副产品焦炉炼焦工艺：炼钢焦炭生产全流程

焦炭与副产品生产概述

焦炭是高炉炼铁（生铁）的基础原料，后者多转炼钢。焦炭主要用于生铁生产，亦用于铁铸造、有色冶炼、化工及钢铁渗碳。焦炭及副产品（焦炉煤气、焦油、氨/硫酸铵、苯酚、萘、轻油、硫）由适合煤种在隔绝空气条件下热解（碳化）产生。工艺含焦炉煤气净化：脱焦油、氨（回收硫酸铵）、苯酚、萘、轻油、硫，煤气用作加热焦炉燃料前需处理。煤气亦可发蒸汽发电。焦炉氮气用于生产蒸汽再发电，在煤气作燃料前处理。

焦化行业分两大板块：联合企业（隶属/关联钢铁厂，主产高炉焦炭自用）和商品焦化厂（生产高炉/铸造焦炭面向市场，销往高炉、铸造、有色冶炼企业）。优质焦炭源于优质炼焦煤。炼焦煤经碳化软化、膨胀、再固结成焦炭。选煤配煤关键考量：不产生过高焦炉墙压、收缩足以允许推焦。（参阅炼焦煤、煤炭相关文章）

焦炭是低灰低硫烟煤破坏性蒸馏（碳化）产物。煤在焦炉内1100~1200℃受控温蒸馏，焦炭为可燃残渣（残留灰分+固定碳），挥发分（焦油、油、油脂等）被驱除。煤挥发分~25%利于炼焦。受控温蒸馏不燃烧煤中碳。焦炭呈灰、硬、多孔。即低灰冶金焦（LAMC），高炉炼铁用。焦炭兼作还原剂和热源，亦用于铁合金、石墨、炭黑工业。煤炼焦性质至关重要。炼焦煤受热经塑性软化膨胀再固结成多孔焦炭；非炼焦煤蒸馏仅生成无/弱粘结半焦。焦炭质量及推焦性能受多因素影响：煤阶度、岩相/化学/流变特性、粒度、水分、堆密度、风化、炼焦温度/速率、浸焦时间、淬焦方式、焦炭处理。全控制则焦炭质量波动小。焦化厂用差异煤种、多工艺提升焦质、产能及炉龄。炼焦煤通常为两种以上低/中/高挥发分、低硫低灰煤配煤。配煤目的：控制焦炭性质、优化副产品产出质量、避免膨胀煤导致过大炉墙压力。

煤制备与装煤

煤通常火车运至。煤制备步骤：接卸、初破、储存、配比、炼焦废料掺入、终破、混合、运至焦炉顶煤塔。皮带机按需从煤场输送至配煤仓，再经破碎机粉碎至-3.2mm（≥85%），粒度视煤炼焦反应性及目标焦炭强度定。低挥发分煤细碎利于炼焦、增强焦炭强度。粉煤混合掺水/油控制堆密度，混合煤送至焦炉顶煤塔储煤仓。煤配制特殊技术：①气力分选选择性破碎；②煤配预热热处理；③部分配煤压球；④捣固焦配煤制备。顶部重力装煤用装煤车；捣固焦从推焦侧侧门装入捣固煤饼。顶部重力装煤：称量/定容煤从煤塔卸入装煤车，车行至空热焦炉（“对位”），启盖卸煤。为减少装煤逸散气体，蒸汽吸引将炉顶煤上空气体吸入收集总管。装煤形成煤峰，推焦机插入侧门小门（平煤/“卡”门）压平。平煤利于均匀炼焦，提供清晰气相空间和出气通道。装毕关平煤门和装煤孔盖，盖可用湿泥浆（泥浆）密封。停吸引，气体导入升管系统和收集总管。

碳化过程与焦炉结构

热力蒸馏（炼焦）在焦炉组——焦炉电池中进行。电池由20~100座共用侧墙（优质硅砖及其他耐火砖）相邻焦炉组成。单炉典型尺寸：长11~18.74m、宽0.35~0.5m、高3.0~7.4m。炉墙及端墙由加热烟道组成。现代副产品焦炉多垂直烟道，少数老式水平烟道。垂直烟道每炉墙含多个独立烟道；水平烟道仅少数烟道呈蛇行输送燃烧气体。加热系统分两类：①下喷射式（烟道气从地下室管道入各烟道，可计量控制）；②枪烟道式（气体经贯穿炉墙长度的水平气管，短管通至各垂直烟道底部喷嘴砖）。现代电池装PVR系统（双垂直烟道废气循环）。任一时刻半数烟道燃烧、另半输送废热至换热器再排烟囱。每20~30分钟“倒烟”，燃烧/废热烟道互换，避免砖体熔化（火焰温度>砖熔点）并均匀加热煤饼。单炉装煤15~50t视炉容而定。

升管烟道排出干馏气体。工艺热量来自焦化室间燃气燃烧。每炉操作周期性，周期称炼焦周期。电池炉数足够多使副产品产出基本连续。单炉装煤/推焦间隔近似相等。炼焦15~18h产高炉焦，25~30h产铸造焦。炼焦时间取决于配煤、水分、底部加热速率、目标焦炭性质。焦产量低时可延长：高炉焦至24h，铸造焦至48h。炼焦温度900~1100℃，高炉焦取高侧。炼焦中煤饼直接接触加热墙面形成“塑性层”，吸热增厚向中部合拢，挥发分气体随热渗透前沿逸出。焦饼中心最高温1100~1500℃，此时挥发分完全逸出形成优质冶金焦。维持~10mm水柱正压防空气渗入。干馏气体经升管系统送副产品厂回收。

推焦、淬焦与干熄焦

炼焦末期，焦炉近端推焦顺序（通常第3/4序）时切断与收集总管连接，启立管盖泄压。立管逸出挥发气体若不自燃则点燃燃烧至推焦。双升管电池或开启装煤盖配合立管开启造“蜂窝”抽引，若炼焦不足致浓烟。炼焦结束，启炉两端门，推焦机焦侧伸出推杆将白热焦炭推出，经导焦槽入专用淬焦车（跨焦侧行驶）。淬焦车将焦炭送淬焦塔（通常在电池行末端），塔内大水淋淬防接触空气继续燃烧。淬焦焦炭卸倾斜“焦码头”沥水冷却至合理温度。码头下缘闸门控制焦炭落皮带速度，送破碎筛分系统。干熄焦（CDC）中淬焦车称焦桶车。CDC系统含两级CDC室（预冷+冷却室）、锅炉、除尘网络。热焦入桶车→CDC厂→预冷室顶部→除尘→分批入下部冷却室。惰性气体（通常氮气）在冷却室与锅炉间闭路循环，焦热经换热器转化蒸汽。冷焦从冷却室底部排出。（参阅焦炭干熄焦文章）

焦炉煤气净化

电池收集的原始焦炉煤气经处理脱焦油、氨（回收硫酸铵）、苯酚、萘、轻油、硫，后用作加热焦炉燃料。干馏气经立管→鹅颈管→挡板阀→煤气收集总管→副产品厂。气体重占初始煤重20%~35%，含水蒸气、焦油、轻油、重烃等。原始煤气出炉温度760~870℃，鹅颈管喷雾循环洗涤液剧冷至80~100℃，析出焦油、冷凝蒸气，作为冷凝物载体。沉降分离器分离焦油及衍生物。气体进终级焦油捕集器或静电除焦器进一步脱焦油。出焦油捕集器时携带原始煤气75%氨和95%轻油（主苯/甲苯/二甲苯）。氨回收为水溶液或硫酸铵盐。硫酸铵在含5%~10%硫酸饱和器结晶，空气喷射器/离心泵分离，离心干燥出盐。饱和器出气~60℃经终冷/冷凝器间接换热冷至~24℃。冷气入轻油/苯洗涤塔，循环重质石油馏分（洗油/煤焦油）作吸收剂。洗油自塔顶喷淋、煤气逆流上升。洗油吸收轻油约自身重2%~3%，去除气中轻油蒸气~95%。富洗油经逆流蒸汽解吸塔，蒸汽+轻油蒸气上升经换热器冷凝水分离。轻油可作粗品出售或精制回收苯/甲苯/二甲苯/溶剂萘。脱焦油、氨、轻油后，多厂终级脱硫除H₂S后作燃料。焦炉煤气热值~4400kcal/Nm³。（参阅焦炉副产品厂、焦炉煤气生成利用文章）典型副产品焦炉厂流程图见图1。

环境问题

焦炉是无组织大气排放主要源。炼焦排放颗粒物(PM)、挥发性有机物(VOCs)、多环芳烃(PAHs)、甲烷(~100g/t焦)、氨、一氧化碳、硫化氢(推焦50~80g/t焦)、氰化氢、硫氧化物(释放原料硫30%)。副产品回收也释放大量VOCs。无蒸汽回收系统时，每吨焦排放：PM 0.7~7.4kg、SOx 2.9kg(0.2~6.5kg)、NOx 1.4kg、NH₃ 0.1kg、VOCs 3kg(含苯2kg)。煤处理贡献~10%颗粒物。装煤、推焦、淬焦为主要粉尘源。废水量0.3~4m³/t焦。主要废水流：焦炉煤气冷却、氨/焦油/萘/苯酚/轻油处理。废水可能含：苯10mg/L、BOD 1000mg/L(4kg/t焦)、COD 1500~6000mg/L、SS 200mg/L、酚150~2000mg/L(0.3~12kg/t焦)、PAHs高达30mg/L、氨氮0.1~2kg/t焦、氰化物0.1~0.6kg/t焦。除焦粉(平均1kg/t产品)外生成工艺固废，多含苯、PAHs等有害成分。关注废流：煤焦油回收残渣(0.1kg/t焦)、焦油沉降罐(0.2kg/t)、焦油储罐(0.4kg/t)、轻油处理(0.2kg/t)、废水处理(0.1kg/t)、萘回收(0.02kg/t)、焦油蒸馏(0.01kg/t)、生物处理污泥。