备煤车间与炼焦车间

一、炼焦理论

煤转变成焦炭的过程是一个受到化学、物理和物理化学变化制约的复杂过程。从煤化学开创时期起，各国学者就对煤的成焦机理进行了研究。比较有影响的有溶剂抽提理论、物理黏结理论、塑性成焦机理、中间相成焦机理和传氢机理。其中塑性成焦机理是获得比较公认的成焦机理。

（一）煤炼焦过程中发生的变化

煤在隔绝空气加热即炼焦过程中，煤的有机质随着温度的提高而发生一系列不可逆的化学、物理和物理化学变化，形成气态（煤气）、液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。

第一阶段（室温～300℃），为炼焦初始阶段。在此阶段煤没有什么变化，主要析出蓄存在煤中的气体和非化学结合水。脱水主要发生在120℃以前，而脱气（CH4、CO2和N2）大致在200℃前后完成。

第二阶段（300℃～600℃），以解聚和分解反应为主，煤黏结成半焦，并发生一系列变化。煤在300℃左右开始软化，强烈分解，析出煤气和焦油，在450℃前后焦油量最大，在450℃～600℃气体析出量最多。煤气成分除热解水、CO和CO2外，主要是气态烃，热值较高。

烟煤在这一阶段从软化开始，经熔融、流动和膨胀到再固化，发生了一系列特殊现象，并在一定的温度范围内转变成塑性状态，产生了气、液、固三相共存的胶质体。煤转变成塑性状态的能力，是煤黏结性的基础条件，而煤的黏结性对制取焦炭质量极为重要。

第三阶段（600℃～1000℃），是半焦变成焦炭的阶段，以缩聚反应为主。焦油量极少，温度的升高，促进了半焦脱气体挥发分，700℃后煤气成分主要是氢气。焦炭挥发分小于2%，芳香晶核增大，排列规则化，结构致密，坚硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，挥发分降低；另一方面焦炭本身的重量损失，密度增加，裂纹及缝隙产生，形成碎块。焦炭的块度和强度与收缩情况有直接关系。

（二）塑性成焦机理

1．黏结机理

具有黏结性的烟煤加热到350℃～500℃时，煤中有机质分子激烈分解，侧链从缩合芳环上断裂并进一步分解。热分解产物中，相对分子质量小的呈气态，相对分子质量中等的呈液态，而相对分子质量大的侧链断裂后的缩合芳环（变形粒子）和热分解时的不熔组分则呈固态。气、液、固三相组成胶质体。随着温度升高（450℃～550℃），胶质体的分解速度大于生成速度。一部分产物呈气体析出后，另一部分则与固态颗粒融为一体，发生热缩聚而固化生成半焦。热缩聚过程中，液态产物的二次分解产物、变形粒子和不熔组分（包括灰分）结合在一起，生成不同结构的焦炭。煤的黏结性取决于胶质体的数量和性质，如果胶质体中液态产物较多，且流动性适宜，就能填充固体颗粒间隙，并发生黏结作用。胶质体中的液态产物热稳定性好，从生成胶质体到胶质体固化之间的温度区间宽，则胶质体存在的时间长，产生的黏结作用就充分。因此，数量足够、流动性适宜和热稳定性好的胶质体，是煤黏结成焦的必要条件。通过配煤可以调节配合煤的胶质体数量和性质，使之具备适宜的黏结性，以生产所需要的焦炭。

2．收缩机理

当半焦从550℃加热到1000℃时，半焦内的有机质进一步热分解和热缩聚，热分解主要发生在缩合芳环上热稳定性高的短侧链和连接芳环间的碳链桥上。分解产物以甲烷和氢气为主，无液态产物生成。越到结焦后期，所析出的气态产物的相对分子质量越小，在750℃后几乎全是氢气。缩合芳环周围的氢原子脱落后，产生的游离键使固态产物之间进一步热缩聚，从而使碳网不断增大，排列趋于致密。由于成焦过程中半焦和焦炭内各点的温度和升温速度不同，致使各点的收缩量不同，由此产生内应力。当内应力超过半焦和焦炭物质的强度时就会形成裂纹。由热缩聚引起碳网缩合增大和由此产生焦炭裂纹，是半焦收缩阶段的主要特征。煤的挥发分越高，其半焦收缩阶段的热分解和热缩聚越剧烈，所形成的收缩量和收缩速度也越大。各种煤的半焦在加热过程中最大收缩值为：气煤约3%，肥煤与气煤接近，焦煤约2%。挥发分相同的煤料，黏结性越好，收缩量越大。可以通过配煤和加入添加剂调节和控制半焦收缩量、最大收缩速度和最大收缩温度，以获得需要的焦炭强度和块度。

二、炼焦用煤的工艺性质评价方法

（一）煤的黏结性

烟煤干馏时自身黏结或黏结外来的惰性物质的能力，称为黏结性。它是煤干馏时所形成的胶质体显示的一种塑性，是评价炼焦用煤的一项主要指标。煤的黏结性是煤结焦的必要条件，与煤的结焦性密切相关。炼焦煤中以肥煤的黏结性为最好。常用罗加指数或坩埚膨胀序数来表示煤的黏结性，中国参照罗加指数测定原理研究制定了黏结指数的测定方法，也表征煤的黏结性。

（二）煤的结焦性

煤的结焦性是烟煤在焦炉或模拟焦炉的炼焦条件下，形成具有一定块度和强度的焦炭的能力。结焦性是评价炼焦煤的主要指标。炼焦煤必须兼有黏结性和结焦性，两者密切相关。煤的结焦性全面反映煤在干馏过程中软化熔融直到固化形成焦炭的能力。测定结焦性时加热速度一般较慢。对煤的结焦性有两种不同的见解：一种认为在模拟工业炼焦条件（如3℃／min）加热速度下测定到的煤的塑性指标即为结焦性指标。硬煤国际分类中采用奥阿膨胀度和葛金焦型作为煤的结焦性指标。另一种意见则认为在模拟工业炼焦条件下把煤炼成焦炭，然后用焦炭的强度和粉焦率等指标作为评价煤结焦性的指标。中国在制定中国煤炭分类国家标准中，即以200kg试验焦炉所得焦炭的强度和粉焦率作为结焦性指标。炼焦煤中以焦煤的结焦性最好。

三、炼焦新技术

常规配煤炼焦技术是以气煤、肥煤、焦煤和瘦煤四种煤为基础，按照一定比例配合确定的，由于优质炼焦煤资源的短缺和分布不平衡以及高炉大型化对焦炭质量的要求更高，因而开发了各种炼焦新技术，其中包括煤预热、捣固、配型煤、配添加剂、干燥、干法熄焦等。这些炼焦新技术可多配入高挥发分弱黏结性煤或配入以往认为不能炼焦的煤种，生产出符合要求的焦炭，从而节约了宝贵的优质炼焦煤资源，扩大了炼焦煤资源及其合理利用。上述炼焦新技术除干法熄焦外均是在装炉前进行的，因此也称为炼焦煤料的新型预处理技术。捣固炼焦、配型煤炼焦及煤调湿技术已经在我国使用。

（一）捣固炼焦

将配合煤用捣固机捣实成体积略小于炭化室的煤饼后，推入炭化室炼焦成为捣固炼焦。捣固炼焦起源于德国，1882年德国最先采用捣固法炼焦。20世纪开始，相继在一些国家使用，但由于技术条件限制，没有大规模利用。20世纪70年代，联邦德国在煤捣固工艺上取得重大突破，主要是采取薄层连续给煤饼加以捣固等技术措施，提高捣固机机械效率，并有效地控制了煤饼装炉时的烟尘，这一工艺引起各国的重视，相继在印度和苏联等国推广使用。

预热捣固炼焦是将煤料预热到约170℃，放入双辊混料机内与150℃的液态黏结剂混合，再将混合好的煤料经运输机送入捣固机捣固成热煤饼，最后装入焦炉内炼焦。

（二）配型煤炼焦

配型煤炼焦是将一部分装炉煤料在装炉前配入黏结剂压制成型煤，然后与大部分散状煤料按比例混合后装炉炼焦。我国宝钢从日本引进技术，以便于在炼焦中多配入一些弱黏结煤。

（三）煤调湿技术

煤调湿技术是“装炉煤水分控制工艺”的简称，它通过加热来降低并稳定、控制装炉煤的水分。它与煤干燥的区别在于，不追求最大限度地去除装炉煤的水分，而只把水分调整稳定在相对低的水平（约5%～6%），使之既达到提高效益的目的，又不至于因水分过低而引起焦炉和回收系统操作困难。该技术日本领先。

四、炼焦工艺流程

（一）示意图

图1　炼焦工艺流程示意图

（二）说　明

固体煤料从煤场经皮带被送到配煤仓配煤，然后破碎机粉碎吸水，再由搅拌器搅拌均匀，电子秤称量后到装煤车捣固成煤饼，装入炭化室高温干馏炼焦。从炭化室出来的焦炭推出后到拦焦车，拦焦车把焦炭送到熄焦车，再进入熄焦塔进行熄焦，熄焦后到凉焦台刮板机，然后皮带送到筛分机进行筛分。

炼焦产生的气体从炭化室到上升管，经过桥管用80℃氨水混合后到集气管，再到吸气管去化车车间进行净化。

（三）捣固炼焦的机理

捣固炼焦工艺中，煤料在焦炉以外与炭化室相近的铁箱中进行捣固，捣固过的致密煤饼通过打开的炉门送入炭化室。煤料经捣实后，其堆密度可由散装0．7～0．75t／m3提高到0．95～1．15t／m3，有利于提高煤料的黏结性。因为煤料堆密度增加，煤粒间触致密，间隙减小，填充间隙所需的胶质体液相产物的数量也相对减少。也就是说，由煤热分解时产生的一定数量的胶质体，能够填充更多煤粒之间的间隙，可以用较少的胶质体液相产物均匀分布在煤粒表面上，进而在炼焦过程中，在煤粒之间形成较强的界面结合。

此外，捣实的煤料在结焦过程中产生的干馏气体不易析出，煤粒的膨胀压力增加，这就迫使变形的煤粒更加靠拢，增加了变形煤粒的接触面积，有利于煤热解产物的游离基与不饱和化合物进行缩合反应。同时，热解产生的气体逸出时遇到的阻力增大，使气体在胶质体内的停留时间延长。这样，气体和带自由基的原子团或热分解的中间产物有更充分的时间相互作用，有可能产生稳定的、分子量适度的物质，增加胶质体内不挥发的液相产物，这样胶质体不仅数量增加，而且还变得稳定。这些都有利于提高煤料的黏结性。

（四）捣固炼焦的特点

1．按装煤方式进行比较

常规炼焦工艺是通过炉顶装煤车将煤从炉顶落入炭化室，它的堆密度约0．7～0．75t／m3，而捣固炼焦工艺是通过机侧推焦装煤车将预先捣实的煤饼，从焦炉机侧推送入炭化室，其堆密度为0．95～1．15t／m3。

常规炼焦装入炭化室的散料煤紧贴炭化室两侧炉墙，捣固炼焦送入炭化室的成型煤饼与炭化室两侧炉墙有一定的间隙。

2．按原料煤的应用进行比较

与常规炼焦相比，捣固炼焦原料范围宽，可以配入高挥发分煤和弱黏结性煤，生产优质高炉用焦，还可以掺入焦粉和石油焦粉生产高炉用焦和铸造焦，以及用100%高挥发煤炼焦生产气化焦。

五、炼焦配煤

（一）配煤的意义与原则

配煤炼焦是指将多种不同牌号的煤按比例配合在一起作为炼焦的原料。不同牌号的煤，各有其特点，它们在配煤中所起的作用也不同，如果配煤方案合理，就能充分发挥各种煤的特点，提高煤炭质量。根据我国煤炭资源的具体情况，采用配合煤炼焦既可以合理利用各地区炼焦煤的资源，又是扩大炼焦用煤的基本措施之一。

为了保证焦炭质量，又有利于生产操作，在确定配煤方案时，应考虑以下几项原则：

（1）焦炭质量应达到规定的指标，满足使用要求。

（2）最大限度地符合区域配煤的原则，根据本区域煤炭资源的近期平衡和考虑远景规划，充分利用本区域的黏结煤和弱黏结煤。

（3）不会产生对炉墙有危险的膨胀压力和引起推焦困难。

（4）在满足焦炭质量的前提下，有较高的化学产品产量和质量。

（5）合理调整炼焦用煤的运输流向和尽量防止对流，并尽可能缩短平均运输距离。

（二）配合煤的质量指标

在进行炼焦配煤操作时，配合煤的主要质量指标包括：化学成分指标即灰分、硫分和磷含量，工艺性质指标即煤化度和黏结性，煤岩组分指标和工艺条件指标即水分、细度、堆密度等。

1．配合煤的灰分

煤中灰分在炼焦后全部残留于焦炭中，配煤的灰分指标是按焦炭规定的灰分指标经计算得来的，即：

配煤灰分（A煤）＝焦炭灰分（A焦）×全焦率（K，%）

不同用途的焦炭对灰分的要求也不相同，一般认为，生产冶金焦和铸造焦时，灰分为7%～8%比较适合，生产气化焦时，则为15%左右。

2．配合煤的硫分

煤中硫分约有60%～70%转入焦炭，因配合煤的产焦率为70%～80%，故焦炭硫分约为配合煤硫分的80%～90%。由此可根据焦炭对硫分的要求计算出配合煤硫分的上限。

3．配合煤的磷含量

由于含磷量高的焦炭将使生铁冷脆性变大，因此生产中要求配合煤的含磷量低于0．05%，中国的冶金焦和铸造焦出口时，外商对磷含量的要求十分严格，气化焦对磷含量一般没有特殊要求。

4．配合煤的煤化度表述煤的变质程度最常用的指标是挥发分Vdaf和平均最大反射率ax，两者之间有密切的联系。确定配合煤的煤化度控制值应从需要、可能、合理利用资源、经济实效等方面综合权衡。配合煤的挥发分对焦炭的最终收缩量、裂纹度及化学产品的产量、质量有直接影响。

从兼顾焦炭质量以及焦炉煤气和炼焦化学产品产率出发，各国通常将装炉煤挥发分控制在28%～32%范围内。制取大型高炉用焦炭的常规炼焦配合煤，煤化度指标控制的适宜范围是max＝1．2%～1．3%，相当于Vdaf＝26%～28%。但还应视具体情况，并结合黏结性指标的适宜范围一并考虑。气化焦用煤的挥发分应大于30%。

5．配合煤的黏结性

配合煤的黏结性指标是影响焦炭强度的重要因素。各国用来表征黏结性的指标各不相同。常用的指标有煤的膨胀度b、煤的流动度MF、胶质层指数Y、X和黏结指数G，这些指数大，表示黏结性强。多数室式炼焦配合煤黏结性指标的适宜范围有以下数值：最大流动度MF值为70（或100）×103ddpm，奥阿膨胀度≥50%，胶质层最大厚度Y为17～22mm，G为58～72。气化焦对配合煤的黏结性指标要求较低。配合煤的黏结性指标一般不能用单种煤的黏结性指标按加和性计算。

6．配合煤的煤岩组分

配合煤中煤岩组分的比例要恰当，配合煤的显微组分中的活性组分应占主要部分，但也应有适当的惰性组分作为骨架，以利于形成致密的焦炭，同时也可缓解收缩应力，减少裂纹的形成。惰性组分的适宜比例因煤化度不同而异，当配煤的平均最大反射率max＜1．3时，以30%～32%较好；当max＞1．3时，以25%～30%为好。采用高挥发分煤时，尚需考虑稳定组含量。

7．配合煤的水分

无论生产何种焦炭，配合煤的水分一般要求在7%～10%之间，并保持稳定，以免影响焦炉加热的稳定。对生产来说，水分高将延长结焦时间，配合煤的水分每增加1%，结焦时间延长20分钟，从而降低产量，增加耗热量。其次配煤水分过高，产生的酚水量增加。此外，在一般细度的条件下，当配合煤水分为7%～8%时，堆密度最小，对煤进行干燥可使堆密度增加，从而改善煤料的黏结性。

8．配合煤的细度

细度是度量炼焦煤粉碎程度的一种指标，用小于3mm粒级煤占全部配合煤的质量百分率来表示。各国焦化厂根据本厂煤源的煤质和装炉煤的工艺特征确定细度控制指标。将煤粉碎到一定细度，可以保证混合均匀。从而改善焦炭内部结构的均匀性。但是，粉碎过细会降低装炉煤的黏结性和堆密度，以至于降低焦炭的质量和产量。在配合煤中，弱黏结性煤应细粉碎，强黏结性煤细度不要过高，有利于提高焦炭的质量和产量。一般对配合煤细度控制范围为：常规炼焦时，小于3mm粒级量为72%～80%，配型煤炼焦时为85%左右，捣固炼焦时为90%以上。控制配合煤细度的措施主要有：正确选用煤粉碎机；在粉碎前筛出粒度小于3mm的煤，以免重复粉碎。

9．配合煤的堆密度

该质量控制指标是指焦炉炭化室中单位容积煤的质量，常以kg／m3表示。配合煤堆密度大，不仅可以增加焦炭产率，而且有利于改善焦炭质量。但随着堆密度的增加，膨胀压力也增大，而且配合煤膨胀压力过大会引起焦炉炉体破坏。因此，提高配合煤堆密度以改善焦炭质量的同时，要严格防止膨胀压力超过极限值，一些国家对膨胀压力极限值视试验条件不同而不同，其范围波动在10～24kPa范围内。

（三）炼焦配煤工艺

炼焦煤的配合工作在焦化厂的备煤车间进行。工艺流程有先配后粉流程、先粉后配流程、选择性粉碎流程。

1．先配后粉流程

将参与炼焦的单种煤按配煤比先配合好然后再进行粉碎。流程见图2。

图2　“先配后粉”流程示意图

这种流程简单，设备少，操作方便，适于煤料黏结较好而且煤质较均匀的情况。这种流程不能按不同煤种控制不同的粉碎粒度，当煤质条件差、岩相不均匀时不宜采用。我国大部分焦化厂采用这种流程，大为焦化厂也是采用这种流程。

2．先粉后配流程

对于参与炼焦的单种煤，按性质不同进行不同细度的粉碎，然后按配煤比混合均匀。流程见图3。

图3　“先粉后配”流程示意图

这种流程可以按煤种特性分别控制合适的细度，有助于提高焦炭质量或多用弱黏结性煤。但工艺复杂，需多台粉碎机，配煤后还需设混合装置，故投资大，操作复杂。

（1）部分煤预粉碎。为简化这种流程，可采取只对一部分单种煤进行单独粉碎，然后再与其他煤配合、粉碎的方法。流程见图4。

进行预粉碎的煤种粉碎性能差，一般只对气煤进行粉碎。这种布置有两种形式：一种布置在配煤槽前，另一种布置在配煤槽后。前一种预粉碎机能力要与配煤前输煤系统能力相适应，预粉碎机庞大，设备投资较多；后一种粉碎机能力可适当减少，从而设备轻，投资较省。

图4　“部分煤预粉碎”流程示意图

（2）将组成配合煤的各单种煤，按不同性质和要求，分成几组进行配合，再分组分别粉碎到不同细度最后混匀的工艺，称为分组粉碎工艺（见图5）。

图5　“分组粉碎”流程示意图

3．选择性粉碎流程

按参与配煤炼焦的各煤种和岩相组成的硬度的不同，以及要求的粉碎的粒度不同，将粉碎与筛分相结合。煤料经过筛分装置，大颗粒的筛上物进入粉碎机再粉碎。这样既消除了大颗粒，也防止了黏结性好的煤种的过细粉碎，从而改善了结焦过程。

六、焦炉及其设备

（一）TJL43－50D型捣固焦炉

由化学工业第二设计院设计的中国第一座4．3m捣固焦炉（21锤固定连续捣固炼焦），使中国的捣固炼焦技术提高到了一个新的水平。该炉炭化室高4．3m，宽500mm，为宽炭化室、双联火道、废气循环、下喷单热式、捣固侧装焦炉结构，是在总结多年焦炉设计及生产经验的基础上设计的。大为焦化厂就是采用这种型号焦炉，该焦炉的主要结构特点有以下几个方面：

（1）焦炉炭化室平均宽度为500mm，属于宽炭化室焦炉，具有可改善焦炭质量和增大焦炭块度的优点。另外，产量相同时（与炭化室宽450mm相比较），还具有减少出焦次数、减少机械磨损、降低劳动强度、改善操作环境和降低无组织排放等优点。

（2）焦炉为单热式、宽蓄热室焦炉。经核算，在确保蓄热室热体积有一点余量后，适当降低蓄热室高度，从而减少用砖量，降低工程投资。

（3）在炉底铺设硅酸铝耐火纤维砖，减少炉底散热，降低地下室温度，从而改善操作条件。

（4）小烟道采用扩散型篦子砖，使焦炉长向加热均匀。燃烧室采用废气循环和高低灯头结构，保证焦炉高向加热均匀。

（5）蓄热室主墙用带有三条沟舌的异性砖相互咬合砌筑而成，蓄热室主墙上的砖煤气道与外墙面无直通缝，保证了焦炉的结构强度，提高了气密性。为了提高边火道温度，在蓄热室封墙及斜道炉头部位，采用隔热效果好且在高温下不易变形的保温隔热材料。

（6）燃烧室炉头为高铝砖砌筑的直缝结构，可防止炉头火道倒塌。高铝砖与硅砖之间的接缝采用小咬合结构，砌炉时炉头不易被踩活，烘炉后也不必为两种材质的高向膨胀差做特殊的处理。

（7）炭化室墙采用宝塔形砖，消除了炭化室与燃烧室间的直通缝，炉体结构严密，荒煤气不易串漏，同时便于维修。

（二）焦炉炉体结构

现代焦炉炉体最上部是炉顶，炉顶之下为相间配置的燃烧室和炭化室，炉体下部有蓄热室和连接蓄热室与燃烧室的斜道区，每个蓄热室下部的小烟道通过交换开闭器与烟道相连。烟道设在焦炉基础内或基础两侧，烟道末端通向烟囱。

1．燃烧室和炭化室

燃烧室是煤气燃烧的地方，通过与两侧炭化室的隔墙向炭化室提供热量。装炉煤在炭化室内经高温干馏变成焦炭。燃烧室墙面温度高达1300℃～1400℃，而炭化室墙面温度约1000℃～1150℃，装煤和出焦时炭化室墙面温度变化剧烈，且装煤中的盐类对炉墙有腐蚀性。现代焦炉均采用硅砖砌筑炭化室墙。硅砖具有荷重软化点高、导热性能好、抗酸性侵蚀能力强、高温热稳定性能好和无残余收缩等优良性能。砌筑炭化室的硅砖采用沟舌结构，以减少荒煤气窜漏和增加砌体强度；所用的砖型有丁字砖、酒瓶砖和宝塔砖。中国焦炉的炭化室墙多采用丁字砖，20世纪80年代后则多采用宝塔砖。炭化室墙厚一般为90～100mm，中国多为95～105mm。为防止焦炉炉头砖产生裂缝，有的焦炉的炉头采用高铝砖或黏土砖砌筑，并设置直缝以消除应力，中国焦炉多采用这种结构。

燃烧室分成许多立火道，立火道的形式因焦炉炉型不同而异。立火道由立火道本体和立火道顶部两部分组成。煤气在立火道本体内燃烧。立火道顶是立火道盖顶以上部分。从立火道盖顶砖的下表面到炭化室盖顶砖下表面之间的距离，称加热水平高度，它是炉体结构中的一个重要尺寸。如果该尺寸太小，炉顶空间温度就会过高，致使炉顶产生过多的沉积碳；反之，则炉顶空间温度过低，出现焦饼上部受热不足，因而影响焦炭质量。另外，炉顶空间温度过高或过低，都会对炼焦化学产品质量产生不利影响。炭化室的主要尺寸有长、宽、高、锥度和中心距。焦炉的生产能力随炭化室长度和高度的增加而成比例地增加。捣固焦炉与顶装炉不同，其锥度较小，只有0～20mm。

2．蓄热室

为了回收利用焦炉燃烧废气的热量预热贫煤气和空气，在焦炉炉体下部设置蓄热室。现代焦炉蓄热室均为横蓄热室（其中心线与燃烧室中心线平行），以便于单独调节。蓄热室有宽蓄热室和窄蓄热室两种。宽蓄热室是每个炭化室下设一个，窄蓄热室则是每个炭化室下设两个。有些焦炉的蓄热室，沿炭化室长度方向，分成若干个独立的小格，以便单独调节气流。蓄热室墙一般用硅砖砌筑，有些国家用黏土砖代替硅砖砌筑温度较低的蓄热室下部。在蓄热室中放置格子砖，以充分回收废气中的热量。格子砖要反复承受急冷急热的温度变化，故采用黏土质或半硅质材料制造。现代焦炉的格子砖一般采用异性薄壁结构，以增加蓄热面积和提高蓄热效率。蓄热室下部有小烟道，其作用是向蓄热室交替导入冷煤气合空气，或排出废气。小烟道中交替变换的上升气流（被预热的煤气或空气）和下降气流（燃烧室排出的高温废气）温度差别大，为了承受温度的急剧变化，并防止气体对小烟道的腐蚀，需在小烟道内衬以黏土砖。

3．斜道区

斜道区位于燃烧室和蓄热室之间的通道。不同类型焦炉的斜道区结构有很大差异。斜道区布置着数量众多的通道（斜道、水平砖煤气道和垂直砖煤气道等），它们彼此距离很近，并且上升气流和下降气流之间压差较大，容易漏气，所以斜道区设计要合理，以保证炉体严密。为了吸收炉组长向产生的膨胀，在斜道区各砖层均留膨胀缝。膨胀缝之间设置滑动缝，以利于膨胀缝之间的砖层受热自由滑动。斜道区承受焦炉上部的巨大重量，同时处于1100℃～1300℃的高温区，所以也用硅砖砌筑。

4．炉　顶

炉顶位于焦炉炉体的最上部，设有看火孔、装煤孔（捣固焦炉没有）和从炭化室导出荒煤气用的上升管孔等。炉顶最下层为炭化室盖顶层，一般用硅砖砌筑，以保证整个炭化室膨胀一致，也有用黏土砖砌筑的，这种砖不易断裂，但易产生表面裂纹。为减少炉顶散热，在炭化室顶盖层以上采用黏土砖、红砖和隔热砖砌筑。炉顶表面一般铺缸砖，以增加炉顶面的耐磨性。在多雨地区，炉顶面设有坡度，以便排水。炉顶厚度按保证炉体强度和降低炉顶温度的要求确定，现代焦炉炉顶一般为1000～1700mm，中国大型焦炉的炉顶厚度为1000～1250mm。

（三）焦炉用耐火材料

目前，焦炉上使用的耐火材料主要有硅砖、黏土砖和高铝硅砖等。焦炉用耐火材料的耐火度在1580℃以上。根据工艺需要和操作要求，焦炉上不同部位所用的耐火材料也不一样。焦炉对耐火材料性能的要求如下：①在焦炉生产的高温条件下，能承受一定的压力和机械负荷而不变形，保持一定的体积稳定形。②在高温下有较好的导热性能。③在生产条件下能适应温度正常变化而不破损。④能抵抗灰渣和煤高温干馏的化学侵蚀作用。⑤具有一定的耐磨性。

焦炉用的主要耐火材料如下：

1．硅　砖

SiO2含量在93%以上的耐火砖称为硅砖。硅砖是以石英石（硅石或石英砂）为原料，粉碎后加入适量的黏结剂（石灰乳或亚硫酸纸浆废液）、矿化剂（铁粉）及部分硅质熟料（或废硅砖粉），经混合、成形、干燥后，在1400℃～1430℃的窖炉中焙烧而成。

硅砖属于酸性耐火材料，一般在1620℃以上。硅砖的导热性随着温度的升高而增大，没有残余收缩，在烘炉过程中，硅砖体积随着温度的升高而增大。所以硅砖是焦炉上较理想的耐火制品，现代大中型焦炉的重要部位（燃烧室、斜道和蓄热室）都用硅砖砌筑。

2．黏土砖

黏土砖是指Al2O3含量为30%～40%硅酸铝材料的黏土质制品。黏土砖是用50%的软质黏土和50%硬质黏土熟料，按一定的粒度要求进行配料，经成形、干燥后，在1300℃～1400℃的高温下烧成。黏土砖属于弱酸性耐火制品，能抵抗酸性熔渣和酸性气体的侵蚀，对碱性物质的抵抗能力稍差，热性能好，耐急冷急热。

黏土砖的耐火度与硅砖不相上下，但荷重软化温度却比硅砖低200℃以上，在高温下产生收缩，导热性能比硅砖小15%～20%，机械强度也比硅砖差，所以只能用于焦炉的次要部位，如蓄热室封墙、小烟道衬砖及蓄热室格子砖、炉门衬砖、炉顶以及上升管衬砖等。

3．高铝砖

高铝砖是Al2O3含量大于48%的硅酸铝或氧化铝质的耐火制品，统称高铝质耐火制品。高铝砖的耐火度和荷重软化温度均高于黏土砖，抗渣蚀性能（尤其蚀对酸性渣）较好，且这些性能随着Al2O3含量的增加而提高，但热稳定性不如黏土砖。高铝砖的致密度高，气孔率低，机械强度高且耐磨。焦炉燃烧室炉头及炭化室铺底砖的炉头部位，用高铝砖砌筑，效果较好，但不宜用于炭化室墙面，因为高铝砖在高温下易产生卷边翘角。

（四）煤气设备

加热煤气管道用于向焦炉输送煤气。它由总管主管和分管等几部分组成。焦炉煤气管道的布置情况，因炉型不同而异。下喷式焦炉的焦炉煤气管道布置情况，是由总管来的煤气导入地下室的一根主管中，再经分管、横管、下喷管进入竖直砖煤气道中。为了防止煤气管道中的煤气外漏，引起中毒和爆炸，对于煤气管道的各部分均应保持严密，在日常的生产中要经常注意检查与维护，而在投产前应按设计的规定进行管道的严密性试验。

在总管和主管上设有煤气开闭器，用于调节和切断全炉的煤气。在生产过程中，由于焦油渣的沉积而使开闭器关闭不严。因此，当长期切断煤气时，尤其是检修时，必须安装盲板切断煤气，以保证安全。主管上设有煤气压力自动调节翻板，按生产需要，自动保持煤气压力的规定值。为了防止萘、焦油等物质从煤气中冷凝析出堵塞管道和管件，并且为了稳定煤气的温度以及供热的条件，在使用焦炉煤气加热时，要在总管上设置煤气预热器来预热焦炉煤气。

煤气预热器（见图6）是直立列管式的热交换器。它是由三段组成，下面一段进入煤气后，将煤气分散到中间一段的列管中去，煤气在列管内流过的过程中，被管外的蒸气预热到45℃～50℃。最后，煤气集中到上面的一段，并进入加热煤气主管中。蒸气在中段上部进入，在中段下部排出。下段设有入孔，底部由煤气冷凝液排出管。加热蒸气一般为压力0．7MPa、温度169．6℃的饱和蒸气。

图6　预热器

图7　冷凝液水封槽

在分管上安装有调节旋塞、交换旋塞和孔板盒。调节旋塞用于切断或接通煤气。交换旋塞用于定期交换煤气和导入除炭用空气，使焦炉加热处于不同位置的加热状态。孔板用于控制各燃烧室进入的煤气量，为方便调节，采用孔板盒结构。

在加热煤气管道上，设有两种水封槽：

冷凝液水封槽：管道中煤气冷凝下来的水和焦油自流排入该水封槽中。为顺利地排出水和焦油，水封槽顶表面的标高低于主管下表面的标高。排出管插入深度从水封液面算起1．2m处（见图7）。在水封槽上并配置由向水封槽注水用的清水管、防冻用的蒸气管和排气用的放散管等。

自动放散水封槽：换向时，在煤气切断后，焦炉煤气管道中的压力急速升高。为缓和煤气压力升高后对仪表等设备带来的危害，设置自动放散水封。自动放散水封的联结管插入液面深度300mm，当煤气压力高于300mm时，煤气便冲破水面由放散管排出（见图8）。

此外在加热煤气管道系统中，设有泄爆阀、放散阀、取样管件、蒸气或惰性气体吹扫管件等。加热煤气管道还设有低压报警系统。

图8　自动放散水封槽

（五）废气设备

废气设备包括交换开闭器和总分烟道翻板等。总分烟道翻板和分烟道翻板是用来调节和稳定烟道吸力的设备。

图9　提杆式双跎盘型交换开闭器

交换开闭器是控制进入蓄热室的加热煤气、空气和排出燃烧所生成废气的设备。常用的交换开闭器有提杆式双跎盘型和杠杆跎型两种，本焦化厂使用前者。提杆式双跎盘型交换开闭器主要由筒体、跎盘、小烟道连接管等构成（见图9）。小烟道连接管与空气小烟道和煤气小烟道相连，上部有进风门。筒体下部与分烟道相连，在筒体上安有调节废气的小翻板。跎盘的提起和落下，控制着废气的导出或空气的供入。当用焦炉煤气加热时，煤气、空气小烟道连接管上的进风门都处于工作状态。上升气流时，废气跎落下，切断废气的排出，煤气、空气蓄热室供空气。当下降气流时，废气跎提起，同时风门盖关闭，煤气、空气蓄热室废气排入分烟道。

（六）交换设备

交换设备是用于切换焦炉加热系统气体流动方向的动力设备和传动机构，包括交换机和交换传动装置。每次切换动作所需时间一般为46．6秒。

交换机是带动各传动拉条进行交换的动力机械。交换机分为机械交换机和液压交换机两种。现在多使用液压交换机。交换机操作步骤都是三个：关煤气→交换废气和空气→开煤气。这种程序的目的是，切断煤气后在没有煤气流通的情况下缓慢地交换空气及废气的流通方向，可避免未燃烧的煤气进入烟道而形成爆炸气体，空气废气正常流通后再向燃烧系统送入煤气，避免产生气流的紊乱甚至产生爆炸气体混合物。

交换传动装置包括焦炉煤气传动拉条和废气传动拉条及导轮等。交换动作发起后，交换机带动煤气（或焦炉煤气）拉条、废气拉条按一定程序运行，以改变煤气、空气、废气的流动方向。生产期间，拉条行程受气温等条件影响而发生变化，所以应随时监督行程的变化情况，一年内应几次调节行程，保持其准确性，以达到煤气废气开关的准确性。

（七）荒煤气导出设备

炭化室中煤料在高温干馏产生的煤气因尚未经净化处理，习惯上称为荒煤气或粗煤气。荒煤气导出系统的设备包括上升管、桥管、水封阀集气管、吸气弯管、吸气管、氨水喷洒系统等。

1．上升管和桥管

上升管直接与炭化室或通过上升管铸铁座与炭化室相连。上升管由钢板焊制而成，内砌黏土衬砖。其上部与桥管相连接。桥管为铸铁件内砌黏土衬砖（见图10）。桥管上开有清扫孔，装设有低压氨水喷头。桥管上部与水封盖相连。低压氨水喷洒是采用约75℃的热氨水将炭化室排出的荒煤气冷却到80℃～100℃，并使其中的大部分焦油冷却下来。采用热氨水喷洒有利于达到氨水汽化吸热而降低煤气温度。另外，采用热氨水冷却焦油使其保持良好的流动性，避免焦油凝固堵塞管路。桥管喷洒氨水时的蒸发量约为2%～4%。正常生产时单集气管氨水喷洒量约为5t／t干煤。

图10　上升管、集气管结构简图

2．集气管

集气管是用钢板焊制而成的圆管或槽形结构，沿整个焦炉纵向置于炉柱托架上，用以汇集各炭化室的荒煤气、冷凝焦油和氨水。集气管上部每隔一个炭化室设有清扫孔及盖，以清扫沉积于底部的焦油渣。集气管上部也装有氨水喷洒管。集气管通过吸气弯管焦油盒与吸气管相连（见图11）。集气管中的氨水靠集气管坡度及液体的位差流动。集气管一端装有清扫氨水喷嘴和蒸气管。每个集气管上还设有两个放散管，以备停风机、停氨水时因集气管压力过大或开工时放散用。放散管下部装有水封式放散阀。

图11　集气管与吸气管系统图
1—吸气弯管；2—自动调节翻板；3—氨水总管；4—吸气管；5—焦油盒；6—集气管；7—上升管；8—炉柱；9—隔热板；10—桥管；11—氨水管；12—手动条件翻板

集气管的一端或两端设有水封式焦油盒，以定期捞出沉积的焦油渣。吸气弯管专供荒煤气排出，其上装有手动和自动调节翻板，用以调节集气管压力。吸气弯管下方的焦油盒仅通焦油、氨水。经吸气弯管和焦油盒后，煤气与焦油、氨水又汇合于吸气管，为使焦油盒的氨水顺利流至回收车间的气液分离器并保持一定流速，吸气管应有0．01～0．015的安装坡度。集气管能否畅通，关系到一座焦炉的荒煤气能否顺利导出。因此，集气管必须经常清扫。

3．水封阀

水封阀连接上升管与集气管，并用以切断或接通炭化室通向集气管的煤气。接通或切断的开闭操作靠阀盘的放下或提起来完成。当阀盘提起时，盘中因喷洒的氨水而产生约40mm的水封高度阻住炭化室煤气进入集气管；当阀盘倾放时，便失去水封而使炭化室中的煤气进入集气管。

4．吸气管

吸气管一端与吸气弯管和焦油盒连接，另一端接煤气初冷器与煤气鼓风机相连。吸气管在气液分离器前一段，即输送煤气又输送氨水，吸气弯管上的自动蝶阀按集气管压力需要由控制系统自动控制，另外还设有手动蝶阀辅助控制集气管压力。

（八）捣固炼焦机械

捣固焦炉的专用机械有捣固机、装煤推焦机、拦焦机、消烟车、熄焦车和电机车。

1．捣固机

捣固机是将煤槽中的煤粉捣实并最终形成煤饼的机械。有可移动式的车式捣固机和固定位置连续成排的捣固机。可移动式的捣固机上有走行传动机构，每个捣固机上有2～4个捣固锤，由人工操作，沿煤饼方向往复移动，分层将煤饼捣实，煤塔给料器采用人工控制分层给料的方式。连续捣固机的捣固锤头多，沿煤饼排开。在加煤时，锤头不必来回移动或在小距离内移动，实现连续捣固，煤塔给料器采用自控控制均匀薄层连续给料。我国的捣固式焦炉一般都采用可移动式的捣固机。

2．装煤推焦机

捣固焦炉的装煤推焦车的功能除了有顶装焦炉推焦机的摘门推焦外，增加了推送煤饼的操作，取消平煤操作。相应的车辆上增加了捣煤饼用的煤槽及往炉内送煤饼的托煤板等机构，取消了平煤机构。

通常装煤箱的一侧是固定壁，另一侧是活动壁，装煤饼前活动壁张开，行程约20mm。煤箱前部有一可张开的前臂板，装煤饼时打开，煤饼由此推出。煤饼箱后部有一顶板，装煤时与托煤板一起运动，装完煤抽托煤板时由煤箱侧壁锁紧机构夹住，顶住煤饼，抽完煤板后，夹紧机构放开，由卷扬机构拉回。煤饼箱下有托煤板，由一链式传动机构带动，在装煤时托着煤饼一起进入炭化室，装完煤后抽出。

3．消烟车

消烟车的作用是将在推送煤饼过程中产生的大量荒煤气抽出燃烧，废气经洗涤处理后外排。消烟车通常有燃烧室、洗涤器、脱水器、风机、供水槽、排水槽及车体的钢结构与走行机构等组成。

消烟车有单吸口（见图12）和双吸口两种形式，单吸口通常在炉中炭化室设一吸口，结构比较简单。双吸口则在机焦侧分设一吸口，以解决单吸口存在的炉门冒烟和夹带煤粉的问题。消烟车由于受空间的限制，粉尘部分的净化率达不到国家的环保要求，但能极大缓解捣固焦炉的污染问题，尤其是有毒气体的排放，具有投资小、见效快的优点。为了解决炉顶消烟车净化排放的达标问题，有些厂不仅在炉顶设有荒煤气净化车，而且还设有地面除尘站，通过在炉顶焦侧的除尘管道，使装煤时的大量烟尘和荒煤气在炉顶消烟车内燃烧后由管道抽到地面站除尘后外排，这样处理的烟气能够完全达标。

图12　单吸口消烟除尘净化系统流程图
1—供水槽；2—水泵；3—风机；4—排水槽；5—旋流塔；6—燃烧室

4．拦焦机

拦焦机是把从炭化室推出的赤热焦炭导入熄焦车内的焦炉机械。由钢结构架、走行结构、开门装置、导焦栅、配电系统和司机室等组成。拦焦机应具有以下功能：一次对位完成摘挂炉门和导焦栅定位；机械清扫炉门、炉框和操作台；机械实现尾焦的采集；实现推焦除尘；自动操作控制。技术指标见表1。

表1　拦焦车技术条件

5．熄焦车和电机车

熄焦车是接受从炭化室推出的赤热焦炭，将其送往熄焦塔熄焦，然后运往焦台的焦炉机械。熄焦车由车体走行台车、开门机构、电机车牵引和制动系统组成。在操作过程中车体温度变化激烈，腐蚀严重。因此，车体内壁铺一层耐热铸铁板，车厢底还有一层防水钢板。熄焦车应具有以下功能：走行调速精确对位；用气动装置开启和关闭排焦门；电机车运行在焦炉焦侧的熄焦车轨道上，用于牵引和操纵熄焦车。熄焦车和电机车技术要求与条件见表2。

表2　熄焦车和电机车技术要求与条件

续　表

七、焦炉生产操作

（一）装　煤

贮煤塔用作贮存入炉煤料，以保证焦炉稳定生产，焦化厂常用圆形的。贮煤塔由布料装置、槽身、放煤嘴及震煤装置等构成。设计贮煤塔容量一般应保证焦炉有16小时的用量。焦化操作规程中规定每半年对贮煤塔进行一次彻底清扫，清扫出的陈煤不准装入炭化室内。装煤车从贮煤塔取煤时，必须按车间规定的顺序取煤，同一排放煤嘴，不准连续放几次煤，并保持贮煤塔中煤层高度经常在2／3处。装煤车在接煤前后应称量，以便正确计量装入炭化室内的实际煤量。取煤后进行捣固煤饼，然后进行装煤，捣固装煤的操作要求是使煤饼沿高向和长向捣实、捣匀，以保证煤饼推入炭化室过程不致倒塌而影响正常操作。

（二）推　焦

推焦就是把成熟的焦炭推出炭化室的操作。焦炭成熟后，焦饼产生一定收缩，才能顺利推焦。一般焦饼中心温度达到950℃～1050℃时焦炭即成熟，若温度低时，焦饼收缩不好；若温度高时，焦炭易碎。由于焦炉机械只能逐孔推焦、装煤，推焦应按规定的图表和一定的顺序进行。我国多采用9—2顺序。推焦计划由负责热工的车间主任制订或核准，值班主任负责组织实施。

推焦时要注意的事项：

（1）每次推焦打开炉门时间按推焦计划，不允许提前或落后5分钟，摘门后均应清扫炉门、炉门框、磨板和小炉门上的焦油和沉积炭等脏物。

（2）在装煤推焦机、拦焦机之间应有信号装置，推焦机司机只有确实得到焦侧拦焦机司机和熄焦车做好接焦准备的信号才能推焦。推焦时首先推焦杆轻贴焦饼正面，开始推焦速度要慢，以免把焦饼撞碎和损坏炉墙。

（3）推焦机司机要认真记录推焦时间、装煤时间和推焦最大电流。

（4）关闭炉门后，严禁炉门及小炉门冒烟着火，发现冒烟着火，立即消灭。

（5）炭化室摘开炉门的敞开时间不应超过7分钟。

（6）焦饼推出捣装煤开始的空炉时间不宜超过8分钟。

（7）禁止推生焦和相邻炭化室空炉时推焦。一旦发生推焦困难时，要重新对上炉门，查找原因。再推焦时，要检查立火道温度，以及检查焦炭收缩情况，确认焦炭成熟后再推焦。

（三）熄　焦

由于煤干馏成焦的最终温度为950℃～1050℃，从炭化室推出的是赤热的焦炭熄灭至300℃以下的过程，称熄焦。熄焦方法有湿法熄焦和干法熄焦，大为焦化厂采用湿法熄焦。湿法熄焦是直接向红焦洒水将其熄灭至300℃以下。湿法熄焦设施由熄焦车、熄焦塔、喷洒管、泵房、粉焦沉淀池、粉焦抓斗、焦台等组成。

1．接　焦

熄焦车在确认与导焦槽对好后才能发出允许推焦信号。接焦前，熄焦车的放焦闸门紧闭，启闭风压不应低于0．4MPa。接焦时，行车速度应与推焦速度相适应，使焦炭在车内分布均匀。防止红焦落地，便于均匀熄焦。熄焦车内一次只能接一炉焦炭。

2．熄　焦

推焦完毕，熄焦车立即开到熄焦塔下进行熄焦。大中型焦炉洒水时间为90～120秒。熄焦喷洒水量为2m3／t，熄焦水蒸发消耗量为0．4m3／t。熄焦洒水是熄焦过程中的关键环节，要控制好洒水时间，洒水过程中熄焦车还应适当前后移动，使焦块表面充分浸水，增加熄焦效果。最佳洒水时间是确保车内焦炭完全熄灭的情况下，获得水分最低的焦炭，要根据实际情况摸索而定。熄焦后进行沥水，要控制沥水时间，并按顺序向焦台卸焦，使焦台上焦炭凉放时间大致相同（停留30～40分钟）。焦台上红焦出现时，应立即人工洒水熄灭。如连续出现红焦或水分过大，应查找原因，予以解决。熄焦车轨道，特别熄焦塔下轨道，应定期检查，保持轨道水平，以免影响熄焦效果。

熄焦塔内安装有捕尘板，蒸气中的粉尘在捕尘板附着、集结、下落，减轻对环境的污染。熄焦后的水经过沉淀池将焦粉沉淀下来，澄清后的水继续使用。熄焦过程中所消耗的水，可用经处理后已达标的水或清水补充。