現(xiàn)代燃氣生產(chǎn)技術-焦爐燃氣生產(chǎn)

第二篇煤/生物質干餾制燃氣

第三章焦爐燃氣生產(chǎn)1.焦爐燃氣生產(chǎn)工藝流程焦爐燃氣生產(chǎn)是一個典型的高溫干餾過程煉焦工藝配煤工藝化產(chǎn)工藝焦炭硫酸銨等化學產(chǎn)品凈化后的焦爐煤氣一、配煤煉焦概述：我國新的煤分類方案中的14種煤，除了無煙煤、不黏煤、長焰煤、褐煤等四種以外，其他十種煤均可以配煤煉焦。一般都是以氣煤（QM）、肥煤（FM）、焦煤（JM）、瘦煤（SM）、1/3焦煤（1/3JM）、氣肥煤（QF）等為主。其他幾種只能少量配入。各種煤的性質不同，在配煤中的作用也不同。1.1配煤工藝配煤煉焦是指將多種不同牌號的煤按比例配合在一起作為煉焦的原料。不同牌號的煤，各有其特點，它們在配煤中所起的作用也不同，如果配煤方案合理，就能充分發(fā)揮各種煤的特點，提高焦炭質量。根據(jù)我國煤炭資源的具體情況，采用配合煤煉焦既可以合理利用各地區(qū)煉焦煤的資源，又是擴大煉焦用煤的基本措施之一。二、備煤工藝流程備煤的工藝必須適應煉焦煤的粉碎特性，使粒度達到或接近最佳粒度分布，由于煤的最佳粒度分布因煤種、巖相組成而異，因此不同煤和配合煤應采用不同的粉碎工藝。先配合后粉碎工藝先粉碎后配合工藝先配合后粉碎工藝先將各單種煤按一定配比配合后，再進行粉碎的一種備煤工藝。該工藝僅適用于煤料黏結性較好，煤質較均勻的情況，當煤質差異大、巖相不均勻時不宜采用。先粉碎后配合工藝先將各單種煤根據(jù)其不同特性分別粉碎到不同的細度，再進行配合和混合的工藝。這種工藝可以按煤種特性分別控制合適的細度，有助于提高焦炭質量或多用弱黏結性煤。但工藝復雜，需多臺粉碎機，配煤后還需設混合裝置，投資大，操作復雜。配合煤質量指標：水分、細度、灰分、硫份、煤化度、黏結性和膨脹壓力。（1）水分：影響結焦過程與加熱管理，要求穩(wěn)定。（2）細度：指配合煤中小于3mm粒徑占全部配合煤的質量百分率。常規(guī)煉焦（頂裝煤）時為72%—80%，配型煤煉焦時約85%，搗固煉焦時為90%以上。在此前提下，盡量減少小于0.5mm的細粉含量，以減輕裝爐時的煙塵逸散。（3）灰分：配合煤的灰分可按各種單煤種灰分加和計算，也可直接測定。降低配合煤灰分有利焦炭灰分降低，可使高爐、化鐵爐等降低焦耗。(4)硫分配合煤硫分也可按單種煤硫分用加和計算，也可直接測定。焦炭中的硫分約占煤中的80-93%，其余進入燃氣中。三、配合煤質量指標(5)煤化度：煤的化學成熟程度。煤的形成過程：泥炭——褐煤——煙煤——無煙煤。無煙煤是最老年的一種煤種。這四種煤的煤化度就依次遞增。配合煤的煤化度影響焦炭的氣孔率、比表面、光學顯微結構、強度和塊度等。煤化度指標：揮發(fā)分（Vdaf)和鏡質組平均最大反射率（）。一般認為大型高爐用焦炭的配合煤煤化度指標，宜控制在“Vdaf

＝26％-28％或。=1.2％—1.3％。

煤巖實體分類

類別

煤巖實體名稱煤型號活性成分1.可熔鏡質組（FusibleVitrinoids）V0～V212.可熔融半絲碳組（FusibleSemi-Fusinoids）SF0～SF213.角質組（Exinoid）E0～E154.樹脂組（Resinoids）R0～R15

惰性組分5.惰性鏡煤組（InertSemi-Fusinoids）6.惰性半絲炭組（InertSemi-Fusinoids）V22～707.碎片組（Micronoids）SF22～SF408.絲炭組（Fusinoids）M18～M709.礦物組（MineralMatter）F40～F70表中煤型代號有類別英文名的字首與表示反射率大小的數(shù)字組合而成，例如V3表示反射率為0.30～0.39的鏡煤組(6)黏結性：配合煤的黏結性指標是影響焦炭強度的重要因素。配合煤要有適當?shù)酿そY性(7)膨脹壓力：單種煤的膨脹壓力由多種因素決定，配合煤中各單種煤之間又存在相互作用，因此配合煤的膨脹壓力不能以各單種煤的膨脹壓力加和計算，配合煤的膨脹壓力與黏結性指標之間不存在規(guī)律的相互關系。配合煤的膨脹壓力只能通過實驗的方法測定。1.2煉焦工藝流程1.3化產(chǎn)工藝流程2焦爐爐體結構及爐型焦爐是焦化工藝的主體焦爐體積龐大，結構復雜。現(xiàn)代焦爐爐體主要由炭化室、燃燒室、蓄熱室、斜道區(qū)、爐頂和基礎部分組成。（一）燃燒室和炭化室燃燒室是煤氣燃燒的地方，通過與兩側炭化室的隔墻向炭化室提供熱量。裝爐煤在炭化室內經(jīng)高溫干餾變成焦炭。燃燒室墻面溫度高達1300～1400℃，而炭化室墻面溫度約1000～1150℃。現(xiàn)代焦爐均采用硅磚砌筑炭化室墻。硅磚具有荷重軟化溫度高、導熱性能好、抗酸性渣侵蝕能力強、高溫抗熱震性能好和無殘余收縮等優(yōu)良性能。砌筑炭化室的硅磚采用溝舌結構，以減少荒煤氣竄漏和增加砌體強度。所用的磚型有：丁字磚、酒瓶磚和寶塔磚。硅磚質量標準項目指標JG—94SiO2/%大于（或等于）94（≥94）耐火度/℃不低于16900.2MPa荷重軟化開始溫度不低于1650（膠結硅石1620）重燒線變化(1450℃,2h（3h）)/％0.2（0.5）顯氣孔率/%爐底，爐壁磚其他部位用磚及手工成型磚不大于22（爐壁磚23）24（25）常溫耐壓強度/Mpa爐底，爐壁磚其他部位用磚及手工成型磚不小于29.4（25）19.6（20）真密度爐壁其他部位用磚不大于不大于不大于2.34（≤2.35）2.36中國焦爐的炭化室墻多采用丁字磚，20世紀80年代以后則多采用寶塔磚。炭化室墻厚一般為90～100mm，中國多為95～105mm。為防止焦爐爐頭磚產(chǎn)生裂縫，有的焦爐的爐頭采用高鋁磚或粘土磚砌筑，并設置直縫以消除應力，中國焦爐多采用這種結構。燃燒室分成許多立火道，立火道的形式和數(shù)量因爐型不同而異，一般大型焦爐的燃燒室有26～32個立火道，中小型焦爐僅為12～16個。炭化室的主要尺寸有長、寬、高、錐度和中心距。燃燒室和碳化室均為長方形焦爐的生產(chǎn)能力隨炭化室長度和高度的增加而成比例地增加。我國正在使用的焦爐中，炭化室高度一般在4～6m之間，有少部分新建焦爐的炭化室高度達到了10m；炭化室長度一般為13～16m，有少部分新建焦爐的炭化室長要達到了18.8m；炭化室平均寬度一般為0.4～0.6m。（二）蓄熱室為了回收利用焦爐燃燒廢氣的熱量預熱貧煤氣和空氣，在焦爐爐體下部設置蓄熱室。現(xiàn)代焦爐蓄熱室均為橫蓄熱室（其中心線與燃燒室中心線平行），以便于單獨調節(jié)。蓄熱室有寬蓄熱室和窄蓄熱室兩種。寬蓄熱室是每個炭化室下設一個，窄蓄熱室則是每個炭化室下設兩個。有些焦爐的蓄熱室，沿炭化室長度方向，分成若干獨立的小格，以便單獨調節(jié)氣流。蓄熱室墻一般用硅磚砌筑，有些國家用黏土磚或半硅磚代替硅磚砌筑溫度較低的蓄熱室下部。在蓄熱室中放置格子磚，以充分回收廢氣中的熱量。格子磚要反復承受急冷急熱的溫度變化，故采用黏土質或半硅質材料制造?，F(xiàn)代焦爐的格子磚一般采用異型薄壁結構，以增加蓄熱面積和提高蓄熱效率。蓄熱室下部有小煙道，其作用是向蓄熱室交替導入冷煤氣和空氣，或排出廢氣。（三）斜道區(qū)位于燃燒室和蓄熱室之間的通道。不同類型焦爐的斜道區(qū)結構有很大差異。斜道區(qū)布置著數(shù)量眾多的通道（斜道、水平磚煤氣道和垂直磚煤氣道等），它們彼此距離很近，并且上升氣流和下降氣流之間壓差較大，容易漏氣，所以斜道區(qū)設計要合理，以保證爐體嚴密。斜道區(qū)承受焦爐上部的巨大重量，同時處在1100～1300℃的高溫區(qū)，所以也用硅磚砌筑。JN

型焦爐斜道區(qū)結構圖

火焰調節(jié)磚牛舌磚

（四）爐頂

爐頂位于焦爐爐體的最上部。設有看火孔、裝煤孔和從炭化室導出荒煤氣用的上升管孔等。爐頂最下層為炭化室蓋頂層，一般用硅磚砌筑，以保證整個炭化室膨脹一致；也有用黏土磚砌筑的，這種磚不易斷裂，但易產(chǎn)生表面裂紋。為減少爐頂散熱，在炭化室頂蓋層以上采用黏土磚、紅磚和隔熱磚砌筑。JN型焦爐爐頂

1裝煤孔2看火孔3烘爐孔4擋火磚（五）

基礎平臺與煙道基礎位于爐體的底部，它支撐整個爐體，爐體設施和機械的重量，并把它傳到地基上去。焦爐基礎的結構形式隨爐型和煤氣供入方式的不同而異。下噴式焦爐的基礎結構型式

（六）焦爐分類現(xiàn)代焦爐分類方法很多，可以按照裝煤方式、加熱用煤氣種類、空氣和加熱用煤氣的供入方式、燃燒室火道形式以及拉長火焰方式等進行分類。按裝煤方式分類，有頂裝焦爐和側裝焦爐。按加熱用煤氣種類分類，有復熱式焦爐和單熱式焦爐。按空氣和加熱用煤氣的供入方式分類，有側入式焦爐和下噴式焦爐。按氣流調節(jié)方式分類，有上部調節(jié)式焦爐和下部調節(jié)式焦爐。按拉長火焰方式進行分類，可分為多段加熱式焦爐、高低燈頭式焦爐、廢氣循環(huán)式焦爐。（七）焦爐三班操作煉焦三班操作包括裝煤、推焦、熄焦和篩焦。裝煤：裝煤包括裝煤車從煤塔取煤和裝煤車往爐內裝煤。推焦：焦餅在炭化室加熱到規(guī)定的結焦時間，焦餅中心溫度達950～1050℃后，會產(chǎn)生一定的收縮，即可推焦。推焦是把成熟的焦炭推出炭化室的操作。熄焦：熄焦是將赤熱焦炭（950～1050℃）冷卻到便于運輸和貯存溫度（250℃以下）的操作過程。熄焦可分為濕法熄焦和干法熄焦兩類。低水分熄焦作為濕法熄焦的一種，也開始廣泛使用。八我國焦爐爐型簡介我國焦爐爐型繁多，絕大多數(shù)是鞍山焦化耐火材料設計研究院設計的JN型焦爐，此外還有為數(shù)很少的前蘇聯(lián)ЛBP型焦爐和引進日本的新日鐵M型焦爐。TJL4350D型焦爐爐型特點及主要尺寸設計生產(chǎn)能力(萬噸/年)85爐組孔數(shù)(座*孔)2*63炭化室全長(mm)14080炭化室有效長(mm)13280炭化室寬(機側，mm)495炭化室寬(焦側，mm)505炭化室平均寬(mm)500炭化室錐度(mm)10炭化室全高(mm)4300TJL4350D型焦爐爐型特點及主要尺寸炭化室有效高(mm)4000炭化室有效容積(m3)26.6炭化室一次裝干煤量(噸)24.4炭化室中心距(mm)1200立火道中心距(mm)480加熱水平高度(mm)700爐頂厚度(mm)1318炭化室墻厚(mm)100TJL4350D型焦爐爐型特點及主要尺寸蓄熱室寬(mm)830燃燒室形式及立火道數(shù)雙聯(lián)28加熱方式單熱下噴設計結焦時間(小時)22.5TJL4350D型焦爐磚量用量（1*63孔）

名稱

磚號（個）

磚量（噸）硅磚1975810.5粘土磚963521.66高鋁磚684.8缸磚6164.92隔熱磚2186.75紅磚1646.49耐火磚號共計305個，其中異型磚295個。一座焦爐耐火磚總量為9581.9噸。3炭化室內結焦過程煉焦過程本質上是煤的熱解，是指煤在隔絕空氣的條件下進行加熱并發(fā)生一系列物理變化和化學反應的復雜過程。其結果生成氣體（煤氣），液體（焦油）和固體（半焦或焦炭）等產(chǎn)品。煤的熱解也稱為煤的干餾或熱分解。

由圖可見：有黏結性的煙煤熱解過程大致可分為三個階段：（1）第一階段（室溫～300℃）

主要是煤干燥、脫吸階段，煤沒有發(fā)生外形上的變化。

①120℃前，煤脫水干燥；

②120～200℃，煤釋放出吸附在毛隙孔中的氣體，如CH4、CO2、CO和N2等，是脫吸過程；

③近300℃時，褐煤開始分解，生成CO2、CO、H2S，同時放出熱解水及微量焦油。而煙煤和無煙煤此時變化不大。

（2）第二階段（300~550℃或600℃）

該階段以煤熱分解、解聚為主，形成膠質體并固化而形成半焦。

①300～450℃，此時煤劇烈分解，解聚，析出大量的焦油和氣體，焦油幾乎全部在這一階段析出。氣體主要是CH4及其同系物，還有H2、CO2、CO及不飽和烴等。這些氣體稱為熱解一次氣體。在450℃時析出焦油量最大，在此階段由于熱解，生成氣、液（焦油）、固（尚未分解的煤粒）三相為一體的膠質體，使煤發(fā)生了軟化、熔融、流動和膨脹。液相中有液晶（或中間相）存在。

②450～550℃（或600℃）時，

膠質體分解、縮聚、固化成半焦。

（3）第三階段550（600℃）~1000℃

該階段以縮聚反應為主體，由半焦轉變成焦炭。

①550（或600℃）~750℃，半焦分解析出大量氣體。主要是H2和少量CH4，稱為熱解的二次氣體。一般在700℃時析出的氫氣量最大，在此階段基本上不產(chǎn)生焦油。半焦因分解出氣體收縮而產(chǎn)生裂紋。

②750~1000℃，半焦進一步分解，繼續(xù)析出少量氣體主要是H2，同時分解的殘留物進一步縮聚，芳香碳網(wǎng)不斷增大，排列規(guī)則化，半焦轉變成具有一定強度和塊度的焦炭。

煤的熱解包括上述三個階段，它是一個連續(xù)變化的過程，每一個后續(xù)階段，必須通過前面的各個階段。煤熱解的主要階段用差熱分析可得到證實。

煤化程度低的煤（如褐煤），其熱解過程大體與煙煤相同，但不存在膠質體形成階段，僅發(fā)生劇烈分解，析出大量氣體和焦油，無黏結性，形成的半焦是粉狀的。加熱到高溫時，生成焦粉。

高變質無煙煤的熱解過程比較簡單，是一個連續(xù)析出少量氣體的分解過程，即不能生成膠質體，也不能生成焦油。因此無煙煤不適于用干餾的方法進行加工。

煤熱解的主要過程可由煤的差熱分析得到證實。差熱分析（DTA）的基本原理是：將試樣和參比物（用與試樣熱特性相似的，在實驗溫度范圍內，不發(fā)生相變化和化學變化的熱惰性物質為參比物）在相同的熱條件下加熱（或冷卻），記錄在程序控制溫度下，被測試樣和參比物的溫度差與溫度（或時間）的關系曲線（DTA曲線）。吸熱峰——被測試樣溫度低于參比物溫度的峰，溫度差△T為負值，差熱曲線為低谷。放熱峰——被測試樣溫度高于參比物溫度的峰，溫度差△T為正值，差熱曲線為高峰。煤在熱解過程中有明顯的吸熱峰和放熱峰。室式結焦過程

煤的差熱分析曲線

(1)

在150℃左右，有一個吸熱峰，表示此階段是吸熱效應。是煤析出水分和吸附氣體的過程。相當于前面熱化學分析的干燥脫吸階段。(2)

在350~550℃范圍內，有一個吸熱峰，表明此階段是吸熱效應。在這一階段煤發(fā)生解聚、分解生成氣體和煤焦油（蒸汽狀態(tài)）等低分子化合物。相當于熱化學分析的膠質體階段。

(3)在750~850℃的范圍內，有一個放熱峰，表明此階段為放熱效應。是煤熱解殘留物互相縮聚，生成半焦的過程。相當于熱化學分析的半焦生成階段。煤的差熱曲線上三個明顯的熱效應峰與煤熱解過程化學分析的三個主要階段是一致的。差熱分析方法證實了煤的熱解過程的熱化學反應。各種不同的煤，其熱解過程不同，所以差熱分析曲線上峰的位置、峰高也有明顯的區(qū)別。3.1炭化室內結焦過程3.1炭化室內結焦過程

炭化室內煤料結焦過程的基本特點有二：一是側向供熱、成層結焦；二是結焦過程中的傳熱性能隨爐料的狀態(tài)和溫度而變化。一、炭化室內熱流與爐料狀態(tài)A成層結焦過程炭化室內煤料熱分解、形成塑性體、轉化為半焦和焦炭所需的熱量，由兩側爐墻提供。由于煤和塑性體的導熱性很差，使從爐墻到炭化室的各個平行面之間溫差較大。離爐墻的距離不同，溫度也不同，因而煤料處于不同階段，靠近爐墻先結焦，結焦過程逐漸向炭化室中心推移，所謂“成層結焦”。當炭化室中心面上最終成焦并達到相應溫度，標志結焦結束，此時溫度為煉焦最終溫度。B炭化室爐料溫度分布在同一結焦時刻內處于不同結焦階段的各層爐料，由于熱物理性質（比熱容、熱導率、相變熱等）和化學變化（包括反應熱）的不同，傳熱量和吸熱量也不同，因此炭化室內的溫度場是不均勻的。(1)各層的升溫速度和溫度梯度均不相同。在塑性溫度區(qū)間，不但各層升溫速度不同．且多數(shù)層的升溫速度很慢；其中靠近炭化室墻面處的升溫速度最快。(2)炭化室中心面煤料溫度在結焦前半周期不超過100—120℃。濕煤層在結焦過程中始終處于兩側塑性層之間，水氣不易透過而使大部水氣走向內層溫度較低的濕煤層，并在其中冷凝，使內層濕煤水分增加．故升溫速率較小。(3)炭化室墻面處結焦速度極快，不到1h的結焦時間就超過500℃，炭化室中心面處，結焦的前期升溫速度較慢，當兩側塑性層匯合后，外層己形成熱導率大的半焦和焦炭，且需熱不多．故熱量迅速傳向炭化室中心，使500℃后的升溫速度加快，也增加了中心面處焦炭的裂紋。(4)由于成層結焦，兩側大致平行于炭化室墻面的塑性層逐漸向中心移動．同時炭化室頂部和底面因溫度較高，也會受熱形成塑性層。由于四面塑性層形成的膜袋的不易透氣性，阻礙了其內部煤熱解氣態(tài)產(chǎn)物的析出，使膜袋膨脹，并通過半焦層和焦炭層將膨脹壓力傳遞給炭化室搞。當塑性層在炭化室中心匯合時，該膨脹壓力達到最大值，通常所說的膨脹壓力就是指該最大值。適當?shù)呐蛎泬毫τ欣诿旱酿そY，但要防止過大損壞爐墻的結構。

C炭化室內氣體析出與流動①高溫煉焦時，從干煤層、塑性層和半焦層內產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物稱一次熱解產(chǎn)物，在流經(jīng)焦炭層、焦餅與炭化室墻間隙及炭化室頂部空間時，受高溫作用發(fā)生二次熱解反應，生成二次熱解產(chǎn)物。二次熱解反應非常復雜，主要由一次熱解產(chǎn)物中的烴類進一步裂解成為更小分子的氣體．如CH4，H2，CO2，C2H4等；飽和烴或環(huán)烷烴脫氫、縮合成為芳香族化合物以及含氧、含氯、含硫化合物的脫氧、脫氯和脫硫等反應。整個炭化周期內化學產(chǎn)品的析出一般有兩個峰值，標志著熱分解由兩個連續(xù)的階段組成。第一析出峰在350℃～550℃范圍內，放出大量含碳、氫、氧的揮發(fā)產(chǎn)物，主要是煤焦油和輕油組分。700℃左右出現(xiàn)第二析出峰．二次熱解反應劇烈產(chǎn)品主要是甲烷和氫氣。高溫煉焦化學產(chǎn)品的產(chǎn)率主要決定于裝爐煤的揮發(fā)分產(chǎn)率，其組成主要決定于粗煤氣在析出途徑上所經(jīng)受的溫度、停留時間及裝爐煤水分。②氣體析出途徑

煤結焦過程的氣態(tài)產(chǎn)物大部分在塑性溫度區(qū)間，特別是固化溫度以上產(chǎn)生。炭化室內干煤層熱解生成的氣態(tài)產(chǎn)物和塑性層內產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中的少部分從塑性層內側和頂部流經(jīng)炭化室頂部空間排出，這部分氣態(tài)產(chǎn)物稱“里行氣”，約占氣態(tài)產(chǎn)物的10％～25％。塑性層內產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中的大部分和半焦層內的氣態(tài)產(chǎn)物，則穿過高溫焦炭層縫隙，沿焦餅與炭化室墻之間的縫隙向上流經(jīng)炭化室頂部空間而徘出，這部分氣態(tài)產(chǎn)物稱“外行氣”，約占氣態(tài)產(chǎn)物的75％～

90％。里行氣和外行氣由于析出途徑、二次熱解反應溫度和反應時間不同，兩者的組成差異較大D炭化室內結焦終了判斷

當炭化室內裝爐煤全部轉變?yōu)榻固繒r，便形成一個焦餅。當焦餅中心溫度達到950～1050℃時．焦餅就成熟了。生產(chǎn)上常用肉眼觀察上升管處租煤氣的顏色和透明情況判斷焦餅是否成熟。當炭化室煤料的熱分解過程全部結束時，粗煤氣的顏色發(fā)藍，而且透明。日本將這種現(xiàn)象稱之為“火落”。從裝爐煤裝入炭化室至出現(xiàn)火落這一時間間隔，稱為火落時間。當火藥現(xiàn)象出現(xiàn)后，再經(jīng)過一段悶爐時間，焦餅最終成熟?；鹇洮F(xiàn)象的出現(xiàn)標志著粗煤氣中氫含量達到最高值。因此．可以用氣體自動分析儀測定糧煤氣中氫含量的變化，以確定焦餅的成熟程度。焦炭是否成熟還可以通過測定焦炭的揮發(fā)分或焦炭的氫含量來進行判斷。3.2影響炭化室結焦過程的因素焦炭質量主要取決于裝爐煤性質，也與備煤及煉焦條件有密切關系。在裝爐煤性質確定的條件下，對室式煉焦，備煤與煉焦條件是影響結焦過程的主要因素。一、裝爐煤堆密度增大堆密度可以改善焦炭質量，特別對弱黏結煤尤為明顯。在室式煉焦條件下，增大堆密度的方法，如搗因、配型煤、煤干燥等均已在工業(yè)生產(chǎn)中應用。裝爐煤的垃度組成對堆密度影響很大，配合煤細度高則堆密度減小，且裝爐煙塵多。二、裝爐煤水分裝爐煤水分對結焦過程有較大影響，水分增高將使結焦時間延長，通常水分每增加1％，結焦時間約延長20min，不僅影響產(chǎn)量，也影響煉焦速度。國內多數(shù)廠的裝爐煤水分大致為l0％～11％。裝爐煤水分還影響堆密度(圖2—6)，由圖可見，煤料水分低于6％—7％時．隨水分降低，堆密度增高。水分大于7％，堆密度也增高，這是由于水分的潤滑作用，促進煤粒相對位移所致，但水分增高同時使結焦時間延長和煉焦耗熱量增高，故裝爐煤水分不宜過高。二、裝爐煤水分裝爐煤水分對結焦過程有較大影響，水分增高將使結焦時間延長，通常水分每增加1％，結焦時間約延長20min，不僅影響產(chǎn)量，也影響煉焦速度。國內多數(shù)廠的裝爐煤水分大致為l0％～11％。裝爐煤水分還影響堆密度(圖2—6)，由圖可見，煤料水分低于6％—7％時．隨水分降低，堆密度增高。水分大于7％，堆密度也增高，這是由于水分的潤滑作用，促進煤粒相對位移所致，但水分增高同時使結焦時間延長和煉焦耗熱量增高，故裝爐煤水分不宜過高。C煉焦速度通常是指炭化室平均寬度與結焦時間的比值，例如炭化室平均寬度為450、407、350mm時，結焦時間為17、15、12h，則煉焦速度分別為26.5、27.1和29.2mm/h.煉焦速度反映炭化室內煤料結焦過程的平均升溫速度，根據(jù)煤的成焦機理，提高升溫速度可使塑性溫度間隔變寬，流動性改善，有利于改善焦炭質量。但是不能大幅度提高，如果提高幅度過大，那么使焦炭的裂紋增大，降低焦炭強度，所以結合實際煉焦情況權衡考慮。D煉焦終溫提高煉焦最終溫度，使結焦后期的熱分解與熱縮聚程度提高。有利于降低焦炭揮發(fā)分和氫量含量，使氣孔壁材質致密性提高，從而提高焦炭顯微強度、耐磨強度和反應后強度。但在氣孔壁致密化的同時，微裂紋將擴展，因此抗碎強度則有所降低(表2—3)。E燜爐時間焦餅成熟后適當延長燜爐時間，同樣有利于提高結焦過程的熱聚合程度，促進焦炭石墨化程度的提高，也有助于改善焦炭的微觀性質。

具有黏結性的煤，在高溫熱解時，從粉煤分解開始，經(jīng)過膠質狀態(tài)到生成半焦的過程稱為煤的黏結過程。而從粉煤開始分解到最后形成焦塊的整個過程稱為結焦過程，如圖所示。煤的結焦過程大體可分為黏結過程和半焦收縮兩個階段。煤的黏結性取決于膠質體的生成和膠質體的性質。黏結與成焦過程階段示意圖3.2煤的黏結和成焦機理

a．硫的動態(tài)與焦炭硫分配合煤硫分既可按單種煤硫分用加和計算，也可直接測定。在煉焦過程中，煤中的部分硫如硫酸鹽和硫化鐵轉化為FeS、CaS、FenSn+1而殘留在焦炭中（S殘），另一部分硫如有機硫則轉化為氣態(tài)硫化物，在流經(jīng)高溫焦炭層縫隙時，部分與焦炭反應生成復雜的硫碳復合物（S復）而轉入焦炭，其余部分則隨煤氣排出（S氣），隨焦爐煤氣帶出的硫量因煤中硫的存在型態(tài)及煉焦最終溫度而異。3.3室式結焦過程中煤料硫分、灰分與焦炭硫分、灰分的關系煤中硫分轉入焦炭的百分率，按物料平衡得：

（2-1）式中

S煤——煤的硫含量，%。一般△S=60%～70%，即室式焦爐的脫硫能力約30%～40%，煤中的硫約有60%～70%轉入焦炭中。因此配合煤硫分控制值可按焦炭硫分要求用下式計算：，%（2-2）式中S焦——焦炭硫分，%；

K——全焦率，%。

當△S=60%～70%，

K=74%～76%時，S焦/S煤=80%～93%。即室式煉焦條件下，焦炭中硫分為煤中硫分的80%～93%，提高煉焦終溫可使△S降低，從而使焦炭硫分有所降低。

b．焦炭灰分配合煤灰分既可按單種煤灰分用加和計算，也可直接測定。在煉焦過程中，煤中的礦物質只有某些組分如碳酸鹽和二硫化鐵等在結焦過程中分解生成氧化物和硫化鐵等。因此從灰分這個概念而言，可以認為煤中灰分全部轉入焦炭，故

，%（2-3）式中

A煤、A焦——煤、焦炭的灰分，%。

降低煤中灰分有利于焦炭灰分降低，可使高爐、化鐵爐等降低焦耗，提高產(chǎn)量。煤熱解中的化學反應可分為以下幾種：

1．煤熱解中的裂解反應（1）

結構單元之間的橋鍵斷裂生成自由基，其主要是：—CH2—、—CH2—CH2—、—CH2—O—、—O—、—S—、—S—S—等，橋鍵斷裂成自由基碎片。