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焦炉室结构设计 第一章 绪论1.1炼焦技术的发展炼焦化学工业，是随钢铁工业发展而发展起来的。初期炼铁是用木炭，由于木材缺乏和煤的开发利用，才开始从煤获得焦炭。直到1735年，焦炭炼铁获得成功，从此，炼焦化学工业逐渐发展其来。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。现代炼焦炉以室式炼焦为主，焦炉炉体由耐火耐火材料砌筑而成1。炼焦炉的发展，大体可分为四个阶段，即成堆炼焦与窑式，导焰炉，废热式焦炉及现代的蓄热室焦炉。最初的炼焦方法是煤成堆炼焦，此后有出现了窑式炼焦。这种炼焦的方法的特点是结焦和加热在一起进行，靠干馏出的煤气和一部分煤进行燃烧而将煤料直接加热练成焦炭，所以焦炭产率低，灰分高，成熟度不均匀。经过发展，出现了结焦的炭化室与加热的燃烧室完全分开的窑炉，干馏煤气可直接进入燃烧室自上而下边流动边燃烧，加热炭化室，这种炼焦窑炉称为倒焰炉。由于没未被烧掉使焦炭产率得到提高，灰分下降。后来由于有机化学工业的发展，找到了焦油的用途，开始出现了废热式焦炉。这种焦炉的特点是；煤气用抽气机吸出，经回收设备分离出化学产品后，在压送到燃烧室燃烧。为保证发生一定的煤气量和稳定煤气成分，要求炭化室必需有一定数量，各炭化室按一定顺序依次出煤，出焦，因此出现了焦炉炉组，实现了连续稳定的生产。废热式焦炉在燃烧室产生的高温废气直接进入烟囱排出，浪费了这部分热量，所生产的煤几乎全部用于自身加热。由于在结构上有了许多改进，由废热式焦炉发展到现在的蓄热室焦炉。蓄热室焦炉将燃烧室产生的高温废气，通过蓄热室换热去加热燃烧用的煤气和空气，由于废热得到回收，所以大大提高了焦炉的热工效率。蓄热室焦炉产生煤气，用于自身加热只需一半左右。另外还可以使用贫煤气加热，这不仅可降低成本，还可以湿资源更加合理。蓄热室焦炉的蓄热室，可分纵蓄热室和横蓄热式两种。纵蓄热室其长的方向是与炉组平行的，一座焦炉共有两个蓄热室。横蓄热室其长的方向是与炉组垂直的，而与燃烧室平行。由于横蓄热室焦炉具有便于气流调节便于维护检修，废热回收率高等优点，所以，现代焦炉绝大部分都采用横蓄热室。1.2现代焦炉技术继续发展阶段现代焦炉技术到20世纪20年代已经基本定型，但各项工艺仍在不断进行和完善，尤其是近几十年来，又有重要发展。主要成就有焦炉容积大型化，干法熄焦及其大型化，焦炉煤预处理，焦化厂环境和生产自动化等。高炉炼铁技术的发展，为满足焦炭产量的要求，炼焦炉在筑炉材料，炉体构造，有效体积，装备技术等方面都有显著发展。焦炉发展的主要标志是大容积，致密硅砖，减薄炭化室炉墙和改善加热均匀性等1。1.3现代焦炉的基本要求现代焦炉有多种炉型，炉型结构不断改进，但焦炉的发展应满足下列共同的基本要求。焦饼均匀成熟，焦炭质量好，块度均匀而适当；化学产品二次裂解损失少。生产能力与相关要求相适应，劳动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，炉龄长。生产操作可靠，热工调节简便，便于维护与检修1。第二章 焦炉的设计指标2.1焦炉的划分大，中，小型焦炉按炭化室高度划分；炭化室高度在4米以上为大型焦炉。炭化室高度在2.8米以上，四米以下为中型焦炉。炭化室高度小于2.8为小型焦炉一、 计算公式 干焦年产量按下式计算 t/年 (2-1)式中 Q-一个路组生产全焦的能力，t/年N-每座焦炉的炭化室孔数；M-一个炉组的焦炉座数；B-每孔炭化室一次装干煤量，t/孔K-干煤产全焦率，%；8760-全年的小时数；0.97-考虑到检修炭化室的减产系数；h -周转时间，0.94-按湿焦含水量6%计算的湿焦换算系数 。炭化室的有效容积为38.5 ,B=38.5 0.74=28.5 t/孔;取=19h;K=74% 故， N=44.86三座焦炉的孔数分别是：45 、45、45根据以上的内容本设计为大型焦炉。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。烟道没在焦炉基础内或基础两侧，烟道末端通向烟囱。燃烧室和炭化室： 燃烧室是煤气燃挠的地方，通过与两侧炭化室的闲墙向炭化空提供热量。装炉煤在炭化室内经高温干馆变成焦炭。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。煤气在立火道本体内燃烧。蓄热室： 为了回收利用焦炉燃烧废气的热量预热贫煤气和空气，在焦炉炉体下部设置蓄热室。斜道区： 位于燃烧室和蓄热室之间的通道。用硅砖砌筑。炉顶： 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。2.2焦炉的特点 本焦炉为双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷、贫煤气和空气侧入的复热式焦炉。该焦炉具有结构严密、合理、加热均匀、热工效率高的特点。 蓄热室主墙采用带有三条沟舌的型砖相互咬合砌筑，蓄热室主墙对砖煤气道处的外层墙面无直通缝，保证了砖煤气通到的严密。蓄热室单墙为单沟舌结构，用异型砖相互咬合砌筑，保证了墙的整体性和严密性。 蓄热室内装有薄壁大换热面格子砖，比一般格子砖增加1/3的换热面，可使废气温度降低3040。 蓄热室单墙和端墙炉头温度的提高起到一定的作用、 为保证炭化室的加热均匀，设计采用加大废气循环量和设置焦炉煤气高低灯头与措施（高灯头距离室底400mm,低灯头距炭化室底250mm）.为了保证结构的合理和工作的顺利进行，本设计的主要尺寸如下。表2.1焦炉炉体的主要尺寸及技术指标炭化室全长15980mm炭化室有效长15410 mm炭化室全高6000 mm炭化室有效高5650 mm炭品均高450 mm炭化室锥度60 mm炭化室中心距1300 mm炭化室有效容量38.5m3燃烧室立火道中心距480 mm燃烧室立火道个数32个加热水平高度1000 mm2.3焦炉工艺流程备煤车间送来的能满足炼焦要求的配合煤装入煤塔。由装煤车煤塔下取煤，并经计算后按作业计划将煤装入炭化室内，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车内，然后进入熄焦塔。经喷水熄焦后的焦炭卸到凉焦台上，经凉焦后再送进筛焦楼，按筛分级别贮存。煤车干馏过程中生产中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，经吸煤气管道引至煤气净化车间，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回合燃烧，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。但实际的流向要复杂的多，在这里就不做介绍，但结合实际焦炉的特点及实际生产情况，可得出一些参数值2。见下页表2.2序号项目单位指标焦炉煤气加热时混合煤气加热时1标准火道温度机侧1290标准火道温度焦侧13402过剩空气系数 1.21.31.151.253焦饼上下温差70504小烟道废气温度3503005焦饼中心温差1000506炉头火道温度11007下降气流看火孔压力Pa058炭化室底部压力Pa59集气管内荒煤气温度9010低压氨水管总管压力MPa0.2511高压氨水管总管压力MPa2.212地下室煤气主管压力Pa120070080013地下室煤气横管压力Pa70080014柱上部弹簧负荷(总)kN14015炉柱下部弹簧负荷(总)kN10016纵拉条弹簧组负荷(总)kN240在涉及道温度和压力时，一般按照如下内容2.4 温度标准准火道为第7眼和第26眼烧室火道任何一点的温度在交换后20秒不准超过1450,不低于1100砖蓄热室温度不准超过1320也不许低于900化室顶部空间温度为780850烟道温度不准超过350，不低于300饼中心温度为1000+50，上下部温差不超过70集气管温度保持在801002.5 压力标准集气管压力应保持120140 pa ,以保证炭化室底部压力在结焦末期不低于5 pa 在整个结焦时间内,燃烧系统内的气体和外界空气不得低于漏入炭化室,双集气管的压力保持相等,防止荒煤气倒流火看火眼压力应保持在050pa用混合煤气时,焦炉煤气支管压力应比高炉煤气支管压力大200pa,混合比控制在2-7%(体积)压氨水压力不低于0.2mpa,高压氨水压力不得低于3.0mpa.2.6 加热制度包含的内容准测火道的温度气消耗量烟道和两侧分烟道的吸力升气流蓄热室顶部压力气盘进风口开度煤比及配合煤分析炉装煤量及装煤的水份热用的煤气发热值用高炉煤气加热时，应注意，1两侧烟道走廊和地下室空气中一氧化碳含量不得超过30mg/m3，2高炉煤气含尘量不许超过15mg/ m3，3进气主管煤气温度不超过35，4煤气蓄热室内任何部位包括废气开闭器在内其吸力不低于5 pa. 但具体情况因实际的工作要求而定1。2.7煤的质量要求经配煤车间配和好的煤料质量要求如下； 表2.3 煤料质量要求项目指标水分粒度3mm80灰分10硫分1挥发份2324胶质层指数Y1420mmX15mm粘结指数65 表2.4 炼焦产品的质量指标项目 指标灰分13.3硫分1水分4M407280M10810焦炉煤气组成 表2.5 化学成分（干基）COCO2H2CH4CmHnN2O26.02.459.525.52.24.00.4低发热值；17900KJ/m3第三章 焦炉炉体各主要部位尺寸的确定3.1焦炉炉型的分类按加热用煤气供入方式分：由炉底供入的称下喷式，由斜道区侧面供入的方式称侧入式。按加热煤气使用的种分类：既可用贫煤气（高炉煤气，发生炉煤气等），也可用富煤气（焦炉煤气，脱氢焦炉煤气等）加热的称富热式，只能用贫煤或只能用富煤气加热的称单热式。按火道配置方式分为：双联火道式，两分火道式，上跨式。安装煤方式分：顶装煤式，捣固式。3.2炭化室尺寸的确定3.2.1炭化室锥度为了推焦顺利，炭化室焦侧宽度大于机侧宽度，两侧宽度之差叫做炭化室锥度，其大小应根据炭化室长及装炉煤的性质而定。炭化室锥度随炭化室长度不同而变化，炭化室越长，锥度越大，在长度不变的情况下，其锥度越大越有利于推焦。配煤挥发分低应采用锥度大的炭化室；配煤挥发分高、收缩性较大，应采用锥度小一些的炭化室。目前，国内小型焦炉的炭化室锥度为20mm，大型焦炉锥度为50mm，大容积焦炉锥度为6070mm3，6m焦炉为大容积焦炉，故炭化室锥度取60mm。3.2.2炭化室长度炭化室最大长度应取决于推焦杆克服焦饼质量的惯性阻力，及炉砖与焦饼之间的摩擦及粘着阻力，且要求此力不应破坏机侧炉头焦饼的整体性。平煤杆行程有一定限度，行程过长则选用平煤杆的材质和结构都较困难。当前设计的大型焦炉，炭化室长度一般为1416m。捣固焦炉一般为13m左右。3.2.3炭化室高度炭化室高度取决于工厂的规模，技术经济指标和设备制造能力。在同样充分发挥设备能力的条件下，增加炭化室高度，可增加炭化室容积，提高装炉煤堆积密度，提高单孔产量，提高焦炉生产能力和劳动生产率，还可降低单位焦炭产量的投资和操作费用，并减少对环境污染。但炭化室过于增高时，为保证炉墙有足够的极限强度，必须相应增大炭化室中心距和炉顶层厚度，将使单孔炭化室的基建投资增加，故炭化室的高度采用6m。炭化室全高减去平煤后顶部空间的高度部分，称为炭化室的有效高度。炭化室上部在装煤后应留出一定的空间，供荒煤气顺利排出，6m焦炉炭化室有效高度为5650mm。3.2.4炭化室宽度炭化室机侧与焦侧的平均值称为炭化室的平均宽度。炭化室宽度主要取决于煤料的结焦性能、焦炭的用途等。煤料粘结性较强，或需生产块度较大的焦炭，一般采用宽炭化室；煤料的粘结性较差，需快速炼焦，则采用窄炭化室。国内大、中型焦炉的炭化室宽度一般采用400450mm，6m焦炉的平均宽度为450mm。3.2.5炭化室墙厚度除了利用不同厚度的炭化室墙来达到高向加热均匀外，通常炭化室墙厚度从上至下都是一样的。炭化室墙厚一般为100105mm，6m焦炉炭化室墙厚度为100mm。3.3燃烧室燃烧室与炭化室依次相间，为调节和控制燃烧室长向的加热，现代焦炉的燃烧室分成若干立火道。燃烧室是煤气燃烧的地方，煤气和空气在其中混合燃烧，产生的热量传给炉墙，间接加热炭化室中煤料，对其进行高温干馏。燃烧室数量比炭化室多一个，长度与炭化室相等，燃烧室锥度与炭化室相等但方向相反，以保证焦炉炭化室中心距相等。一般中小型焦炉为1219个立火道，大型焦炉为2632个立火道，6m焦炉的燃烧室有32个立火道，各火道间的隔墙还起提高结构强度的作用。3.3.1燃烧室的结构形式与材质燃烧室内用隔墙分隔成若干立火道，通过调节和控制各火道的温度，使燃烧室沿长度方向获得所要求的温度分布，同时又增加了燃烧室砌体的结构强度。由于增加了炉体的辐射传热面积，从而有利于辐射传热。燃烧室墙面温度高达13001400，燃烧室的温度分布由机侧向焦侧递增，以适应炭化室焦侧宽、机侧窄的情况。因为燃烧室内每个火道都能分别调节煤气量和空气量，从而保证整个炭化室内焦炭能同时成熟。用焦炉煤气加热时，根据煤气入炉方式不同，可以通过灯头砖进行调节或更换加热煤气支管上的孔板进行调节。贫煤气和空气量的调节是利用斜道口设置人工阻力，大型焦炉采用更换和排列不同厚度的牛舌砖，可以达到调节气量的目的4。燃烧室材质关系到焦炉的生产能力和炉体寿命，一般均用硅砖砌筑。为进一步提高焦炉的生产能力和炉体的结构强度，其炉墙有发展为采用高密度硅砖的趋势。3.3.2燃烧室加热水平高度燃烧室顶盖高度低于炭化室顶部，二者之差称加热水平高度，这是为了保证使炭化室顶部空间温度不致过高，从而减少化学产品在炉顶空间的热损失货物石墨生成的程度。加热水平高度由三个部分组成：一是煤线距炭化室顶部的距离，即炉顶空间高度；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。因此不同高度的焦炉加热水平是不同的。6m焦炉的加热水平高度为1005mm 。3.3.3燃烧室静力强度计算焦炉燃烧室受垂直和水平负荷的作用，垂直负荷计有砌体自重和装煤车重（应计入煤斗内煤的重量），水平负荷主要来自炼焦过程中煤的膨胀压力和推焦时所产生的侧压力。炉墙的弯曲应力与砌体的自重和焦炉设计的结构有关，当燃烧室的顶与底未与相连接的砌体嵌在一起时，则炉墙容易变形，为此，应将燃烧室顶与底嵌入砌体内，增加炉墙的强度。煤料炼焦时作用于炉墙的膨胀压力，按0.07kg /计算.若在此压力下，相邻炭化室又处于结焦末期，即焦饼因收缩而离开炉墙，则所有膨胀压力全都加在砌体上，这就是炉墙处在最不利的情况。这时，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4。 炉体静力强度计算尺寸示意图S-立火道中心距K-隔墙厚度R-立火道的长度D1-加上炉墙后的宽度D2-燃烧室的宽度L1-炭化室高度L2-燃烧室高度C-加热水平B-炉顶厚度G-炉墙厚度A-炭化室中心距S=48 K=13 R=35 D1=69.3 D2=49.3L1=430 L2=350 C=80 B=117.8 G=10A=114.3装煤车重 q1=135 t装煤量 q2=28.5 t砌体重度 根据上述已知条件得1、 转动惯量2、断面抗弯矩3、静力矩4、横断面积5、砌体本体负荷=3318.66 kg-看火孔断面积6、设装煤车（包括煤重）的负荷由两个燃烧室承受，每个燃烧室有32个立火道（N=32）则每个立火道承受的装煤车的负荷为；7、炉墙侧负荷取p=0.07kg/cm2，则单元燃烧室每米高的炉墙侧负荷为8、燃烧室顶与底两支点的弯矩9、砌体中弯曲应力10、垂直应力11、砌体的抗压强度和抗拉强度为12、砌体的抗剪强度以上对炭化室墙的抗压强度，抗拉强度以及抗剪强度的计算均符合要求。炉墙极限侧负荷的计算：假设：燃烧室是一种简单结构；不考虑砖缝的粘结力；砖缝间有足够的摩擦力；砖有足够的抗压强度；膨胀压力均匀。则极限侧负荷可按下式6计算： 式中：P 炉墙的极限侧负荷，kg/； S 立火道中心矩，cm； L 炭化室高，cm； 炭化室顶部每2S长度的抗弯矩，kgcm； A 炭化室中心矩，cm；图3.2 炉体静力强度计算尺寸B 炉顶厚度，cm； D 燃烧室宽度，cm； 炉顶砌体重度，约为；1.4103 kg/cm3； 炭化室底部每2S长度的抗弯矩，kgcm； C 加热高度，cm； G 炭化室墙厚，cm； H 跨越孔高度，cm； K 立火道隔墙厚度，cm； 炉墙砌体重度，约为1.8103 kg/cm3；。焦炉炉墙所允许承受的极限负荷应大于0 .07kg/，一般宜在0.08kg/左右，为确保炉体有足够的强度，除满足上述要求外，在结构上应考虑将燃烧室顶部嵌入炉顶。=248130130= = =3 从上述强度计算可以看出，对砌体强度影响最大的是炭化室高度，其次是炉顶厚度及带有煤料的煤车负荷。当炭化室中心距相同时，炭化室越高，砌体强度越差；炉顶越厚，砌体强度不会明显增加；增加炭化室墙的厚度，稍能增大一些砌体强度，但却使热阻增大，一般不宜采用。3.4蓄热室为了提高焦炉热效率，充分利用焦炉加热产生的高温烟气余热，现代焦炉设有蓄热室。按照预热气体的种类，蓄热室分为煤气室与空气室。用贫煤气加热时，煤气、空气分别经蓄热室的煤气室、空气室预热后进入立火道燃烧；富煤气预热会使其中的碳氢化合物裂解，所生成的炭粒堵塞格子砖孔道，增加燃烧系统阻力，所以不需要预热。此外，碳氢化合物裂解后，焦炉煤气在火道内的火焰变短，不利于高向加热均匀。因此，焦炉煤气是经过砖煤气通道直接供入火道内的，此时蓄热室的煤气室、空气室皆用以预热焦炉加热空气。砖煤气道分侧入与下喷两种，前者经斜道区进入火道，后者寓于主墙内。蓄热室位于斜道下部，通过斜道与燃烧室相通，是废气与空气进行热交换的部位。蓄热室预热煤气与空气时的气流称为上升气流,废气称为下降气流.在蓄热室里装有格子砖,当由立火道下降的炽热废气经过蓄热室时,其热量大部分被格子砖吸收,每隔一定时间（20min）进行换向，上升气流为冷空气或高炉煤气，格子砖便将热量传递给空气或高炉煤气。通过上升与下降气流的换向，不断进行热交换，使废气由1200左右经过蓄热室降低到400以下，而经过蓄热室的上升气体（空气和高炉煤气）被预热到1000以上，这样可以提高高炉煤气和空气在立火道内的燃烧温度，使焦炉热效率提高。蓄热室由小烟道、箅子砖、格子砖、隔墙、封墙等组成。3.4.1小烟道小烟道位于蓄热室的底部，是蓄热室连接废气盘的通道，上升气流时进冷空气或高炉煤气，下降气流时汇集废气，因此温度变化剧烈，故硅砖小烟道内均衬以黏土砖。为了使小烟道的阻力不致过大，以利于用篦子砖的内外阻力差去克服小烟道内的压力差，一般小烟道流速取Nm/s。为了清扫小烟道方便，小烟道高度应不低于200mm。对于有地下室的焦炉，小烟道底可适当地开一些清扫孔。3.4.2箅子砖小烟道上的箅子砖，用以支承格子砖，更主要是通过箅子砖孔径的变化，使气流沿蓄热室长向均匀分布。箅子砖有圆孔型和方孔型两种。方孔型是工字或王字型砖，排列后由两块砖上的缺口构成箅子砖孔；圆孔型箅子砖在砖中间有圆锥孔，根据气体在小烟道内压力的分布，配置不同孔径的扩散或收缩孔型，下降气流时都能实现气流沿蓄热室长向均匀分布，故国内焦炉均采用圆形扩散孔型箅子砖。3.4.3格子砖设计格子砖要求单位体积内有较大的蓄热面，同时要具有较小的水力直径，因为蓄热室的对流传热系数与流速和水力直径有关。蓄热室内放置的格子砖，现代焦炉均采用薄壁型。我国焦炉所用的九孔薄壁格子砖，上下层对孔排列，可降低格子砖阻力，增大蓄热面积，且易于清扫。格子砖是热交换的介质，由于气流变化频繁且剧烈，因此采用黏土耐火材料制作。格子砖的砖型有条形和异形两种。异形格子砖具有阻力小、换热面积大、热工效率高、清扫方便、更换容易等优点，缺点是制造工艺复杂，成本高。异形格子砖有厚壁十六孔的格子砖与薄壁九孔格子砖，宝钢M型炉采用薄壁十六孔的格子砖。薄壁九孔及以上格子砖蓄热效果好。格子砖通常都是用黏土制作的，因为黏土价格低廉、抗急冷急热性能好。黏土的缺点是在长期高温的作用下，会产生蠕变现象。格子砖也有半硅质的，它的导热性比黏土质好，在高温下没有蠕变现象，抗急冷急热性能也好，故蓄热室顶层常常放置半硅质格子砖。3.4.4隔墙目前一般的蓄热室都设有中心隔墙，中心隔墙在蓄热室长向中间位置，它把蓄热室分为机、焦两个单室，这样有利于两侧煤气、空气与分烟道吸力的调节，但它必须严密，否则将引起机、焦侧气体窜漏。蓄热室隔墙是“主墙”（异向气流蓄热室的隔墙）和“单墙”（相邻蓄热室同向气流间隔墙）的总称。下喷式焦炉的蓄热室主墙内还有直立砖煤气道，因此主墙采用带沟舌的异型砖砌建，单墙则可用标准砖砌筑。蓄热室顶部温度经常在1200左右，并且蓄热室隔墙几乎承受着炉体的全部质量，所以现代大型焦炉的蓄热室隔墙都用硅砖砌筑，否则将对焦炉产生不良影响。当缺少硅砖时，也可用黏土砖砌筑，但要考虑与上部硅砖砌体联结处的处理，否则上下膨胀不同，易将黏土砖砌体拉裂。 由于主墙两边压力差大，易漏气，当上升煤气漏入下降蓄热室，不但损失煤气，而且会发生“下火”现象，严重时可烧熔格子砖，使交换开闭器变形；当上升空气漏入下降蓄热室，则会发生“空气短路”现象。故设计两分式焦炉，应十分重视中心隔墙的结构，因为它是异向气流的隔墙，压力差为410mmH2O，因此要求隔墙严密，墙内不应有直通缝，墙厚一般在300mm以上，以防窜漏。对于同向气流的中心隔墙，其压力差为0.51.0 mmH2O，墙厚为150230mm。3.4.5封墙 封墙是封闭机、焦侧两端蓄热室洞口的墙，封墙的厚度直接影响蓄热室走廊温度，封墙厚度一般在400mm左右，其包括断热砖230mm，封墙正面墙砖应大一些，以减少砖逢数量。为了便于正面墙的构缝，砖缝应不小于5mm。因蓄热室内处于负压，封墙应当严密和隔热。如果不隔热，外界冷空气就会被吸入蓄热室里，使端部格子砖温度降低；当用高炉煤气时，又使高炉煤气燃烧，从而降低炉头温度。如果隔热不好，会散失热量，降低热工效率并恶化蓄热室走廊操作环境。封墙用黏土砖砌筑，中部砌一层绝热砖，墙外抹以石灰绵和白云石混合的灰层，以减少散热和漏气。有的焦炉蓄热室封墙上粘贴了硅酸铝纤维，明显降低了蓄热室封墙的散热。3.4.6蓄热室计算应按热交换量最大的蓄热室进行计算，所以一般选焦侧煤气蓄热室来计算格子砖高度。对于复热式焦炉，应按高炉煤气加热考虑。表3.1 原始数据表单位数量备 注炭化室有效容积m338.5干煤堆积重度:0.74t/m3已考虑紧张操作系数入炉煤水分以10%计查附录十二3高炉煤气30 时含饱和水汽量4.36%焦、机侧煤气分配比为1.15查附录十二3查附录十二3查附录十四3煤气1080热容量0.362空气1080 热容量0.341煤气90热容量 0.312空气 90热容量 0.312查附录十四3查附录十四3炭化室一次装入干煤量t28.5周转时间h191kg干煤相当耗热量kcal/kg2751干高炉煤气的发热量kcal/m33360湿高炉煤气成分，%CO2 O2 CO H2 CH4 N2 H2O4.36 10.52 0.29 26.78 2.58 0.19 55.28每一燃烧室所需的干高炉煤气量：m3/h1228.125通过一个煤气蓄热室的高炉煤气量：干煤气：湿煤气：m3/h2456.22568.2通过一个焦侧煤气蓄热室的高炉煤气量：干煤气：湿煤气：m3/min21.922.9当=1.25时1m3高炉煤气所产生湿废气量m31.824当=1.25时1m3干高炉煤气燃烧所需湿空气量m30.933当=1.25时，焦侧一对煤气、空气蓄热室通过的湿废气量：21.9 1.824m339.95废气通过煤气与空气蓄热室的分配比：1.19当=1.25时通过焦侧一个煤气蓄热室的湿废气量：m3/min21.7当=1.25时，湿废气的成分，%CO2 H2O O2 N221.49 4.8 2.12 71.59360时湿废气热容量当=1.25时kcal/m30.3491300时湿废气热容量当=1.25时kcal/m30.3915运算时先列出有关原始数据，然后通过蓄热室热平衡计算，确定预热空气或高炉煤气的温度，以及蓄热室的热交换量，再按下列计算方法算出热交换系数K：对流传热系数的计算： = 式中 对流传热系数，kcal/m2； T 气体与格子砖之间的平均温度，K； 换算成标准状态下的湿气体流速，m/s；d 格子砖水力直径，m。辐射给热系数的计算：先求出辐射层厚度C C=PC式中 P 三原子气体或的体积百分数； d 格子砖水力直径，m。按求得的和值（差附录十六3），分别查表得辐射给热系数和，kcal/m2。再将此两项相加，得。将和之和乘以气流通过蓄热室的不均匀系数(一般为0.70.8)即得总传热系数,再根据加热期和冷却期的总传热系数(查附录十七3),确定总热交换系数。然后算出格子砖上、下部气体温差的平均温度，最后按下式求出换热面积式中 F 换热面积，m2；Q 预热高炉煤气或空气净得的热量，kcal/min； 格子砖的平均总热交换系数，kcal/m2周期 ； T 一个换向周期的持续时间，一般为20分钟； 格子砖顶部与底部的气体对数平均温度，。根据一层格子砖的蓄热面积，可以确定格子砖的高度。6m焦炉采用9孔格子砖，见图3.3。据尺寸可以进行格子砖蓄热面及水力直径计算。图3.3 9孔格子砖1原始数据（见表3.1）2蓄热室高向温度分布（见表3.2）表3.2 蓄热室高向温度分布部 位温 度绝对温度，K下降气流废气温度焦侧蓄热室上 部中 部下 部1300103536015731308633下降气流格子砖温度焦侧蓄热室格子砖上 部中 部下 部123597531015081248583上升气流格子砖温度焦侧蓄热室格子砖上 部中 部下 部114086014013731133413上升气流高炉煤气预热温度焦侧蓄热室上 部中 部下 部t80090273+t10733633格子砖蓄热面及水力直径计算1每块格子砖的蓄热面积F（1）两端外侧及内测面积（）1)两端四个凸面的侧面积 2)两端除去凸面在平面上的面积=+=0.0065+0.02225=0.02875（2）两侧面积1）两端两个凸出部分侧面积 2）中间两个凸出部分侧面积 3）中间除去凸出部分平面面积 （3）上底和下底面积 1）上底面积 =0.018622）下底面积 =0.1967m2 （4）内部通道面积 + 2焦侧蓄热室一层格子砖蓄热面积Fjm2 1)每层格子砖数为55 则每层格子砖蓄热面积 Fj1=0.307455=16.907m2 2）格子砖蓄热面相应高度的蓄热室墙面Fj2=（7.44+0.39）20.127=1.988m2 Fj= Fj1+ Fj2=16.907+1.988=18.896m23格子砖通道的当量直径d1）一块格子砖的空隙面积 2）焦侧一层格子砖的总空隙面积 3）一块格子砖的周长 4）焦侧一层格子砖的周边长度 Lj=552.954+（7.44+0.39）2+0.0158=142.027m2 =0.02608m24煤气蓄热室平衡（1）带入热量 1）废气带入显热 Q1=13000.391523.2=11807.64 kcal/min 2）高炉煤气带入显热 Q2=900.32324.5=712.215 kcal/min3）带入总热量 Qa= Q1+ Q2=11807.64+712.215=12519.86 kcal/min（2）带出热量 1）废气带出热量 Q3=3600.34923.2=2914.85 kcal/min 2）蓄热室墙面对周围环境散热 取散热系数 K=0.005 Q4=K Qa =0.00512519.86=62.59 kcal/min 3）带出总热量 Qb= Q3+ Q4=2914.85+62.59=2977.45 kcal/min（3）预热煤气所得热量 Q5=- Qa - Qb =12519.855-2977.45=9542.41 kcal/min（4）高炉煤气预热后温度 10735 热交换系数KP之计算用下式计算对流传热系数 （1） 蓄热室加热期的对流传热系数1） 蓄热室上部：格子砖温度=1235；废气温度=1300；平均温度 tJ=1267.5； T=1540.5K V0=23.2/600.9261=0.358 m/s =10.27 kcal/m2h 2）蓄热室中部 =975； =1035； =1005； =1278K =9.804 kcal/m2h 3）蓄热室下部 =335； =608K =8.142 kcal/m2h（2）蓄热室加热期的辐射给热系数1） 蓄热室上部 = Pd =0.005609m =Pd =0.001253m辐射介质温度： =1235； =1300 =8.65 kcal/m2h （查附录十六3） =1.32 kcal/m2h （查附录十六3） =+=8.65+1.32=9.97 kcal/m2h 2）蓄热室中部 辐射介质温度： =975； =1035 =6.45 kcal/m2h （查附录十六3） =0.89 kcal/m2h （查附录十六3） =+=6.45+0.89=7.34 kcal/m2h3）蓄热室下部 辐射介质温度： =310； =360； =1.52 kcal/m2h （查附录十六3） =0.25 kcal/m2h （查附录十六3）=+=1.52+0.25=1.77 kcal/m2h(3)加热期总传热系数上部：=（+）0.75=（11.27+9.97）0.75=15.18 kcal/m2h中部：=（）0.75=(9.804+7.34)0.75=12.86 kcal/m2h下部：=（）0.75=(8.142+1.77)0.75=7.43 kcal/m2h上三式中0.75为校正系数，反映了气体通过蓄热室时分布的不均匀程度。（4）蓄热室冷却期的对流传热系数 1）蓄热室上部 格子砖温度=1140； 高炉煤气温度=1080=1110； =1383K=0.441m/s=10.96 kcal/m2h 2）蓄热室中部 =860； =800； =830； =1103K=10.36 kcal/m2h 3）蓄热室下部 =140； =90； =115； =388K=7.98 kcal/m2h（5）蓄热室冷却期的辐射给热系数1） 蓄热室上部 =0.002746m =0.001138m 辐射介质温度： =1140； =1080；=6.64 kcal/m2h （查附录十六3）=1.12 kcal/m2h （查附录十六3）=+=6.64+1.12=7.76 kcal/m2h2）蓄热室中部 =860； =800 =4.73 kcal/m2h （查附录十六3）=0.81 kcal/m2h （查附录十六3）=+=4.73+0.81=5.54 kcal/m2h3）蓄热室下部 =140； =90 =0.78 kcal/m2h （查附录十六3）=0.12 kcal/m2h （查附录十六3）=+=0.78+0.12=0.9 kcal/m2h（6）冷却期的总传热系数校正系数为0.75上部: =（+ ）0.75=（10.96+7.76）0.75=14.04 kcal/m2h中部: =（+ ）0.75=（10.36+5.54）0.75=11.93 kcal/m2h下部: =（+ ）O.75=（7.98+0.90）0.75=6.66 kcal/m2h（7）蓄热室格子砖总热交换系数 1）依据： =15.18 kcal/m2h =14.04 kcal/m2h查附录十七3得 =2.39 kcal/m2h 2）依据： =12.89kcal/m2周期 =11.93 kcal/m2h查附录十七3得 =2.04kcal/m2周期 3）依据： = 7.98 kcal/m2h =6.66kcal/m2h查附录十七3得 =1.15kcal/m2周期 4） 1.905kcal/m2周期6 蓄热室上部气体温度差和下部气体温度差的对数平均温度 2467 格子砖的高度计算（1） 换热面积（2） 格子砖层数 即格子砖层数为22层 （3） 格子砖高度 8 每小时换热1000kcal的换热面积 m23.5斜道燃烧室与蓄热室室相连接的通道称为斜道。斜道区位于炭化室及燃烧室下面、蓄热室上面，是焦炉加热系统的一个重要部位，进入燃烧室的高炉煤气、空气及排出的废气均通过斜道。3.5.1斜道的结构斜道区是连接蓄热室和燃烧室的通道区。由于通道多、压力差大，因此斜道区是焦炉中结构最复杂，异型砖最多，在严密性、尺寸精确性等方面要求最严格的部位。斜道区的温度在生产时为10001200，砌体升温时沿炭化室长向靠蓄热室墙底与基础平台间的砂粒滑动层，在护炉铁件的紧箍力下做整体膨胀；而沿炉组纵长方向，由于抵抗墙的定位，实体的斜道区不能整体膨胀，故斜道区内设有平行与墙的膨胀缝，以吸收斜道区砌体沿纵长方向的膨胀。斜道区内相当与一个炭化室中心距的位置，每一层均有膨胀缝，上下层膨胀缝应交错，且不应与蓄热室、炭化室和燃烧室空间相通。斜道出口处设有火焰调节砖及牛舌砖，更换不同厚度和高度的火焰调节砖，可以调节煤气和空气接触点的位置，以调节火焰高度。移动或更换不同厚度的牛舌砖可以调节进入火道空气（或高炉煤气）量。3.5.2斜道阻力计算斜道阻力计算即斜道内气体流动阻力的计算。选用的阻力计算公式为：式中 气体流动阻力，mmH2O； K阻力系数； 换算成标准状态下的湿气体流速，m/s；换算成标准状态下的气体重度，kg/m3； 273K； g重