焦化厂设计(engineering design of coking plant)

以炼焦煤为原料生产冶金焦炭、焦炉煤气和炼焦化工产品的工厂设计。焦化厂多在联合企业内建设，也可独立建设。焦炉生产的冶金焦，主要用作高炉炼铁的燃料和还原剂，要求块度均匀，耐破损和耐磨强度高，对CO的反应性低，含灰分、硫分和磷分等杂质少。此外，焦炭还用于铸造、造气、电石、铁合金和有色金属冶炼等生产行业。焦炉煤气广泛用作工业燃料及城市民用气，且因其含氢量高，经分离后也用作合成氨原料气。炼焦化工产品是医药、农药、染料、塑料、人造树脂、人造纤维、洗涤剂、炸药、防腐剂、溶剂、炭黑、香料和建筑材料所必需的重要原料，其中如萘、蒽等多种化合物还用作于石油工业难以替代的有机化工原料。

焦化厂设计范围包括：备煤车间、炼焦车间、焦炉煤气净化车间、粗苯精制车间、煤焦油加工车间、焦化厂试验室、焦化厂自动化系统功能、焦化厂含酚氰废水处理等设计。

焦化厂设计内容主要包括：炼焦用煤、设计规模、产品品种、工艺流程、车间组成、总平面布置、主要技术经济指标。

简史 1868年比利时人考培(Coppée)首次使用倒焰焦炉，成为水平室式现代焦炉的基础。20世纪50年代前，世界上焦炉炭化室高度多为4m左右。1928#：德国卡尔•斯蒂尔公司第一座炭化室高6m、有效容积为32m³的大容积焦炉投产。直到50年代后期，随着大型高炉的建设而相应要求焦炉大型化才使大容积焦炉得以发展。60年代，苏联、日本等国相继建设大容积焦炉。70年代，大容积焦炉已被世界各国广泛采用。1984年联邦德国设计投产炭化室高7．85m、容积70m³的现代化焦最大顶装焦炉。捣固侧装炼焦于1882年由德国首创，并在一些高挥发分弱粘结煤储量较多的国家，如德国、法国、波兰等较快发展，其技术日臻完善先进。1984．年联邦德国设计投产炭化室高6．25m、效率和机械化自动化程度均很高的最大容积捣固侧装焦炉。1917年在瑞士炼焦制气厂首次采用干熄焦装置，但未得到广泛应用。60年代苏联建成了带预热室的地上槽式干熄焦工业试验装置，实现了稳定连续生产。1973年日本完善了干熄焦装置的自动化和环境保护措施。到1987年，苏联、日本的干熄焦装置总处理能力各为2000万t左右。20世纪80年代联邦德国设计建成了带水冷壁的干熄焦装置。

20世纪70年代前，中国大、中型焦化厂顶装焦炉炭化室高度多为4m左右。1970年炭化室高5．5m、有效容积为35．4m³的JN55型大容积焦炉首次在攀枝花钢铁公司建成投产。1982～1985年鞍山钢铁公司在利用原有煤塔、焦炉基础的前提下，就地将4座各65孔焦炉的炭化室的高度由4．3m改造成为5．Om，扩大炉容成功。1985年上海宝山钢铁总厂建成了4座各50孔、炭化室高6m、有效容积为37．6m³的日本新日铁M型焦炉。1986年中国设计的炭化室高6m、有效容积为38．5m³的JN60型大容积焦炉首次在北京炼焦制气厂投产，以后在许多厂推广建设。1991年炭化室高6m、蓄热室分格、煤气和空气下调的JNX型大容积焦炉在上海宝山钢铁总厂二期工程中投产，焦炉结构有新的发展。中国捣固侧装炼焦有炭化室高3．8m和3．2m两种。1985年中国建成了4套干熄槽能力各为75t／h的干熄焦装置。

炼焦用煤 具有一定的粘结性，在焦炉隔绝空气条件下经加热能生产具有一定质量的坚实块状焦炭的烟煤。按中国煤的分类属于炼焦用煤范围的有气煤、肥煤、气肥煤、1／3焦煤、焦煤和瘦煤。中国炼焦用煤资源虽较丰富，但分布不均，如东北、华东地区高挥发分弱粘结的气煤储量较多，而焦煤和肥煤较缺。为节约优质焦煤和肥煤，尽可能多配一些高挥发分弱粘结气煤，以合理利用并扩大炼焦煤资源，通常采用配煤炼焦，即根据各种煤的结焦特性，通过配煤炼焦试验，得到优选的配合比例，炼出质量合格的焦炭。除了煤的粘结性外，还对炼焦用煤的灰分、硫分杂质含量有一定要求。顶装炼焦装炉煤的质量要求见表1。

设计规模 钢铁联合企业的焦化厂常以焦炭生产能力作为设计规模的依据。焦炭生产能力主要根据钢铁企业炼铁对焦炭的需要量和非炼铁用焦量来确定。在满足上述要求的同时，还需考虑商品焦炭的需要，并根据焦炉组的孔数和座数的合理组成来最后确定焦化厂干全焦的生产能力。干全焦年产量可依下式计算：

G=365×24×nVγK/t

式中G为干全焦产量，t／a；n为焦炉炭化室孔数；V为炭化室有效容积，m³；γ为装炉干煤的散密度，t／m³，可取0．7～0．76t／m³(顶装煤)或0．95～1．10t／m³(捣固煤饼)；k为干全焦产率，可取72％～78％；f为焦炉周转时间，h。

中国大、中型焦化厂设计规模与焦炉组配置见表2。

产品品种 焦化厂的主要产品有：分级的焦炭、焦炉煤气、煤焦油、硫酸铵或无水氨、硫酸或硫磺、粗苯或轻苯等。焦化厂设有煤焦油加工车间和粗苯精制车间时，尚生产酚类、吡啶类、萘类、蒽类、沥青类、油类和苯类等产品。为分离提取更多的含量较少的化合物，扩大产品品种，提高产品质量，降低能耗，增加经济效益，煤焦油和粗苯原料宜集中大规模加工和精制。

图1    焦化厂生产工艺流程

工艺流程 焦化厂生产工艺流程因煤气净化工艺不同而复杂多样，钢铁企业焦化厂通常采用的先配煤后粉碎，顶装煤炼焦，氨硫循环洗涤净化焦炉煤气的工艺流程见图1。

车间组成 焦化厂设计由生产车间、辅助生产及公用设施、行政生活设施三部分组成。(1)生产车间一般有备煤车间、炼焦车间和焦炉煤气净化车间；煤焦油加工车间和粗苯精制车间则根据需要建设。(2)辅助生产及公用设施主要包括厂内运输、供水排水、供配电与电信、仪表自动化控制、采暖通风除尘、压缩空气站、制冷水站、循环水泵站、酚氰废水生化处理站、水净化处理及加压站、蒸汽锅炉房、发电站、煤制样室、焦制样室、试验室、环保监测站、机械和电气、仪表、土建、防腐、防尘等各种维修设施、各种仓库设施、消防设施以及厂区管网等。(3)行政生活设施则根据企业(或厂)管理体制及需要考虑合建或分建。

总平面布置 要符合城市及本企业总体发展规划；充分考虑地形条件，合理紧凑布置，发展地预留在厂区边缘，减少占地；正确选择运输方式。钢铁联合企业的焦化厂要尽量靠近炼铁厂，缩短焦炭和高炉煤气的输送距离。焦化厂在生产过程中产生有害气体和粉尘，因此应建在城市、联合企业和居民区最小频率风向的上风侧，以避免或减少对它们的污染。焦化厂总平面图示例见图2。

焦化厂备煤、炼焦、焦炉煤气净化三个主要生产车间的相互配置关系可分四种类型，即类型I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。(1)类型I是钢铁联合企业内焦化厂的基本类型。炼焦、备煤车间布置在焦炉煤气净化车间的两侧，便于焦炭送往炼铁厂，便于引入高炉煤气，但装炉煤去焦炉的路由长且跨越煤气净化车间。(2)类型Ⅱ也是较常采用的一种基本类型。备煤、炼焦、焦炉煤气净化三个车间顺序布置，工艺流程顺畅，备煤、炼焦车间的铁路可集中布置，减少铁路长度，节约占地，常用于独立的焦化厂。(3)类型Ⅲ在建设场地较狭窄且呈长条形时采用，备煤、炼焦车间相邻，端部配置焦炉煤气净化车间，适于年产焦60万t左右的焦化厂。(4)类型Ⅳ的三个主要生产车间呈“品”字形布置，适于年产焦约30万t、场地受限制的焦化厂。

焦化厂的三个主要生产车间以炼焦车间为主进行总平面布置。焦炉要求位于工程地质较好的地段，一般呈一列式，当拥有多炉组或受场地限制时，也可并列布置。备煤系统力求路由短捷顺畅，其贮煤场可与钢铁联合企业内综合料场集中布置。焦化煤气净化车间内属于甲、乙类火灾危险性的场所较多，对防火防爆要求较严格，一般需与焦炉保持30～40m安全距离；场地标高应不高于炼焦车间；工段间除应考虑工艺流程顺畅、管线短捷、维修方便外，还应有一定宽度的通道，以利消防和敷设管道。

焦化厂占地面积，因车间及设施组成不同有较大差异，一般年产60万t焦炭的焦化厂占地40～45万m²；年产100万t焦炭的焦化厂占地50～60万m²。

主要技术经济指标 中国焦化厂以每吨全焦产品为基准的主要技术经济指标(不含煤焦油加工车间和粗苯精制车间)为：

焦炉煤气产量／m³                  430～450

煤焦油产量／t                           0．045～0．050

粗苯产量／t                                约0．013

洗精煤需要量r干基)／t               约1．35

洗涤油需要量／t                          0.001~0.0013

工业新水耗量／m³                       8~13

蒸汽耗量(不含制冷用汽)／t          0.4~0.6

电耗量／kW•h                                50~70

煤气耗量(仅指焦炉加热)／MJ

         当采用焦炉煤气加热时          3．069

         当采用高炉煤气加热时            3．515

发展趋势 发展配型煤、煤干燥调湿和高效自动捣固煤饼等炼焦煤准备和预处理新技术，扩大炼焦用煤资源，实现备煤过程控制全面自动化。扩大焦炉炭化室。容积，提高炼焦生产效率和焦炭质量，发展焦炉热工检测控制过程自动化和烟尘有效治理新技术，完善焦炉自动化操作。发展焦炉煤气净化新技术，开发焦化厂含酚氰废水处理新技术。发展粗苯加氢精制和大型煤焦油加工新技术。开发焦化厂微机控制管理等新技术。

 图2     焦化厂总平面图