第三节-焦炉的生产能力和发展方向

1、第三节 焦炉的生产能力和发展方向 一、 焦炉生产能力计算与炉组确定 二、焦炉结构和设计发展方向1、焦炉生产能力计算焦炉的生产能力按式(3-1)计算，有关计算定额参照表3-2。 焦干MkKhlbnNG18760(3-1) 式中 G 每个炉组的生产能力，t(湿全焦)a； 8760 全年生产小时数； n 每个焦炉组的焦炉座数； N 每座焦炉的炭化室孔数； 周转时间，h； h 炭化室的有效装煤高度，m； l 炭化室的有效长度，m； b 炭化室的平均宽度，m； 干装炉煤干基准比重，t(干煤)m3； K 干煤全焦率 ,； k 考虑炭化室检修等原因的减产系数； M焦 全焦含水量(可取6)，。 值得注意的是，

2、利用式(3-1)计算焦炉的最大负荷(估算设备 能力)时，应将减产系数换成焦炉加煤的紧张系数，取1.07。表3-2 焦炉生产能力计算定额2、焦炉炉组确定 每座焦炉所拥有的炭化室最多孔数Nmax取决于周转时间和焦炉机械的操作时间，可按下式计算： 式中- 周转时间，h； 检- 检修时间，h； n- 最紧张的焦炉机械所承担操作的焦炉座效； t操-最紧张的焦炉机械每炉操作时间(上限)，min。操检）tnN(60max (3-2) 例如，JN43-80型焦炉(450mm宽)的周转时间为17h，检修时间定为2h，当两座焦炉合用一套推焦、装煤和熄焦车时，推焦车的操作时间最为紧张，一次需1011min，则 Nm

3、ax = (17-2)60/(210.7) = 42孔 当两座焦炉合用一台熄焦车时，对于平均宽407mm的JN型焦炉，同理可以算出Nmax =65孔。2、焦炉炉组确定二、焦炉结构和设计发展方向 为了适用现代钢铁工业的发展，现代焦炉形成了向大型化方向发展的趋势，同时注重污染控制，实现高效、节能、低污染的目标。1、增大炭化室的尺寸 增大炭化室的尺寸，实现焦炉的大型化，是各国炼焦工作者不懈努力的方向。一般来说，增大炭化室的尺寸，带来以下优点： 1）单位产量的基建投资省。因为焦炉孔数减少，相应的筑炉材料、护炉设备等减少。 2）劳动生产率提高，6m焦炉较4m焦炉生产率提高30。 3）装炉煤堆密度增加，有

4、利于改善焦炭质量，扩大炼焦煤源。 4）减少焦炉的出炉次数，大大减少了炼焦生产对大气的污染。同时为了实现高向加热均匀性，所采取的措施对降低燃烧温度，减少NOx的生成。 5）减少焦炉的维修和维护费用。 6）提高焦炉的热工效率。2、采用下喷下调式结构 焦炉采用下喷下调结构，是提高和改善焦炉高向加热均匀性的最有效方法之一。早期侧喷式焦炉，燃烧室长向加热是通过炉顶看火孔更换立火道底部调节砖或改变斜道口断面进行的，调节难度大，操作条件差，难以精确调温，而采用下喷下调设计，不存在上述困难，而且便于实现用计算机对加热系统进行流量调节控制。3、发展高效、节能焦炉 焦炉炉墙采用高导热性能的硅砖砌筑，减薄炉墙砖厚度

5、，以缩短结焦时间，达到高效加热、降低能耗的目的。4、低污染焦炉 低污染焦炉是今后发展的方向，焦炉的加热燃烧系统，炉门密封，加煤出焦方式等都还需要进一步完善。为了革除传统炼焦炉生产以及化产回收过程带来的各种污染，国外正研究开发无回收焦炉。第四节 炼焦炉生产操作 炼焦炉的生产操作包括焦炉的出炉操作和焦炉的加热管理，前者是由焦炉移动机械所进行的操作，后者则是对焦炉正常加热进行调温、调压等管理操作。 一、焦炉的出炉操作 二、焦炉的加热管理1、装煤操作 装煤操作是由加煤车进行的，加煤车从焦炉的煤塔受煤，然后将煤加入炭化室。焦炉煤塔的设计容量一般能保证焦炉16h的用量，焦炉对装煤操作的要求是：装满、装平、

6、定量、均衡、减少烟尘排放。每孔炭化室的装煤量应均衡，与规定值偏差不超过150kg，以保证焦炭的产量和炉温的稳定。往炭化室放煤时要迅速，有利于提高煤料在炉内的堆密度。放煤后需平好煤，使荒煤气导出畅通，同时做到不堵孔、不缺角，带出余煤少。 加煤过程中的烟尘控制方法有如下几种。 加煤时上升管用水蒸气或高压氨水喷射，将加煤过程中产生的荒煤气和烟尘由炉内抽走，减少烟尘从加煤口的喷出。该方法简单、不增加投资、操作方便，被国内大多焦化厂采用。但加煤过程中产生的煤粉被吸入集气管系统，给焦油氨水的分离操作带来困难。另外，高压氨水喷射对集气管压力稳定不利。 对于单集气管的焦炉，加煤时用连通管将位于集气管另一端的装

7、炉烟气通入相邻的处于结焦后期的炭化室。由于烟气从炉项空间通过，使带入集气管的尘粒减少。 采用带强制抽烟和净化设备的装煤车进行加煤，装煤车上有强制抽吸、燃烧和初步净化系统，这种方法为宝钢焦化厂所采用。 地上烟气净化系统，该方法是在地面设置抽烟和洗尘设备，装煤车上的吸尘管道与炉前的固定管道对接，抽吸加煤过程中的烟尘。该方法已在国内多个大型焦炉上采用。1、装煤操作2、推焦 推焦是把成熟焦炭推出炭化室的操作。焦炉的出炉应严格按推焦计划进行，实现均衡生产。各炭化室按规定的结焦时间达到均匀成熟，整个炉组各炭化室实现定时、准点出焦。 （1）推焦计划 推焦计划即焦炉出炉操作遵循的时间表。制定推焦计划时应考虑周

8、转时间和推焦串序。 周转时间是指某一孔炭化室相邻两次推焦或装煤的时间间隔。在一个周转时间内，除完成一组焦炉所有炭化室的推焦和加煤操作，必须留有一定的时间进行设备检修，因此对于整个炉组有： 周转时间 = 全炉操作时间 + 检修时间 对于一孔炭化室： 周转时间 = 结焦时间 + 炭化室的操作时间 一般情况下，检修时间不应少于2h。2、推焦（2）推焦串序 推焦串序是焦炉炭化室出炉操作的次序安排，由于焦炉加热和煤热解干馏的规律以及焦炉生产操作的要求等原因，焦炉炭化室的出炉操作是按照特定的顺序进行的。广泛采用的推焦串序有两种：5-2串序和9-2串序。2、推焦 5-2串序的排列为： 1 6 11 16 7

9、1 76 81 3 8 13 18 73 78 83 5 10 15 20 70 75 80 2 7 12 17 72 77 82 4 9 14 19 74 79 84 该种串序对于焦炉机械采用5炉距一次定位操作特别有利，大大减少了焦炉机械来回的行程。我国宝钢即采用了该项技术。2、推焦 9-2串序的安排如下（焦炉炭化室不编带0号编号）： 1 11 21 31 71 81 91 3 13 23 33 73 83 93 5 15 25 35 75 85 7 17 27 37 77 87 9 19 29 39 79 89 2 12 22 32 72 82 92 4 14 24 34 74 84 6

10、16 26 36 76 86 8 18 28 38 78 88 9-2串序的优势是出炉炭化室在全炉分布均匀，前后两次出炉炉距大，在人工操作条件差的焦炉上，前后两次出炉互相干扰少。由于炭化室不编带0号编号，使得9-2串序的规律性强，便于操作工记忆。2、推焦 根据确定周转时间和推焦串序，可以对焦炉的推焦计划作出具体的安排，即排出每孔炭化室具体的时间表。 控制出焦过程中烟尘的排放，是今后新建焦炉时应该考虑的重要内容，在这方面，国外设计了许多种方法，其原理基本相同，即将推焦过程中焦侧的烟尘加以收集，经除尘净化后再排放，如宝钢采用的集尘系统。2、推焦 3、熄焦 （1）湿法熄焦 焦炉熄焦分为干法和湿法两种

11、。传统湿法熄焦的方法简单，操作方便，建设投资少，国内绝大多数焦化厂采用该方法。 湿法熄焦装置包括熄焦塔、喷洒装置、水泵、粉焦沉淀池及粉焦抓斗等。熄焦操作的要点主要是控制水分稳定，一般全焦水分不大于6，熄焦车接焦时应使车内焦炭均匀分布，熄焦时控制好喷洒和沥水时间。卸焦和放焦应按顺序进行，保证凉焦时间大致相同。 （2）干法熄焦 高温焦炭携带的热量占炼焦耗热量的40左右，在湿法熄焦过程中，这部分热量不仅损失，而且消耗大量的熄焦水，熄焦过程对大气造成污染。干法熄焦不仅可以解决上述问题，还有利于改善焦炭质量。 干法熄焦原理是利用惰性气体(主要是N2)将灼热的焦炭冷却，被加热后的惰性气体经废热锅炉生产蒸气

12、回收热量，惰性气体降温后再循环使用。如今广泛使用的集中槽式熄焦方式最早是由瑞士苏尔泽(Sulzer)公司在20年代末开发。前苏联在60年代开始推广干法熄焦，目的是为了解决气候寒冷地区湿法熄焦困难、焦化厂的用汽量大的问题。故致力于干法熄焦的研究，使该项技术得到进一步完善，并逐步向大型化发展。3、熄焦 1973年世界石油危机，燃料涨价，日本从前苏联引进了该项技术，从1976年起陆续在多处建设投产。另外一些欧洲国家也从前苏联引进了干法熄焦技术。德国最大的干熄焦装置设备的单槽能力达到250th，是目前世界上最大装置。 上世纪80年代初，我国宝钢首先从日本引进了干熄焦技术和设备，包括四套干熄炉-废热锅炉

13、装置，每套装置处理焦炭能力为75th，正常情况下三套操作，一套轮换检修或备用。宝钢的干法熄焦流程见图3-17。3、熄焦 图3-17 宝钢干熄焦系统示意图 1-焦炉；2-导焦车；3-焦罐；4-横移动车；5-运载车；6-横移动牵引装置；7-吊车；8-装炉装置；9-预存室；10-冷却室；11-排焦装置； 12-皮带机；13-一次除尘器；14-锅炉；15-水除氧器；16-二次除尘器；17-循环风机3、熄焦 宝钢75th干熄焦装置的主要技术参数为：冷却室300m3，预存室200m3；循环风机风量12.5万m3h；风压9kPa；废热锅炉蒸发量37.5th、汽压4.60.2MPa；温度45010；汽轮机能力

14、112.5t汽h，抽汽幅度0至109th，汽压1.7MPa，转速3000rmin，发电机能力23300kW。循环惰性气体入锅炉温度750800，冷却后在循环风机处温度小于200。3、熄焦 干法熄焦除具有回收热量、改善熄焦的操作环境外，对焦炭质量也产生影响，干法熄焦有利于提高焦炭强度、降低反应性以及提高块度的均匀化。尽管干法熄焦有显著的优点，受到广泛的重视，但是干熄焦的设备及基建投资大，故影响了其发展。我国目前已有多家焦化厂建设了干熄焦装置，发展干熄焦是今后新建大型焦炉及现有大型焦化厂技改的重要方向。由于国家对大气环境质量要求的提高，大型焦化企业的经济实力得到增强，近年来，国内多家大型焦化企业相

15、继建设了多套干熄焦装置。3、熄焦二、焦炉的加热管理 焦炉加热的热工管理是一项比较复杂的工程，其具体任务是要求按规定的焦炉结焦时间、炭化室装煤量、装煤水分、加热煤气的性质和温度以及焦炉炉体和加热设备的状况等实际情况，测量并调节焦炉加热系统各控制点的温度、压力等，实现全炉所有炭化室在规定的结焦时间内均匀成焦，焦炉均衡生产并达到稳产、优质、低耗、长寿的目的。 焦炉加热管理制定的温度、压力和流量等指标组成了焦炉的加热制度，具体包括标准温度、全炉和机焦侧煤气流量、煤气支管压力、烟道吸力、标准蓄热室顶部吸力、风门开度等。加热制度随焦炉的装煤量、装煤水分、结焦时间以及炼焦温度等因数的变化作相应调整。表3-3

16、给出了加热制度的实例。表3-3 JN60-82 型焦炉加热制度实例（炭化室宽450mm，结 焦时间19.8h） 二、焦炉的加热管理1、温度制度 温度制度是加热制度中与温度有关的主要内容，包括标准温度、直行温度、横排温度炉头火道温度等。标准温度是确定焦炉加热温度的参照标准，一般选择焦炉燃烧室机侧和焦侧中部各一个代表火道，该测温火道的平均温度的控制值即为标准温度，全炉的调温应以该温度为主要依据。 横排温度是指每个燃烧室立火道组成的一组温度，该温度反映了炭化室长向加热均匀性，因为炭化室有锥度，故横排温度应呈相应的梯度变化。 直行温度是焦炉全体燃烧室测温火道组成的温度，规定该温度在焦炉换向后5min（

17、或10min）后开始测定，并对每个火道的因测温时间差导致的差值进行冷却校正，将实测值校正到换向后20s的最高温度值以便控制和比较。为防止焦炉炉体被烧熔，硅砖焦炉测温点换向后的最高温度不得超过1450。 根据直行温度，可以评定焦炉加热的均匀性和稳定性，分别用直行温度的均匀系数K均和安定系数K安进行考核。 MAMAMK2）（）（焦机均（3-3） NAANK2(2）机焦安 （3-4） 式中 M-全炉燃烧室个数（检修炉和缓冲炉除外）； A焦、A机-焦、机侧测温火道温度与该侧温度昼夜平均值相差超过 20的个数（边炉30）。式中 N-考核期间（如一昼夜）直行温度的测定次数； A焦 、 A机-每次测定的焦、

18、机侧平均温度与加热制度规定的该侧标准 温度偏差超过7的次数。1、温度制度2、压力制度 焦炉的压力制度对炭化室和燃烧室系统压力作出规定。炭化室压力在整个结焦周期中，应始终略大于对应部位加热系统的压力，为此规定正对吸气管炭化室底部压力在结焦末期不小于5Pa。以该压力为依据确定焦炉集气管的压力控制值。 加热系统的压力既要保障燃烧室与炭化室之间的压力关系，又要有利于燃烧室炉顶测温调火。具体按规定的过剩空气系数和看火孔压力保持05Pa进行确定。由看火孔压力确定蓄热室顶部吸力作为加热系统的主要控制值。一般选择两个标准蓄热室（一组）对照控制，用其它蓄热室与标准蓄热室进行比较，上升气流时不超过2Pa下降气流时

19、不超过3Pa。 特别指出的是，焦炉用高炉煤气加热时，上升气流蓄热室底部废气盘处必须保持为负压，以防煤气泄漏发生事故。第五节 焦炉的热工评定 一、焦炉加热用煤气 二、焦炉热工评定 1、加热煤气种类 焦炉正常加热使用的燃料有焦炉煤气和高炉煤气两种，也可以采用发生炉煤气加热焦炉。为统一热工计算的数据，焦炉煤气和高炉煤气的组成采用表3-4的数据。 表3-4 焦炉热工计算用煤气组成 通常煤气中总有一定量的饱和水蒸气，湿煤气的组成及在不同温度下煤气中饱和水蒸气含量，可用饱和温度下水蒸气压进行换算。2、煤气的加热特性 焦炉煤气的可燃成分浓度大、发热值高，燃烧提供一定热量产生的废气量也少，理论燃烧温度高。由于

20、H2占12以上，故燃烧速度快、火焰短、煤气和废气的密度低。因为CH4占14以上，而且还含有烃类CmHn，故燃烧火焰明亮、辐射能力强；处于高温下的砖煤气道和烧嘴等处会产生沉积石墨，因而焦炉在换向过程中要进行空气除碳。使用焦炉煤气加热时，加热系统阻力小，炼焦耗热量低，增减煤气流量时对焦炉燃烧室温度变化比较灵敏。 当焦炉煤气净化不好时，容易堵塞管道和管件，煤气中氨、氰化物和硫化物等对管道和设备的腐蚀严重。若焦炉压力制度不当，炭化室处于负压操作时，煤气中N2、CO2、O2含量增加，发热量降低且波动。因此炼焦回收车间的操作对焦炉煤气质量影响很大。 高炉煤气中不可燃成分约占70，发热值低，燃烧产生的废气量

21、也多。煤气中可燃成分主要是CO，且不到30，故燃烧速度慢、火焰长、高向加热均匀，可适当降低燃烧室温度。高炉煤气不预热时理论燃烧温度较低，必须经蓄热室预热至1000以上，才能满足对燃烧室加热的温度要求。用高炉煤气加热时，废气和煤气重度高，废气量多，加热系统阻力大，约为焦炉煤气加热时的二倍以上。因废气带热量多，故炼焦耗热量高。 使用高炉煤气时，煤气经蓄热室预热，要求炉体严密，以防煤气在燃烧室以下部位燃烧。高炉煤气含CO多、毒性大，故要求管道和设备严密，废气盘、小烟道和蓄热室等部位在上升气流时处于负压下操作。为了降低加热系统的阻力，可向高炉煤气中掺入一定比例的焦炉煤气，以提高煤气热值，这称为贫煤气的

22、富化。但为了避免焦炉煤气中烃类化合物在蓄热室中热解，堵塞格子砖，焦炉煤气掺入量不应超过510(体积)。2、煤气的加热特性二、焦炉热工评定 评价焦炉热工操作的好坏，除考核分析焦炉温度和压力制度的合理性、横排和直行温度系数以及焦饼高向、长向加热均匀性等指标外，另一项重要的综合考核指标是供给焦炉加热的热量利用效率。生产中常用炼焦耗热量作为评定指标，为了全面分析焦炉的热量利用状况，必须对焦炉进行热量平衡，并由此得出焦炉的热效率和热工效率。 1、焦炉的物料平衡与热平衡 焦炉物料平衡是焦化厂设计最基本的数据，也是确定各种设备操作负荷和经济核算的基础。焦炉的热平衡是在物料平衡和燃烧计算的基础上进行。 （1）

23、焦炉的物料平衡 焦炉的物料平衡以1000kg装炉煤为基础进行，实际衡算项包括测定如下有关数据。 1)物料入方 为入炉煤量和平均配煤水分以及漏入炭化室的空气量。入炉煤量应精确称量装入每孔炭化室的煤料，取35昼夜平均值。同时在煤塔取样，测定平均配煤水分。 正常生产时空气及燃烧系统中的废气不会漏入炭化室中，当净煤气中氮含量明显增加，而炭化室又出现负压操作时，可按煤料带入氮与净煤气中氮含量的差值确定漏入的空气量。 2)物料出方 (1)各级焦炭产量，需测定水分，然后计算干焦炭产量。 (2)化学产品产量，包括无水焦油、粗苯、氨等化产产量，通常按季度或年平均值确定。 (3)干煤气量，在洗苯塔后用流量孔板或其

24、它方法测定，并进行温度、压力校正。 (4)水汽量，按剩余氨水量的月或季度平均值确定。1、焦炉的物料平衡与热平衡表3-5 焦炉物料平衡表表3-5为某厂焦炉炭化室物料平衡数据。 （2）焦炉的热量平衡 焦炉的热量平衡是在物料平衡的基础上进行的，并在划定的衡算体系中进行，并由此确定测试的各项参数，然后进行热量衡算。表3-6给出了测算出的热量平衡数据。1、焦炉的物料平衡与热平衡表3-6 焦炉热量平衡表 从表3-6中可看出，焦炉的热量约96以上是来自煤气的燃烧热(包括泄漏煤气燃烧)，近似计算中可将供给的煤气作为热量的唯一来源，可简化计算。 2、焦炉热效率与热工效率 根据焦炉的热平衡，可以对焦炉进行热工评定

25、。表3-6中热量出方1-6项为有效热Q有，供给焦炉的总热量用Q总表示，则焦炉热工效率热工：%100%100总散废总总有热工）（QQQQQQ（3-5） 式中 Q废-随废气带走的热量，含不完全燃烧热损失；Q散焦炉表面散热损失。 由于散热Q散计算比较困难，也可以用热效率热评定焦炉的热量利用率。 对于现代大型焦炉，热工= 7075；热= 7985。 %100总废总热QQQ（3-6） 3、炼焦耗热量 炼焦耗热量指标测定比焦炉热平衡简单，因此得到更普遍应用。它是评定焦炉结构完善程度、调温技术水平、生产管理水平和炼焦消耗定额的重要指标，也是设计计算焦炉加热用的煤气量的依据。炼焦耗热量是指1kg煤在焦炉中炼成焦炭需供给焦炉的热量。由于所采用的计算基准不同，可分为湿煤耗热量、干煤耗热量和相当耗热量3种表达方式。 （1）湿煤耗热量 1kg湿煤炼成焦炭所消耗的热量，用q湿表示，单位为kJkg湿煤。 （2）干煤耗热量 1kg干煤炼焦所消耗的热量，用q干表示，kJkg。干煤耗热量不包括加热和蒸发湿煤中水分所