炼焦工艺教学课件

炼焦工艺教学课件第一章炼焦基础与煤的碳化炼焦工艺是钢铁生产的关键环节，也是煤炭高效利用的重要途径本章将介绍炼焦的基本概念、煤的碳化过程及分类，帮助学习者建立炼焦工艺的基础认知框架炼焦过程将煤炭这种自然资源转化为工业生产所需的高品质焦炭，是煤炭资源高附加值利用的典型案例在此过程中，不仅生产出冶金所需的焦炭，还能回收多种化工产品，实现资源的综合利用什么是炼焦？炼焦是将煤炭在无氧或严格控制的低氧条件下，通过高温加热实现碳化的工艺过程这一过程不仅生产出钢铁工业必需的焦炭，还能回收多种化工副产品在炼焦过程中，煤炭中的挥发分逐渐析出，残留物质重新排列组合，最终形成具有多孔结构、高强度的焦炭产品同时，析出的气体经过冷却、净化后得到焦炉煤气、焦油、粗苯等副产品炼焦的核心过程炼焦产品•煤炭在无空气条件下加热至900-1300℃•主产品焦炭（钢铁冶炼的还原剂和燃料）•煤炭中的挥发分逐渐析出，形成气体和液体产物•副产品焦炉煤气（热值4200-6500•剩余碳质物质重新排列，形成多孔坚硬kcal/Nm³）的焦炭•化工产品焦油、粗苯、硫铵等炼焦在钢铁生产中的作用•提供高炉冶炼所需的高质量焦炭•焦炭在高炉中作为还原剂和热源•影响钢铁产品质量和生产效率煤的碳化类型低温碳化高温碳化温度范围500-700℃温度范围900℃以上主要产物半焦、焦油主要产物冶金焦、焦炉煤气特点焦油产量高，气体热值低特点气体产量高，焦炭坚硬煤的碳化是根据加热温度的不同而划分的，不同温度下煤炭的转化过程和产物特性存在显著差异低温碳化主要应用于化工生产，而高温碳化则主要用于冶金焦炭生产低温碳化过程特点高温碳化过程特点在低温碳化过程中，煤炭中的挥发分只是部分析出，残留物中仍保留较多的挥发高温碳化是冶金焦生产的主要方式，在900℃以上的高温条件下，煤炭中的挥发性成分此时形成的半焦结构松散，强度较低，主要用于民用燃料或化工原料分充分析出，剩余碳质物质重新排列，形成具有较高强度和反应性的焦炭低温碳化过程产生的焦油含有较多的脂肪族化合物，这些化合物可进一步加工为各种化工产品但由于碳化温度不足，焦炭的机械强度和反应性能无法满足冶金需求低温碳化特点低温碳化产物特性软焦特性焦油特性•挥发分含量高（5-7%）•焦油产率高（8-12%）•孔隙率低，结构松散•含脂肪族成分较多•机械强度差，易碎裂•馏分轻，密度较低•反应活性高，但不适合冶金用途•市场价值相对较低气体特性•气体产量低低温碳化产生的半焦，结构松散，挥发分含量高，机械强度较差•热值低（约3000-4000kcal/Nm³）•甲烷含量低•主要用作燃料低温碳化过程主要在500-700℃的温度范围内进行，此时煤炭中的挥发分尚未完全析出，形成的半焦保留了较多的挥发性成分，导致其结构松散，强度不足同时，由于温度不高，煤炭中的有机物质未能充分裂解，产生的焦油含有较多脂肪族化合物，市场价值相对较低高温碳化特点高温碳化产物特性硬焦特性焦油特性•挥发分含量低（1-2%）•焦油产率较低（3-5%）•多孔结构，气孔率高（45-55%）•含芳香族成分丰富（苯、萘、蒽等）•机械强度高，抗压性好•密度较高，黏度大•反应活性适中，适合冶金用途•市场价值高，可提取多种化工原料•固定碳含量高（87-92%）煤气特性•产量高（约350-450Nm³/t煤）•热值高（4200-6500kcal/Nm³）•氢气含量高（约60%）高温碳化产生的硬焦，结构致密多孔，挥发分含量低，机械强度高，是理想的冶金原•甲烷含量丰富（约25%）料•氨含量丰富，可回收生产硫铵焦炉煤气成分（体积分数）高温碳化在900℃以上的温度条件下进行，此时煤炭中的挥发分充分析出，剩余碳质物质重新排列组合，形成具有多孔结构和高氢气H₂55-60%强度的焦炭高温条件下，有机物质充分裂解，产生的焦油含有丰富的芳香族化合物，具有较高的化工价值甲烷CH₄23-27%高温碳化是现代冶金焦生产的主要方式，生产的焦炭具有良好的机械强度和反应性，能够满足高炉冶炼的严格要求同时，高温碳化产生的焦炉煤气热值高，可作为重要的燃料气和化工原料气使用一氧化碳CO5-8%二氧化碳CO₂2-4%氮气N₂3-5%其他烃类煤的分类与炼焦适用性焦煤特性非焦煤特性焦煤是指在炼焦过程中能够产生高质量焦炭的煤种，其在加热过程中会经历软化、塑性、粘结和非焦煤在炼焦过程中不能形成连续的焦炭结构，碳化后通常呈粉状或松散状态，不具备冶金焦炭固化阶段，最终形成具有多孔结构、高强度的焦炭产品所需的机械强度和反应性能焦煤主要特点非焦煤主要特点•挥发分含量适中（18-28%）•粘结性差或完全无粘结性•具有良好的粘结性和黏结性•挥发分含量过高或过低•硫分和灰分含量低•塑性范围窄或无塑性•塑性范围宽，熔融性好•碳化后易产生粉末状残渣•碳化后体积收缩适度，不易产生裂纹•不能单独用于炼焦，但可作为配煤组分典型焦煤种类典型非焦煤种类•主焦煤粘结性极佳，是配煤的骨架•无烟煤挥发分极低，几乎无粘结性•肥煤挥发分含量高，膨胀性好•长焰煤挥发分极高，热稳定性差•1/3焦煤粘结性适中，可调节配煤性能•褐煤水分高，热值低，不适合炼焦•气煤挥发分高，助燃性好•贫煤粘结性差，但可少量添加•瘦煤挥发分低，增加焦炭强度•石油焦可作为特殊配煤组分煤的碳化温度曲线示意图煤碳化过程的温度阶段1半焦阶段（℃）650-800煤在碳化过程中会经历多个温度阶段，每个阶段都有其特定的物理化半焦继续脱挥发分，分子结构进一步稳定，形成更紧密学变化和产物特性了解这些温度阶段对于控制炼焦工艺和提高焦炭的碳网络焦炭的机械强度开始增加，体积继续收缩，质量至关重要孔隙结构进一步发展1预热阶段（℃）20-3502焦化阶段（℃）800-950煤中水分蒸发，挥发分开始缓慢析出，煤块体积略有膨挥发分含量降至很低水平，碳结构重排接近完成，焦炭胀，物理结构基本保持不变此阶段主要产生水蒸气和的物理化学性质基本稳定此阶段主要产生氢气和少量少量低分子量气体轻烃气体2软化阶段（℃）350-4503石墨化阶段（℃以上）950煤开始软化并显示塑性，分子结构开始变化，烷基侧链碳结构进一步有序化，向石墨结构转变，焦炭的机械强断裂，释放出更多气体和初级焦油煤块体积明显膨度和导电性进一步提高此阶段几乎不再有挥发分析胀，内部压力增加出，焦炭性质完全稳定3塑性阶段（℃）挥发分与温度的关系450-550煤完全软化成塑性状态，内部形成流动相，挥发分大量煤的挥发分随温度升高而逐渐降低，但降低速率在不同温度阶段有显析出，产生大量气体和焦油这是煤质转变的关键阶著差异在350-550℃的塑性阶段，挥发分析出速率最快，约占总挥段，决定了最终焦炭的多孔结构发分的60-70%随着温度继续升高，挥发分析出速率逐渐减慢，到800℃以上，挥发分含量已降至很低水平（1-2%）4固化阶段（℃）550-650塑性体逐渐固化，分子重排形成半焦结构，挥发分继续析出但速率减慢煤块开始收缩，形成初步的孔隙结构第二章炼焦设备与工艺流程炼焦设备是实现煤炭高效碳化的重要载体，其结构设计和运行方式直接影响焦炭质量和生产效率本章将详细介绍现代炼焦设备的结构特点、工作原理及工艺流程，帮助学习者了解设备与工艺的紧密联系现代炼焦设备经过长期的技术发展和工艺优化，已形成较为成熟的体系从最早的简易焦炉到现代化的大型焦炉电池，从传统的蜂窝式焦炉到先进的干熄焦技术，炼焦设备在不断革新，以满足钢铁工业对高质量焦炭的需求，同时降低环境污染和提高能源利用效率现代化焦炉设备具有高度自动化、大型化和环保化的特点，能够实现高效、清洁的焦炭生产焦炉结构简介焦炉是炼焦生产的核心设备，其结构设计直接影响焦炭质量、能源消耗和环境排放现代焦炉通常由多个并列的焦炉组成焦炉电池，每个焦炉都由碳化室和燃烧室组成焦炉电池组成碳化室特点•标准配置通常为每组36-60个焦炉•呈狭长的矩形空间，用耐火材料砌筑•单个焦炉尺寸长16-18米，高7-8米，宽

0.4-

0.6米•顶部设有装煤孔，底部设有熄焦设施•生产能力每炉约25-30吨焦炭•侧面设有推焦门，用于出焦•炼焦周期通常为16-24小时•内部温度控制在1000-1050℃燃烧室特点•位于炉墙两侧，呈垂直排列•通常采用再生式加热系统•燃烧温度1200-1300℃•燃料为净化后的焦炉煤气焦炉的设计遵循热能充分利用、结构稳定耐用、操作维护方便的原则现代焦炉普遍采用双热回收设计，即燃烧室的废气余热用于预热空气和煤气，提高热效率同时，焦炉的密封性设计至关重要，良好的密封可防止空气进入碳化室，保证煤炭在无氧环境中碳化，同时减少污染物排放焦炉主要部件炉顶装置装煤孔、上升管、气体收集炉墙系统碳化室壁、燃烧室炉底系统支撑结构、空气通道加热系统燃烧器、热风道、蓄热室机械系统装煤车、推焦机、熄焦车控制系统温度、压力、流量监控装置焦炉加热过程焦炉加热系统工作原理焦炉加热系统是保证煤炭正常碳化的核心，其设计和运行直接影响焦炭质量、能源消耗和生产效率现代焦炉加热系统通常采用再生式加热方式，充分利用废气余热，提高热效率燃料与空气准备焦炉煤气经净化处理后作为燃料，空气经过热风道预热后提供燃烧所需氧气预热空气温度通常达900-1000℃，显著提高燃烧效率燃烧室燃烧过程预热的煤气和空气在燃烧室中混合燃烧，产生1200-1300℃的高温燃烧室呈垂直排列，确保热量沿炉高方向均匀分布燃烧过程严格控制空燃比，保证充分燃烧热量传递过程燃烧产生的热量通过炉墙传递至碳化室，使煤炭逐渐升温碳化炉墙采用特殊耐火材料制成，具有良好的导热性和耐高温性热量传递过程中，需保持适当的温度梯度，确保煤炭均匀碳化余热回收利用燃烧废气经过蓄热室，将热量储存在耐火砖中，用于预热下一循环的空气和煤气这种再生式加热方式大幅提高热效率，节约燃料消耗温度与压力监控焦炉加热过程中，温度和压力的精确控制至关重要现代焦炉配备先进的温度测量和压力监控系统，实时监测燃烧室和碳化室的温度分布和压力变化温度控制的目标是保持碳化室内温度均匀，避免局部过热或欠热，确保焦炭质量稳定焦炉加热系统是保证炼焦质量的关键，现代焦炉普遍采用再生式加热方式，提高热效率，降低能耗加热系统温度分布燃烧室温度1200-1300℃碳化室壁温1050-1150℃碳化室中心温度950-1050℃焦炉类型蜂窝式焦炉副产品回收焦炉蜂窝式焦炉是一种较为传统的炼焦设备，其结构相对简单，主要由多副产品回收焦炉是现代炼焦生产的主流设备，其特点是不仅生产高质个蜂窝状炉室组成这种焦炉在小型炼焦厂和特种焦炭生产中仍有应量焦炭，还能高效回收化工副产品，实现资源综合利用用结构特点结构特点•炉体呈矩形，多个炉室并排组成炉组•炉室呈蜂窝状排列，顶部开口装煤•每个炉室容量大，通常25-40吨•每个炉室容量较小，通常1-3吨•配备完善的煤气收集和净化系统•炉墙较厚，热损失大•采用机械化装煤、出焦和熄焦•底部设有排气孔，顶部设有装煤口工作原理工作原理•燃烧室与碳化室分离，无空气进入碳化室•采用自燃自熄方式运行•通过燃烧净化后的焦炉煤气提供热量•装煤后点燃部分煤层，利用煤自身燃烧提供热量•采用再生式加热系统提高热效率•通过控制空气量调节燃烧速度•炼焦周期较短，通常16-24小时•炼焦周期较长，通常48-72小时产品特点产品特点•焦炭质量高，强度好，规格统一•产硬焦，固定碳含量高•回收焦炉煤气、焦油、粗苯等副产品•灰分和硫分较高，质量波动大•煤气成分稳定，热值高•焦炭形状不规则，强度较差•环境污染小，能源利用率高•副产品回收率低，环境污染严重蜂窝式焦炉优缺点蜂窝式焦炉的优缺点分析蜂窝式焦炉作为一种较为传统的炼焦设备，具有其特定的优势和局限性了解这些特点有助于在特定条件下选择合适的炼焦设备优点分析投资成本低结构简单，建设费用仅为现代焦炉的20-30%操作简单无需复杂的控制系统，维护成本低适应性强对煤种要求不严格，可使用多种煤炭产硬焦产品固定碳含量高，适合某些特殊用途建设周期短通常3-6个月即可建成投产灵活性好可根据需求灵活调整生产规模缺点分析污染严重烟尘、有害气体排放量大，环保压力大无副产品回收焦油、煤气等副产品损失，资源浪费焦炭产量低单位体积产量仅为现代焦炉的50-60%热效率差热损失大，能源利用率低，仅30-40%蜂窝式焦炉结构简单，投资成本低，但环境污染问题严重，已逐渐被现代化焦炉取代焦炭质量不稳定温度控制不精确，质量波动大蜂窝式焦炉主要应用领域劳动强度大机械化程度低，人工操作多炼焦周期长通常需48-72小时，生产效率低小型冶炼厂安全风险高防护措施简单，事故发生率高投资有限的小型冶炼企业，利用低成本设备生产基础焦炭随着环保要求的日益严格和资源综合利用理念的推广，蜂窝式焦炉正逐渐被淘汰，仅在一些特殊领域或条件有限的地区保留有限应用现代炼焦生产已普遍采用更为先进的副产品回收焦炉，以实现清洁生产和资源高效利用特种焦炭生产生产某些特殊用途的焦炭产品，如化工用焦、电石用焦等资源匮乏地区技术和资源有限的地区，利用简易设备满足基本需求副产品回收焦炉工艺焦炉煤气成分与利用燃烧废气热能回收焦炉煤气是炼焦过程中产生的重要副产品，其成分丰富，热值高，是重要的燃料气和化工原料气副产品回收焦炉的燃烧废气温度高达1200-1300℃，含有大量热能为了提高能源利用效率，现代焦炉普遍采用废热回收技术废热锅炉回收•将高温废气引入废热锅炉60%•产生蒸汽用于发电或供热•回收效率可达60-70%•废气温度降至200-250℃再生式加热器氢气₂H•利用耐火砖蓄热室储存热量主要来源于煤中氢元素的析出，是焦炉煤气的主要成分，具有良好的燃烧性能•用于预热燃烧空气和煤气•提高燃烧效率20-30%•减少燃料消耗15-25%25%甲烷₄CH主要来源于煤中甲基的裂解，热值高，是煤气热值的主要贡献者7%一氧化碳CO主要来源于煤中含氧官能团的分解，具有一定的还原性，可用作化工原料焦炭出炉与冷却焦炭出炉过程焦炭冷却技术焦炭出炉是炼焦生产的关键环节，对于保持焦炭质量和提高生产效率具有重要意义现代焦炉采用机械化出炉设备，提高生产效率，减轻劳动强度焦炭出炉后需要迅速冷却，以固定其物理结构和化学性能冷却方式对焦炭质量和环境影响显著，现代炼焦厂主要采用两种冷却方式准备阶段湿法熄焦（传统技术）炼焦周期结束后，首先打开炉门，推焦机就位，同时熄焦车在焦炉另一侧准备接收红热焦炭此阶段需要精确的时间控制和设备协调工作原理将红热焦炭喷洒大量水快速冷却设备构成熄焦塔、水循环系统、烟气处理设施推焦过程冷却时间通常3-5分钟优点投资低，操作简单，冷却迅速推焦机的推杆缓慢推动整块焦炭从炉内推出为防止焦炭破碎，推焦速度需精确控制，通常为

0.5-

1.0米/秒焦炭温度约为950-1050℃缺点能源浪费大，水资源消耗高，环境污染严重（大量蒸汽和煤尘排放）焦炭含水率3-6%，需要晾干接收转运红热焦炭被推入熄焦车的焦槽中，熄焦车随即将焦炭运往熄焦塔或干熄焦装置整个过程需密切监控焦炭状态，防止异常情况发生干熄焦（先进技术）工作原理利用惰性气体（氮气或循环气）冷却焦炭，回收热能现代焦炉出炉系统配备先进的自动控制装置，能够根据焦炭状态自动调整推焦力度和速度，最大限度减少焦炭破碎，保持焦炭块度同时，出炉过程中的烟尘和有害气体通过集尘罩收集处理，减少环境污染设备构成干熄炉、循环风机、余热锅炉、输送系统冷却时间通常20-30分钟优点回收高温余热（可产生

0.5-

0.6吨蒸汽/吨焦），焦炭质量好，污染少缺点投资高，设备复杂，操作维护要求高焦炭含水率＜

0.5%，无需晾干焦炉剖面图焦炉主要结构解析煤气回收系统解析焦炉是一个复杂的热工设备，其内部结构精密，各部分功能明确通过剖面图可以煤气回收系统是副产品回收焦炉的重要组成部分，它负责收集、冷却和初步净化炼清晰了解焦炉的内部构造和工作原理焦过程中产生的煤气和焦油碳化室（炼焦室）上升管系统•焦炉的核心部分，呈细长的矩形空间•位于碳化室顶部，收集炼焦产生的气体•内部尺寸长16-18米，高6-7米，宽

0.4-

0.6米•管径通常为500-600毫米•由耐火材料砌筑，承受高温和机械压力•内壁附有冷凝的焦油和氨水•顶部设有装煤孔和上升管，底部连接熄焦设施•连接至集气管，统一收集煤气•侧面设有炉门，用于出焦集气管系统燃烧室（加热室）•连接所有上升管，收集全部煤气•位于相邻碳化室之间的炉墙中•内部喷射氨水，冷却煤气并冲刷焦油•呈垂直排列，数量通常为30-40个•设有气封，防止空气进入•燃烧室内温度1200-1300℃•通常保持500-600℃的温度•通过导热砖将热量传递给碳化室•设有燃气喷嘴和空气通道初级冷凝系统•将煤气温度降至80-90℃蓄热室•冷凝大部分焦油和水分•位于燃烧室下方，用于热能回收•分离焦油和氨水•内部填充格子砖，增加换热面积•煤气进入后续净化系统•采用正反向切换方式运行•回收废气热能，预热空气和燃气焦炉辅助系统•提高热效率20-30%现代焦炉还配备多种辅助系统，确保生产安全、高效运行这些系统包括炉温测量系统、压力控制系统、煤气加热系统、炉墙维护系统等特别是炉温测量系统，通过在炉墙中设置多个测温点，实时监控炉温分布，为工艺控制提供依据第三章炼焦过程控制与安全环保炼焦生产是一个复杂的高温工艺过程，涉及多种物理化学变化和潜在安全风险有效的过程控制不仅关系到焦炭质量和生产效率，还直接影响安全生产和环境保护本章将详细介绍炼焦过程的关键控制参数、安全风险及其防控措施，以及现代炼焦工业的环保技术和发展趋势随着自动化技术和环保要求的不断发展，现代炼焦工业正经历深刻变革从传统的经验控制到基于计算机的精确控制，从简单的末端治理到全过程污染防控，炼焦技术在不断进步了解这些新技术和发展趋势，对于提高炼焦生产水平和实现可持续发展具有重要意义现代焦炉配备先进的自动控制系统，实现精确的过程控制和安全监测，提高生产效率和产品质量关键工艺参数控制温度控制系统煤气成分监测温度是炼焦过程最关键的控制参数，直接影响焦炭质量和生产效率现代焦炉采用先进的温度监测和控制系统，实现精确的温度管理煤气成分监测是保障燃烧效率和安全的重要手段现代焦炉普遍采用在线监测系统，实时分析煤气成分温度测量技术光学测温通过燃烧室观察孔测量火焰温度，精度±15℃热电偶测温在炉墙关键位置安装热电偶，实时测量温度，精度±5℃红外扫描测温使用红外热像仪扫描炉墙温度分布，直观显示温度场计算机模拟基于测量数据，建立炉温分布模型，预测温度变化温度控制策略目标温度燃烧室1200-1300℃，碳化室中心950-1050℃均匀性控制炉高方向温差控制在±20℃内，防止局部过热或欠热调节方法通过调整燃气量、空气量和反向切换时间控制温度升温曲线新炉投用时，采用科学的升温曲线，防止炉墙开裂异常处理设置温度异常报警和自动干预机制，防止事故发生压力控制系统监测参数压力控制是保证炼焦安全和稳定的重要环节，主要包括碳化室压力和燃烧室压力两个方面•氧气含量＜

0.5%，防止爆炸•一氧化碳7-8%，燃烧指标碳化室压力控制•氢气55-60%，热值指标•甲烷23-27%，热值指标•正常压力范围50-200Pa（微正压）•硫化氢＜

0.5%，腐蚀控制•压力过低可能导致空气进入，引起焦炭燃烧•压力过高可能导致煤气泄漏，造成安全隐患•控制方法调节集气管阀门和排气系统监测技术•气相色谱法精确分析各组分燃烧室压力控制•红外吸收法连续监测CO、CO₂•顺磁分析法监测氧含量•正常压力范围-5至+5Pa（接近大气压）•热导分析法监测氢气含量•压力偏负增加进风，减少排烟•压力偏正减少进风，增加排烟自动控制系统•控制目标保持稳定的燃烧状态，提高热效率现代焦炉普遍采用分布式控制系统（DCS）或可编程逻辑控制器（PLC）实现全过程自动控制系统集成温度、压力、流量等多种参数，通过复杂的控制算法，实现最优化生产控制控制系统特点包括多参数联动控制、智能预警功能、历史数据分析、异常自动干预等先进的系统还采用人工智能技术，如模糊控制和神经网络算法，进一步提高控制精度和适应性焦炉煤气的利用焦炉煤气净化处理焦炉煤气中含有多种有害物质和有价值的化学成分，需要经过净化处理后才能安全使用并回收有价值的化工产品初级冷却将800-900℃的高温煤气冷却至80-90℃，冷凝大部分焦油和水分设备包括直接冷却器和间接冷却器，冷却介质为循环水或氨水电捕焦油利用高压电场（40-60kV）使煤气中的焦油雾滴带电并沉积在电极上，去除微小焦油颗粒焦油去除率可达98%以上，净化后煤气含焦油＜

0.1g/Nm³氨回收利用硫酸吸收法或直接水洗法回收煤气中的氨，制成硫铵或氨水氨回收率可达90%以上，产品用作化肥或化工原料苯回收采用油洗法吸收煤气中的苯系物，然后经蒸馏分离得到粗苯苯回收率可达95%以上，产品作为重要的化工原料脱硫处理利用氧化铁法、碳酸钠法或真空碳酸钾法去除煤气中的硫化氢，防止腐蚀和环境污染脱硫后硫化氢含量＜

0.5g/Nm³焦炉煤气热值对比焦炉煤气的应用100%净化后的焦炉煤气是重要的能源和化工原料，在钢铁企业和社会经济中有广泛应用焦炉煤气4200-6500kcal/Nm³焦炉加热65%高炉煤气约30-40%的煤气用于焦炉自身加热，保持碳化过程所需的高温，形成能源自给的良性循环750-950kcal/Nm³85%厂内燃料转炉煤气约30-35%用于钢铁厂其他工序的加热燃料，如高炉热风炉、轧钢加热炉等，实现能源的梯级利用1800-2200kcal/Nm³75%天然气焦炭质量指标物理性能指标焦炭质量对钢铁冶炼的影响焦炭的物理性能直接影响其在高炉中的使用效果，是评价焦炭质量的重要依据焦炭质量是影响高炉冶炼效率和钢材质量的关键因素之一，良好的焦炭质量可以显著提高生产效率和产品质量强度指标冷强度抗碎强度，通常用M40表示（＞78%为优质）耐磨强度抗磨损能力，通常用M10表示（＜8%为优质）热强度高温下的强度，用CSR表示（＞65%为优质）反应后强度与CO₂反应后的残余强度，用CRS表示块度分布焦炭粒度分布，通常要求40-80mm为主孔隙特性气孔率通常为45-55%，影响反应性和强度真实密度通常为

1.8-

1.9g/cm³堆积密度通常为450-500kg/m³孔径分布影响气体渗透性和反应速率微裂纹影响焦炭在高炉中的稳定性化学性能指标焦炭的化学成分和反应性能对钢铁冶炼过程和产品质量有重要影响，需要严格控制化学成分固定碳通常要求＞87%，是焦炭的主要有效成分挥发分通常控制在1-2%，过高会影响焦炭强度对高炉生产效率的影响灰分通常控制在＜12%，过高会增加炉渣量•焦炭强度提高1%，高炉产量可增加2-3%硫分通常控制在＜

0.7%，影响钢水质量•焦炭反应性适中，可提高还原效率5-8%磷分通常控制在＜

0.02%，影响钢材性能•焦炭块度均匀，可降低焦比3-5%碱金属通常控制在＜

0.3%，影响炉衬寿命•焦炭灰分降低1%，焦比可降低2-3%反应性指标对钢材质量的影响CO₂反应性用CRI表示，通常要求20-30%•焦炭硫分降低

0.1%，钢水含硫可降低

0.005%碱性度指数灰分中碱性与酸性氧化物比值•焦炭灰分降低，可减少钢水中的杂质燃点温度通常在650-700℃，影响高炉燃烧区•焦炭碱金属含量低，可延长高炉炉衬寿命电阻率影响高炉内电流分布•焦炭质量稳定，可提高钢材性能一致性导热系数影响热量在高炉内的传递焦炭质量控制要点焦炉安全风险煤气泄漏风险机械故障风险煤气泄漏是焦炉生产中最常见也是最危险的安全风险，焦炉煤气含有大量的一氧化碳（有毒）和氢气（易燃易爆），一旦泄漏可能导致严重的中毒和爆炸事故焦炉涉及多种大型机械设备，如装煤车、推焦机、熄焦车等，这些设备故障可能导致生产中断，甚至引发安全事故泄漏原因装置密封不良炉门、上升管、集气管等处密封老化或损坏操作失误装煤、出焦过程中的误操作导致煤气外泄压力波动集气系统压力异常波动，导致煤气溢出设备故障阀门、管道破裂或连接处松动炉墙裂缝长期高温导致炉墙开裂，煤气渗漏防控措施密封改造采用水封、弹簧密封等先进密封技术泄漏检测安装CO、H₂浓度检测器，实时监控泄漏压力控制精确控制集气系统压力，防止波动规范操作制定严格的操作规程，培训操作人员应急预案建立完善的煤气泄漏应急处置预案个人防护配备便携式气体检测仪和防毒面具高温设备风险焦炉是高温设备，设备表面温度可达数百摄氏度，内部温度更高达1200-1300℃，存在烫伤、火灾和热应力损坏等风险高温危害•直接接触高温设备导致严重烫伤常见机械故障•高温引发周围可燃物燃烧，导致火灾•长期高温导致设备材料疲劳和损坏•推焦机卡滞，无法正常推焦•热辐射对工作人员造成热应激伤害•装煤车定位不准，导致漏煤•熄焦车故障，影响焦炭冷却•输送设备断裂，导致物料堆积防控措施•设置隔热保护层，降低设备表面温度预防措施•安装温度监测系统，监控异常高温•配备耐高温防护服和面罩等个人防护装备•定期检修和预防性维护•建立高温作业许可制度，规范操作•建立设备健康监测系统•配备关键备件，确保及时更换•培训维修人员，提高故障处理能力其他安全风险环境保护措施炼焦过程主要污染物炼焦生产是钢铁工业中污染较为严重的环节，产生多种污染物，包括废气、废水和固体废物，需要采取综合治理措施大气污染物水污染物装煤出焦烟尘含有大量煤尘和焦尘，悬浮颗粒物浓度高焦化废水含有酚、氰、氨氮、多环芳烃等有毒有害物质荒煤气含有焦油雾、氨、硫化氢、酚等有害物质熄焦废水含有悬浮物、硫化物等污染物熄焦蒸汽传统湿熄焦产生大量含尘蒸汽洗涤废水设备和场地冲洗产生的含油废水燃烧废气含有氮氧化物、二氧化硫和二氧化碳等循环冷却水含有少量油类和悬浮物无组织排放设备泄漏、物料转运等过程产生的散逸污染固体废物焦油渣煤气净化过程中产生的含焦油污泥酚氰废水处理污泥废水生化处理产生的剩余污泥废脱硫剂煤气脱硫过程中产生的废弃脱硫剂废耐火材料焦炉维修过程中产生的废弃耐火砖环保技术与措施干熄焦技术环保效益现代炼焦工业采用多种先进环保技术，实现清洁生产和污染物减排，主要包括以下几个方面干熄焦技术98%用惰性气体代替水冷却红热焦炭，回收热能，减少水污染和烟尘排放单套干熄焦装置可处理100-200万吨/年焦炭，回收热能相当于3-5万吨标煤烟尘减排率煤气净化系统相比传统湿熄焦，干熄焦可显著减少烟尘排放，改善空气质量采用多级净化工艺处理焦炉煤气，回收焦油、氨、苯等化工产品，同时去除硫化氢等有害物质现代净化系统回收率可达95%以上

0.5t废水处理技术采用预处理+生化处理+深度处理三级处理工艺，去除焦化废水中的酚、氰、氨氮等污染物，处理后水质可达到回用标准蒸汽产量每吨焦炭可回收热能产生

0.5吨蒸汽，大幅提高能源利用效率无泄漏装煤技术采用双集尘管或单集尘管导烟技术，配合炉门密封改造，减少装煤出焦过程中的烟尘排放，捕集效率可达98%以上80%水资源节约与湿熄焦相比，干熄焦可节约大量冷却水，缓解水资源压力25%现代炼焦技术趋势自动化控制系统绿色炼焦工艺研发自动化是现代炼焦工业的重要发展方向，通过先进的控制系统，实现生产过程的精确控制和智能管理，提高生产效率和产品质量面对日益严格的环保要求，炼焦工业正积极研发和应用绿色炼焦工艺，减少污染物排放，提高资源利用效率自动化控制技术分布式控制系统DCS实现焦炉温度、压力等参数的集中控制可编程逻辑控制器PLC控制装煤、出焦等机械操作过程现场总线技术连接各种仪表和执行机构，实现数据传输工业以太网构建高速、可靠的数据通信网络人机界面HMI提供直观的监控和操作界面智能化管理系统专家系统基于经验规则的智能决策辅助系统模糊控制处理生产过程中的不确定性和非线性问题神经网络通过学习历史数据，预测工艺参数变化大数据分析挖掘生产数据价值，优化工艺参数人工智能算法自适应优化控制策略，提高控制精度干熄焦与循环利用技术干熄焦技术是现代炼焦工业的重要标志，通过回收红热焦炭的显热，提高能源利用效率，同时减少环境污染干熄焦技术特点•采用氮气或循环气体冷却红热焦炭•回收热能产生高压蒸汽用于发电•减少水资源消耗和废水排放•提高焦炭质量，降低含水率资源循环利用•焦炉煤气用于发电和化工原料•焦油深加工生产高附加值产品•废水处理回用，减少排放•废热回收用于区域供热典型案例分享某钢厂焦炉改造案例背景某大型钢铁企业拥有年产300万吨焦炭的焦化厂，使用传统的56孔

4.3米捣固焦炉，设备老化，能耗高，环保不达标为了满足新的环保要求和提高经济效益，企业决定进行全面技术改造改造前问题1焦炉设备老化，炉墙漏气严重；传统湿熄焦工艺，能源浪费大；煤气净化系统效率低，化工产品回收率不足；环保设施简陋，污染物排放超标；自动化水平低，劳动强度大2改造方案采用先进的

7.63米顶装焦炉替代原有焦炉；引入干熄焦技术，回收热能；升级煤气净化系统，提高副产品回收率；安装烟气脱硫脱硝装置和废水深度处理系统；配备先进改造实施3的DCS自动控制系统，提高自动化水平项目总投资

18.5亿元，分两期实施第一期建设新焦炉和配套设施，第二期拆除旧焦炉并完成环保升级整个改造过程历时2年，期间保持生产连续性，确保钢铁生产原料4改造成效供应焦炭质量显著提升，M40指标从78%提高到85%；吨焦综合能耗降低30%，年节约标煤10万吨；干熄焦系统年发电

1.2亿千瓦时；煤气净化系统回收率提升15%，增加化工产品收益2000万元/年；各项污染物排放达到超低排放标准，环保效益显著；劳动生产率提高40%，操作人员减少25%经验总结这一典型案例充分展示了现代炼焦技术在传统焦化厂改造中的应用效果通过技术升级和工艺优化，不仅解决了环保问题，还显著提高了经济效益，实现了经济效益与环境效益的双赢该案例的成功经验包括采用成熟可靠的先进技术，确保改造效果；统筹规划，分步实施，减少对生产的影响；注重人员培训，提高操作和管理水平；加强技术消化吸收，形成自主创新能力这一改造模式为我国钢铁行业焦化设施的绿色升级提供了宝贵经验，具有广泛的推广价值随着环保标准的不断提高，类似的改造将在全行业推广改造前后对比100%改造前能耗基准值100%70%改造后能耗降低30%100%改造前水耗基准值100%焦炭生产流程动画演示装煤与加热阶段碳化与出焦阶段焦炭生产始于煤炭装入焦炉，经过高温加热逐渐转化为焦炭这一过程是煤炭碳化的核心阶段，温度变化和物理化学转变尤为重要随着温度继续升高，半焦逐渐转化为成熟焦炭，完成最终的物理化学转变这一阶段决定了焦炭的最终质量和性能装煤准备（0小时）1高温碳化（12-18小时）1配煤站将不同煤种按比例混合，经过破碎、筛分和加水调湿，形成含温度升至800-1050℃，半焦继续脱挥发分，碳结构重排，形成更为水量约8-10%的混合煤装煤车将混合煤通过装煤孔装入焦炉碳化稳定的多孔结构焦炭的机械强度逐渐增加，体积进一步收缩煤气室，均匀铺平，装煤量约为炉容的75-80%2初始加热（0-2小时）产生量减少，以氢气为主温度曲线在此阶段趋于平缓，接近终温2焦化完成（18-20小时）装煤完成后，煤温逐渐升高至200-300℃，煤中水分蒸发，体积略整个碳化室温度达到1000-1050℃均匀分布，焦炭中心温度达到有膨胀此阶段主要是物理变化，煤的化学结构基本保持不变温度950-1000℃，挥发分含量降至1-2%，焦炭物理化学性质基本稳塑性阶段（2-6小时）3曲线呈缓慢上升趋势，煤气产生量较少出焦准备（20小时）3定温度曲线在此阶段保持水平，煤气产生量很少温度达到350-550℃时，煤开始软化、熔融，形成塑性体煤中挥炼焦周期结束，焦炭完全成熟打开焦炉门，推焦机就位，熄焦车在发分大量析出，产生初级煤气和焦油温度曲线在此阶段上升较快，另一侧准备接收此时焦炭呈红热状态，温度约950-1000℃煤气产生量增大此阶段是煤质转变的关键期，决定了最终焦炭的结4固化阶段（6-12小时）4出焦与冷却（20-21小时）构温度升至550-800℃，塑性体逐渐固化，形成半焦煤块开始收推焦机将整块焦炭推入熄焦车，运往干熄焦装置或湿熄焦塔干熄焦缩，产生裂纹，形成初步的孔隙结构煤气产生量持续增加，以氢气过程约需20-30分钟，将焦炭温度降至200℃以下；湿熄焦过程仅需和甲烷为主温度曲线在此阶段仍保持较快上升3-5分钟，但焦炭含水率较高冷却后的焦炭经筛分、检测后入库煤气生成与处理炼焦过程中产生的煤气经过收集和净化，转化为有价值的燃料和化工原料煤气的产生量和成分随温度变化而变化初级煤气（℃）350-450以低分子烃类和水蒸气为主，热值较低，含焦油较多中期煤气（℃）450-650甲烷含量增加，开始产生氢气，热值提高，焦油成分变化后期煤气（℃）650-1000以氢气为主，甲烷含量稳定，几乎不含焦油，热值高焦炉维护与检修要点炉墙耐火材料检查燃烧系统调节与清理炉墙是焦炉的核心部件，长期承受高温和机械应力，容易产生各种损伤定期检查和维护炉墙耐火材料，是保证焦炉安全稳定运行的关键燃烧系统是焦炉热源的核心，其性能直接影响温度分布和能源消耗定期调节和清理燃烧系统，是保证焦炉高效运行的重要措施常见炉墙损伤裂纹由热应力、机械应力或冷热交替引起，严重影响炉墙寿命磨损装煤和推焦过程中的机械磨损，主要发生在炉门附近侵蚀煤中碱金属和硫化物对耐火材料的化学侵蚀剥落耐火砖表面材料脱落，减薄炉墙厚度变形长期高温导致炉墙变形，影响密封性和操作检查方法目视检查在出焦后通过炉门观察炉墙表面状况内窥镜检查使用工业内窥镜检查难以直接观察的部位红外热像扫描检测炉墙温度分布，发现热异常区域超声波检测测量炉墙厚度，发现严重磨损区域漏气检测使用烟气或压力测试检查炉墙密封性维修技术喷补修复对小面积损伤采用耐火材料喷补砌筑修复对严重损伤区域进行局部拆除重砌陶瓷焊接使用特殊陶瓷材料焊接裂纹炉墙更换对严重老化的炉墙进行整体更换炉门调整调整炉门密封，防止漏气和热损失焦炭在钢铁生产中的作用焦炭的基本功能焦炭在钢铁冶炼过程中扮演着不可替代的角色，是高炉冶炼的关键原料之一其主要功能体现在还原剂和燃料两个方面作为还原剂直接还原焦炭中的碳直接与铁矿石中的氧化铁反应，生成金属铁和一氧化碳间接还原焦炭燃烧产生的一氧化碳与铁矿石中的氧化铁反应，还原为金属铁化学反应式C+O₂→CO₂;C+CO₂→2CO;Fe₂O₃+3CO→2Fe+3CO₂还原效率焦炭还原效率直接影响铁水产量和质量反应活性焦炭的CO₂反应性CRI是评价其还原性能的重要指标作为燃料提供热能焦炭燃烧提供高炉冶炼所需的高温环境1400-1600℃热值利用焦炭热值约7000-7500kcal/kg，是重要的热源温度分布焦炭燃烧影响高炉内的温度分布，决定冶炼效果能源效率焦炭燃烧效率直接影响能源消耗和生产成本焦炭的其他作用除了作为还原剂和燃料，焦炭在高炉冶炼中还具有多种重要功能，保证高炉的正常运行和铁水质量支撑作用渗碳作用焦炭消耗指标•形成透气性良好的料柱骨架•为铁水提供碳元素，形成铸铁•支撑上部矿石重量，防止塌陷•影响铁水碳含量，通常为

3.5-

4.5%•保持高炉内部结构稳定•碳含量决定铸铁的性能和用途•形成渣铁分离的滤层•为后续钢铁生产提供基础350kg脱硫作用•焦炭灰分中的碱性氧化物吸收硫•降低铁水中的硫含量焦比•提高钢材的韧性和可焊性•减少脱硫剂的使用量每吨生铁需要的焦炭量，先进水平为350-400kg焦炭质量对高炉效率的影响焦炭质量是影响高炉冶炼效率和经济性的关键因素高质量焦炭可以显著提高高炉生产效率，降低能源消耗，提高铁水质量焦炭的强度和反应性是最重要的两个指标高强度焦炭能够承受高炉内的机械压力和热冲击，保持料柱的透气性；适当的反应性则保证了还原反应的顺利进行此外，焦炭的灰分、硫分、粒度分布等指标也直接影响高炉操作的稳定性和铁水质量60%未来炼焦工艺挑战煤质波动带来的工艺适应性新能源替代与工艺升级需求随着优质焦煤资源的逐渐减少和国际煤炭市场的波动，炼焦工业面临着煤质波动加大的挑战，需要提高工艺的适应性和灵活性面对碳达峰、碳中和的战略目标和新能源发展趋势，传统炼焦工艺面临创新升级的压力，需要寻求低碳发展路径煤质变化趋势资源条件恶化优质焦煤资源逐渐减少，开采条件变差杂质含量增加煤中灰分、硫分、磷分等有害元素含量增加进口煤依赖国内焦煤资源不足，进口煤比例增加品种结构变化主焦煤比例减少，弱粘煤、气煤等比例增加市场供应波动国际煤炭市场价格和供应量波动加大适应性技术发展配煤优化技术开发先进配煤模型，实现多种煤种合理搭配煤质快速分析采用近红外等快速分析技术，实时监控煤质预处理技术发展煤炭预热、调湿、添加剂等预处理技术分级装煤根据煤质特性实施分级装煤，优化碳化过程智能控制根据煤质变化自动调整工艺参数，保持焦炭质量稳定环保法规日益严格随着环保意识的提高和法规的日益严格，炼焦工业面临越来越大的环保压力，需要开发和应用更为先进的环保技术减碳技术路径大气污染控制水污染防治•氢能部分替代焦炭作高炉还原剂•煤炭直接液化替代传统炼焦工艺新的排放标准要求SO₂、NOx、粉尘等污染物达到超低排放水平；VOCs挥发性有机物控焦化废水排放标准不断提高，特别是氨氮、酚、氰等特征污染物；废水近零排放成为发展•电炉炼钢比例提高，减少焦炭需求制成为新焦点；无组织排放管控更加严格，要求全过程密闭；气候变化政策对CO₂排放提出趋势；水资源税费增加，促使企业减少用水量；水环境风险防控要求提高，应急能力建设加限制要求强•生物质焦炭部分替代化石焦炭工艺升级方向•大型化、节能型焦炉开发应用固废管理要求•干法熄焦和余热回收技术普及焦油渣、酚氰污泥等危险废物管理更加严格；资源化利用成为主要方向，减少填埋处置；全过程追踪管理，落实企业主体责任；循环经济理念推动固废减量化、资源化、无害化•煤调湿、预热等节能技术推广•智能化控制系统全面应用未来发展战略面对多重挑战，炼焦工业需要制定科学的发展战略，实现可持续发展课程小结炼焦是煤的高温无氧碳化过程炼焦工艺是将煤炭在无氧或低氧条件下加热至900-1300℃，使其中的挥发分逐渐析出，残留物质重新排列组合，最终形成具有多孔结构、高强度的焦炭产品同时，析出的气体经过冷却、净化后得到焦炉煤气、焦油、粗苯等副产品煤的碳化过程经历预热、软化、塑性、固化和焦化等阶段，每个阶段都有其特定的物理化学变化不同种类的煤在炼焦过程中表现出不同的特性，焦煤能够产生高质量的冶金焦炭，而非焦煤则不具备这种能力设备类型多样，工艺复杂现代炼焦设备主要包括蜂窝式焦炉和副产品回收焦炉两大类型副产品回收焦炉是现代钢铁企业的主流设备，不仅能生产高质量焦炭，还能回收多种化工副产品，实现资源的综合利用焦炉结构复杂，主要由碳化室、燃烧室、蓄热室等部分组成炼焦工艺流程包括配煤、装煤、加热碳化、出焦、熄焦等多个环节，每个环节都需要精确控制特别是干熄焦技术的应用，大大提高了能源利用效率和环保水平过程控制和环保是关键温度、压力和煤气成分是炼焦过程的关键控制参数现代焦炉采用先进的自动控制系统，实现精确的过程控制，确保焦炭质量稳定和生产安全炼焦生产面临诸多安全风险，如煤气泄漏、高温设备和机械故障等，需要建立完善的安全管理体系同时，炼焦过程产生多种污染物，需要采用干熄焦、无泄漏装煤、煤气净化等先进环保技术，减少环境污染持续技术创新推动行业发展面对煤质波动、环保要求和新能源替代等挑战，炼焦工业正在积极推动技术创新和产业升级智能化控制系统、绿色炼焦工艺和循环经济模式是未来发展的重要方向炼焦工业作为传统产业，正经历深刻变革，通过技术创新和绿色发展，有望在新的发展阶段焕发活力，继续为钢铁工业和国民经济作出贡献学习要点回顾谢谢聆听！欢迎提问与交流常见问题解答如何提高焦炭质量？提高焦炭质量的关键在于优选煤种、合理配煤、精确控制炼焦温度和时间，以及采用先进的冷却技术配煤是最关键的环节，需要根据不同煤种的特性进行科学配比，充分发挥各种煤的优势，弥补单一煤种的不足如何降低炼焦能耗？降低炼焦能耗的主要措施包括采用再生式加热系统，提高热效率；应用干熄焦技术，回收红热焦炭的显热；优化炉墙结构和材料，减少热损失；实施煤调湿和预热技术，降低装煤热损失；加强炉温控制，避免过热和能源浪费如何应对环保挑战？应对环保挑战需要全面推进清洁生产采用无泄漏装煤和干熄焦技术，减少大气污染；升级煤气净化系统，提高副产品回收率；实施废水深度处理和回用，减少水污染；加强设备密封和维护，控制无组织排放；探索低碳炼焦技术，应对气候变化挑战知识拓展联系方式除了本课程介绍的基础知识外，炼焦工艺还有许多专业领域值得深入学习，如焦炭质量控制与检测技术、焦化副产品深加工技术、炼焦自动化与智能控制系统、焦炉寿命延长技术等电子邮件coking_expert@steel.edu.cn建议学习者在掌握基础知识的同时，关注行业最新发展动态，了解国内外先进技术和管理经验，不断拓展专业视野，提电话+86-10-12345678高技术水平和创新能力网站www.coking-technology.edu.cn本课程是炼焦工艺系列课程的基础部分，后续还将开设《焦炭质量控制》、《焦化副产品加工利用》、《焦炉设备维护与检修》等专题课程，欢迎继续参与学习学习资源推荐教材《现代炼焦工艺学》、《焦化设备与维护》在线课程炼焦工艺视频教程、焦炉操作虚拟仿真实训。