企业培训_焦化专业培训教材

第一章配煤第一节配煤的目的意义及原则从前，炼焦只用单种焦煤，由于炼焦工业的发展，焦煤的储量开始感到不足。而且还存在着煤炼的焦饼收缩小，推焦困难；焦煤膨胀压力很大，容易胀坏炉体；焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小等缺点。为了克服这些缺点，采用了多种煤的配煤炼焦。配煤炼焦扩大了炼焦煤资源，把不能单独炼成合格冶金焦的煤，经过几种煤配合可炼出优质焦炭，还可以降低煤料的膨胀压力，增加收缩，利于推焦，并可提高化学产品产率。配煤炼焦可以少用好焦煤，多用结焦性差的煤，使国家资源不但利用合理，而且还能获得优质产品。为了保证焦炭质量，又利于生产操作，在确定配煤方案时，应考虑以下几项原则：1、配合煤的性质与本厂的煤料预处理工艺以及炼焦条件相适应，保证焦炭质量达到规定的技术质量指标，满足用户的要求。2、符合区域配煤的原则，有利于扩大炼焦煤资源，充分利用弱粘结煤。3、有利于增产焦炉煤气及化学产品，控制煤料受热所产生的膨胀压力，避免难推焦。4、缩短来煤的平均距离，便于车辆调配，避免“逆流”现象。5、来煤数量均衡，质量均匀。6、降低生产成本，有经济效益。要确定炼焦配煤的配煤比，除了符合以上各点基本原则之外，首先要做配煤试验。在试验前，要将各单种煤的工业分析和胶质层厚度、G值等有关指标测定完，再按一定配合比例对配煤中的水分、灰分、硫分、挥发分、y值、G值等进行加和计算，当发现有的指标有问题时，重新调整配合煤的配煤比。使配煤比满足配煤工艺指标的要求。按比例配合好的炼焦煤进行小焦炉（或铁箱）试验。炼出的焦炭符合技术质量指标要求，即把这个配煤比定为焦炉生产的配煤比。在焦化厂生产中，需要变更配煤比时，一般是根据实践经验适当增减某几种煤，或者按煤场贮存某种煤数量的情况调整配煤比。第二节配合煤的质量指标高炉冶炼要求焦炭低灰、低硫、高强度、热性能稳定，为了保证焦炭的质量，配合煤的质量应该符合以下质量指标。1、水分配合煤水分多少和其稳定与否，对焦炭产量、质量以及焦炉寿命有很大影响。煤料堆密度与水分有较大关系，干煤堆密度最大，随着水分增加堆密度减少，当水分在7%-8%时，堆密度最小，为干煤堆密度的85%左右，水分继续增加，堆密度稍有增加。又因水分汽化热大，煤料异热性差，不能迅速将热量传给煤料内层，经估算将一千克煤加热到2000所需热量与将此煤中所含10%水，汽化个 加热到2000所需热量相当，所有没有得到足够热量使水分完全汽化之前，煤料温度只能接近水的汽化温度，所以炭化室中心处装煤后7-8小时内其温度一直停留在1100左右。由于上述原因，配合煤水分每增加1%，要立火道温度上升5-70，炼焦耗热量增加约30kj/kg，结焦时间将延长10-15分钟。由此可见，生产中装炉煤水分波动大时，造成炉温调节困难，焦饼温度过高或过低。因此规程中规定相邻的配合煤水分波动不应大于1%。在装煤初期，由于炭化室墙面与煤料温度很大，炉墙向煤料迅速传热，而本身温度剧降，煤料水分越大，炭化室墙面温度下降越多，当炉头的炭化室墙面温度降到60以下，就会显著地损坏硅砖，影响炉体使用寿命。但煤料水分过低，使操作条件恶化，装煤时冒烟着火加剧，上升管与集气管焦油渣含量增加，炭化室墙面石墨沉积加快，所以入炉煤料水分控制10%左右为好。2、灰分焦炭的灰分来自配煤，因此要严格控制配煤灰分。配煤的灰分全部转入焦炭，一般炼焦的全焦率为70%-80%，因此焦炭灰分是配煤灰分的1.3-1.4倍左右。配合煤的灰分高，炼出的焦炭强度低，高灰分的焦炭，在高炉冶炼中，一方面在热作用下裂纹继续扩展，焦炭粉化，影响高炉透气性；另一方面高温下焦炭结构强度降低，热强度差，使焦炭在高炉中进一步破坏。焦炭的灰分愈高，炼铁时焦炭及石灰石消耗量就增多，高炉的生产能力降低。一般焦炭灰分每增加1%，高炉中焦炭用量增加2%-2.5%，石灰石增加4%，生铁产量降低2.2%-3.0%，同时灰分中的大颗粒在焦炭中形成裂纹中心，使焦炭的抗碎强度降低，也使焦炭的耐磨性变坏。所以配合煤的灰分应控制在一定范围之内。配合煤的灰分是根据部分较高的精煤，则其余成分必须选配较低灰分的单种煤，才能保证焦炭的灰分符合要求。我国配合煤灰分普遍较高，一般为11%，最高达14%以上，所以焦炭中灰分也较高，一般在13%以上。我国配合煤灰分高的原因是洗精煤灰分偏高，尤其是焦煤、肥煤含灰高且难洗。而高挥发分弱粘结煤不仅储量多，且灰分低又易洗。所以多配高挥发分低灰分煤，适量少配高灰煤采用预热煤炼焦或配型煤炼焦是降低配合煤灰分的一条有效途径。为稳定焦炭质量，相邻班组配合煤灰分波动应控制在0.5%范围内。3、硫分硫在煤中以黄铁矿、硫酸盐及硫的有机化合物三种形态存在。硫分也是有害杂质，焦炭中的硫在熔炼时转入铁中，降低铁的质量。煤中硫分约60%-70%转入焦炭。所以焦炭硫分约为配合煤硫分的80%-90%。据此可以算出配合煤硫分的上限值。配合煤硫分可由单种煤按加和性计算。焦炭含硫量高，将使生铁含硫量提高，降低质量；另外增加炉渣碱度；特别是焦炭含硫量波动较大时对高炉操作指标影响很大。当焦炭硫分每增加0.1%，炼铁焦比增加1.2%-2.0%，生铁产量减少2%以上。当焦炭作为燃料时，硫燃烧后生成硫化氧物气体。它对金属起腐蚀作用。当焦炭用于汽化时，所生成气体需要脱除硫化物，才能使用。因此配合煤分应严格控制。一般要求配煤的硫分不应大于1%。为降低配合煤中的硫分可采用洗选法、萃取法等脱硫技术，但均未形成经济实用的工业法。才能从当前实际情况出发用配入含硫量较低煤种来降低配合煤的硫分是常用的途径之一。4、挥发分配煤的挥发分高低，决定煤气和化学产品的产率，同时对焦炭强度也有影响。生产实践表明：配煤挥发分Vdaf增加1%，焦炭抗碎强度指标M40下降2%，焦炭耐磨强度指标增加0.2%。这是由于挥发分过高使炼焦煤料的收缩系数大，焦炭的平均粒度小，抗碎强度低。大型高炉用焦的常规炼焦配合煤的挥发分指标控制在26%-28%为宜。在保证焦炭质量的前提下，尽可能地多配高挥发分弱粘结性煤，考虑地区资源及用户要求等，可以使配煤挥发分可以更高一些。另外还要结合粘结性指标的适宜范围统筹考虑。配合煤的挥发分可以按加和性近似计算，也可直接测定。5、粘结性粘结性是煤在炼焦时，能形成塑性物的性能。煤加热生成胶质体中的液体部分多少决定了煤粘结性的好坏。为了获得熔熔良好，耐磨性能好的焦炭，配煤应有足够的粘结性。煤的粘结性是有相加性的。煤的粘结性指标，国际煤分类中用罗加指数和标准坩埚观察焦饼形态的方法。我国采用胶质层最大厚度y值和粘结指数G值的方法。膨胀压力是粘结性煤成焦的特征，不粘结煤没有膨胀压力。膨胀压力可以使胶质体均匀地分布于煤粒之间，有助于煤料的粘结作用。膨胀压力和y值，可以作为胶质体的质量指标，结焦性好的煤其膨胀压力为8-15kPa，y值为16-18mm。我国生产配煤的y值一般为16-20mm，粘结指数G值为58-72。配煤的y值和G值均可按加和性计算得出，也可直接测定。配合煤的膨胀压力不能从各单种煤的膨胀压力按可加性计算，所以配合煤的膨胀压力只能用实验测定，在确定配煤方案时，有两点可以作参考：一是常规炼焦配煤的范围内，煤的变质程度高的则膨胀压力大，二是增大堆密度，膨胀压力增大。6、细度细度是煤料经粉碎之后，小于3mm的煤料占全部煤料的质量百分数。目前我国焦化厂一般控制炼焦煤细度为80%左右。相邻班组细度波动不应大于1%。细度过低，煤种之间混合不均匀，势必影响焦炭内部结构不均一，使焦炭强度降低。但细度过高不仅增加了粉碎机的动力消耗，生产能力降低；还使得装炉操作困难，由于煤尘的增多，加速上升管堵塞。焦油渣量增大，使焦油质量不合格；更重要的是由于细度过高，使粘结性煤产生“破粘”现象，降低焦炭质量。当煤料细度过高时，反使得装炉煤的堆密度下降，因而也影响了焦炭质量。第三节炼焦配煤工艺炼焦煤的配合工作在焦化厂的备煤车间进行，工艺流程有以下几种：1、先配后粉流程。将参与炼焦单种煤，按配煤比先配合好然后再进行粉碎。这种工艺流程简单、设备少、操作方便，使用于煤料粘结较好、煤质较均匀的情况。这种流程不能按不同煤种控制不同的粉碎粒度，当煤质条件差、岩相不均匀时不宜采用。我国大部分焦化厂采用这种流程。2、先粉后配流程（分组粉碎）。对于参与炼焦的单种煤，按性质不同进行不同细度的粉碎，然后按配煤比混合均匀。这种工艺流程长、工艺复杂，需多台粉碎机，配煤以后要有混合装置，所以投资大、操作复杂。该流程是按各单种煤的性质分别控制不同的粉碎粒度，保证煤料最佳粒度范围，有助于提高焦炭质量。为了简化这种流程，可采取只对一部分单种煤进行单独粉碎，然后再与其他煤配合、粉碎的方法。一般进行预粉碎的煤种粉碎性能差。气煤和瘦煤硬度较大，一般只对气煤进行预粉碎。这样可以改善煤料的粒度分布，对于不同的配煤选择适宜的预粉碎细度有助于提高焦炭质量。有试验表明：对气煤预粉碎炼焦后，焦炭抗碎强度指标M40提高2%以上，耐磨性指标M10降低0.5%以上。3、选择粉碎流程。按参与配煤炼焦的各煤种和岩相组成的硬度的不同，以及要求的粉碎的粒度不同，将粉碎与筛分相结合。煤料经过筛分装置，大颗粒的上物进入粉碎机再粉碎。这样既消除了大颗粒，也防止了粘结性好的煤种的过细粉碎，从而改善了结焦过程。复习思考题1、配煤的目的和意义？答：从前，炼焦只用单种焦煤，由于炼焦工业的发展，焦煤的储量开始感到不足。而且还存在着煤炼得的焦饼收缩小，推焦困难；焦煤膨胀压力很大，容易胀坏炉体；焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小等缺点。为了克服这些缺点，采用了多种煤的配煤炼焦。配煤炼焦扩大了炼焦煤资源，把不能单独炼成合格冶金焦的煤，经过几种煤配合可炼出优质焦炭，还可以降低煤料的膨胀压力，增加收缩，利于推焦，并可提高化学产品产率。配煤炼焦可以少用好焦煤，多用结焦性差的煤，使国家资源不但利用合理，而且还能获得优质产品。2、配煤的原则？答：为了保证焦炭质量，又利于生产操作，在确定配煤方案时，应考虑以下几项原则：1、配合煤的性质与本厂的煤料预处理工艺以及炼焦条件相适应，保证焦炭质量达到规定的技术质量指标，满足用户的要求。2、符合区域配煤的原则，有利于扩大炼焦煤资源，充分利用弱粘结煤。3、有利于增产焦炉煤气及化学产品，控制煤料受热所产生的膨胀压力，避免难推焦。4、缩短来煤的平均距离，便于车辆调配，避免“违流”现象。5、来煤数量均衡，质量均匀。6、降低生产成本，有经济效益。要确定炼焦配煤的配煤比，除了符合以上各点基本原则之外，首先要做配煤试验。在试验前，要将各单种煤的工业分析和胶质层厚度、G值等有关指标测定完，再按一定配合比例对配煤中的水分、灰分、硫分、挥发分、y值、G值等进行加和计算，当发现有的指标有问题时，重新调整配合煤的配煤比。使配煤比满足配煤工艺指标的要求。按比例配合好的炼焦煤进行小焦炉（或铁箱）试验。炼出的焦炭符合技术质量指标要求，即把这个配煤比定为焦炉生产的配煤比。在焦化厂生产中，需要变更配煤比时，一般是根据实践经验适当增减某几种煤，或者按煤场贮存某种煤数量的情况调整配煤比。第二章捣固炼焦第一节捣固炼焦技术捣固炼焦是利用弱粘结性煤炼焦的最有效加工方法。与煤预热、配型煤炼焦技术相比，捣固炼焦技术的综合效果最好。1、捣固炼焦的基本原理一般采用高挥发分弱粘结性或中等粘结性煤作为炼焦的主要配煤组分。将煤粉碎至一定细度后，用机械捣固成煤饼，送进焦炉炭化室内炼焦。2、捣固炼焦的工艺流程 气 煤 瘦化剂 洗精煤 焦 煤 选择性粉碎配煤洗粉碎煤塔捣固成型焦炉 瘦 煤 调 湿 3、捣固炼焦的技术要求和效果1）煤质要求 捣固炼焦采用高挥发分弱粘结性煤或中等粘结性煤为配煤的主要组分，要求挥发分在30%左右，粘结性指标y值11-14mm。按国际煤炭分类以633号、634号最适合于捣固炼焦。如用60%-70%的高挥发分气煤或1/3焦煤，配以适量的焦、瘦煤，则其捣固炼焦的效果更好。2）煤料粉碎 为了确保捣固煤饼的稳定性，捣固煤料的粉碎度应保持在粒度3mm的占90%-93%，其中粒度0.5mm的应在40%-50%之间。3）煤料水分 捣固煤料的水分是煤粒之间的粘结剂，水分少于8%时，煤饼松散，不能粘结在一起；水分过大时，煤饼容易塌落，合适的水分一贯在8%-11%，最好控制在9%-10%。因此，在配煤之前，对煤料的水分要严格控制。4）煤料的捣固 煤料在煤箱内用捣固锤捣成煤饼。煤饼的尺寸应与焦炉炭化室尺寸相当，其长度应较炭化室有效长度小250mm左右，高度应较炭化室高度低200-300mm，宽度应较炭化室宽度窄40-60mm。5）捣固设备 它包含料仓、给料机、捣固机和捣固煤箱。炭化室高4m的机械约重450t，炭化室高6m的机械约1350t。国内现有的模式均为离式的，即料仓、给料机和捣固机组合成一个固定的地面捣固站，捣固煤箱与推焦机组合成装煤推焦机（成为移动机械）。6）捣固炼焦效果 装炉煤料捣固成煤饼后装炉，其体积目睹可以提高到950-1150kg/m3，重量增加27%。炼出的焦炭比顶装焦炉生产的焦炭M40提高1%-6%，M10降低2%-4%，反应后强度（CSR）提高1%-6%。在相同焦炭质量下，可多用20%25%的高挥发分弱粘结性煤，可使入炉煤料中高挥发分弱粘结性煤的配入量高达70%-80%。第二节捣固炼焦机械1、捣固机捣固机是将煤槽中的煤粉捣实并最终形成煤饼的机械。有可移动式的车式捣固机和固定位置连续成排捣固机两种。可移动式的捣固机上有总行传动机构，每个捣固机上有2-4个捣固锤，由工人操作，沿煤饼方向往复移动，分层将煤饼捣实，煤塔给料器采用人工控制分层给料的方式。连续捣固机的捣固锤头多，沿煤饼排开。在加煤时，锤头不必来回移动或在小距离内移动，实现连续捣固，煤塔给料器采用自动控制均匀薄层连续给料。2、装煤推焦机捣固焦炉的装煤推焦车完成的功能除了有顶装焦炉推焦机的摘门、推焦外，增加了推送煤饼的操作，取消平煤操作。相应的车辆上增加了捣煤饼用的煤槽及往炉内送煤饼的托煤板等机构，取消了平煤机构。通常装煤箱的一侧是固定壁，另一侧是活动壁，装煤饼前活动壁张开，行程约20mm。煤箱前部有一可张开的前臂板，装煤饼时打开，煤饼由此推出。煤饼箱后部有一顶板，装煤时与托煤板一起运动，装完煤抽托煤板时由煤箱侧壁锁紧机构夹住，顶住煤饼，抽完托煤板后，夹紧机构放开，由卷扬机构拉回。煤饼箱下有托煤板，有一链式传动机构带动，在装煤时托着煤饼一起进入炭化室，装完煤后抽出。3、消烟车消烟车的作用是将在推送煤饼过程中产生的大量荒煤气抽出燃烧，废气经洗涤处理后外排。消烟车通常有燃烧室、洗涤器、脱水器、风机、供水槽、排水槽及车体的钢结构与走行机构等组成。复习思考题1、捣固炼焦的基本原理？答：一般采用高挥发分弱粘结性或中等粘结性煤作为炼焦的主要配煤组分。将煤粉碎至一定细度后，用机械捣固成煤饼，送进焦炉炭化室内炼焦。2、捣固炼焦的技术要求？答：1）煤质要求捣固炼焦采用高挥发分弱粘结性煤或中等粘结性煤为配煤的主要组分，要求挥发分在30%左右，粘结性指标y值11-14mm。如用60%-70%的高挥发分气煤或1/3焦煤，配以适量的焦、瘦煤，则其捣固炼焦的效果更好。2）煤料粉碎为了确保捣固煤饼的稳定性，捣固煤料的粉碎度应保持在粒度3mm的占90%93%，其中粒度0.5mm的应在40%-50%之间。3）煤料水分捣固煤料的水分是煤粒之间的粘结剂，水分少于8%时，煤饼松散，不能粘结在一起；水分过大时，煤饼容易塌落，合适的水分应在8%-11%，最好控制在9%-10%。因此，在配煤之前，对煤料的水分要严格控制。4）煤料的捣固煤料在煤箱内用捣固锤捣成煤饼。煤饼的尺寸应与焦炉炭化室尺寸相当，其长度应较炭化室有效长度小250mm左右，高度应较炭化室高度低200-300mm，宽度应较炭化室宽度窄40-60mm。第三章焦炉概述第一节焦炉炉体结构及炉型一、焦炉炉型的分类根据火道结构形式的不同，焦炉可分为二分式焦炉，双联火道焦炉及少数的过顶式焦炉。根据加热煤气种类的不同，焦炉可分为单热式焦炉和复热式焦炉。根据煤气入炉的方式不同，焦炉可分为下喷式焦炉和侧入式焦炉。二、现代焦炉的结构现代焦炉虽有多种炉型，但都有共同的基本要求：焦并长向和高向加热均匀，加热水平适当，以减轻化学产品的裂解损失。劳动生产率和设备利用率高。加热系统阻力小，热工效率高，能耗低。炉体坚固、严密、衰老慢、炉龄长。劳动条件好，调节控制方便，环境污染少。1、炭化室增大炭化室的容积是提高焦炉生产能力的主要措施之一。(1)、炭化室的长度大型焦炉一般为1316米，随着长度的增加，焦炉的生产能力成比例地增加，长度增加的极限取决于技术装备的条件。炭化室的有效长度取决于炉门及衬砖的厚度，此厚度一般为365420mm。(2)、炭化室的高度大型焦炉一般为46米。增加高度可以增加焦炉的生产能力，且由于煤料堆密度的增加而有利于焦炭质量的提高，但受到高向加热均匀性的限制，而且炉门、炉门框生产时的清扫都将增加困难。（3）炭化室宽度炭化室的宽度对焦炉的生产能力与焦炭质量均有影响，增加宽度虽然焦炉的容积增大，装煤量增多，但因煤料传热不良，随炭化室宽度的增加，结焦时间大为延长，结焦速度降低。2、燃烧室（1）结构形式与材质燃烧室火道一般分为二分式和双联火道式两种，国内个别老焦炉还有过顶式。二分式焦炉的最大优点是结构简单，异向气流接触面少，但由于有水平集合烟道，使气流沿燃烧室长向分配不易均匀，同时削弱了砌体的强度。双联火道结构，具有加热均匀，气流阻力小，砌体强度高等优点，但异向气流接触面多，焦炉老龄时易串漏，结构较复杂，砖型多，故我国小型焦炉均不采用。燃烧室材质一般均用硅砖砌筑。为进一步提高焦炉的生产能力和焦炉的强度，有发展为采用高密度硅砖的趋势。（2）高向加热高低灯头系双联火道中单数火道低灯头、双数火道高灯头，使火焰在不同的高度燃烧。由于高灯头高出火道底面一段距离才送出煤气，自斜道来的空气常易将高灯头下面砖缝的石墨烧掉，造成串漏。废气循环是目前实现燃烧室高向加热均匀简单而有效的方法。此法的原理是利用循环废气降低可燃气体混合物中可燃成分的浓度，减慢燃烧速度，从而拉长了火焰，使高向加热均匀。（3）加热水平高度它影响炉顶空间结石墨的程度和化学产品的质量。加热水平高度由以下三个部分组成：一是煤线距炭化室顶部的距离，即为炉顶空间高度，一般大型焦炉为300mm，中小型焦炉为150-200mm；二是煤料结焦后的垂直收缩量，它取决于煤料的收缩性及炭化室的有效高度，一般为有效高度的5-7；三是考虑到燃烧室顶对焦炭的传热，炭化室中成熟后的焦饼顶面高应比燃烧室顶面高出200-300mm（大焦炉）或100-150mm（小焦炉）。3、蓄热室对于蓄热室的基本要求是气流分配均匀，蓄热效率高，串漏少和防止局部高温。当蓄热室上升气流时，废气盘关闭，蓄热室下降气流时则空气盘关闭。上升气流由小烟道一侧的空气盘进入，经蓄热室上升，在燃烧室燃烧后废气从相邻蓄热室下降，并由小烟道另一侧的废气盘排出蓄热室隔墙的炉头部位，因受外界大气温度的影响，温度波动较大，硅砖砌成的炉头隔墙易产生一些裂纹，因此有些焦化厂的焦炉在蓄热室炉头部位也采用高铝砖直缝结构。蓄热室的封墙一定要注意隔热，要注意严密，封墙一般用粘土砖及隔热砖砌成，总厚度约为400mm。4、斜道区蓄热室和燃烧室间借助于斜道相互连通，斜道所在的砌体称为斜道区。由于斜道是斜的，而且上下口径又不相等，不同气流相互交叉，又有砖煤气道和膨胀缝，所以斜道区的结构是焦炉中砖型最多，结构最复杂，砌筑要求最严格的部位。侧入式焦炉，各烧嘴断面积之和约为水平砖煤气道断面的6070为宜，太大则各烧嘴的调节灵敏性差；太小则增加砖煤气道内煤气压力，易漏气，且除碳空气不易进入，容易使砖煤气道堵塞。5、基础平台与烟道基础位于炉体的底部，它支撑整个炉体，炉体设施和机械的重量，并把它传到地基上去。大型焦炉的基础均用钢筋混凝土浇灌而成，小型焦炉的基础一般不需配筋，只有当地基的土质不均匀时，才配少量钢筋。5、炉顶炭化室封顶砖以上部位为炉顶。砌有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟等。为减少炉顶散热，改善炉顶的操作条件，炉顶不受压部位砌有隔热砖。炉顶厚度一般为900-1200mm。在多雨地区，炉顶最好有一定的坡度以供排水。第二节护炉设备一、护炉设备的作用护炉设备的主要作用是利用可调节的弹簧的势能，连续地向砌体施加足够的、分布均匀合理的保护性压力，使砌体在自身膨胀和外力作用下仍能保持完整、严密，从而保证焦炉的正常生产。1、炉体纵向膨胀及护炉设备的作用炉体纵向膨胀靠设在斜道区和炉顶区的膨胀缝吸收，正常情况下，抵抗墙只产生有限的向外倾斜，砌体在纵向膨胀时对两端抵抗墙产生向外的推力。与此同时，抵抗墙和纵拉条的合结构给砌体以保护性压力。 纵拉条失效是抵抗墙向外倾斜的主要原因，这不仅不利于炉体的严密性，而且使炭化室墙呈扇形向外倾斜。2、炉体横向膨胀及护炉设备的作用炉体横向（即燃烧室长向）膨胀不设膨胀缝，烘炉期间，随炉温升高炉体横向逐渐伸长。投产后4 .2 年内，由于二氧化硅继续向鳞石英转化，炉体继续伸长，以后逐渐稳定。正常情况下，年伸长量在5mm以下。要求护炉设备加给砌体的高向保护性压力，应同各部位的膨胀量相适应。3、护炉设备的其它作用在结焦过程中煤料膨胀以及推焦时焦饼压缩所产生的侧压力，使燃烧室整体受弯曲应力，在伸长的一侧产生拉应力。炉墙内从炭化室侧到燃烧室侧的温差，也使炭化室墙产生拉应力。因此护炉设备的作用也在于用保护性压力来抵消这些拉应力。此外，开关炉门时炉体受到强大的冲力。摧焦时焦饼被压缩后产生的静弯摩擦力等，都需要护炉设备将砌体箍紧，才能具有足够的结构强度。另外，炉柱还是机焦侧操作台和集气管等设备的支架。二、保护板和炉门框保护板与炉门框的主要作用是将保护性压力均匀合理地分布在砌体上，同时保证炉头砌体、保护板、炉门框和炉门刀边之间的密封。因此，要求其紧靠炉头且弯曲度不能过大。炉门框是固定炉门的，为此要求炉门框有一定的强度和刚度，加工面应光滑平直，以使与炉门刀边严密接触，密封炉门。炉门框安装时，应垂直对正，四周均匀填好密封材料，并使其压紧。炉门框周边的筋可以减少炉门冒出的烟火直接接触炉柱，起保护炉柱的作用，故不能过矮。生产中，炉门框的刀封面应保持清洁，炉门刀边才能与其严密接触，避免冒烟冒火。三、炉柱、拉条和弹簧1、炉柱的作用炉柱是用工字钢（或槽钢）焊接而成的，也可由特制的方型的空心钢制成，安装在机、焦侧炉头保护板的外面，由上下横拉条将机、焦两侧的炉柱拉紧。上部横拉条的机侧和下部横拉条的机焦两侧均装有大弹簧。焦侧的上部横拉条因受焦并推出时烧烤，故不设弹簧。炉柱内沿高向装有若干小弹簧。炉柱是护炉设备的最主要的部件。炉柱的作用就是将弹簧的压力传给炉体，只要这个压力使砖的裂缝和砖缝始终处于压缩状态，就可以控制炉体伸长，使炉体完整严密。炉柱还起着架设机、焦侧操作台、支撑集气管的作用。生产上一般采用三线法测量炉柱的曲度。三线法是在焦炉两端抵抗墙，分别在炉门上下横铁和篦子砖的标高处，设置上中下三个测线架沿焦炉炉组方向安装三条直径为11.5mm的用松紧器拉紧的细丝，三条线应在同一垂直平面上，不使碰触任何物体，然后测出从炉柱到钢丝的水平距离，其计算公式为：W(a-b)+(c-d)h/ HW-炉柱曲度a-上线到炉柱的距离b-中线到炉柱的距离c-下线到炉柱的距离h-上线到中线的距离H-上线到下线的距离炉柱曲度的测量周期规定：每月测量一次，炉柱每年刷油保养一次。在测量时，注意视线垂直于钢板尺，钢板尺应水平放置，尺上的刻度线应平行于钢丝线，读出钢丝到各测定点的距离，并作好记录。测量数据必须与上次的测量数据相比较，超过允许公差时，应及时找出原因，并加以处理。炉柱曲度正常不超过25mm，调节时应结合弹簧压力，炉柱与保护板间隙的情况综合考虑。曲度最大不能超过50mm。在确定炉柱曲度时，应注意到由公式法或图表法得出的曲度应减去炉柱自由状态下的曲度，才是由于炉体膨胀使炉柱产生的实际曲度。2、拉条焦炉用的拉条分为横拉条和纵拉条两种。横拉条系用50mm的圆钢制成，沿燃烧室长向安装在炉顶和炉底。上部拉条放在炉顶的砖槽沟内，下部拉条埋设在机、焦侧的炉基平台里。拉条的材质一般为低碳钢。它在250350时强度极限最大，延伸率最低，随温度的升高，强度显著下降，延伸率增大。上升管孔，装煤孔等温度较高处拉条直径往往变细，上升管附近除温度较高外，还有氨水的腐蚀，故拉条变细更快。拉条变细可由大弹簧的负荷经常变小来发现。纵拉条是由扁钢制成，设于炉顶。其作用是沿炉组长向拉紧两端抵抗墙，以控制焦炉的纵向膨胀。纵拉条两端穿在抵抗墙内，并设有弹簧组，保持一定的负荷。纵拉条对炉组，特别是对保持端部燃烧室的完好十分重要。3、弹簧分大小弹簧两种。由大小弹簧组成弹簧组，安装在焦炉机、焦侧炉柱的上下横拉条上。炉柱的高向不同部位还装有几组小弹簧。弹簧能反映出炉柱对炉体施加的压力，使炉柱靠紧保护板，又能控制炉柱所受的作用力，以免炉柱受力过大。炉柱上下弹簧组所受的压力，指示出炉体所受的总负荷。小弹簧所受的压力只能指示出各点负荷的分布情况。 弹簧在最大负荷范围内，负荷与压缩量成正比。烘炉和生产过程中，弹簧的负荷必须经常检查和调节。生产中弹簧的测量周期一般为每月测量一次，按选好的测量点，进行大小弹簧压缩量的测定，并作好准确记录。测量结束，根据测量数值按弹簧的压力，确定弹簧的负荷值，并填好记录表。弹簧压力超过规定值时，根据炉柱曲度，炉柱与保护板间隙的情况，综合考虑调节。应经常检查各弹簧的工作状态。各弹簧、拉条丝扣的清扫、加油每季一次，使弹簧压紧炉柱，发现弹簧有压靠或断裂时，及时更换，但必须采取有效措施，防止炉柱外移。弹簧在安装前必须进行测试，测出各弹簧的压缩量与负荷的关系，然后编组登记，分部位分组安装。各组弹簧的测试数据应作为原始资料保存，以备检查对照。上部大小弹簧组在长期的生产使用中易发生弹性疲劳现象，明火烧烤会加速疲劳。一经发现失效弹簧应及时处理。大小弹簧组加保护罩可以延长使用寿命。四、炉门焦炉的炉门一般均采用铁对铁自封式，即刀边炉门， 炉门的严密对防止冒烟冒火和炉框、炉柱变形、失效有密切关系。因此，通常不属于护炉设备的炉门实际上是很重要的护炉设备。炉门的外壳由生铁铸成，外壳上设有提钩，刀边支架和顶丝装置，还附有安挂炉门的横铁.和螺栓，炉门上的横铁卡在炉门框的挂钩上，炉门安放在炉门框中间。安炉门时，拧紧横铁螺栓。摘门时，先放松螺拴，转动横铁脱离挂钩，就可取下炉门。炉门内侧没有砖槽，槽内砌粘土砖衬砖，衬砖太薄时，炉头保温不好，散热量大，增加边火道的热负荷，易使炉头温度降低，出现炉头生焦，降低焦炭质量。炉门刀边是否完好，与防止冒烟冒火关系很大。为此，当炉门摘下后，要立刻清扫刀边、炉门框和炉门衬砖上的焦油渣及焦粉等残留物质。否则残余物越积越厚，炉门刀边将逐渐失去自封作用，造成冒烟冒火。炉门由于摘挂频繁，且与大气接触，温度变化剧烈，所以炉门刀边和衬砖易损坏。为此，焦炉都设有炉门修理站，按计划循环进行炉门修理工作。敲打刀边炉门刀边用扁钢制成，靠螺栓固定。调节时，将螺冒松开，敲打固定卡子，使刀边紧靠炉门框。国外推荐一种带凸轮卡子的刀边，它是用一块带凸轮的卡子卡住刀边，凸轮顶住刀边，当外力加于刀边上时，同刀边接触的凸轮半径将随螺栓转动而增大，从而防止刀边后退。第三节煤气设备炼焦炉的煤气设备包括：荒煤气导出设备和加热煤气设备两大系统。加热煤气设备中又包括有定期换向用的交换设备。一、荒煤气导出设备荒煤气导出设备包括有上升管、桥管、水封阀、集气管、吸气管和它们的附属设备。1、上升管和桥管上升管直接与炭化室相连，由钢板焊接成或铸造而成，内部衬以耐火砖。桥管为铸铁弯管，桥管上设有氨水喷嘴和蒸汽管。水封阀靠水封翻板及其上的喷洒氨水形成水封，切断上升管与集气管的连接。翻板打开时，上升管与集气管联通。由炭化室进入上升管的温度达700左右的荒煤气，经桥管处连续不断地喷洒氨水（氨水温度约75），由于氨水蒸发需大量吸热，煤气温度迅速下降至80100，并使大部分（约70）焦油冷凝下来。若用冷氨水喷洒，氨水蒸发量降低，煤气冷却效果反而不好，并使焦油粘度增加，容易造成集气管堵塞。为保证氨水的正常喷洒，循环氨水必须不含焦油，氨水压力应稳定，并经常检查喷洒氨水的导管及喷嘴，发现堵塞及时清扫，如循环氨水因故中断，荒煤气不能有效冷却而使集气管温度升高；若温度超过200或在较高温度下突然供给大量氨水，集气管因受热膨胀和剧冷收缩而变形，严重时会损坏集气管。为此，当短期停氨水时，应迅速关闭各处氨水喷头，荒煤气放散；当长时间停氨水时，应关闭氨水总开闭器，接通蒸汽或工业水，工业水如果不足，可仅供给处于结焦初期炭化室的上升管喷嘴及与集气管切断的上升管以形成水封。事故期应控制集气管温度不超过200，并防止突然冷却。当恢复氨水供应时，应首先关闭工业水，然后逐步打开氨水喷洒，使集气管温度逐步降至正常。氨水冷却煤气的效果与其雾化程度有关，雾化程度好，则冷却效果好。通常使用的涡旋式空心喷嘴，虽然边部的喷射较大，有利于桥管的冲刷，但喷水量大时，雾化不好，冷却效果差。用涡旋式实心喷嘴或一线式螺旋喷嘴，均较现用的涡旋空心式喷嘴为佳。上升管内结石墨及预防措施上升管内壁结石墨并迅速增厚，堵塞荒煤气的导出通道，使炭化室内压力增加导致炉门冒烟冒火。清除石墨采用多种机械清扫装置或用压缩空气吹扫。 2、集气管和吸气管集气管是用钢板焊接而成的圆型或槽型的管子，沿整个炉组长向置于炉柱的托架上，以汇集各炭化室来的荒煤气。集气管上部每隔一个炭化室设有带盖的清扫孔，以清扫沉积于底部的焦油和焦油渣。通常上部还设有氨水喷嘴，以进一步冷却煤气。集气管通过“N”型管、焦油盒与吸气管相连。集气管中的氨水、焦油和焦油渣等靠集气管的坡度及液体的位差流走。故集气管可以水平安装（靠位差流动），也可以按0.0060.01的坡度安装，倾斜方向与焦油、氨水的导出方向相同。集气管一端装有清扫氨水喷嘴和事故用水的工业水管。每个集气管上还设有两个放散管，停氨水时因集气管压力过大或开工时放散用。集气管的一端或两端设有水封式焦油盒，以备定期捞出沉积的焦油渣。“N”型管专供荒煤气排出，其上装有手动或自动的调节翻板，用以调节集气管的压力。“N”型管的下方焦油盒仅供通过焦油、氨水。经“N”型管和焦油盒后，煤气与焦油、氨水又汇合于吸气管，为使焦油、氨水顺利流至回收车间的气液分离器并保持一定的流速，吸气管应有0.010.015的坡度。集气管能否通畅，关系到一座焦炉的荒煤气能否顺利导出。因此，集气管必须经常清扫，清扫上升管集气管的劳动条件较差，采用集气管底增设氨水喷嘴的方法代替人工清扫。二、焦炉回炉加热煤气设备加热煤气设备用以输送和调节焦炉加热用煤气。有两种不同的布置形式，一为下喷式，一为侧入式。由焦炉煤气总管来的煤气，在地下室（或煤气走廊）一端经煤气预热器入地下室中部（或煤气走廊机焦两侧）的焦炉煤气主管。由于焦炉煤气中含有萘和焦油在低温时容易析出，堵塞管道和管件，故设煤气预热器供气温低时预热煤气，以防冷凝物析出。侧入式焦炉的煤气管系，一般由煤气总管经预热器在交换机端分为机、焦侧两根主管，煤气再经支管，交换旋塞，水平砖煤气道进入各个火道。管道中的冷凝液经水封槽排出。为使在煤气压力波动时，煤气不会窜出液面，要求冷凝液排出管插入液面有足够的深度，此深度称为水封的高度应大于煤气可能达到的最大压力，一般此高度为1.2米。水封槽还设有蒸汽管、进水管、放空管以供防冻和清扫用。为了稳定回炉煤气总管的压力和缓冲焦炉换向，切断煤气时，管道中的煤气压力急剧增加，对仪表等设备带来危害，通常还设有自动放散水封槽。其连接管直径较大，插入深度根据不同情况而定，当煤气压力超过插入深皮的液柱压力时，煤气冲出水面由放散管排出。为清扫、开工和事故用，总管和主管的端部装有蒸汽管，末端设有放散管和防爆阀。防爆阀是用软金（铅和锡）属板和网状罩子组成。当管道压力过高时，可首先突破软金属板使压力降低，防止爆炸事故。焦炉煤气由支管经调节旋塞、交换旋塞、支管、横管进入通各水平砖煤气道。立火道中有烧咀通过其烧咀的大小控制进入各立火道的。旋塞是入炉煤气设备中的重要部件，要定期清洗，保持严密光滑，保证自由截面畅通。如旋塞不严，换向时由于除碳空气与泄漏的煤气混合易产生爆鸣，损害炉体。要及时的添加润滑剂，以保证交换旋塞的密封良好。第四节废气设备和交换设备一、废气盘废气盘又叫交换开闭器，是控制调节进入焦炉的空气、煤气及排出废气的装置。焦炉煤气加热，叉部的两个空气盖板均与交换链连接，用砣盘开闭废气。上升气流时，砣盘落下，空气盖板提起；下降气流时则相反。砣杆提起高度和砣盘落下后的严密程度对气流有影响，故要求砣杆提起高度应一致，砣盘严密。还应保证废气盘与小烟道及烟道弯管的联接处严密。废气流量则主要取决于吸力。二、交换设备1、焦炉加热系统交换工艺交换都要经历三个基本过程：关煤气废气与空气进行交换开煤气。1）煤气必须先关，以防加热系统中有剩余煤气，易发生爆炸事故。2）煤气关闭后，有一短暂的间隔时间进行空气和废气的交换，可以使残余的煤气完全烧尽。3）空气和废气交换后，也有短暂的间隔时间打开煤气，可以使燃烧室内有足够的空气，煤气进去后能立即燃烧。焦炉煤气加热时，上升气流蓄热室仅用以预热空气，格子砖的换热能力有富余，故可间隔30分钟换向一次。当几座焦炉同用一个加热煤气总管时，为防止换向时煤气压力变化幅度太大，影响焦炉正常加热，故几座焦炉不能同时换向，一般可相差5分钟。焦炉煤气的交换，煤气拉条带动煤气交换旋塞的搬把运行，交换旋塞转45，使煤气关闭。其间经废气、空气交换后，焦炉煤气拉条再运行，旋塞再转45，煤气仍处于关闭状态，除碳孔与砖煤气道接通。由另一根焦炉煤气拉条所带动的另一组煤气交换旋塞同时动作，但与其相反，即先转45，关掉除碳孔，经空气与废气交换后，再转45使煤气打开。下一交换则相反，依此反复。这样的交换过程可以避免煤气与除碳空气立即接触，减少交换爆鸣的可能。复习思考题1、焦炉有哪几种分类方式？根据火道结构形式的不同，焦炉可分为二分式焦炉，双联火道焦炉及少数的过顶式焦炉。根据加热煤气种类的不同，焦炉可分为单热式焦炉和复热式焦炉。根据煤气入炉的方式不同，焦炉可分为下喷式焦炉和侧入式焦炉。2、交换都要经历哪三个基本过程及其原因？关煤气废气与空气进行交换开煤气。煤气必须先关，以防加热系统中有剩余煤气，易发生爆炸事故。煤气关闭后，有一短暂的间隔时间进行空气和废气的交换，可以使残余的煤气完全烧尽。空气和废气交换后，也有短暂的间隔时间打开煤气，可以使燃烧室内有足够的空气，煤气进去后能立即燃烧。3、护炉设备的作用是什么？护炉设备的主要作用是利用可调节的弹簧的势能，连续地向砌体施加足够的、分布均匀合理的保护性压力，使砌体在自身膨胀和外力作用下仍能保持完整、严密，从而保证焦炉的正常生产。第四章 焦炉的三班操作第一节捣固装煤焦化行业在后期由原来的炉顶装煤，到现在的机侧侧装煤。大型焦炉为节约操作的时间，将装煤车和推焦车组合到一块，叫装煤推焦大车。小型的捣固焦炉也有将推焦车和装煤车分开的。捣制煤饼时，把该机开到煤塔下，一面接受煤塔的煤料，一面在装煤推焦机的煤槽中捣固煤饼。再把装煤推焦机开到准备出焦的炭化室，进行启门、推焦、装煤操作。装煤原则（1）装满煤。装满煤就是合理利用炭化室有效容积，这是装煤的主要问题。装煤不满，炉顶空间就会增大，空间温度升高，它不仅降低焦炉生产能力和化学产品质量，以及炉室内石墨增加，严重时会造成推焦困难。当然装煤太满也是不允许的，它会使炉顶空间过小，影响煤气流速，使炭化室内煤气压力增大，而且顶部会产生焦炭加热不足。在捣固煤饼的时候要确保煤饼在规定的位置，煤饼的顶面平整，没有浮煤。（2）装煤均匀。装煤均匀是影响加热制度，焦饼成熟均匀等重要因素。因为对于每个炭化室的供热量是一样的，如果各炭化室的装煤量不均匀，就会焦炭的最终成熟度不一致，炉温均匀性受到破坏，甚至出现高温事故。在捣固煤饼的时候要将煤饼夯实，使煤饼的堆密度一致。（3）少冒烟。装煤时冒出荒煤气不仅影响化工产品产率，更严重的是污染环境，影响工人身体健康，所以不仅要研究装平煤操作及缩短装煤时间，减少装煤过程中冒烟；而且在平煤完毕后要立即盖好装煤孔盖，并用调有煤粉的稀泥浆密封盖与座之间的缝，并进行压缝，防止冒烟。在装煤的过程中要将托盘完全关闭，若没有关闭托盘容易将煤尘和空气带入集气管中使焦油中含尘量和游离碳增加，甚至发生焦油乳化，造成焦油与氨水分离困难，影响化工产品质量及焦油深加工。长时间不关闭托盘装煤会造成集气道和负压管道的堵塞。第二节推焦推焦就是把成熟的焦炭推出炭化室的操作。焦炭成熟后，炭化室中焦饼产生一定收缩，才能保证顺利推焦。一般认为煤在炭化室内高温干馏，焦饼中心温度达到100050时焦炭即成熟；焦饼中心温度达不到上述温度时，则焦炭夹生焦饼收缩不好；若焦饼中心温度过高，焦炭易碎，不但影响焦炭质量，还可影响正常推焦。另外，因焦炉结构或入炉煤性质及焦炭用途不同对焦饼成熟温度也有不同的要求。推焦与装煤一样，应按规定的图表和一定的顺序进行。这样才能稳定加热制度，提高产品质量，合理地使用机械设备和延长炉体寿命。一、推焦计划的制定1、几种“时间”概念周转时间：它是一个炭化室两次推焦相距的时间，即包括煤的干馏时间和推焦装煤等操作时间。对全炉来说，周转时间也是全部炭化室都进行一次推焦所需的时间。周转时间是由生产任务来确定的，但还应考虑到焦炉砖的材质、炭化室宽度、炉体及设备状况、操作管理水平以及焦炭质量等因素，确定合理的周转时间。在确定周转时间时，应留有一定余地，以确保生产任务的完成。焦炉在生产过程中周转时间应保持稳定，不应频繁变动。当实际周转时间短于设计周转时间时称为强化生产。在炉体完全良好的状态下，强化生产最多只能短于周转时间1小时。操作时间：指某一炭化室从摘门、推焦、装煤、对上炉门再至下一炉号开始摘门所需的时间，即相邻两个炭化室推焦的间隔时间。每炉操作时间一般为1012分钟，缩短操作时间有利于炉体保护和减轻环境污染。检修时间：全炉所有炭化室都不出炉的间歇时间。实际上是将周转时间分为总操作时间和检修时间，即：周转时间每孔操作时间孔数检修时间检修时间是用于车间清扫，设备维修，以保证机械设备正常运转和焦炉正常生产。检修时间以23h为宜，过短不利于维修和更换备品备件，起不到检修的作用。过长会造成荒煤气发生量不均衡。当周转时间较短时，一个周转时间内安排一次检修，若周转时间过长，为均衡出炉，有利于炉温稳定，可在一个周转时间内安排若干次检修。结焦时间：煤在炭化室内高温干馏的时间，一般规定为从装煤完毕对上炉门到推焦杆开始推焦的时间间隔。2、推焦顺序与循环推焦图表编制推焦顺序表的原则有：全炉每个炭化室都应保持规定的干馏时间。推焦时相邻炭化室处于结焦中期，以免推焦时造成炉墙损坏，并且在装煤后两边燃烧室对新装煤料均匀加热。焦炉移动机械行程较短，节省运转时间和节能。保持移动机械有一定的检修时间。煤气沿集气管长向均匀排出。根据上述原则，目前采用的推焦顺序有如下几种：92顺序（符合上述各原则），它是我国普遍采用的顺序。52顺序（符合上述各原则），现已被广泛采用，机械行程较92顺序为短，更适用于5炉距“一点定位”新型推焦机。21顺序（基本符合上述各原则），在国外采用较多。（1）循环推焦图表是按月编排的，其中规定焦炉每天每班的操作时间、出炉数和检修时间。每经过一定时间，出炉与检修时间重复一次。重复一次的时间称为一个大循环时间。一个大循环时间内的每个周转时间称为一个小循环时间。大循环和小循环的关系可用下列不定方程来表示：大循环天数y24大循环中包括的小循环数（x ）周转时间。在没有较长时间延迟推焦和结焦时间变动下，推焦图表是保持不变的。（2）班推焦计划的编制三班推焦操作应严格执行班推焦计划。每班推焦计划应符合推焦图表，并考虑前一班执行推焦计划的情况。在编制推焦计划时，应保证周转时间与结焦时间之差不大于15分钟，需烧空炉时，周转时间与结焦时间之差不大于25分钟。在没有延迟推焦和不改变生产计划时，每班的推焦计划应与循环推焦图表相一致，编排时就很简单。但遇有延迟推焦，生产计划调整及特殊炉号处理等情况发生时，就须将这些特殊因素考虑在内进行仔细编排。乱签炉号的处理：因各种原因而产生一个或几个延迟推焦的炉号时，这样就造成所谓“乱签”。这时在编排计划时，就应逐步“顺签”，尽量在较短的时间内恢复正常。恢复正常办法：一是向前提，即每次出炉时，将乱签的炉号向前提12炉，以求逐渐达到其在顺序中的原来位置，这种方法不损失炉数，但调整慢。二是向后丢，即在该炉号出炉时不出，使其向后丢，逐渐调整至原来位置，这样调整快，但损失炉数，一般延迟10炉以上可采取向后丢炉的办法调整，但延长的结焦时间不应超过规定结焦时间的1/4。应注意防止高温事故。结焦时间变动及事故状态下推焦计划的编制：采用循环推焦的优点是每天或每班都有检修时间。这样既不破坏结焦时间，又不影响生产任务的完成，还可以减少设备事故的发生。如果因某种原因而发生事故时，也可采用循环图表法使结焦时间改变到最小程度。事故后的推焦计划与事故持续时间和检修时间有关。现将事故时间分二种情况进行讨论：事故持续时间小于一段检修时间；事故持续时间大于一段检修时间。第一种情况事故持续时间小于检修时间时因事故影响的炉数用撵炉的办法解决，尽快赶回丢失的炉数。在撵炉时一般规定1h内只能多出两炉，否则影响出炉操作