焦化是現(xiàn)代煤化工和鋼鐵工業(yè)的核心工藝,其主要目的是將煤炭轉(zhuǎn)化為焦炭。根據(jù)工藝技術和最終產(chǎn)品的不同,焦化主要有以下幾種形式:
一、按爐型與工藝分類(主流分類方式)
這是最核心的分類方法,直接決定了技術路線、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和環(huán)保水平。
1.常規(guī)機焦爐(頂裝焦爐)
這是最傳統(tǒng)、應用最廣泛的工藝。
工藝流程:先將煉焦煤在焦爐外部的煤塔混合,然后通過裝煤車從焦爐頂部的裝煤孔將煤料裝入炭化室。在隔絕空氣的條件下,由兩側(cè)的燃燒室加熱,經(jīng)過約15-25小時的干餾,結(jié)成焦炭。最后,用推焦車將成熟的焦炭推出,經(jīng)熄焦車運至熄焦塔熄焦或進行干法熄焦。
特點:
優(yōu)點:焦炭質(zhì)量高、強度好、反應后強度高,是大型高爐冶煉的優(yōu)質(zhì)原料。
缺點:對優(yōu)質(zhì)煉焦煤(主焦煤、肥煤)的配比要求高,資源成本高;環(huán)境污染問題(裝煤、推焦時逸散)相對突出。
適用:大規(guī)模鋼鐵聯(lián)合企業(yè),對焦炭質(zhì)量要求高的場合。
2.搗固焦爐
為了節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤而發(fā)展起來的主流技術。
工藝流程:與頂裝焦爐的最大區(qū)別在于裝煤方式。先將配好的煤料在搗固機內(nèi)搗實成具有一定強度的“煤餅”,然后通過搗固裝煤推焦機從焦爐機側(cè)將整個煤餅側(cè)裝入炭化室內(nèi)進行煉焦。
特點:
核心優(yōu)勢:可以大量使用弱粘結(jié)性煤和貧瘦煤,配煤中優(yōu)質(zhì)焦煤的配比可大幅降低至30%甚至更低,顯著降低原料成本。
挑戰(zhàn):煤餅的穩(wěn)定性要求高;對爐墻的保護要求更高;單孔操作時間略長。
適用:獨立焦化廠和資源成本敏感型企業(yè),是目前非常普及的工藝。
3.直立式炭化爐(立式爐)
一種結(jié)構(gòu)簡單的焦化裝置。
工藝流程:爐體直立,煤由爐頂加入,焦炭由爐底排出。干餾所需熱量一般由部分煤氣在爐內(nèi)燃燒直接提供,或由爐墻外部加熱。
特點:
優(yōu)點:投資少,建設快,可處理小顆粒煤。
缺點:焦炭質(zhì)量較差、強度低、灰分高;環(huán)保水平低,污染嚴重;單爐產(chǎn)能小。
適用:小型化工企業(yè)、生產(chǎn)鑄造焦或地區(qū)性燃氣供應,屬于被淘汰或限制的落后產(chǎn)能。
二、按熱回收方式分類
這關系到能源利用效率和環(huán)保水平。
1.濕法熄焦
工藝:用大量的水直接噴淋在熾熱的紅焦上,使其冷卻。
特點:工藝簡單,投資和運行成本低。但會浪費紅焦的顯熱(約占總能耗的35%),產(chǎn)生大量含酚氰廢水、蒸汽和粉塵,造成環(huán)境污染和設備腐蝕。
2.干法熄焦(CDQ)
工藝:利用惰性氣體(如氮氣)在密閉的干熄爐中循環(huán),冷卻紅焦。被加熱的惰性氣體再將熱量傳遞給鍋爐,產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電。
特點:
優(yōu)點:回收紅焦約80%的顯熱,節(jié)能效果顯著;改善焦炭質(zhì)量(強度提高、反應性降低);幾乎無污染物排放。
缺點:投資大,操作維護復雜。
適用:現(xiàn)代大型、先進的焦化廠的標配技術。
三、按產(chǎn)品導向與特殊工藝分類
1.型焦
工藝:將非煉焦煤或弱粘結(jié)性煤粉碎后,與粘結(jié)劑混合,經(jīng)壓塊機壓制成具有一定形狀的“煤塊”,然后再進行炭化。
特點:可以完全不使用優(yōu)質(zhì)煉焦煤,原料來源廣泛。產(chǎn)品形狀規(guī)整,可用于特定領域(如鑄造、電石、高爐小料柱)。
適用:解決煉焦煤資源匱乏問題,是未來的一個發(fā)展方向。
2.熱解(低溫干餾)
工藝:在較低終溫(約500-700℃)下對煤進行干餾。
特點:主要目的是獲得高產(chǎn)率的煤焦油和煤氣,所得半焦(蘭炭)揮發(fā)分高,反應性好,但強度很低,不能用于高爐煉鐵。
適用:陜西、內(nèi)蒙古、新疆等地利用豐富的低階煤(長焰煤、不粘煤)生產(chǎn)蘭炭、煤焦油和煤氣,作為化工原料和清潔燃料。
四、總結(jié)與對比
焦化形式 | 核心技術特征 | 主要產(chǎn)品與目標 | 現(xiàn)狀與趨勢 |
常規(guī)機焦爐(頂裝) | 頂裝煤,對煤質(zhì)要求高 | 優(yōu)質(zhì)冶金焦炭 | 技術成熟是高質(zhì)量焦炭的基礎,但面臨環(huán)保和成本壓力 |
搗固焦爐 | 搗固側(cè)裝煤,可多用弱粘煤 | 低成本優(yōu)質(zhì)冶金焦炭 | 當前主流和普及技術,經(jīng)濟效益顯著 |
直立爐 | 結(jié)構(gòu)簡單,直接加熱 | 低質(zhì)焦炭、燃氣 | 落后產(chǎn)能,正被淘汰或升級 |
干法熄焦 | 惰性氣體回收余熱 | 冶金焦炭 + 電力/蒸汽 | 現(xiàn)代化大型焦廠的標配,節(jié)能環(huán)保方向 |
型焦 | 粉煤壓塊后炭化 | 特定用途型焦 | 資源拓展技術,是未來方向之一 |
熱解(蘭炭) | 低溫干餾 | 半焦(蘭炭)、焦油、煤氣 | 低階煤分質(zhì)清潔利用的特色路徑 |
簡單來說,選擇哪種焦化形式,取決于企業(yè)的核心目標:
為大型高爐服務,追求最高焦炭質(zhì)量 → 常規(guī)機焦爐。
控制成本,保證效益,同時生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)冶金焦 → 搗固焦爐。
節(jié)能環(huán)保,實現(xiàn)綠色發(fā)展 → 配套 干法熄焦。
處理低階煤,獲取化工產(chǎn)品 → 熱解(蘭炭)工藝。