焦炉技术发展进步展望_技术研究_E网燃气（燃规在线）

摘要

摘要：介绍了焦炉的分类和几种型号焦炉的炉体结构和特点，展望了国内外焦炉发展趋势——建设大型现代化焦炉。在大型钢铁联合企业建设大型现代化SCP机捣固焦炉，是一项

摘要：介绍了焦炉的分类和几种型号焦炉的炉体结构和特点，展望了国内外焦炉发展趋势——建设大型现代化焦炉。在大型钢铁联合企业建设大型现代化SCP机捣固焦炉，是一项降低成本、缓和炼焦煤资源紧张、提高焦炭质量、环境友好的重要技术。

关键词：常规顶装焦炉；捣固焦炉；大型焦炉

Abstract：The classification of coke oven as well as the structures and characteristics of several types of coke ovens are introduced.The development trend of coke oven at home and abroad，namely construction of large modernized coke ovens is prospected.The construction of large modern stamping coke ovens with SCP machine in large iron and steel corporations is an important technology to reduce cost，mi tigate coking coal resource shortage，improve coke quality and achieve environmental friendliness.

Key words：conventional top charging coke oven；stamping coke oven；large coke oven

我国近60年来钢铁、化工、有色金属、机械工业高速发展，2009年钢产量达5.6×10⁸t/a，从而带动了炼焦工业的快速发展^[1～4]，2008年焦炭产量为3.27×10⁸t/a，产生焦炉煤气约1000×10⁸m³/a，成为世界焦炭生产大国和焦炉煤气生产大国。为适应各个时期经济发展的需要，焦炉技术不断变革和进步^[5]，目前我国使用的焦炉已达到国际先进水平。本文就我国焦炉的发展进步进行回眸和展望。

1 中国焦炉近年的发展现状

进入21世纪，我国开始建设及引进大型现代化大容积焦炉。2004年12月16日，国家发展和改革委员会第76号文《焦化行业准入条件》规定，淘汰炭化室高在4.3m以下的焦炉。

2001年至2009年，中国自行设计的具有自主独立知识产权的炭化室高为6m及6.98m的大型焦炉建成投产约100座。具有自主独立知识产权的炭化室高为6.25m的大型现代化捣固焦炉成功投产。引进德国炭化室高为7.63m的大型现代化大容积焦炉建成投产13座。2008年12月修定的《焦化行业准入条件》规定，将以生产铸造焦为主的热回收焦炉及以生产电石、铁合金、硅铁、碳化硅用焦的半焦直立干馏炉纳入规范管理。我国已形成常规顶装焦炉、捣固焦炉、热回收焦炉、直立干馏炉在世界上最为完整的焦炉体系，其工艺技术装备大型化已成为发展的主方向。

2009年1月1日开始，执行国家工信部2008年12月修定的《焦化行业准入条件》，炭化室高在6m以下的顶装焦炉不准建设。发展趋势是逐步向现代大型化焦炉(如炭化室高为7.63、8.4m焦炉)进军。

2 焦炉的分类及特点

2.1 焦炉的分类

我国的焦炉炉型较多，1958年前的焦炉都是国外设计的焦炉，如奥托式、索尔威式、亨塞尔曼式、IIK、IIBP式、黑田式等，都建在鞍钢、武钢、本钢、包钢、石家庄焦化厂、首钢等老厂。1958年至今，我国设计了多种符合我国特点的炉型，如66型、58型、JN55型、JN60型、JN70型焦炉，JN43型、JN55型捣固焦炉，引进了炭化室高度为7.63m的顶装焦炉、6.25m的捣固焦炉、新日铁M型焦炉、(60～120)×10⁴t/a直立半焦干馏炉等。

焦炉按加热燃烧上升气流与下降气流连接方式分类：二分式、过顶式、双联火道式。

焦炉按装煤方式分类：顶装煤焦炉、侧装煤焦炉(捣固焦炉)、直立式连续焦炉。

顶装煤焦炉(常规焦炉)是将装炉煤从焦炉顶部装煤孔装入炭化室，如66型、JN43型、JN60-6型、JN60-87型、JN70型焦炉。捣固焦炉是先将装炉煤用捣固机捣固成煤饼，然后从焦炉机侧将煤饼送入炭化室。如炭化室高度为3.2、3.8、4.3、5.5、6.25m的捣固焦炉。早期的夯实法炼焦就是现代捣固炼焦的起源。

我国还有热回收焦炉、直立于馏炉等。我国的焦炉配有于熄焦装备90余套，多家焦化厂采用了煤调湿和型煤技术，改善了环境，节省了能源。

2.2 焦炉的结构及特点

2.2.1 JN60-6型焦炉

JN60-6型焦炉是我国具有自主知识产权的焦炉，为目前我国推广建设的焦炉。JN60-6型焦炉炉体的主要尺寸指标见表1。

表1 JN60-6型焦炉炉体的主要尺寸指标

炭化室全长/mm	15980
炭化室有效长/mm	15140
炭化室全高/mm	6000
炭化室有效高/mm	5650
炭化室平均宽/mm	450
炭化室锥度/mm	60
炭化室中心距/mm	1300
炭化室有效容积/m³	38.5
立火道中心距/mm	480
加热水平高度/mm	1005

JN60-6型焦炉炉体结构及特点：

① JN60-6型焦炉的结构为双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷、高炉煤气侧入的复热式焦炉。它是在总结国内炭化室高度为6m的焦炉多年生产经验的基础上，运用国内外的新技术、新材料、新经验设计的新型焦炉。此焦炉具有结构严密、合理、加热均匀、热工效率高的特点。

② 蓄热室主墙用带有三条沟舌的异型砖相互咬合砌筑，而且蓄热室主墙砖煤气道管砖与蓄热室无直通缝，保证了砖煤气道的严密。蓄热室单墙为单沟舌结构，用异型砖相互咬合砌筑，保证了墙的整体性和严密性。

③ 蓄热室内装有薄壁大蓄热面格子砖，比厚壁格子砖增加1/3的蓄热面，可使废气离开蓄热室的温度降低30～40℃。

④ 改进了蓄热室封墙的设计，取消了效果不佳的隔热罩，改用近年已在焦炉上广泛使用、隔热和密封效果都很好的新型保温材料抹面，再加一层厚度为20mm的硅酸钙隔热板，因此减少了封墙漏气，改善了炉头加热状况，减少了热损失，改善了操作环境。

⑤ 为保证炭化室高向加热均匀，设计采用了加大废气循环量和设置焦炉煤气高灯头(高灯头距炭化室底400mm)等措施。此外，由于采用废气循环，可以降低废气中的氮氧化物含量，减少了对大气的污染。

⑥ 炭化室墙采用“宝塔”砖结构，它消除了炭化室与燃烧室之间的直通缝，增强了炉体的严密性，使荒煤气不易窜漏，并便于炉墙剔茬维修。

⑦ 为了适应配煤需要，确定加热水平高度为1005mm，可使焦饼上部与下部同时成熟，还可以避免炉顶空间产生过多石墨。

⑧ 炉顶装煤孔和上升管孔砌体用带有沟舌的异型砖砌筑，并在装煤孔及上升管孔座砖上加铁箍，保证了它的整体性，使炉顶更为严密，减少了荒煤气的窜漏，防止炉顶横拉条烧损。

⑨ 加大装煤孔和上升管孔底部砖砌体的倾斜角，使之尽量接近入炉煤的安息角，以达到装煤时煤气流通顺畅的目的。机侧设单集气管，将机侧第一装煤孔至上升管之间的炉顶空间加大，并加大上升管孔底部面积，使流经此区域的荒煤气流速降低，有利于荒煤气中夹带的焦粉沉降，避免大量焦粉带进集气管。

⑩ 炉顶面焦炉中心至机、焦侧正面，设有50mm的坡度，以利炉顶排水。

(11) 炉顶内层的红砖改为同强度的漂珠砖，增强了隔热效果和结构强度。

2.2.2炭化室高为6.25m的捣固焦炉

炭化室高为6.25m的捣固焦炉是我国最大的捣固焦炉，其特点如下：

① 煤饼从机侧装入炭化室。

②煤饼上的荒煤气流通通道小。

③ 炭化室锥度小。

④ 装煤期间煤饼和炭化室墙面有空隙，装煤后空隙很快消失。

⑤ 机、焦侧煤饼头部有斜度。

⑥ 若焦侧煤饼头部倒塌，将被推到焦侧炉门处。

⑦ 机侧炉头炭化室墙面温度波动大。

⑧ 煤饼密度均匀，水分稳定。

⑨ 结焦时间达到2/3时，煤饼开始收缩。

⑩ 从结焦初期到相当长的结焦时间里，炭化室墙面承受很高的侧压。

该捣固焦炉的操作优势如下：

① 炭化室中心距大，使得炉体强度高，稳定性好，抗风险能力强。

② 采用了技术水平先进的集捣固、装煤、推焦一体化的SCP机，大大提高了捣固焦炉机械的操作效率。

③ 该焦炉控制捣固煤料水分、粒度，根据煤料性质确定合适的捣固功，采用自动连续给料，薄层自动捣固新技术，增加煤饼宽度、降低煤饼高宽比等综合技术措施，大大增强了煤饼的稳定性。

④ 配备了完善的事故处理措施：在万一出现煤饼倒塌事故时，可用SCP机上的切煤装置切掉部分煤饼，再用机侧操作台外的胶带输送机送至煤槽；或者使用紧急事故煤槽处理不装炉的剩余煤饼。

⑤ 配置了增大轨距的两条走行轨道的拦焦机：内侧轨道位于焦侧操作台柱子上方，外侧轨道位于焦侧除尘干管的支撑钢结构上。这种新型结构的拦焦机具有车体长度短、稳定性好、焦侧操作台负荷小、不受炉体膨胀的影响等优点。

⑥ 炭化室的锥度设计为40mm，减小推焦阻力，减少推焦对焦炉炉墙的损坏。

⑦ 具有极为完善的环保措施。

国产炭化室高为6.25m的捣固焦炉基本尺寸见表2.

表2 国产炭化室高为6.25m的捣固焦炉基本尺寸

炭化室全长/mm	17000
两炉门衬砖之间的距离/mm	16170
炭化室全高(冷)/mm	6170
炭化室平均宽/mm	530
炭化室机侧宽度/mm	510
炭化室焦侧宽度/mm	550
炭化室锥度/mm	40
炭化室中心距/mm	1500
立火道中心距/mm	480
炭化室墙厚度/mm	100
立火道数量/个	34
加热水平高度/mm	806
炉顶坡度/mm	50

2.2.3国外大型焦炉

① 德国UHDE7.63m焦炉

德国伍德UHDE7.63m焦炉炉体的主要尺寸见表3。

表3 德国伍德UHDE 7.63m焦炉炉体的主要尺寸(热态)

炭化室全长/mm	18800
炭化室有效长/mm	18000
炭化室全高/mm	7630
炭化室有效高/mm	7180
炭化室平均宽/mm	590
炭化室机侧宽/mm	565
炭化室焦侧宽/mm	615
炭化室有效容积/m³	76.25
炭化室锥度/mm	50
炭化室中心距/mm	1650
炭化室墙厚/mm	95
炉顶厚/mm	1768
基础平面到炭化室底的距离/mm	5500
每个燃烧室火道数/个	36

② 国外超大型焦炉

20世纪80年代初，联邦德国的曼内曼斯公司建成炭化室高为7.85m的焦炉。现阶段，一些技术较为发达的国家所建的焦炉的炭化室高度多为6.0～7.5m，而且焦炉机械化、自动化程度不断提高。进入21世纪，德国蒂森·克虏伯(TKS)公司在莱茵河史威尔根港新建了一座年产260×10⁴t焦炭的现代化超大型焦炉组，炭化室容积为93m³(尺寸为20.8m×0.6m×8.4m)，每孔装湿煤79t，每孔产焦炭54t，于2003年投产。2套干熄焦装置由蒂森·克虏伯·因考克公司设计，每套处理红焦能力为170t/h。采用了世界上先进的生产过程控制模型和自动化操作，排放气体中氮氧化物质量浓度＜500mg/m³，气体含尘质量浓度＜20mg/m³，利于环保，经济效益高。史威尔根焦化厂焦炉部分技术指标见表4。

表4 史威尔根焦化厂焦炉部分技术指标

炭化室高度/m	8.4
炭化室长度/m	20.8
炭化室宽度/m	0.6
炭化室有效容积/m³	93.O
煤料堆密度/(kg·m^-3)	845.0
每孔装煤量/t	78.6
冶金焦产量/(t·a^-1)	260×10⁴
结焦时间/h	25
煤气产量/(m³·h^-1)	15×10⁴
净煤气中H₂S质量浓度/(g·m^-3)	0.5

3 国外焦炉技术的发展

开发目标为开发适应21世纪低污染、高效率、宽煤种的炼焦新技术。

德国：倡导巨型焦炉系统。德国蒂森·克虏伯(TKS)公司在莱茵河史威尔根港开发兴建的一座现代化超大型焦炉组，炭化室高度为8.4m，是世界上最大的顶装焦炉。还开发了炭化室高度为6.25m并配备SCP捣固机的捣固焦炉。

日本：2008年5月在新日铁公司投产了采用新一代炼焦技术(简称Scope21)的环保超大型焦炉。Scope21生产工艺的关键是在焦炉装煤前对炼焦煤进行陕速加热(至330～380℃)预处理。此工艺可大幅度缩短炼焦时间；将低品位煤炭利用比例提高到50%；炼焦产生的氮氧化物可减少30%；与传统焦炉相比，相当于年产100×10⁴t焦炭可减少C0₂排放量40×10⁴t。目前日本JFE公司正在开发铁焦生产工艺，进一步减少C0₂排放，充分利用低品位煤炭，节约能源，改善环境。

4 我国焦炉技术展望分析

我国积极发展焦炉大型化、捣固炼焦、煤调湿和型煤、干熄焦等技术，以扩大煤源和提高焦炭质量。

发展成效：新建和改造焦炉数量直线上升，大型焦炉已有多家生产；干熄焦、捣固炼焦、配型煤、焦炉加热控制、管理信息化等一批新技术得到推广和应用。扩大弱黏结煤利用、配煤理论与方法、提高焦炭性能等理论研究取得可喜的成绩。在引进、吸收和消化的基础上，再创新，形成了具有自己特色的炼焦新工艺和新技术。

① 我国炼焦煤需求分析

目前，我国钢产能达5×10⁸t/a，生铁产量达4.7×10⁸t/a，从而带动了炼焦行业快速发展，我国焦炭产能达3.8×10⁸t/a。

按炼焦煤1.3t洗精煤生产1t焦炭计算，需洗精煤4.23×10⁸t/a，再按照炼焦配煤比，焦煤配50%，肥煤配30%计算，则焦煤需2.12×10⁸t/a，肥煤需1.27×10⁸t/a。这样，需要焦煤及肥煤原煤产量为(2.12+1.27)/0.5=6.78×10⁸t/a。

我国已探明的焦煤及肥煤储量在整体煤炭品种中的比例仅为4%左右，2008年我国煤炭原煤产量为28×10⁸t/a，按照平衡采煤的原则计算，焦煤及肥煤原煤的产量仅为1.12×10⁸t/a，远远不能满足炼焦生产需要的6.78×10⁸t/a。

② 常规顶装焦炉用煤分析

我国炼焦煤资源中强黏结煤只占30%～40%，如果采用常规顶装焦炉炼焦，需要配入2/3的强黏结煤，按2008年焦炭产量计算，需要配入6.78×10⁸t/a强黏结煤来炼焦，才可保证炼焦质量。随着我国大容积炼铁高炉增多，焦炭质量要求更高，需要更多强黏结煤，然而我国优质炼焦煤资源紧张。捣固焦炉炼焦可以直接大幅度提高入炉煤的堆密度，提高焦炭的冷、热强度，可以配入2/3的弱黏结煤而不影响焦炭质量，从而可减少焦煤及肥煤年用量3.39×10⁸t/a，既缓解炼焦煤紧张局面，又可降低成本。

③ 我国捣固焦炉技术分析

我国捣固焦炉技术，多是国外淘汰技术，采用固定站式捣固装煤，装煤烟气处理采用消烟车方式，几乎全是人工手动操作及移动捣固。煤饼倒塌率高达1%～10%，难推焦多，焦炉连续生产困难，捣固装煤机械技术水平低。由于固定站式捣固焦炉没有备用设备，机械检修和发生事故时无法生产。采用国内捣固装煤机械技术，不能满足高炉炼铁对焦炭不间断的需要。因此国内大型钢铁联合企业不愿建大型捣固焦炉。我国多在独立焦化厂建捣固焦炉。

我国自主设计建设的炭化室高为6.25m的捣固焦炉配备引进德国柯赫(KOCH)公司的世界最先进的SCP捣固机技术，捣固、装煤、推焦一体化，即车载捣固，在车上同时完成捣固、装煤、推焦全过程。SCP捣固机是德国KOCH公司的技术，运行采用二点定位方式，主要设有煤料储存和皮带输送机构、捣固机构、钢结构、走行机装置、装煤装置、推焦装置、启闭炉门装置、炉门及炉框清扫装置、密封框装置、机侧炉头烟气除尘装置及设置于推焦杆上的压缩空气管吹扫炭化室顶部及侧面石墨的装置，另设手动切煤饼装置。捣固煤饼相对密度在1.12～1.15，强度高，倒塌率低(为1×10^-4)，捣固焦炉可连续生产，可满足高炉炼铁对焦炭不间断的需要。目前德国迪林根焦化厂、印度塔塔钢铁公司及中国青岛煤气公司使用SCP捣固机技术多年没有出现问题，KOCH公司还将为我国日照钢铁公司及大同富嘉公司提供炭化室高为5.5m的捣固焦炉的SCP捣固机。

KOCH公司与伍德(UHDE)公司开发的导烟技术，解决了捣固焦炉装煤烟气污染问题。

SCP捣固机主要技术参数如下：全高为28000mm，全宽为26000mm，全长为34200mm，设备总质量为1250t，每天推焦装煤循环次数为120次。

捣固焦炉可以大幅度提高入炉煤的堆密度，生产的焦炭质量高，如M40、M10、CSR、CRI明显提高，入炉煤可配入60%～70%弱黏结煤而不降低焦炭质量。

在大型钢铁联合企业建大型现代化SCP机捣固焦炉，可以保证高炉炼铁对焦炭不间断供应的需要，是一项降低成本、缓和炼焦煤资源紧张的重要技术。

5 结语

我国已形成常规顶装焦炉、捣固焦炉、热回收焦炉、直立干馏炉世界上最为完整的焦炉体系，其工艺技术装备大型化已成为发展的主方向。焦炉发展趋势是逐步向现代化大型焦炉(如炭化室高度为7.63、8.4m焦炉)迈进。

在大型钢铁联合企业建设大型现代化SCP机捣固焦炉，可以保证高炉炼铁对焦炭不间断供应的需要，捣固焦炉炼焦可以直接大幅度提高入炉煤的堆密度，提高焦炭的冷、热强度，可以配入2/3的弱黏结煤而不影响焦炭质量，从而可减少焦煤及肥煤用量，是一项可供选择的降低成本、缓和炼焦煤资源紧张、提高焦炭质量和煤气产量、环境友好的重要技术。

参考文献：

[1] 熊仁恺.浅谈焦炉的大型化与现代化[J].煤气与热力，1989，9(2)：18-20.

[2] 颜启，李煜涵.对JN43-80型焦炉设计的一点看法[J].煤气与热力，1990，10(3)：17-19.

[3] 姚昭章，李朝东.焦炉炭化室传热模型的研究[J].煤气与热力，1992，12(6)：4-7.

[4] 熊仁恺.焦炉技术制度及其对炉龄的影响[J].煤气与热力，1993，13(1)：22-25.

[5] 高建伟，王育红.捣固焦炉烘炉的探讨[J].煤气与热力，2005，25(2)：56-58.

[6] 王文光，张景刚.大容积焦炉砌筑的实践经验[J].煤气与热力，2005，25(10)：51-53.

[7] 盖志慧.550mm宽炭化室捣固焦炉的开发与应用[J].煤气与热力，2006，26(12)：24-26.

[8] 王文光.JN60-6型大容积焦炉的开工[J].煤气与热力，2007，27(1)：24-28.

(本文作者：高建业沙钢集团沙桐化学有限公司江苏泰兴 225400)