煉焦工業

焦炭的生產起源於煤的成堆乾餾。1709年英國試驗在高爐中以焦炭代替木炭鍊鐵成功以後，到18世紀末歐洲大部分高爐都已使用焦炭鍊鐵，促進了焦炭生產向較大規模發展，但由於技術水平所限，焦炭的生產仍分散在煤礦附近，以成堆乾餾方式進行，這是煉焦工業初始的狀態。19世紀中葉，世界生鐵年產量已接近1000萬t，主要集中於歐洲。焦炭年需要量則在2000萬t以上，與此同時，煉焦副產的氨、苯、煤焦油等都成了正在興起的化學工業、醫藥工業所不可缺少的原料。對焦炭的大量需要促使煉焦技術發生一系列變革，形成大規模生產所必需的工業結構。世界生鐵年產量達6600萬t，焦炭需要量達1億t以上，僅用於煉焦的原煤就達2億t，這一生產規模和產品的社會需要使煉焦工業成為當時一個重要行業 ^[2]  。

煉焦工業的原料是煉焦煤，由於煉焦方式和焦炭質量的限制，只有煙煤類別中具有一定粘結性的煤才能用於煉焦。工業國家的煤炭產量中約有10~20%用於煉焦。但各國強粘結性煤的貯存址不同，資源貧乏的國家往往依賴進口煤或改進配煤幾藝以擴大本國煤資源利月和改善焦炭質量。

裝爐煤經過高温乾餾轉化為焦炭、焦爐煤氣和化學產品的工藝過程。即煤炭焦化，指主要從硬煤和褐煤中生產焦炭、煤氣、乾餾炭及煤焦油或瀝青等副產品的煉焦爐的操作活動。

根據最終温度，有高温煉焦(900~1100℃)、中温煉焦(660~750℃)和低温煉焦(500~580℃)。通常指高温煉焦。

現代煉焦生產在焦化廠煉焦車間進行。煉焦車間一般由一座或幾座焦爐及其輔助設施組成，焦爐的裝煤、推焦、熄焦和篩焦組成了焦爐操作的全過程，每個爐組都配備有裝煤車、推焦車、攔焦機、熄焦車和電機車，一側還應設有焦台和篩焦站。開發的煉焦新工藝還有:配入部分型煤煉焦的配型煤工藝、用搗固法裝煤的煤搗固工藝、煤預熱工藝等 ^[2]  。

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，斷裂後的側鏈繼續裂解，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。當温度繼續升高到 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。當温度進一步升高到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，各點的温度和升温速度不同，使收縮量和收縮速度不均，產生焦炭裂紋 ^[3]  。

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。煤中雜物要除淨，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。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，避免粘結性好的巖相組分過度粉碎。

已經制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。經過一個結焦週期(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；熄焦後，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。兩座煉焦爐佈置在同一中心線上，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，佈置在爐組的端部。熄焦塔中心與爐端炭化室中心的距離一般不小於40米。如採用幹法熄焦，則需設幹熄焦站。煉焦車間還裝備有必要的管道和換向系統 ^[1]  。