第二章 室式炼焦过程与配煤原理

第二章 室式炼焦过程与配煤原理

本章内容:第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 炭化室内结焦过程特点 影响炭化室结焦过程的因素 配合煤的质量 配煤原理 焦炭质量预测

安排:4学时

第一节 炭化室内结焦过程特点特点:1、单向供热，成层结焦；

2、结焦过程中的传热性能随炉料的状态和温度而变化

一、温度变化与炉料动态1、成层结焦过程与炼焦最终温度 由于单向供热，且炉料导热系数低，故在结焦过程的大 部分时间内炭化室中心面法线方向上炉料内温度梯度较大。 在同一时间内，离炭化室墙面不同距离的各层煤料因温度不

同而处于结焦过程的不同阶段。整个炭化室内炉料的状态则 随结焦过程的进行而不断变化。如图所示。

成层结焦——结焦过程从两侧炭化室墙面开始，一层层地逐渐 向炭化室中心面扩展，称为成层结焦。 炼焦最终温度——结焦末期炭化室中心面温度，称为炼焦最终 炼焦温度，作为焦饼成熟程度的标志。

2、等温线分布、升温速度、温度梯度、膨胀压力结焦过程中煤料的状态随时间而变化，不同状态的各种中间 产物的热容、导热系数、相变热、反应热等均不同，所以炭化 室内煤料的温度场是不均匀、不稳定温度场，其传热过程属于 不稳定传热。

炭化室结焦过程中煤料的温度变化如图所示。

由图可说明如下几点： (1)在任一温度区间内，各层的温度梯度和升温速度均不同。 (2)湿煤装炉时，炭化室中心面煤料温度升到100℃以上所需

时间相当于结焦时间的一半左右。(3)由于成层结焦两个大体上平行于炭化室墙面的塑性层也从 两侧向炭化室中心面逐渐移动。同时，由于炉顶和炉底的 传热，在上部和下部也形成塑性层，这样就构成了一个膜 袋。膜袋内的煤热解产生气态产物使膜袋膨胀，又通过半

焦层、焦炭层而施于炭化室墙以侧压力——膨胀压力。当膜袋在炭化室中心面上会合时的膨胀压力最大，又称为最 大膨胀压力，通常所说的膨胀压力，指的就是最大膨胀压 力。

二、各层温度梯度、升温速度和焦炭质量由以上的讨论可知，各层的温度梯度和升温速度不同， 因此 导致各层焦炭的质量也有一定的差异，如图所示。 靠近炉墙的煤料，温度梯度大，升温速度快，塑性温度区间 变宽，塑性体内煤热解产物之间作用改善，从而改善了焦炭

质量：真密度、导电率、显微强度增大，气孔率降低，反应性降低，反应后强度提高。但裂纹深、粒度小。熔融性好， 致密。靠近炉墙面的焦炭面扭曲如菜花俗称焦花。

三、室式炼焦过程中煤料硫分、 灰分与焦炭硫分、灰分的关系 1、硫的动态与

焦炭硫分 装炉煤中的硫分，一部分如硫酸盐和FeS2 转 化为FeS、CaS和 FenSn+1而残留于焦炭中 (S 残 ),另一部分如有机硫则转化为气态硫物， 其中部分随荒煤气析出(S 气 ),部分则在流经 高温焦炭层缝隙时与焦炭反应生成复杂的硫碳 复合物而进入焦炭中(S复)。

定义:ΔS =G焦S焦) /(G煤×S煤) =(G焦/ S煤) × (S焦/S煤) = K × (S焦/S煤) 一般ΔS = 0.6--0.7, 即煤中的硫有60--70%转入焦炭中。 G气×S气 G煤×S煤 所以，S焦 = S煤×ΔS/K 焦 炉 式中：S焦——焦炭硫分，% S煤——入炉煤硫分，%; K——全焦率，%, 一般为74—75%。 K =G焦/ S煤 所以ΔS/K = 0.8--0.93, 即S焦/S煤 = 0.8--0.93

G焦×S焦

2、焦炭灰分煤料中的灰分全部转入焦炭中，由物料衡算可得： G 煤 A煤 = G 焦 A焦 + G 气 A 气 G气 ∵ A气 = 0 ∴ G煤A煤 = G焦A焦 G煤 G焦 则 A煤 = A焦(G焦/G煤) 焦炉 记 K= G焦/G煤 则 A焦 = A煤/K,% 式中： A焦——焦炭灰分，% A煤——煤料灰分，%

四、二次热解与化学产品1、炼焦最终温度与化学产品组成 高温炼焦的化学产品组成不同于低温干馏化学产品。高温炼焦 的化学产品不是煤热分解直接生成的一次热解产物，而是一次热 解产物在析出途中经高温作用二次热解产物。其产率取决于装炉 煤的挥发分。其组成取决于荒煤气在析出途中所经受的温度、停 留的时间和装炉煤的水分。如下表所示。

2、气体析出途径与二次热解反应

煤结焦过程的气态产物大部分是在塑性温度区间、特别是在 固化温度以上产生的，炭化室内干煤层热解生成的气态产物和塑 性层内产生的气态产物的一部分从塑性层内侧和顶部流经炭化室 顶部空间而排出，这部分气态产物称为“里行气”,约占气态产 物的10 ~ 25%。 塑性层内产生的气态产物中的大部分及半焦层内产生的气态 产物则穿过高温焦炭层缝隙，沿焦饼与炭化室墙之间的缝隙向上 流经炭化室顶部空间而排出，这部分气态产物称为“外行气”, 约占气态产物的75 ~ 90%。 外行气要发生裂解、脱氢、缩合、脱烃基等二次热解反应。