年产100万吨6m焦炉炉体设计.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书设计任务书（一）设计参数（1）生产能力：年产焦炭100万吨。（2）焦炉炉体的主要尺寸及技术指标（冷态尺寸）见下表：焦炉主要冷态尺寸及技术指标序 号名 称单 位数 量1炭化室全长mm159802炭化室有效长mm151403炭化室全高mm60004炭化室有效高mm56505炭化室平均宽mm4506炭化室锥度mm607炭化室中心距mm13008炭化室有效容积m338.59立火道中心距mm480 10加热水平高度mm1005（3）周转时间：19h。（4）焦、机侧煤气分配比：1.15。（二）设计任务（1）收集焦炉炉体设计相关资料，进行方案设计；（2）进行炉体设计相关计算，包括燃烧室静力强度、蓄热室计算、斜道阻力计算等；（3）绘制炼焦车间平面布置图、6m焦炉纵剖视图、焦炉加热系统图、焦炉示意图等；（4）撰写毕业设计说明书、绘制相关工艺图纸4张。要求：至少有一张徒手绘制或用计算机（Auto CAD）绘制的图纸。摘 要焦炉炉体主要由炭化室、燃烧室、斜道区、蓄热室和炉顶区组成，蓄热室以下为烟道与基础。焦炉结构的发展大致经过四个阶段，即土法炼焦、倒焰式焦炉、废热式焦炉和近代的蓄热式焦炉。本设计为JN-60型焦炉，是目前普遍采用的一种大型焦炉。此焦炉为双集气管、单吸气管，双联火道，废气循环，焦炉煤气下喷，高炉煤气侧入，复热式焦炉。JN-60型焦炉的优点是耗热量低、热工效率高；炭化室内煤的堆积密度较大，高向加热均匀；基建投资省、劳动生产率高占地面积少、维修费用低。设计中进行炉体相关计算，包括：燃烧室静力强度、蓄热室热量衡算、斜道阻力计算等，绘制了四张图纸包括炼焦车间平面布置图、6m焦炉纵剖视图、焦炉加热系统图、燃烧室剖面图。关键字：JN-60型焦炉，炉体设计，热量衡算，煤气AbstractThe coke oven furnace body consists of the carbonization room, the combustion chamber, the ramp room, the regenerator and the furnace top area. The flue and foundation are under the regenerator. The development of coke structure has undergone four stages, namely, indigenous coke, down-draft type oven, heat-type oven and modern regenerative coke oven.The design adopts JN-60 compound coke oven, a large coke commonly used at present, which has the double collecting pipe, the single suction trachea, the twin quirk, the recycling of waste gas, the coke gas downward spurting and the blast furnace coal gas leaning into. JN-60-type coke oven has the advantage of low heat consumption, heat rate ergonomics; large charcoal interior packing density, the high uniformity of the heat; the low infrastructure investment, the high labor productivity. an the low maintenance costs and area covers .The related computation of furnace body design includes: combustion chamber static rating, heat balance calculation for the regenerator, ramp drag calculation, ect. And four drawings includes: coking workshop floor-plan, 6m coke oven vertical cutaway view, coke oven heating diagram, combustion chamber sectional drawing Key words: JN-60 coke oven, Furnace body design, Heat balance calculation, Coke oven gas前 言炼焦炉是将煤料炼制成焦炭的大型工业炉组，由于炼焦生产能力和劳动生产率的不断提高和化学产品的回收利用，使炼焦炉的炉型得到逐步改进。现代炼焦炉以室内炼焦为主，焦炉炉体由耐火材料砌筑而成。炼焦炉的发展，大体可分四个阶段，即成堆炼焦与窑式、倒焰炉、废热式焦炉及现代的蓄热式焦炉。一般焦炉连续运行一代炉龄后，就进入大修期。20世纪70年代焦炉大修大部分是原地大修，这限制了焦炉技术装备水平的提高。80年代焦炉大修的趋势是易地大修建大容积焦炉或原地初扩容大修。到目前为止，我国新建6m大容积焦炉已有20座。焦炉大型化是今后焦炉发展的方向。在大型钢铁联合企业，焦炉改造向大型化发展，一是有利于提高焦炭质量，适应和满足大型高炉生产发展的需要；二是有利于提高焦炉技术装备水平及自动化水平，有利于减少环境污染。对老焦炉进行技术改造，向大型化发展，已是势在必行。本设计阐述了炼焦工艺流程和炼焦工艺技术指标，以及焦炉的炉体构造和焦炉热工计算。并详细说明了JN-60型焦炉的结构特点和焦炉的生产操作指标。 由于编者水平有限，如本设计说明书中有不妥之处，恳请各位老师批评指正。编 者2010年6月目 录设计任务书I摘 要IIAbstractIII前 言IV第一章 焦炉简介11.1 焦炉简述11.2 焦炉的炉型21.3 焦炉的构造31.3.1炭化室31.3.2燃烧室31.3.3蓄热室41.3.4斜道区51.3.5炉顶区51.3.6焦炉基础平台、烟道和烟囱61.4 焦炉加热煤气管道分布61.4.1焦炉加热煤气管道分布61.4.2管道附件61.5 几种常见焦炉的结构特点71.5.1新日铁M型焦炉71.5.2 JN43型焦炉(原称58型)81.5.3大容积焦炉8第二章 炼焦炉102.1 炼焦炉的发展102.2 炼焦工艺流程概述12第三章 JN-60型焦炉的构造143.1焦炉炉体各部位概述143.2炭化室孔数的确定143.3炭化室中心距的确定153.3.1 燃烧室静力强度计算163.3.2炉墙极限侧负荷的计算17第四章 焦炉热工计算214.1蓄热室计算214.1.1格子砖蓄热面及水力直径的计算234.1.2煤气蓄热室热平衡计算264.1.3热交换系数计算274.2炉体水压计算314.2.1斜道阻力的计算34第五章 焦炉操作385.1装煤385.1.1煤塔贮煤385.1.2从贮煤塔取煤385.1.3装煤与平媒395.1.4装平煤操作405.2推焦425.2.1推焦计划的制定425.2.2推焦操作465.2.3建立清除“石墨”制度475.2.4难推焦的处理475.3熄焦485.3.1湿法熄焦485.3.3熄焦塔及相关设备495.3.4凉热及放焦505.3.2干法熄焦505.3.3低水分熄焦53第六章 炼焦厂址及炼焦车间工艺布置556.1 厂址选择原则556.2 厂区选择原则556.3 炼焦车间工艺布置原则556.4 炼焦车间平面布置图57参考资料59附 录60致 谢6165第一章 焦炉简介煤在焦炉内隔绝空气加热到1000左右，可获得焦炭、化学产品和煤气。此过程称为高温干馏或高温炼焦，一般简称炼焦。焦炭主要用于高炉炼铁。煤气可以用来合成氨，生产化学肥料或用作加热燃料。炼焦所得化学产品种类很多，特别是含有多种芳香族化合物，主要有硫铵、吡啶碱、苯、甲苯、二甲苯、酚、茶、蒽和沥青等。所以炼焦化学工业能提供农业需要的化学肥料和农药，合成纤维的原料苯，塑料和炸药的原料酚以及医药原料吡啶碱等。可见，炼焦化学工业与许多部门有关系，可生产很多重要产品，是煤综合利用行之有效的方法。炼焦主要产品焦炭，是炼铁原料，所以炼焦是伴随钢铁工业发展起来的。初期炼铁使用木炭，由于木材逐渐缺乏，使炼铁发展受到限制，人们才开始寻求焦炭炼铁。1735年焦炭炼铁获得成功。初期焦炉都是结焦和加热在一起进行的，有一部分煤被烧掉。为了使结焦和加热分开，缩短结焦时间，出现了倒焰式焦炉。由于炼焦化学产品焦油和氨找到了用途，促进了燃烧室和炭化室完全隔开的焦炉，即所谓副产品回收焦炉的发展。燃烧室排出的废气温度很高，此部分废热没有回收，有的用来加热废热锅炉，这种没有废热回收的焦炉，叫做废热式焦炉。为了降低耗热量和节省焦炉煤气，由废热式焦炉进一步发展到回收废热的蓄热式焦炉。蓄热式焦炉对应每个炭化室下方有一个蓄热室，蓄热室有蓄热用的格子砖。当废气经过蓄热室时，废气把格子砖加热，格子砖蓄存了热量，当气流方向换向后，格子砖把蓄存的热量再传给冷的空气，使蓄存热量又带回燃烧室。焦炉由废热式发展到蓄热式焦炉，具备了现代焦炉型式。由于原料煤的限制，为了获得高产优质低消耗的炼焦产品，近一百年来，世界各国出现了不同型式的炼焦炉，其中以欧洲大陆最为发达。我国自己开办的第一座焦化厂，是1914年开始修建的石家庄焦化厂。至今我国焦化工业已伴随钢铁工业发展成煤化工领域中较大的部门，达到了较好水平。1.1 焦炉简述现代焦炉有多种型式，各不相同。焦炉主要是由炭化室、蓄热室和燃烧室三个部分构成，此外附有加煤车、推焦车、导焦车和熄焦车等焦炉机械1。1.2 焦炉的炉型 现代焦炉应保证炼得优良焦炭，获得多的煤气和焦油副产物。要求炭化室加热均匀，炼焦耗热量低，结构合理，坚固耐用。焦炉由燃烧火道构成燃烧室，火道温度一般在10001400，其值应低于硅砖的允许，AD热温度，此温度由炉顶看火孔用光学高温计测得。火道加热用煤气由炉下部煤气道供入，当用贫煤气加热时，贫煤气经由蓄热室进入火道。离开火道的废气温度高于1000，为了回收废气中的热量，焦炉设置了蓄热室。每个燃烧室与两对蓄热室相联。蓄热室中放有格子砖，在废气经过蓄热室时，废气把格子砖加热，热量蓄存在格子砖中。换向后，冷的空气或贫煤气经过格子砖，格子砖中蓄存的热量传给空气或贫煤气，贫煤气可以是高炉煤气和发生炉煤气等。能用焦炉煤气或贫煤气加热的炉子称复热式焦炉。蓄热室的高度约等于炭化室的高度。燃烧室立火道数有2236个，由于立火道联结方式不同，形成了不同形式焦炉。有双联火道、两分式以及上跨式等。现代焦炉火道温度较高，高温区用硅砖(或称矽砖)砌筑。从前蓄热室墙较低温度区用粘土砖砌筑，现在焦炉操作温度较高，全部用硅砖。为了减少焦炉表面损失热量，采用绝热砖。炭化室高度为38m ，长度为1218m ，则一座焦炉需用的耐火砖量为150650t ，需用钢材1560t 。炭化室顶部厚度11.5m，有35个加煤孔。捣固焦炉只有一个打开的加煤孔，用于导出加煤时冒出的煤气，进行消烟除尘。炭化室墙表面积较大，为了获得成熟均匀、含挥发分比较一致的焦炭，要求火道高向和沿长度方向供热能满足要求，即火道上下温度均匀。长度方向因炭化室宽度不等，焦侧宽、机侧窄，故焦侧火道温度稍高。贫煤气燃烧的火焰长，火道上下方向加热容易达到均匀。当用富煤气，例如焦炉煤气加热时，共火焰较短，上下加热不均匀，为了达到上下加热均匀，可以采取如下措施： 上低灯头 火道中灯头高低不等。 废气循环 火道中混入废气，拉长火焰。 分段燃烧 火道分段供入空气，增长燃烧区。为了便于控制进入火道的煤气量可采用在焦炉地下室调节供气的下喷式方法，通过煤气横管上的每个文管定量地供给各火道灯头煤气，进入空气域或排出的废气量，可以由分隔蓄热室在废气阀上的调节口加以控制。1.3 焦炉的构造现代焦炉主要由炭化室、燃烧室、蓄热室和斜道区等组成，焦炉各部位的构造及其工作状况简介如下2。1.3.1炭化室炭化室是煤隔绝空气干馏的地方，煤由炉顶加煤车加入炭化室。炭化室两端有炉门，炼好焦炭用推焦车推出，沿导焦车落入熄焦车中，赤热焦炭用水熄火，置于焦台上。当用干法熄焦时，赤热焦炭用惰性气体冷却，并回收热能。炭化室的有效容积是炼焦的有效空间部分，等于炭化的有效长度、平均宽度和有效高度的乘积。有效长度是全长减去两侧炉门衬砖伸入炭化室的长度；平均宽度指机焦侧的平均宽；有效高度指全高减去平煤后顶部空间的高度。顶装煤的常规焦炉，为顺利推焦，炭化室水平截面呈梯形，两侧宽度之差称为锥度(燃烧室的机焦两侧宽度恰好与此相反)。1.3.2 燃烧室燃烧室是煤气燃烧为炭化室供热的地方，与炭化室依次相间，一墙相隔。每座焦炉的燃烧室都比炭化室多一个。(1)与炭化室的隔墙 其要求是防止干馏煤气泄露，尽快传递干馏所需的热量，高温抗腐蚀性强，整体结构强度高。因为焦炉生产时，燃烧室墙面的温度约为1300，炭化室平均温度为1100。在此温度下，炉墙承受炉顶机械和上部砌体的重力，墙面要经受干馏煤气和灰渣的侵蚀，以及炉料的膨胀压力等。为此，炉墙都用带舌槽的异型砖砌筑。(2)火道及其联结方式 由于炭化室有一定的锥度，焦侧装煤量多。为使焦饼同时成熟，应保持燃烧室温度从机侧到焦侧逐渐升高。为此，将燃烧室用隔墙分成若干个立火道(2232)，以便按温度不同分别供给不同数量的煤气和空气。炭化室越长，燃烧室立火道数越多。立火道底部是煤气和空气的出口。如JN43(450)焦炉，每个立火道底部有两个斜道出口和一个烧嘴。当用焦炉煤气加热时，烧嘴走上升焦炉煤气，两个斜道都走上升空气；当用高炉煤气加热时，一个斜道走上升高炉煤气，另一个斜道走上升空气。贫煤气和空气的量，通过改变斜道口处调节砖厚度来调节。而焦炉煤气量则通过改变下喷管内孔板直径进行调节，火道联结方式有以下几种。 双联式 每两个火道为一组，一个火道中上升煤气，并在其中燃烧，生成的高温气从火道中间隔墙跨越孔流入相邻的另一个火道而下降，每隔2030min换向一次。为使高向加热均匀，立火道隔墙下设有废气循环孔，让部分下降气流进入上升气流火道，以冲淡上升气流火道中的可燃物浓度，并增加气流速度，使可燃物上升到火道上部燃烧，拉长火焰，改善高向加热均匀性。双联火道的特点是，调节灵敏，加热系统阻力小，气流在各个火道分布均匀，加热均匀。但每一个隔墙均为异向气流接触面，压差较大，火道之间窜漏的可能性比两分式的大。 两分式炭化室下部没有大蓄热室，由中心隔墙分机焦两侧。当用贫煤气加热时，一侧蓄热室单数进空气，双数进煤气(或相反)，燃烧生成的废气汇合于水平集合焰道，由另一侧下降；两分式火道的优点是，结构简单，全炉异向气流隔墙少，有利于防止窜漏。但水平结合烟道内气流阻力较大，导致各压力不同，从而使各立火道内的气体分配量和蓄热室方向气流分布不均。 跨顶式每个燃烧室下设两个蓄热室。当用贫煤气加热时，一个预热贫煤气，另一个预热空气，两者在立火道下部混合燃烧后，经跨顶烟道进入炭化室另一侧的立火道，然后下降至蓄热室。这种焦炉的炉顶温度高，已不再使用。(3)实现高向加热均匀的方法 立火道内煤气燃烧的火焰高度是有限的，当炭化室有效高度超过3m时，会出现焦饼上升加热不均匀。1.3.3 蓄热室蓄热室位于焦炉炉体下部，其上部经过斜道与燃烧室相连，其下部经过废气盘分别与分烟道、贫煤气管和大气相通。主要由格子砖、蓄热室内隔墙、封墙等构成。下喷式焦炉，主墙内还有直立砖煤气道。(1)格子砖 在蓄热室内，当下降高温废气时，由内装格子砖将大部分热吸收并积蓄，使废气温度由约1300降到400以下；当上升煤气或空气时，格子砖将蓄热量传给煤气或空气，使气体预热温度达1000以上。每座焦炉的蓄热室总是半数处于下降气流，半数处于上升气流，每隔2030min换向一次。为使格子砖传热面积大、阻力小，可采用薄壁异型格子砖、以增大传热面积。为降低阻力，且结构合理，格子砖安装时，上下砖孔要对准，操作时要定期用压缩空气吹扫。又因为蓄热室温度变化大，格子砖应采用粘土砖。(2)蓄热室隔墙 蓄热室隔墙有中心隔墙、单墙和主墙。中心隔墙将蓄热室分为机焦两例。通常两个部分的气流方向相同。单墙两侧为同向气流(煤气和空气)，压力接近，窜漏可能性小，用标准砖砌筑。主墙两侧为异向气流，一组上升煤气和空气，另一组下降废气，两侧净压差较大，所以，主墙要求严密。否则，上升煤气漏入下降气流中，不但损失煤气，而且会发生“下火”现象，严重时可烧熔格子砖和蓄热室隔墙，使废气盘变形，所以主墙多用带沟舌的异型砖砌筑。(3)封墙 封墙的作用是密封和隔热。炼焦时，蓄热室内始终是负压，所以封墙一定要严密。否则，若空气漏入下降废气而降温，使烟囱的吸力减少；混入上升空气，使气体温度降低而出现生焦；漏入上升贫煤气，使煤气在蓄热室上部燃烧，既降低炉头火道温度，又会将格子砖局部烧熔。封墙隔热可提高热工效率，故封墙内层为粘土砖，外层为隔热砖，表面呈白或覆以银白色的保护板，蓄热室墙多用硅砖砌筑。1.3.4 斜道区斜道区从位置看，既是蓄热空的封顶，又是燃烧室、炭化室的底部；从作用看，是燃烧室和蓄热室的连通道，不同类型的焦炉，斜道区的结构不同。每个立火道底部都有两条斜道，一条通空气蓄热室，一条通贫煤气蓄热室，复热式焦炉还有一条砖煤气道，通焦炉煤气。斜道内各走不同压力的气体，不许窜漏。斜道内设有膨胀缝和滑动缝，以吸收砖体的线膨胀。斜道区的倾斜角应该大于30，以免积灰堵塞，斜退的断面收缩角应小于7，砌筑时，求光滑，以免增大阻力。同一个火道内两条斜道出口中心线定角，决定了火焰的高度，应与高向加热均匀相适应，一般约为20。斜道出口收缩，使上升气流的出口阻力增大，约占整个斜道的75。当改变调节砖厚度而改变出口截面积时，能有效地调节高炉煤气和空气量。斜道区通道多，气体纵横交错，是焦炉中结构最复杂的部位，异型砖用量大，严密性、准确性要求高。1.3.5 炉顶区炭化室盖顶砖以上部位即炉顶区，炉顶区没有装煤孔、上升管孔、拉条沟及烘炉孔(投产后堵塞不用)。炉顶区的高度关系到炉体结构强度和炉顶操作环境，大型焦炉为l0001200mm，并在不受压力的实体部位用隔热砖砌筑。炉顶区的实体部位也需设置平行于抵抗墙(位于焦炉两端，防止焦炉膨胀变形)的膨胀缝。炉顶区用粘土砖和隔热砖砌筑。炉顶表面用耐磨性好的砖砌筑。1.3.6 焦炉基础平台、烟道和烟囱焦炉基础平台位于焦炉地基之上。焦炉两端没有钢筋混凝土的抵抗墙，抵抗墙上有纵拉条孔。焦炉砌在基础平台上，依靠抵抗墙和纵拉条紧固炉体。焦炉机焦侧下部设有分烟道通过废气盘与各小烟道连接，炉内燃烧产生的废气通过分烟道汇合到总烟道，然后由烟囱排出。烟囱的作用是向高空排放燃烧废气，并产生足够的吸力，以便使燃烧所需的空气进入加热系统。1.4 焦炉加热煤气管道分布1.4.1焦炉加热煤气管道分布焦炉加热煤气有高炉煤气和焦炉煤气。煤气的分配方式有下喷式和侧入式，下喷式焦炉都设有地下室，用以安装加热煤气管道和管件。单热式焦炉配备一套加热煤气管系，复热式焦炉配备高炉煤气和焦炉煤气两套管系，不同焦炉供入煤气的管道布置不同。侧入式焦炉的焦炉煤气由总管预热器蓄热室走廊里的机焦两侧焦炉煤气主管各支管(没有调节旋塞和交换旋塞)水平砖煤气道分布到各立火道。下喷式焦炉的焦炉煤气由总管预热器地下室的焦炉煤气主管各煤气支管(设调节和交换旋塞)各排煤气横管小横管(设有小孔板和小喷嘴)下喷管直立砖煤气道立火道底部的焦炉煤气烧嘴喷出，与斜道来的空气混合燃烧。侧入式焦炉的高炉煤气由总管煤气混合器，掺入少量焦炉煤气地下室(或蓄热室走廊里的地下沟)高炉煤气主管各支管(设有调节旋塞和交换旋塞)废气盘。下喷式焦炉的高炉煤气与下喷式焦炉煤气流向近似，不同的是高炉煤气由小支管(穿过小烟道或位于小烟道隔墙内)直接流入分格蓄热室预热后再去立火道。1.4.2管道附件(1)煤气混合器 为了提高高炉煤气的热值，需渗入一部分焦炉煤气。为此，在高炉煤气主管的机焦侧始端一般设煤气混合器，它是一个同心的套管段，内管上有许多小孔，焦炉煤气由外管进入管间，并经小孔进入高炉煤气管内。(2)煤气开闭器 主管和总管设有煤气开闭器，用于调节和切断全炉的煤气供应。主管设有煤气压力自动调节翻板，自动保持加热煤气压力的规定值。在主管和总管装有煤气流量孔板，用以测量进入全炉和一侧的煤气量。(3)水封槽 煤气中常有冷凝液，煤气管道应有一定的坡度，以使管道内的积水和焦油顺利排出，故加热煤气管道的最低点应设有水封槽。为防止煤气压力波动时煤气窜出液面，要求冷凝液排出管插入深度至液面间的水封高度应大于煤气可能达到的最大压力，一般为1.21.5m。(4)调节旋塞、交换旋塞和小孔板 调节旋塞的作用是切断和接通煤气。交换旋塞，通过扳杆和交换拉条相连、交换时，通过拉条带动扳杆，控制交换旋塞的开关。小孔板用来控制进入每个燃烧室的煤气量。一般情况下应保证焦炉煤气主管压力在0.51.5 kPa，高炉煤气主管压力在0.61.0 kPa，当结焦时间延长时，孔径应变小。1.5 几种常见焦炉的结构特点现代焦炉因火道结构、加热煤气分配方式、实现高向加热均匀性等方法不同可有多种类型，下面介绍几种常见焦炉的结构特点。1.5.1新日铁M型焦炉 我国宝山钢铁总厂使用此种焦炉。属于大容积焦炉，炭化室高6m，长15.7m，平均宽0.45m，锥度60mm，容积37.6m，采用双联火道、蓄热室沿长向分格。为了改善高向加热均匀性，采用了多段加热，为调节难确和方便，焦炉煤气和贫煤气(混合煤气)采用下喷式，在正常情况下，空气用管道强制通风，再经空气下喷管进入分格蓄热室，当强制通风有故障时，则由废气盘吸入(自然通风)。蓄热室位于炭化室下方，每个蓄热室沿长向分成16格，两端各一个小格，中间14个大格。煤气格与空气格相间排列。每个蓄热室下面平行设两个小烟道，一个与煤气格相连，另一个通空气格。沿炉组长向蓄热室的气流方向、相间异向排列。沿燃烧室长向的火道隔墙中有两个孔道，一处上升气流，另一处下降气流，每个孔道在距炭化室底1260mm及2896mm处各有一个开孔，与上升火道或下降火道相通，实行分段加热。用贫煤气加热时，正常操作下，采用强制通风，空气与贫煤气分别穿过小烟道的下喷管、进入空气格和煤气格，预热后，经斜道进入上升火道。其中部分气体由火道底流出、混合、燃烧，部分煤气和空气分别进入上升火道两侧隔墙中的上升气流孔道，由不同高度处的开孔流出、混合、燃烧，即为三段加热。燃烧后废气经双联火道的下降侧，部分由火道底流入斜道，部分由下降火道两侧隔墙中的下降气流孔道流入斜道，然后进入下降蓄热室的相应格，并经小烟道、废气盘排出。强制通风有故障时，也可改为自然通风。用焦炉煤气加热时，一般情况下，空气都采用自然通风。焦炉煤气经蓄热室主墙中的垂直砖煤气道，进入火道底，空气经蓄热室、斜道、火道底和火道隔墙中的孔道分段喷出，实行三段燃烧。该炉型加热均匀，调节准确、方便。但砖型复杂，约1200多种。蓄热室分格，隔墙较薄，容易发生短路，且不易检查内部情况。贫煤气和空气的下喷管，穿过小烟道，容易被废气烧损、侵蚀。1.5.2 JN43型焦炉(原称58型)JN43型焦炉是我国自行设计的。炭化室宽度有两种，分别为407mm、450mm，以适宜不同的煤种选用。双联火道带废气循环，焦炉煤气下喷，属于复热式焦炉。燃烧室头部采用直缝和高铝砖结构，以适应该处温度的剧烈变化和较重的摩擦。因为炉头火道低温和吸力过大等容易造成短路，而且一般炭化室头部装煤不满，所以机焦侧各边火道不设废气循环孔。斜道出口有改变气流断面的调节砖。为提高炉头温度，机焦侧第一对火道的斜道口宽度为120mm，中部的为80mm。砖煤气道顶部灯头砖高于废气循环的位置，这不仅使焦炉煤气火焰拉长，改善高向加热均匀性，还可防止短路。每个炭化室下面有煤气和空气两个蓄热室，与其上方炭化室两侧的燃烧室相通。面对焦炉的机侧，蓄热室与燃烧室的编号从左到右，立火道的编号由机侧到焦侧时，则每个蓄热室与同号燃烧室的双数火道、前号燃烧室的单数火道相连，即“同双前单”。立火道中的左侧斜道口均为煤气口，右侧均为空气口。同一个燃烧室的相邻火道气流方向相反，相邻燃烧室的同号火道也是气流方向相反。当用焦炉煤气加热时，在第一个交换间隔时间内，煤气经砖煤气道进入单号燃烧室的双数火道及双号燃烧室的单数火道。空气经单数同号煤气及空气蓄热室预热后，进入对应火道与煤气混合燃烧，燃烧后的废气经过跨越孔，分别进单号燃烧室的单数火道，双号燃烧室的双数火道，经过斜道进入下降气流蓄热室中，再经小烟道汇集于分烟道和总烟道排出。在下一个交换时间期间，上升和下降气流方向与原气流相反。用高炉煤气加热时，在第一个交换期间，煤气和空气分别进入各自的蓄热室预热，然后进入同号燃烧室的双数火道和前号燃烧室的单数火道，燃烧产生的废气经跨越孔沿相邻同组火道下降，流动方向与燃烧焦炉煤气相同。该炉型结构严密，炉头不易开裂，高向加热比较均匀，热工效率较高，砖型少，投资低。1.5.3大容积焦炉 我国自行设计并投产的大容积焦炉有JN55和JN60型。它们都是双联火道、废气循环、复热下喷式焦炉。大容积焦炉与一般的焦炉比，有以下特点：生产能力大，劳动生产率高，投资省。与JN43焦炉比，每孔装煤量提高到52倍，焦炉操作人员的劳动生产率提高约2530，每座焦炉的耐火材料节约300余吨，且砖型简化，仅338种；耗热量低，热工效率高；煤的堆密度大，高向加热均匀，用焦炉煤气或高炉煤气加热时，焦饼上下温度都在100之内，故而焦炭质量有所提高。大容积焦炉是我国大型焦化厂焦炉发展的方向，不过，大容积焦炉对设备、机械、材料等要求较高。第二章 炼焦炉2.1 炼焦炉的发展我国很早就采用简易方法制造焦炭，据古今图书集成等史料记载，早在明代或更早就用煤炼制焦炭并用于炼铁等方面。在欧洲，1619年Dudley发现用适当的煤炼成的焦炭可以代替木炭，改善高炉操作。但直到1735年焦炭炼铁才获得成功，所以1735年被认为是炼焦工业开始发展的一年。最早的炼焦方法是将煤成堆干馏，后来发展成为砖砌的窑，此类方法的特点是成焦和加热合在一起，靠干馏煤气和一部分煤的燃烧将煤直接加热而干馏成焦炭，所以焦炭产量低、灰分高、成熟度不均。为了克服上述缺点，19世纪中叶出现将成焦的炭化室和加热的燃烧室用墙隔开的窑炉，隔墙上部设通道，炭化室内煤的干馏气经此直接流入燃烧室，同来自炉顶通风道的空气会合，自上而下边流动边燃烧，故称倒焰炉。干馏所需热从燃烧室经炉墙传给炭化室内煤料。随着化学工业的发展，要求从干馏产生的粗煤气中回收化学产品。为此将炭化室和燃烧室完全隔开，炭化室内生成的粗煤气先用抽气机吸出，经回收设备分离出化学产品后，净煤气再压送到燃烧室内燃烧。1881年德国建成了第一座副产焦炉，由于煤干馏过程中产生的煤气组成是随时间变化的，所以炼焦炉必须由一定数量的炭化室构成，各炭化室按一定顺序依次装煤、出焦，才能使全炉的煤气组成接近不变，以实现连续稳定生产，这就出现了炼焦炉组。燃烧产生的高温废气直接从烟囱排入大气，故称作废热式焦炉，这种焦炉所产煤气几乎全部用于自身加热。燃烧产生的1200左右高温废气所带走的热量相当可观。为了减少能耗、降低成本，并腾出部分焦炉煤气供冶金、化工等其他部门作燃料或原料，又发展成具有废热回收装置的换热式或蓄热式焦炉。换热式焦炉靠耐火砖砌成的相邻通道及隔墙，将废气热量传给空气，它不需换向装置，但易漏气，回收废热效率差，故近代焦炉均采用蓄热式。蓄热式焦炉所产煤气，用于自身加热时只需煤气产量的一半左右。它还可用贫煤气加热，将焦炉煤气几乎全部作为产品提供给其他部门使用，这不仅可以降低成本，还使资源利用更加合理。自1884年建成第一座蓄热式焦炉以来，焦炉在总体上没有太大变化，但在筑炉材料、炉体构造、有效容积、装备技术等方面都有显著进展。随耐火材料工业的发展，自20世纪20年代起，焦炉用耐火砖出动土砖改为硅砖，使结焦时间从2428h缩短到1416h，一代炉龄从10年延长到2025年。由于高炉炼铁技术的进展，要求焦炭强度高、块度匀，由于有机化学工业的需要，希望提高荼和烃基苯的产率。这就促进了对炉体构造的研究，使之既实现均匀加热以改善焦炭质量，又能保持适宜炉顶空间温度以控制二次热解而提高萘的产率。20世纪60年代以来，高炉向大型化、高效化发展，焦炉发展的主要标志是大容积(由50年代的30级发展至80年代的70级)、致密硅砖、减薄炭化室炉墙和提高火道温度。80年代以来，以德国为主的欧洲焦化界认为对传统的多室式焦炉而言，要进一步提高劳动生产率和减轻环境污染，就应尽量减少出炉次数，增加每孔炭化室的容量和采用预热煤炼焦。但常规的多室蓄热式焦炉在炭化室尺寸的长、宽、高的进一步增大，均受到平煤杆长度限制，以及长向温度差加大，结焦时间过度增长，炉顶厚度增大，削弱炉墙强度等一系列因素的限制；而在常规焦炉中采用预热煤炼焦，又受到由于产生较大的膨胀压力，使炭化室墙变形而降低焦炉使用寿命的限制。因此常规多室式焦炉的技术水平已基本达到了顶降。为解决焦炉进一步的发展，欧洲焦化界提出了单炉室式巨型反应器的设计思想以及煤预热与干熄焦直接联合的方案。90年代，由德国等8个国家的13家公司组成的“欧洲炼焦技术中心”在德国的普罗斯佩尔(Prosper)焦化厂进行了巨型炼焦反应器(JCRJumbo Coking Reactor)，也叫单室炼焦系统(SCSSingle Chanber System)的示范性试验。这种焦炉在每个炭化室两边各有独立的一个燃烧室、隔热层和抵抗墙，每个炭化室自成体系，彼此互不相干，试验装置高10m，宽850mm，长10m(半炭化室长)，装炉煤用于熄焦系统蒸汽发生器中回收部分热量后的惰性热气体进行干燥、预热后。装入巨型反应器中炼焦。试验进行了三年多时间，共试验650炉，生产近3万吨焦炭，取得了焦炭反应后强度明显增加，焦炉配用更多高膨胀性、低挥发煤和弱粘或不粘高挥发煤，节能8，污染物散发量减少一半，生产成本下降10等效果。实现了焦炉超大型化，高效化和扩大炼焦煤源等方面的突破，被认为是新世纪取代传统焦炉的一种新炉型。但这种技术的商业化还受到诸如推焦和出焦机械的大型化，干熄焦和煤预热联合生产装置能力的大幅度提高等因素制约，尚有一定的发展过程。20世纪80年代以来以美国和澳大利亚为代表，对现行带回收的炼焦生产工艺，存在投资大、环境污染等问题，为解决焦炭的需要而改建老焦炉时，提出了带废热发电的无回收炼焦工艺，作为一种短期能满足需要，长期又能适应发展要求，弹性大、投资省的捷径。在澳大利亚建设了年产焦24万吨的三组135孔采用无回收炼焦工艺的焦炉；在美国阳光煤业公司建成年产焦55万吨和最近建设并计划年生产能力133万吨的采用无回收炼焦工艺的焦炉。上述无回收焦炉是一种长1214m，宽2.43.7m，高3.04.6m带炉底火道的长窑，装煤厚度6101220mm，因此煤层上方有较大空间，煤料结焦所需热量由粗煤气在该空间部分燃烧和表面层煤料燃烧以及末充分燃烧的粗煤气在炉底火道进一步被注入的空气燃烧所供给。燃烧生产的热烟气经废热锅炉产生蒸汽并用于发电，废热锅炉后的热废气经净化后放散。这种无回收焦炉在美国、澳大利亚被认为是一种投资省，环保条件好，废热得到利用，可取代常规焦炉的新一代焦炉，因而受到部分炼焦界的关注。但欧洲、日本和我国的焦化界认为这种无回收炼焦工艺仍存在焦炉烟尘和环保治理问题，热效率低、煤耗高、成焦率低、焦炭灰分增加、生产能力小、占地面积大等一系列缺点，因而其应用范围有限。综上所述，当前焦炉的主要结构型式，仍以多室的蓄热室焦炉为主，并将扩大容积，采用致密硅砖、减薄碳化室墙和提高火道温度等方面作为主要的技术发展方向。2.2炼焦工艺流程概述备煤车间送来的能满足炼焦要求的配合煤装入煤塔。由装煤车在煤塔下取煤，并经计量后按作业计划将煤装入炭化室，然后盖好装煤孔盖。煤在炭化室内进行一个结焦周期的高温干馏生成焦炭和荒煤气。炭化室内的焦炭成熟后，用推焦机推出并通过拦焦机导入由电机车牵引的熄焦机内，然后进入熄焦塔。经喷水熄焦后的焦炭卸到焦台上，经晾焦后再送往筛焦楼，按筛分级别贮存。煤在干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室的顶部空间，进入机焦两侧的上升管、桥管，在桥管处经过氨水喷洒，荒煤气温度降至90左右，再进入集气管。煤气和冷凝下来的焦油同氨水一起，经吸煤气管道升至净化车间，进行净化处理。焦炉加热用的焦炉煤气或高炉煤气，由外部管道架空引入，经调压后送到焦炉地下室。上升气流的煤气和空气在燃烧室的立火道底部会合燃烧，燃烧后的废气通过立火道顶部的跨越孔进入下降气流的立火道，再经过蓄热室，由格子砖把废气的部分显热回收后进入小烟道、废气交换开闭器、分烟道、总烟道、烟囱，最后排至大气。上升空气流的煤气和空气与下降气流的废气由加热交换传动装置定时进行换向5。第三章 JN-60型焦炉的构造3.1焦炉炉体各部位概述焦炉炉体最上部是炉顶，炉顶之下为相间配置的燃烧室和炭化室，炉体下部有蓄热室和连接蓄热室与燃烧室的斜道区，每个蓄热室下部的小烟道通过交换开闭器与烟道相连。烟道设在焦炉基础内或基础两侧，烟道末端通向烟囱。燃烧室是煤气燃烧的地方，通过与两侧炭化室的隔墙向炭化室提供热量。装炉煤在炭化室内经高温干馏变成焦炭。燃烧室分成许多立火道，立火道由立火道本体和立火道顶部两部分组成。煤气在立火道内燃烧。焦炉生产时，燃烧室墙面平均温度约1300，炭化室平均温度约1100。局部区域还要高些。有些温度下，墙体承受炉顶机械和上部砌体的重力；墙面要经受平馏煤气和灰渣的侵蚀；以及炉料的膨胀压力和推焦侧压力。因此，应要求墙体透气性低，导热性好，荷重软化温度高，高温抗蚀性强，整体结构强度高。为了顺利推焦，炭化室的水平截面呈梯形，焦侧宽度大于机侧，两侧宽度之差称锥度，燃烧室的机焦宽度恰好相反，故机焦两侧炭化室中心距相同。蓄热室上面是焦炉加热系统的一个重要部位，蓄热室分为煤气室和空气室，用于回收利用焦炉燃烧废气的热量预热贫煤气和空气。斜道区是指位于燃烧室和蓄热室之间的通道，用硅砖砌筑。炉顶是指位于焦炉炉体的最上部。设有看火孔、装煤孔和从炭化室导出荒煤气用的上升管孔等5。3.2炭化室孔数的确定炭化室孔数的计算： 焦炉的生产能力根据冶金需要用焦量而定。焦炉的生产能力可按下式计算：Q=NMBK365240.97/0.94 式中： Q 一个炉组生产全焦的能力，吨/年；N 每座炉的炭化孔数；M 一个炉组的焦炉座数；B 每孔一次装干煤量，吨/孔；K 干煤产全焦率，%（0.740.76）；0.97 考虑到检修炭化室的减产系数； 周转时间，h；0.94 按湿焦含水量6%计算的湿焦换算系数；由设计任务可知：Q=100104 M=2 B= 28.5 K=0.74 =19 将数据带入上式，得： 100=N228.50.74365240.97/（0.9419） N=49.83由计算知本焦炉组的三座焦炉的炭化室孔数分别为50、50。将N=50带入上式计算 100=50228.50.74365240.97/（0.94）=19焦炉推焦操作时间为5分钟，所以炭化室结焦精确时间为18小时55分。1炭化室的宽度本设计焦炉为6高焦炉，炭化室平均宽450。2炭化室长度本焦炉炭化室全长15980，有效长15140。3炭化室高度本焦炉高6，采取拉长火焰措施，保证高向加热尽可能均匀。4炭化室锥度 本焦炉为38.5大容积焦炉，炭化室锥度为60。 3.3炭化室中心距的确定取一个立火道作为单元燃烧室砌体（如图3.1所示），进行静力强度计算。计算过程如下：S 立火道中心距，厘米 L 炭化室高，厘米A 炭化室中心距，厘米 B 炉顶厚度，厘米D 燃烧室宽度， 厘米 C 加热高度，厘米G 炭化室墙厚度，厘米 K 立火道隔墙厚度，厘米 看火孔断面积，厘米2图3.1 炉体静力强度计算尺寸示意图3.3.1 燃烧室静力强度计算已知： S=48 取K=15 R=SK=33 =A炭化室的宽=13045=85 =2G=85210=65 =600 =499.5 C=100.5 B=