煤中雜物要除凈，水分不能過高。煤料的合理粉碎，可以有效地提高焦炭的機械強度。必須根據具體情況對不同的煤料確定最適宜的粉碎粒度。

改進備煤流程，是擴大煉焦煤源和改善焦炭質量的途徑。目前，中國絕大多數焦化廠都採用先按規定比例配合的混合粉碎流程。這種流程不能根據各種煤的硬度差異分別進行處理，因此只適用於粘結性較好、煤質較均勻的煉焦煤料。較新的備煤流程有三種：①單獨粉碎流程，是將各種煤先單獨進行粉碎，然後按規定的比例配合，再進行混合；②分組粉碎流程，是先將硬度相近的各煤種，按比例配合成組，各組分別送往各自的粉碎機粉碎到要求的粒度，再進行混合；③選擇粉碎流程，是將粉碎到一定程度的煤過篩，將篩出的粗粒級組分進行再粉碎，這樣可使粘結性差、惰性物含量高的粗粒級組分粉碎得較細，避免粘結性好的岩相組分過度粉碎。

煉焦生產已經製備好的煤料從煤塔放入裝煤車，分別送至各個炭化室裝爐。乾餾產生的煤氣經集氣系統，送往化學產品回收車間加工處理。經過一個結焦周期（即從裝爐到推焦所需的時間，一般為14～18小時，視炭化室寬度而定），用推焦機將煉製成熟的焦炭經攔焦機推入熄焦車；熄焦后，將焦炭卸入涼焦台；然後篩分、貯藏。

煉焦車間一般由兩座煉焦爐組成一個爐組。兩座煉焦爐布置在同一中心線上，中間設一個煤塔。一個爐組配有相應的焦爐機械──裝煤車、推焦機、攔焦機、熄焦車和電機車；還配備一套熄焦設施，包括熄焦塔、熄焦泵房、粉焦沉澱池及粉焦抓鬥等，布置在爐組的端部。熄焦塔中心與爐端炭化室中心的距離一般不小於40米。如採用干法熄焦，則需設干熄焦站。煉焦車間還裝備有必要的管道和換向系統。

焦炭處理

從煉焦爐出爐的高溫焦炭，需經熄焦、涼焦、篩焦、貯焦等一系列處理。為滿足煉鐵的要求，有的還需進行整粒。

熄焦有濕法熄焦和干法熄焦兩種方式。前者是用熄焦車將出爐的紅焦載往熄焦塔用水噴淋。後者是用180℃左右的惰性氣體逆流穿過紅焦層進行熱交換，焦炭被冷卻到約200℃，惰性氣體則升溫到800℃左右，並送入餘熱鍋爐，生產蒸汽。每噸焦發生蒸汽量約400～500公斤，干法熄焦可消除濕法熄焦對環境的污染，提高焦炭質量，同時回收大量熱能，但基建投資大，設備複雜，維修費用高。

涼焦將濕法熄焦后的焦炭，卸到傾斜的涼焦檯面上進行冷卻。焦炭在涼焦台上的停留時間一般要30分鐘左右，以蒸發水分，並對少數未熄滅的紅焦補行熄焦。

篩焦根據用戶要求將混合焦在篩焦樓進行篩分分級。中國鋼鐵聯合企業的焦化廠，一般將焦炭篩分成四級，即粒度大於40毫米為大塊焦，40～25毫米為中塊焦，25～10毫米為小塊焦，小於10毫米為粉焦。通常大、中塊焦供冶金用，小塊焦供化工部門用，粉焦用作燒結廠燃料。貯焦將篩分處理后的各級焦炭，分別貯存在貯焦槽內，然後裝車外運，或由膠帶輸送機直接送給用戶。

整粒將大於80(或75)毫米級的焦炭預先篩出，經切焦機破碎后再過篩，得到粒度80～25(或75～25)毫米級焦炭用於煉鐵。這樣可以提高焦炭粒度的均勻性，並避免大塊焦炭沿固有的裂紋在高爐內碎裂，從而提高焦炭的機械強度，有利於煉鐵生產。