2X60孔炼焦炉毕业设计.doc

装订线安徽工业大学 毕业设计说明书1 前言焦炭是一种固体燃料，质硬、多孔、发热量高；烟煤在隔绝空气下加热到950-1050，经干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制的焦炭，这一过程称为高温干馏。在干馏温度为500-700情况下制的焦炭称为半焦。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。炼焦炉是将一次能源（煤）转化为二次能源(焦炭、煤气、化工等产品)的一种复杂的能源转换热工设备。近十年来，我国的焦化工业获得了飞速的发展，炼焦技术在理论、工艺及设备等诸多方面有了长足的进步。高温炼焦于1585年提出，1709年英国人达比首次将焦炭用于高炉炼铁。焦炉经历成堆干馏、倒焰炉、废热式和蓄热室焦炉四个发展阶段。现代焦炉是指以生产冶金焦、气化焦等为主要目的，可以回收炼焦化学产品的水平室焦炉，它由炉体和附属设备构成。焦炉炉体由炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道、炉顶与基础、抵抗墙等结构组成，并通过烟道与烟囱相连。炉体的附属设备主要包括：护炉铁件粗煤气导出设备、加热设备及炉门修理站。焦炉的发展趋势是焦炉的大型化和高效化。焦炉大型化就是扩大炭化室容积，增加焦炉的炼焦能力。这可通过增加炭化室的长度、高度和宽度来实现。焦炉高效化是指通过采取可行的技术措施，提高传热强度，缩短结焦时间，使生产能力提高。可通过提高火道温度，用高导热性能的炉墙砖和减薄炉墙厚度等方法来实现。焦化产业是为冶金产业服务的重要基础能源原材料产业，在我国经济建设、社会发展、财政税收及稳定就业方面发挥着重要作用。中国经济持续发展，随着城市化进程的逐步推进，钢材需求持续增长，焦炭产量也呈逐渐递增之势。自2005年焦化行业准入条件实施以来，焦化行业不断加大淘汰落后产能和技术改造力度，努力实现焦炉建设和改造的大型化、自动化、清洁环保化，促进了焦化产业结构的优化升级。为我国焦化行业优化产业结构和节能减排、清洁生产、环保治理、扭亏增盈、提高经济效益发挥了重要作用，也使我国焦化行业高消耗、高排放情况进一步明显改观。本设计的主要内容为260孔炼焦炉的设计，分别进行了方案论证，对格子砖高度和烟囱高度工艺计算，最后进行了总结和致谢。 2 文献综述2.1焦化工业的发展2.1.1焦化工业与钢铁工业我国钢铁生产的持续高速增长推动了炼焦生产的高速度发展，焦炭产量连续多年快速增加。2010年产量达到38757万吨，同比增长9.13，其中冶金焦炭36700万吨，占94.69。焦炭产量的快速增长导致炼焦煤供应紧张，特别是优质炼焦煤供应更加紧张，炼焦煤价格大幅度攀升。同时，高炉大型化、喷吹煤粉等强化冶炼技术的应用，使焦比大幅度下降，焦炭料柱骨架作用更加突出，对焦炭质量提出了更高的要求。增加炼焦配煤中优质炼焦煤的配入比例是提高焦炭质量的有效和通常做法，这进一步加大了炼焦行业对优质炼焦煤的需求，使炼焦行业对优质炼焦煤的需求与优质炼焦煤资源及供应之间的矛盾也更加突出。为弥补国内炼焦煤供应紧张和调剂品种，近年来炼焦煤进口量逐年增加，2010年全国累计的进口炼焦煤4727万吨，同比增长37.051。如何合理利用煤炭资源，稳定焦炭质量，降低生产成本，提高企业经济效益，满足钢铁工业可持续发展的需要是摆在炼铁和焦化企业面前的紧迫任务，也是长期任务。炼铁和炼焦工作者应携手共同研究炼铁对焦炭质量的要求，切实解决好我国炼焦煤资源合理利用和炼焦行业健康发展问题，为炼铁行业可持续发展提供质量稳定、可靠的冶金焦炭2。2.1.2焦化行业的特点现阶段我国焦化行业的特点是：满足持续发展的钢铁工业对焦炭和焦炉煤气的需求；建设现代化大型焦炉替代落后产能，全面提高工艺装备水平；发展捣固炼焦,节省优质炼焦煤；广泛普及节能减排的干熄焦技术；煤调湿技术的开发和起步；真空碳酸钾脱硫脱氰技术的开发和国产化；煤焦油加工装置的大型化；苯加氢技术的推广3。2.1.3中国焦化在世界的地位中国是世界焦炭生产大国，焦炭产量占世界焦炭总产量的36左右，焦炭出口量占世界焦炭出口贸易总量的50以上4。中国是一个炼焦生产大国，而不是炼焦生产强国，在许多方面还有很大差距。中国是世界第一焦炭出口大国，但是，焦炭质量并不高，焦炭质量还有待进一步提高。中国有数量庞大的焦炉，但小型焦炉较多，装备水平不高。中国的焦化工业是一个较大的工业门类，一定能为中国的发展和世界经济的发展做出应有的贡献。2.2焦炉发展我国焦化工业 ,从建国以来大体上经过三次里程碑式的飞跃。第一次飞跃是 50年代末至 60年代初 ,我国有了自行设计和自行制造装备的58型焦炉为代表的焦化厂。第二次飞跃是60年代中至 70年代初,以攀枝花建设为重点以炭化室高 5.5m焦炉为代表,并集中采用了多项新技术和新装备的焦化厂。第三次飞跃是改革开放以来，以宝钢及部分应用国外技术进行改造扩建而建成的具有 80年代水平的焦化厂1958年5。鞍山焦化耐火材料设计研究院成立后，才开始发展真正意义上的中国产的焦炉。1959年，我国首座自行设计的58型焦炉在北京焦化厂建成投产；1967年，我国自行设计的3孔6.1m试验焦炉在鞍钢试验成功；1971年，我国首座5.5m焦炉在攀钢建成投产；1984年，我国自行设计的单孔8m试验焦炉在鞍钢试验成功。1985年。我国首座从日本引进的6m焦炉(M型焦炉)在宝钢建成投产；1987年，我国自行设计的首座6m焦炉(JN60型)在北京焦化厂建成投产；2006年，我国首座从德国引进的7.63m焦炉在山东兖矿建成投产；2008年，我国自行设计的首座6.98m焦炉在鞍钢鲅鱼圈建成投产6。捣固焦炉炭化室高度从最初的 2.8m、3.2m、3.8m 到 4.3m、5m、5.5m、6.25m 的跳跃式发展。2.3焦炭质量2.3.1焦炭质量指标的变化焦炭冷强度是表征常温下焦炭的抗碎能力和耐磨能力。焦炭热强度是反映焦炭在使用环境温度和气氛下，抵抗破碎和磨损的能力。焦炭冷强度用M40和M10表示。抗碎机械强度M40指焦炭在转鼓中转动一定时间后，大于40mm的重量所占式样总量的百分数。抗耐磨械强度M10 指焦炭在转鼓中转动一定时间后，小于10mm的重量所占式样总量的百分数。焦炭的热态性质通常采用焦炭的反应性指数CRI和反应后强度CSR来表示。CSR以转鼓后大于10粒级焦炭占反应后残余焦炭的质量百分数表示。CRI/CSR测试反应性地测量了高温时二氧化碳中的焦炭，以及翻滚后的强度。 在测试中，焦炭在1100C的容器中与CO2气体发生反应，历时2 小时。 反应后的重量损失等于 CRI。焦炭质量指标M40、M10在高炉块状带具有一定得模拟性。经过块状带以后，焦炭要经历碳溶反应和高温作业，按M40、M10的检测过程，已不具有模拟性。日本提出的CRI和CSR，目前已被各国接受，我国已列为国标。但CRI和CSR对焦炭在高炉中的模拟性并不理想，它的不够完善之处不在于对反应温度和CO2缺乏模拟性，而是在于它是在碱金属条件下测定的。实际上高炉中有一定的碱金属存在，碱金属的存在可使各种焦炭的反应性差别大大缩小。这显然对焦炭质量的正确评定和生产焦炭的原料成本产生直接影响7。2.3.2提高焦炭质量的途径焦炭在高炉内的作用有：热源、还原剂、渗碳剂、料柱骨架等等。焦炭中除不足l的碳随高炉煤气逸出，其余全部消耗在高炉中，其大致比例为：风口燃烧5565，料线与风口间碳溶反应2535，生铁渗碳710，其他元素还原反应及损失23。随着高炉冶炼焦比的降低，风口辅助燃料喷吹量的加大，焦炭在风口燃烧的比例相对减少，而消耗于碳溶反应比例增加1。Sushi Kumar Gupta博士1等人根据大量文献资料的研究，总结出在高炉内焦炭自上而下的过程中产生粉化的主要因素：机械冲击和磨损、碳溶损反应、碱浸蚀、高温热力、风口高速鼓风破坏。高炉内焦粉消耗主要因素有三个：碳溶损反应、渗碳反应、焦炭与炉渣反应。当产生的焦粉与消耗的焦粉二者平衡没有焦粉聚集时，高炉即可顺行8。焦炭的灰、硫对于炼铁生产是有害杂质。但焦炭灰、硫的降低受到煤资源自身条件限制。因此，根据炼铁生产的具体情况和企业的煤资源状况制定合理的焦炭灰、硫指标是充分、合理利用煤炭资源、降低生产成本的重要措施。“十一五”期间，我国焦化行业对炼焦煤资源优化、合理利用和稳定/提高焦炭质量主要是通过以下技术及管理措施实现的：(1)焦炉大型化技术。截至2010年底，我国炭化室高5.5米捣固焦炉和6米顶装大焦炉的产能已达到1.4亿吨以上。焦炉的大型化对节省优质炼焦煤资源、改善焦炭质量贡献巨大。(2)捣固炼焦工艺技术。截至2010年底，我国捣固焦炉产能已突破l亿吨，对节省资源紧张的焦煤和肥煤资源贡献突出。根据中焦协焦炭煤资源委员会的调查和统计，采取捣固炼焦工艺技术，焦煤和肥煤配比可分别下降8.9和5.2个百分点，气煤、1/3焦煤和瘦煤配比分别提高4.6、3.5和6.5个百分点。(3)干熄焦技术。在钢铁联合企业焦化厂该技术已得到推广和普及，干熄焦产能已达到约1亿吨。采用干熄焦技术能明显改善焦炭质量，为改善我国钢铁联合企业焦化厂焦炭质量做出了贡献，间接节省了紧缺的焦煤和肥煤资源。(4)精细优化配煤技术。以煤岩配煤技术为代表的精细优化配煤技术得到推广和应用，使我国焦化行业配煤技术水平上了一个新台阶。进场炼焦煤应用分类及合理堆放、煤场优化管理、焦炭质量指标数值化预测及配煤专家系统的开发及应用，不同规格、形式的试验焦炉的开发、应用都促进了配煤技术向精细化、优化方向发展。“十一五”期间焦炭质量的稳步提高，一方面得益于焦煤和肥煤配入比例的提高，另一方面也得益于上述精细优化配煤技术的推广和应用。(5)焦炭质量研究。高炉炼铁技术的进步对焦炭质量提出了新的要求。焦炭质量研究的新进展为炼焦生产及优化配煤，实现炼焦煤资源优化、合理利用指明方向。例如，独立焦化企业，尤其是捣固炼焦企业由片面控制焦炭冷态机械强度到兼顾热态性能，配煤比也从尽可能少配焦煤和肥煤以降低配煤成本过渡到目前适当增加焦煤和肥煤配入比例以生产满足高炉冶炼要求的冶金焦炭1。2.4焦炉管理自动化2.4.1焦炉机械及其发展近年来，由于焦炭市场的火爆，山西境内的各大型焦化厂层出不穷，焦炉机械及配套机械的需求量非常大。目前已形成了适合我国情况的与大、 中、 小型焦炉配套的全部焦炉机械系列。就整个焦炉机械的发展而言，有 3 种影响因素：（1）对环境问题越来越重视，公布了一些环境污染控制法，这就影响了所有焦炉机械的设计。（2）为了增加生产能力而使用大容积的焦炉，并缩短结焦时间，就需要生产更坚固和功率更大的机器，也需要对一些费时过程使之机械化。（3）由于职业危害的控制， 避免因为工作造成对人身的伤害， 还需考虑改善操作人员的工作条件7。装煤车运行在焦炉炉顶面的装煤车轨道上，其作用是把从煤塔取出并经计量后的煤按作业计划装入炭化室内，并将装煤过程中从装煤孔溢出的烟气导入固定的集尘干管中。上海宝钢焦化厂从日本引进的焦炉机械功能及自动化程度较高， 其装煤车具有：（1）转盘给煤装置；（2）电磁开闭炉盖及炉盖的隔热；（3）装煤孔盖泥浆密封的机械化；（4）装煤车上设有点火水洗方式的无烟装煤设施；（5）上升管机械化操作；（6）炉顶面吸尘清扫等功能7。推焦车的功能，工作于焦炉机侧，用来推出炭化室内成熟的焦炭，推焦前与推焦后启闭机侧炉门，对机侧炉门、炉框进行清扫和头尾焦处理。推焦时，清扫炭化室顶的石墨。装煤时进行平煤，平煤杆进出炭化室前后启闭小炉门，并设置小炉门清扫和炉台清扫装置等。为了减少操作差错，现今大型焦炉的推焦车一般采用程序自动控制或半自动控制。为了缩短操作循环时间，使车辆服务于更多的炉孔数，今后车辆的发展尽可能采用一点停车。实现一点停车，可以减少车辆的启动次数，减少行走距离，提高设备的利用率9。拦焦车的功能，拦焦机运行在焦炉焦侧操作台的拦焦机轨道上，其作用是开闭焦侧炉门、对焦侧炉门进行清扫和头尾焦处理。出焦时通过导焦栅将焦炭导入焦罐车或熄焦车内，并将出焦过程产生的烟尘收集起来，导入集尘干管内。拦焦机采用一次对位，设有集尘罩、机械化导焦装置、启闭炉门装置、头尾焦回收装置、炉门、炉框机械清扫机构及炉台清扫装置。现今拦焦车的司机室四周装有隔热材料、 门窗密封， 并安有空调， 室内和室外空气对流要经过过滤和吸尘装置9。熄焦车的功能，接受由炭化室推出的红焦，并送到熄焦塔通过水喷洒而将其熄灭，然后再把焦炭卸至凉焦台上。它是由钢架结构、走行台车、电机车牵引和制动系统、耐热铸铁车厢、开门机构和电信号部位等组成。熄焦车通常采用电机车牵引，车速可在相当范围内变化，由于两次出焦之间的间隔时间越来越短，熄焦车就可能成为提高焦炉出焦次数的障碍，所以目前已开发了新的牵引装置：一种是使用紧凑的双轴驱动装置，可使熄焦车达到更高的加速；另一种是使用高功率的绞车，可使熄焦车适用于自动化9。2.4.2九温五压焦化厂中的调火组主要负责“九温五压”的测控。以下各项称九温五压：为了确保焦碳在规定的结焦时间内沿高向、长向均匀成熟，必须制定和严格执行焦炉的加热制度，并结焦时间、装煤量、装煤水分、加热煤气、气候等实际条件的变化，对焦炉加热制度进行及时的调节。焦炉加热制度的主要内容有温度制度、压力制度、与流量（煤气、空气、废气）的供给与调节制度。温度制度有焦饼中心温度、直行温度、冷却温度、横排温度、炉头温度、蓄热室顶部温度、小烟道温度、炉顶空间温度及炉墙温度。压力温度有碳化室底部压力、看火空压力、蓄热室顶部吸力、小烟道吸力及蓄热室阻力。小烟道温度，主要是为了检查蓄热室的热交换情况是否良好，了解蓄热室废气热量回收的程度，并及时发现因炉体不严密而造成的漏火、下火情况。 炉顶空间温度是指炭化室顶部荒煤气的温度。测量他有利于了解化学产品的收侓与质量以及炉顶石墨生长情况。炉顶空间温度与炉体结构、装煤、平煤、调火操作以及配煤比因素有关。 测量直行温度是为了检查焦炉沿纵长向温度分布的均匀性和全炉温度的稳定性。 测量蓄热室顶部温度是为了检查蓄热室温度是否正常。控制高温，以防格子砖烧熔。定期测量蓄热室温度还可以发现炉体结构是否严密、有否短路、串漏及下火现象。当用焦炉煤气加热时，测量上升气流，交换后立即开始测量。用高炉煤气加热时，测量下降气流，交换前510分钟开始测量。 测量焦饼中心温度，是为了确定某一结焦时间条件下合理的标准温度，检查焦饼沿炭化室长向和高向成熟的均匀情况。焦饼中心温度是焦炭成熟的指标，焦饼各点温度应一致。 炭化室温度一般与焦饼中心温度同时测量，间接检查炭化室炉墙上下温度分布情况。测量顺序由上至下，两面墙都测上、中、下三点应在一条垂直直线上，不许测石墨。 冷却温度的测量是为了将交换后不同时间测定的立火道温度换算为交换后20S的温度，以便比较全炉温度的均匀性和稳定性及防止超过焦炉的兑许温度即1450。 炉头火道因散热多，所以温度较低且波动较大，为了防止炉头焦饼不熟，以及装煤后炉头降温过多使炉头砖变形开裂需定期测量炉头温度。炉头温度在任何结焦时间下均不得低于10001050。测量横排温度是为了检查沿炭化室长向温度分布的合理性。保证焦饼沿炭化室长向同时成熟。测量蓄热室顶部吸力，是为了检查焦炉加热系统内空气和废气量的分配、横排温度分布、看火孔压力是否合理。 看火孔压力，压力制度的原则之一，燃烧系统的压力主要是根据看火孔压力来确定，它是确定蓄热室顶部吸力的依据。看火孔压力过高不利于炉顶观察火焰和测温操作，且散热量大炉顶温度高，对纵横拉条不利。过低在测温时会吸入冷空气或煤粉，对炉体有害，影响火焰燃烧。 定期测量蓄热室阻力是为了检查格子砖的堵塞情况。从斜道落入、进风门吸入的灰尘，均会造成格子砖阻塞。 测定炭化室底部压力，是为了检查和确定集气管压力是否合理，是否符合结焦末期炭化室底部压力大于大气压力。 小烟道的压力始终小于蓄热室顶部压力,即小烟道吸力始终大于蓄热室顶部吸力,这两点的压力差是气体在蓄热室中浮力与阻力之和。2.4.3结焦终了时间判断及自动化控制适宜判断结焦终了时间，可以较好地控制焦炭的成熟度，是提高焦炭强度，降低炼焦耗热量的重要途径。目前主要有三类方法。(1) 用焦饼中心温度判断。这是欧美、 前苏联与我国在20世纪80年代常用的方法。原冶金部规定焦饼中心温度（100050），焦炭挥发分Vdaf1.9为焦炭成熟， 主要方法有：直接在机焦侧的装煤孔用人工插入钢管，使用红外测温仪或热电偶测定焦饼中心温度；在拦焦车或熄焦塔上安装红外测温仪测定焦炭表面温度；在推焦杆的头部安装若干个测温传感器，测量燃烧室的炉墙表面温度，然后经复杂的换算，推算出焦饼温度。上述方法存在着操作复杂、环境恶劣和干扰因素多等问题，难以长期在线稳定运行。（2）粗煤气温度直接判断法。用粗煤气温度随结焦时间变化的规律来判断结焦终了时间。下面主要介绍芬兰罗德罗基公司、安徽工业大学化工自动化研究所提出炼焦指数法和火落管理系统。芬兰罗德罗基公司、安徽工业大学化工自动化研究所提出炼焦指数法：为预测结焦终了时间，在桥管上安装热电偶来测量粗煤气温度。通过测量温度变化的转折点Tmax，计算结焦指数CI。在其控制模型中，指数是用结焦时间与达到最高温度的时间的比值来表示的：CI=Tcoking/TTmax结焦指数控制模型根据结焦指数来调节预测能量需求。依据炼焦最终温度来设定炼焦指数之值，而炼焦最终温度是根据经验确定的。该方法采用了模糊控制和逻辑算法来判断控制动作是否符合指令。推焦前大约3h，结焦指数控制器测量出最后成焦温度，如果计算出的结焦指数超出了最高或最低限度，控制器则会做出自动调整。(3)火落管理系统:我国宝钢引进了日本的火落管理技术，依据粗煤气的温度和颜色的变化判定火落时刻，用火落时间作为加热的主要控制指标，并由人工调节每个燃烧室的煤气阀开度。通过确定周转时间来确定相应的目标火落时间，从而控制使每个炭化室的实际火落时间符合目标火落时间的要求。此外，利用火落管理还可以较早地发现干馏过程中的异常现象10。2.4.4焦炉加热优化串级调温焦炉加热优化串级控制(简称OCC系统)已成功的应用于国内十多家大型钢铁公司、独立焦化厂的36座焦炉上。OCC系统有两种合理的控制方案和不同的控制对策，并建立了一套独特的数学模型和灵活的控制手段，同时该系统具有操作方便、投资成本低、节能效果明显等优点，因而得到了广泛的应用。焦炉加热优化串级控制采用稳定结焦时间与变动结焦时间两种方案，采用二前馈、二反馈、一监控、二串级的方法进行控制，针对焦炉使用高炉煤气、焦炉煤气和混合煤气加热的三种不同的控制对象，采用了相应的技术措施以实现更精确、更有效的控制。焦炉加热优化串级控制系统框图见图2.1。图2.1 焦炉加热优化串级控制系统（1）两种控制方案：以二前馈二反馈一监控相结合的优化串级调控。二前馈：供热量前馈、分烟道吸力前馈控制，即根据装炉煤参数、焦饼终了温度和结焦时间确定供热量，再根据加热煤气参数和焦炉作业率确定前馈输入煤气流量和压力。根据煤气流量、热值和目标火道温度、空气系数确定前馈输入分烟道吸力。二反馈：炉温反馈，即通过蓄顶温度与火道温度的相关性间接得到火道温度的实测值由设定值与实测值的偏差反馈调节供热量;粗煤气温度反馈,测得粗煤气温度后求取结焦指数,由与设定值的偏差进行反馈调节;一监测,分烟道含氧量监测,即由实测废气含氧量计算得到的空气系数与其设定值的偏差值,对烟道吸力的设定值作反馈调节。炉温控制采用串级控制，吸力控制采用设定值随动控制方案。（2）三种不同的控制对象：高炉煤气加热，由于高炉或发生炉煤气的热值较低，需要经过机侧、焦侧的蓄热室预热后燃烧，因而必须实施分别控制各自温度的方法。攀枝花钢铁公司、柳州钢铁公司焦化厂均采用高炉煤气加热；焦炉煤气加热，对于下喷式焦炉，只有一根焦炉煤气总管，流量调节翻板安装在总管上，故只能采用单侧控制。如果选择焦侧控制，即由焦侧蓄热室顶部平均温度获得焦侧的拟合火道温度，并与总管流量进行串级调控，同时由横排温度的测定来保证全炉温度的均匀性和稳定性一侧控制的一次测温元件共安装10支热电偶，应该有足够的精度,混合煤气加热。所谓混合煤气加热是指在高炉煤气中混入一定量的焦炉煤气，即富化操作，以提高煤气的热值按照工艺要求，预先给定混合比。在计算机控制程序中采用比值控制方法。在优化控制画面上。依据炉温反馈控制模型计算得到设定的高炉煤气流量，根据公式可计算出混合的焦炉煤气量，并给定到执行机构。计算机控制时，当高炉煤气流量发生变化时。焦炉煤气流量将依据混合比随之变化，使混合煤气的热值保持不变11。2.5焦炉节能技术根据当前国家产业政策，节能减排是行业结构调整的方向，是企业发展的必然选择。尤其对于高耗能、高污染、高排放行业，节能降耗工作关系着企业的生死存在。焦化作为能源加工行业，属于三高行业，是重点节能降耗行业。其中，中小型焦化企业由于生产规模相对较小，设备相对简单，自动化程度低，操作人员素质差等原因，一直是影响整个行业节能降耗取得实质性进展的瓶颈12。由此可见,欲降低焦化企业的能耗,应在降低炼焦生产工艺能耗、 焦炉余热的合理利用及化产回收节能三方面多做工作13。2.5.1降低炼焦生产工艺能耗现代的炼焦炉大都是复热式的，即可用焦炉煤气加热，也可以用高炉煤气加热。目前许多钢铁厂 的高炉煤气没有得到利用，大量的高炉煤气往大气放散或白白地燃烧掉。但却有相当多的有条件使用高炉煤气加热的炼焦炉仍使用焦炉煤气加热。为了合理利用能源，减少对环境的污染，有条件使用高炉煤气加热的焦炉必须尽快地用高炉煤气来代替宝贵的、用途较广的焦炉煤气用于焦炉加热14。荒煤气带出的热量占供入焦炉热量的35%左右，主要包括煤料水分加热、汽化带走的热和煤气带走的显热。减少这部分热量损失的途径主要有：降低装炉煤的水分，采用干燥煤和预热煤炼焦，上升管汽化冷却13。为了减少这部分热量的损失可采用以下节能技术。采用煤调湿技术。“煤调湿” 是 “装炉煤水分控制工艺” 的简称，是将炼焦煤料在装炉前去除一部分水分，保持装炉煤水分稳定在6%左右，然后装炉炼焦。该技术利用烟道废气作为热源将装炉煤的水分有控制的降低，从而达到有效提高装炉煤堆比重来实现增产、节能、提高焦炭的质量的目的。煤调湿技术可使焦炉生产能力提高8%10%，焦炉加热煤气耗量减少约10%。煤调湿不同于煤预热和煤干燥：煤预热是将入炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到热分解开始前温度 （150250），此时煤的水分为零，然后再装炉炼焦；而煤干燥没有严格的水分控制措施，干燥后的水分随来煤水分的变化而改变；煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。采用流化床干燥机煤调湿工艺，其煤料与热废气直接换热效率高。尤其是以焦炉烟道气作热源时，充分利用了废热，既节能又减少了燃烧高炉煤气放出的CO2，减少温室效应15 16。从焦炉炭化室推出的赤热焦炭所带走的热量是焦炉热量支出的最大部分。它的大小主要决定于焦饼中心温度的高低和均匀程度。当焦饼中心温度在100以上再提高 50时,每千克煤的炼焦耗热量将增加120160kJ。在保证焦炭质量前提下,要降低焦饼中心温度, 就要选择合适的标准火道温度,并使炉温均匀稳定、焦饼均匀成熟和正点推焦等。为保证焦炭的性质,按炉顶空间温度主要决定于炉体加热水平的高低和焦饼高向加热的均匀程度。在生产中,改变炭化室煤的装满程度和炼焦煤的收缩度,可使炉顶空间温度产生一定的变化。因此, 在保证焦饼纵向加热均匀和产品要求的前提下，应控制好焦饼中心温度，减少荒煤气在炉顶空间的停留时间,降低炉顶空间温度, 从而减少从炭化室带走的热量13。2.5.2焦炉余热的合理利用为了回收温度为1000 的焦饼带走的物理热，干法熄焦是非常有效的方法。近来，由于能源问题和环境污染问题日益严重，干熄焦技术作为一种既节能又对环境保护有好处的技术而得到发展。干法熄焦的基本原理是在特制的干熄焦炉内,用连续供给的惰性气体将赤热焦炭冷却,被加热的惰性气体引至余热锅炉产汽，被降温的惰性气体循环使用13 14。通过调火工作的精调、细调，使排出废气的量和废气温度合适，也能在焦炉节能方面提供可能性。减少炉体表面的热损失主要有改变装煤孔盖的结构，改变看火孔盖和看火孔盖底座，蓄热室封墙和斜道区砌体的表面隔热，采用新型的炉门衬砖，炉柱水冷，焦炉地下室采用隔热层15。循环氨水喷洒荒煤气后，氨水温度升至8083,蕴含着大量的余热资源。用这些余热可以取暖、发电、预热锅炉给水等。采用热管换热器来预热焦炉燃烧用空气是回收焦炉废气显热的一种行之有效的方法。热管换热器具有体积小、重量轻、阻力低、热效率高、结构紧凑和耐低温腐蚀等优点,并适用于窄小的安置空间。因此,将热管换热器安装在焦炉换向阀区内可克服施工困难、压力损失大等一系列问题。焦炉的炼焦耗热量指标除了是作为用来加热焦炉的煤气消耗量的计算依据以外, 还是评定焦炉结构完善,热工操作和管理水平好坏以及决定炼焦消耗定额高低的一项主要指标。焦炉温度的管理贯穿于炼焦生产的始终，它对于降低热耗、 提高焦炭质量、 延长焦炉寿命有着决定性的意义16。采用捣鼓炼焦技术。捣固焦技术发展至今已有上百年的历史，多年以来一直被欧美的一些发达国家所垄断，是一种根据焦炭的不同用途，配入较多的非主焦煤，用捣固机将配煤捣实成与碳化室结构相当的煤饼后，从焦炉机侧推入碳化室内进行高温干馏的炼焦技术。应用捣同技术不仅能提高焦炭质量，而且还可以充分利用气煤、瘦煤和弱粘结性煤资源，降低主焦煤用量，缓解我国主焦煤稀缺的现状。捣周焦炉可以提高配煤中低挥发分、弱粘结性煤的配比，降低配煤成本，提高焦炭质量，提高焦炭产量及焦炉热利用率。同时，降低煤气发生量、改善焦炉热利用状况17。我国捣固炼焦炉技术水平还有待于进一步提高。存在的问题是，采用固定站式捣固装煤，装煤烟气处理采用消烟车方式，污染严重，人工手动操作和移动捣固，煤饼倒塌率较高，难推焦多，炼焦炉连续生产困难，捣固装煤机械技术水平较低18。2.5.3化产回收节能煤干馏过程除生产出焦炭、煤气外,还副产硫铵、苯、萘、葸醌等几十种化工产品，这些产品的回收需消耗大量能量。本钢采用管式炉法代替蒸汽法脱苯工艺，每年可节约7000t 标煤。采用由浮阀和孔板波纹填料组成的复合塔取代浮阀塔，并适当降低初馏搭的回流量, 使工业萘的煤气单耗降低31%。采用热管换热器用烟气废热预热燃烧用空气，可使管式炉的热效率提高8%10%13。2.6焦炉环保2.6.1炼焦环保的关键炼焦环保的关键是装炉防尘、 出焦防尘和防炉门泄漏19。7. 63 m 焦炉装煤采用 PROven技术20，与 SCHALKE 的快速装煤技术配合完成无烟装煤工作。PROven 技术的主要功能有3 个:：一是用于无烟装煤控制；二是用于炭化室压力控制；三是与四大车配合完成出焦过程全自动操作。焦炉机侧摘门、推焦、平煤、尾焦、清门和清框产生的烟尘由推焦机车载除尘器收集。在推焦、平煤作业时，推焦车上的旋转烟罩打开，可以收集摘门、推焦、清框、 尾焦、平煤产生的烟尘，在清门机顶部专门的导烟罩可以收集清门过程产生的烟尘21。焦炉焦侧摘门、导焦、尾焦、清门和清框产生的烟尘由地面除尘站收集。推焦时在焦炉焦侧产生的烟尘,包括摘门、尾焦、清门和清框、焦炭落到熄焦车焦斗产生的烟尘，通过拦焦车的导烟通道, 经皮带小车、皮带密封集尘装置，进入地面除尘系统将烟尘收集下来。炉门采用 3 项技术防止冒烟。一是炉门衬砖上预留V型凹槽,能将在炉门附近产生的荒煤气顺利导出至炉顶空间，减少荒煤气对炉门的压力，减少炉门冒烟；二是采用Z型刀边密封炉门，Z型刀边具有刀边调节量大(可达到 40mm)、调节点之间距离短(小于 200 mm) 的特点，可以适应炉框的外形、参差不齐加的工面。刀边的机械强度高, 适用机械化清扫。刀边使用年限长，保证炉门严密无泄漏，有利于环境保护;三是为保证炉门刀边与炉门框紧密结合，推焦车和拦焦均使用炉门自动清扫装置和炉门框自动清扫装置。上升管盖采用 2 项技术防止荒煤气从上升管外溢，一是上升管盖内盖与上升管水封座之间采用球面密封，内盖可以用 3 个调节螺栓进行调节，确保上升管内盖的球面与水封座内沿完全接触，保证密封效果；二是上升管盖外盖与上升管水封座之间用软水水封，上升管水封能形成约 400 Pa的压力，确保荒煤气不外溢。太钢 7.63 m 焦炉湿熄 CSQ 熄焦塔采用 2 项技术控制熄焦烟气和熄焦粉尘排放。20一是在熄焦塔内高 39 m 处设捕雾装置，该装置安装有 49 个喷嘴，喷嘴的喷射直径达到2 m，全部覆盖熄焦塔内的截面空间，有降低粉尘外逸和减少蒸汽外排的作用；二是在熄焦塔内高 40.5 m 处, 安装一套熄焦塔除尘装置,该装置呈倒 V型，其特殊的除尘折流板能将粉尘拦截下来，减少熄焦过程中粉尘向大气的排放量。3 方案论证3.1炉型选择的主要特点焦炉结构的变化与发展主要是为了更好的解决焦饼高向与长向的加热均匀性，节能降耗，降低投资成本，提高经济效益。为了保证焦炭、煤气的质量和产量，不仅需要有合适的配煤比，而求要有良好的外部条件，而合理的焦炉结构就是用来保证外部条件的手段。本设计是将JN60型焦炉进行260孔设计。该炉型的特点是双联火道，废气循环，高炉煤气侧入的复热式焦炉。每个炭化室下面设两个宽度相同，气流方向也相同的蓄热室，一为煤气蓄热室，一为空气蓄热室；在燃烧室下方异同气流蓄热室之间的主墙内设垂直砖煤气道，煤气通入它供入炉内。贫煤气和空气通过炭化室两侧的燃烧室相同，一侧连单火道，另一侧连双火道，蓄热室内气流方向成对相同。JN60型焦炉炭化室高6m，该设计选用炭化室宽440mm，炭化室墙厚100mm，焦炉炉头采用直缝结构，直缝结构外层用高铝砖砌筑，炭化室盖顶砖以上用粘土砖，炉顶不承重的不问填隔热砖，炉顶表面用缸砖，炉顶厚度为1250mm。蓄热室相同气流之间的单墙用双沟舌“Z”型砖砌筑。燃烧室由28个立火道组成，每两个火道成一组，成对火道的隔墙上部设跨越孔，底部设废气循环孔。3.2原始数据3.2.1本设计焦炉主要尺寸表3.1 本设计焦炉主要尺寸炭化室有效容积， 37,97炭化室尺寸，mm燃烧室装煤量t结焦时间h全长 有效长 全高 有效高 平均宽 锥度 中心距14150 15140 6000 5700 440 60 1300加热水平 火道个数1000 2828.4816.53.2.2煤气加热特性（1）高炉煤气加热特性（30）见表3.2、表3.3表3.2 高炉煤气组成名称CO2O2COH2CH4N2H2O干基110.2283.00.457.4-湿基10.520.1926.782.870.3854.894.37表3.4 以100干高炉煤气为基准的燃烧反应计算组成体积含量%反应式理论氧量VCO2VH2OVN2VO2VFCO21111O20.2-0.2CO28CO+1/2O2=CO21428CH40.4CH4+2O2=CO2+2H2O0.80.40.8H23.0H2+1/2O2=H2O1.53.0N257.457.4H2O4.37煤气燃烧所需理论氧量和产物量16.139.48.1757.4实际空气量及带入的水汽量L实=L理100/21=1.2516.1100/21=95.8395.830.04370.6=2.5195.830.79 =75.7095.830.2116.1=4.02废气各成分含量，m339.410.68132.14.02186.2废气组成0.2060.0570.7140.0234 工艺计算4.1有效容积和产量计算设计依据：钢铁联合企业焦炉多为复热式焦炉，设计计算以高炉煤气加热为主，设计计算均以焦侧为主。（1）炭化室的有效容积V（2）焦炉周转时间=16.5h（3）干全焦年产量G =129.2万吨/年130万吨/年式中 N总炉孔数目，120个； G干全焦的年产量；V炭化室有效容积 ，m3/孔；堆煤密度，0.75t/m3；K全焦率，取75%； 考虑到炭化室检修时的减产系数，0.95； 焦炉周转时间,h（4）机械装备水平焦炉配套机械推焦车装煤车熄焦车拦焦车生产用1112备用14.2蓄热室计算4.2.1流量分配比的确定造成机、焦侧流量不同一般有三个主要原因：锥度方向引起的装煤量不同.装煤量不同，但机焦侧焦饼要同时成熟，故焦侧焦饼温度比机侧温度要高1520废气热损失，焦侧比机侧大，故焦侧耗热量比机侧要大。按经验值，后两个原因造成的差比为1.051.06倍，选择锥度为60mm，则4.2.2气流流量计算（1）每个燃烧室所需的流量式中 单孔装煤量G； 配煤水分10%，每千克干煤耗热量3048 kJ；高炉煤气低位发热量为3927 kJ/则查炼焦学表6-2【22】得煤气含水量为4.37，则（2）空气量1.25时，查燃烧反应计算表3.4得1干高炉煤气燃烧所需要湿空气L空 0.9583，则(3)废气量1.25时，查燃烧反应计算表3.4得1干高炉煤气燃烧所产生的湿废气量废 1.862，则4.2.3煤气和空气蓄热室流量分配（1）机、焦侧空气蓄热室空气流量（2）机、焦侧煤气蓄热室煤气流量（3）焦侧空气蓄热室空气流量（4）焦侧空气蓄热室煤气流量（5）焦侧空气蓄热室废气流量假设：煤出空出1080 煤进空进90则(6)焦侧煤气蓄热室废气流量4.2.4焦侧煤气蓄热室热平衡由于焦侧蓄热室比机侧大，应用较大值进行设计4.2.4.1带入热量废气温度1300时，1.6391kJ/m3出口温度350时，1.4528（1）废气带入热量Q1（2）高炉煤气带入热量Q2则 Q入Q1Q2849.18 kJ/m34.2.4.2带出热量（1）废气带入热量Q12=0.3963501.4528=201.36 kJ/m3（2）蓄热室封墙辐射个对流损失为总热量的1.7%计Q22=Q入0.017=15.2 kJ/m3（3）高炉煤气预热后带出的热量Q32=假设t预=1080 c=1.516 kJ/m3则 894.18=201.36+15.2+0.4141.516t预1t预1=1079.6假设有效，取煤气预热后温度为10804.3格子砖蓄热面积水力直径计算4.3.1一块格子砖的蓄热面积本设计采用129格子砖，为12孔。（1）两端的外侧及内侧（0.148+40.005+20.007+40.015）20.121+40.0140.025= 0.06（2）两旁0.3690.0962 = 0.0708（3）内部0.11224+0.015(24-8) 0.0963 = 0.281（4）顶部及底面0.369(0.148-0.014)-120.1120.015 2 = 0.0584（5）总蓄热面积0.06+0.0708+0.281+0.0584 = 0.47024.3.2一块格子砖的空隙面积（0.104+20.007）0.0052+0.36920.007+0.1120.01512= 0.026544.3.3一块格子砖的周界长（0.148+0.0054+0.0072+0.369）2+（0.112+0.015）24= 4.152m4.3.4焦侧蓄热室一层格子砖总蓄热面积一层格子砖由50块12孔格子砖排列而成（1）一层格子砖500.4702+0.0180.1214 = 23.52（2）蓄热室墙（7.530+0.44）20.123 = 1.96合计23.52+1.96=25.484.3.5焦侧蓄热室一层格子砖总空隙面积500.02654+0.0257.530+0.0350.418 = 1.5294.3.6焦侧蓄热室一层格子砖总周边长4.15250+（7.530+0.44）2+0.0184 = 223.612m4.3.7格子砖的水力直径（1）d水=（2）蓄热室对数平均温度的计算4.4蓄热室总传热系数的计算4.4.1蓄热室温度分布的确定表5.1 蓄热室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13301573中10351308下350628格子砖温度 焦侧蓄热室格子砖上12351508中9751248下310583上升气流:格子砖温度 焦侧蓄热室格子砖上11401373中8601133下140413高炉煤气温度 焦侧蓄热室上10801353中8001083下903634.4.2蓄热室加热期的对流给热系数（1）蓄热室上部格子砖温度 废气温度平均温度t=1540.5K焦侧煤气蓄热室废气流速V0=0.3961.529=0.261m3/s= = =37.87kJ/(m3h)（2）蓄热室中部 平均温度t= = =36.17 kJ/(m3h)（3）蓄热室下部 平均温度t=29.98 kJ/(m3h)4.4.3蓄热室加热期的辐射给热系数（1）蓄热室上部Cco2=Pd=0.2060.02735=0.00560CH2o=Pd=0.0570.02735=0.00155辐射介质温度 平均温度t=1540.5K查附录十六【23】得=35.9 kJ/(m3h)=7.1 kJ/(m3h)=35.9+7.1=43.0 kJ/(m3h)（2）蓄热室中部 平均温度t=查附录十六得=30.0 kJ/(m3h)=6.1 kJ/(m3h)=30.0+6.1=37.0 kJ/(m3h)（3）蓄热室下部 平均温度t=6.2 kJ/(m3h)=1.2 kJ/(m3h)=6.2+1.2=7.4 kJ/(m3h)（4）加热期的总传热系数上部 kJ/(m3h)中部 kJ/(m3h)下部 kJ/(m3h)上式中，0.75为校正系数，反应了气体通过蓄热室时分布的不均匀程度。4.4.4冷却期的对流传热系数（1）蓄热室上部 平均温度t=焦侧煤气蓄热室煤气流速V0= = =37.32kJ/(m3h)（2）蓄热室中部 平均温度t= = =35.31 kJ/(m3h)（3）蓄热室下部 平均温度t= = =27.16 kJ/(m3h)4.4.5蓄热室冷却期的辐射给热系数（1）蓄热室上部Cco2=Pd =0.95630.02735=0.0026CH2o=Pd =0.04370.02735=0.00119辐射介质温度 平均温度t=1540.5K查附录十六得=26.2 kJ/(m3h)=4.4 kJ/(m3h)=26.2+4.4=30.