炼焦炉的加热与调节

1、第四章：炼焦炉的加热与调节前言在了解了炼焦工艺的“煤的理论”、“结焦原理”、“备煤工艺”之后，应接着了解“装煤、平煤、出焦”操作工艺。但是，由于装、平煤、出焦有专人讲解。所以，我这里接着讲解炼焦炉的加热与调节。“加热与调节”是炼焦工艺过程中最重要的工艺操作，应当把握的主要内容有：1、 加热用的主要燃料是什么？其发热量、燃烧反应是什么？如何计算其用量？如何确定与其匹配的空气量？其燃烧产物量，密度如何计算?2、 焦炉内的传是如何传递的？3、 如何对焦炉进行热工评定？4、 焦炉的加热制度有哪些？什么是温度制度？包含些什么内容？什么是压力制度？包含些什么内容？5、 在使用焦炉煤气加热的条件下，如何进行

2、加热调节？6、 在使用高炉煤气和混合煤气条件下，如何进行加热调节？7、 如何进行停、送、换用煤气的操作？了解与把握这些知识，不仅是热修瓦工技师分析、判断、监督延长焦炉使用寿命的必要前提，也是热修瓦工进行安全热修所必须具备的基本知识。第一节：焦炉加热用燃料煤气以及助燃空气的计算一、 焦炉加热常用燃料有两种：焦炉煤气和高炉煤气。为提高高炉煤气的热值，常在高炉煤气中掺烧焦炉煤气。二、 热工计算用煤气的组成： 名称： 组成（体积%） 低发热量 焦炉煤气 H2 CH4 CO CmHnCO2 N2 O2 KJ/Nm3 59.2 25.5 6.0 2.2 2.4 4.0 0.4 17890 高炉煤气 1.5

3、 0.2 26.8 13.6 57.2 0.4 3637 煤气的湿组成表示及换算煤气中常含有饱和水蒸汽。湿煤气的组成，可按干煤气组成和各个温度在煤气中饱和水蒸汽的含量进计算。一般是给出1立方米干煤气所能吸收的水蒸汽的质量（g常数）来表示：g干干H2O 因此，必须先把g干H2O变成H2O湿。在标准状态下（0 760mmHg）条件下：1Kg水蒸汽的体积为：22.14 = 1.24 m3 /Kg181m3干煤气吸收的水份为g干干H2O100 m3干煤气吸收的水份为：g干干H2O 1001.24 = 0。124 g干干H2O m3 1000100 m3干煤气变成湿体积时总体积变为：100+0.124

4、g干H2O m3水蒸汽的体积H2O湿 = 100%湿气体总体积 0.124 g干H2O= 100% 100+0.124 g干H2O知道H2O湿以后： H2H2干干= 100% 100W湿H2H2湿= 100% 100H2干干（100W湿）= H2湿100 100W湿H2湿= H2干干 100% 100三、 煤气的发热量：1、 何谓煤气的发热量？指单位体积的气体燃料完全燃烧所发生的热量。完全：再没有可燃物质了。发热量： 单位：KJ/Nm3，即每标立方米，千焦2、 发热量的类型：Qnet：低发热量：煤气完全燃烧后，将水蒸汽冷却至20的水蒸汽所发出的热量。Qgr：将燃烧产物中的H2O蒸汽冷却至0时候

5、的H2O所发出的热量。一般使用：Qnet四、 煤气的密度：1、指1Nm3 煤气的质量。 单位：1Kg/N m32、因为气体在标准状态下其体积皆为22.4 m3， 所以其体积百分比就是其千摩尔比。3、其密度就可以按体积百分比计算：焦炉煤气的密度：H2 CH4 CO59.52 + 5.56 + 628 + 2.20.828 + n=22.4100 CmHn按80%C2H4和20%C6H6计算 =0.451 Kg/N m3 若饱和温度为20，其湿煤气的为：0.459 Kg/N m3五、 煤气的燃烧：1、 何谓燃烧：伴随着发光、发热的氧化反应称为燃烧。2、 燃烧的条件： 有可燃物 有氧气 有激发条件（

6、加热到一定程度使H中的电子能跳到O原子上） 燃烧着火：有着火温度、点火温度。 着火： 自燃着火：就是需要外部点火。 强迫着火：就是在外界点火条件下，燃烧依靠局部燃烧所产生的热量而使后续燃料达到着火温度叫强迫着火。3、 着火温度：就是指使可燃混合物开始正常稳定燃烧的最低温度。4、 燃烧极限与爆炸极限：可燃气体和空气所组成的可燃混合物中可燃气体的极限浓度。下限 上限 燃烧范围H2 9.5 65.2 55.7CO 15.6 70.9 55.3焦炉煤气 5.0 30.0 25.0高炉煤气 36.0 70.0 34.0爆炸煤气六、 燃烧计算：1、 理论空气量和实际空气量：CO + 1/2O CO2H2

7、+ 1/2 O2 H2OCH4 + 2O2 CO2+2H2OC2H4 +3O2 2CO2+2H2OH2S + 3/2O2 H2O+SO2若含O2，所需O2量为： （1/2 H2+2 CH4+1/2CO+3 C2H4+3/2 H2SO）m3则：1Nm3气体燃料燃烧所需空气量为： 4.7620 = （1/2CO+1/2H2+2CH4+3C2H4+3/2H2SO）m3/ m3 1002、 实际所需空气量： 实际空气需要量n空气过剩系数：a = 理论空气需要量0 n = a03、 燃烧产物量计算：是指1 Nm3煤气完全燃烧所生成的产物。燃烧产物不但含有CO2、H2O、N2而且有过剩O2。1Nm3煤气完

8、全燃烧生成的废气量：V = V CO2 + V H2O + V N2 + VO2 m3/ m3V CO2 = 0.01CO2 + CO + CH4 + 2C2H4 +6 C6H6V H2O = 0.01H2 +2 (CH4+ C2H4 ) +3 C6H6 + (H2O)+ 实干 H2O空 实干为实际需要的干空气量V N2= 0.01 N2 +0.79实干V O2= 0.21实干0理也可以按反应方程式计算出理论燃烧产物量 +0.79n 或用经验公式。第二节：传热理论及焦炉的热工评定在知道了燃料理论以后，要深刻把握炼焦工艺，还必须把握传热理论。一、 焦炉传热的特点：焦炉是一种复杂的工业炉。 由于炭

9、化室定期装煤、出焦， 加热火道和蓄热室定期换向， 焦炉炭化室内炉料状态， 加热系统内的气流组成， 各处温度均不断地产生周其性变化，所以，焦炉内各处传热均属不稳定传热。所谓稳定传热 即在传热过程中，任一点的温度始终不变的传热。不稳定传热 即在传热过程中，任一点的温度是时间的函数，即随着时间的变化而变化。显然，自然界不存在稳定传热态传热，焦炉更不是。但为了近似计算，可将焦炉的传热看作是稳定态传热。二、 焦炉各处的传热方式及其计算公式：1、 火道向炉墙的传热： 焦炉火道中火焰和热废气向炉墙传热，是通过对流和辐射传热进行的。但以辐射传热为主，它占传热量9095%以上。 原因：A、废气温度高，达1400

10、1600以上， B、焦炉煤气在燃烧过程中，CH4产生热分解，产生了高温游离子C，游高炭具有强烈的辐射能力。 何谓辐射传热？辐射传热，是高温物体以电磁波的方式向外传播，不需要介质传递或直接接触，受辐射物体将其全部或一部分吸收而转变成热能，这种传热方式称为辐射传热。 辐射传热受各种因素影响，最主要的是物体的黑度和遮敝状态。 在燃烧室内，火道中热废气向炉墙传热属于气体向包围住它的固体表面传热。 将气体当作灰体时，它的辐射能力E气服从斯蒂芬波尔兹曼定律。T气 4 E气 = E0 = 4.96气 100 E0为绝对黑体的辐射强度 气：为气体的黑度2、 炉墙的传热： 炉墙的传热，属于不稳定态传导传热。所谓

11、传导传热，是物体与物体直接接触，依靠物体内部分子、原子、电子等微粒子的热振动而将热量从高温体传向低温的传热方式。传导传热分为稳定态和不稳定态传热。不稳定态传热方式的计算非常复杂 。 稳定态传导传热，则可由傅立叶单层壁传导传热方程计算。 q = F (t1t2) ：炉墙的导热系数：炉墙厚度t1：火道侧炉墙温度t2：炭化侧炉墙温度由此可以看出，采用强度高、导热系数大的高密度硅砖砌筑的薄炉墙，可以增大传热速率，缩短结焦时间 ，提高焦炉生产率。3、 炭化室煤料的传热：属于不稳定平壁传导传热。它需要不断地找出靠炉墙的煤层温度与焦饼中心温度的差以及各层在弯化过程中的导热系数入分层去计算。如图： 湿 干 塑

12、性 出焦 焦炭4、 蓄热室的传热特点：它可以看作是间壁换热，其基本方程为：Q = KFt5、对流传热：在燃烧室火道内，炭化室顶部，都有对流传热。对流传热：是依靠流体的流动，位置改变而传热的方式 。对流传热可用牛顿对流换热公式计算：q = 对 （t气热 t气冷）F在火道对流换热公式中： w T平均 0.25对 = 3.0 d0.333 273三、 焦炉的热工评定：包含两个方面：1、焦炉的热效率：焦炉的热效率： Q Q f = 100% QQ：供给焦炉的总热量Q f ：是被废气带走了的热量。大型焦炉为79%85%。3、 焦炉的热工效率： Q Q f 热工= 100% Q大型热工效率一般为70%75

13、%。第三节：焦炉加热制度概述一、为什么要制订并严格执行焦炉的加热制度？1、为了达到稳产、高产、优质、低耗、长寿的目的。要求各炭化室在规定的结焦时间内沿高向和长向均匀成熟。2、为了保证均匀成熟。所以必须制订并严格执行加热制度。二、 加热制度：是由焦炉全炉性加热调节指标组成的制度，叫焦炉的加热制度。这些指标包括9大指标：结焦时间标准温度机、焦侧煤气流量支管压力孔板直径烟道吸力标准蓄热室顶部吸力进风口开度空气过剩系数等三、决定加热制度的基础指标结焦时间四、温度制度（一）1、在结焦时间确定了之后，那未在这些指标中一是温度制度最重要的制度是三个制度二是压力制度调温主要是通过调整煤气、空气的流量、压力来实

14、现的注意：这些指标是由影响到煤气、空气的流量压力的相关部位的调节环节决定的。所以第三是调节制度。2、温度制度的内涵。包含一共有九个内容温度分别是：标准温度直行温度横排温度边火道温度蓄热室顶部温度小烟道温度焦饼中心温度炉顶空间温度冷却温度炉墙温度（二）标准温度制度、为什么要选择标准火道？因为一个焦炉的一个燃烧室有28对火道，为了便于检查控制焦炉的温度，必须在机、焦侧各选择一个能代表机、焦侧火道平均温度的火道。2、选择标准火道的条件： 总的来说，是要能代表机、焦侧火道的平均温度，为了达到这个要求，具体的条件是：A、要避开装煤孔、纵拉条和装煤车轨道；B、机侧、焦侧各选择一个；C、单、双火道都能测到；

15、3、标准温度： 机、焦侧标准火道平均温度的控制值。注意：这个平均温度并不是两侧标准火道的平均值，而在一定的测量周期内控制的平均值。4、决定标准温度的依据焦饼的中心温度 （1）旧焦炉 标准温度的确定：依据的含义：A、标准温度由焦饼中心温度决定B、标准温度由焦饼中心温度校正 确定原则：A、焦饼中心温度在100050B、标准温度：标准温度每改变10，焦饼中心温度相应变化2530。装煤水分每变化1%，标准温度相应改变57。（2）新开工焦炉标准温度的确定： A、根据已投产的同类型焦炉的资料来确定， 然后根据实测焦饼中心温度来校正。JN4380型焦炉： 标温 炭化室平均宽度 结焦时间 机测 焦测 斜度 火

16、道号 煤气 430mm 18h 1300 1350 50 7.22 焦炉（3）结焦时间改变，标准火道温度改变的规律 结焦时间 14 1418 1821 2125 25 每变化1h 标准温度 40 2530 2025 1015 基本不变的变化值 这一规律是：结焦时间越长，标准温度变化的幅度越小，5、标准温度变化对生产及设备的影响： 结焦时间短，标温高 导致炉温 操作困难 炭化室、上升管内的石墨生长快。 炉温难以控制焦饼难推焦炭也碎6、立火道底部的温度控制： Si砖立火道底部温度不得高于1450。 原因：燃烧室最高的温度在距火道底部11.5m处，且比底部高100150，加上炉温波动，测量和仪器的误

17、差。所以，火道底部温度应控制在1650的硅砖荷重软化温度以下。（三）直行温度：1、何谓直行温度？机、焦侧标准火道所测得的温度称为直行温度。2、直行温度测量位置：焦炉煤气：是火嘴和鼻梁砖之间的大砖。高炉煤气：测鼻梁砖3、测量时间：换向后，5min10min后测量。4、测量时间、顺序固定不变： 顺序：从焦侧交换机端开始，机侧返回。5、间隔时间：4h6、测后计算机、焦侧平均温度并加校正值，校正到换向后20s的最高温度。7、关于均匀系数和安定系数：均匀系数： 2M（A机+A焦）K均= 2M M：全炉燃烧室数 A机、焦：机、焦侧火道温度超过平均温度20（边炉30）的个数。安定系数： 2N（A机+A焦）K

18、安= 2N N：一昼夜直行温度测量次数 A机、焦：机、焦侧火道平均温度超过标准温度7以上的次数。（四）横排温度：1、何谓横排温度？同一燃烧室各火道的温度称横排温度。2、为什么要测横排温度？因为炭化室有锥度，即：机 焦侧，逐步扩大；所以机侧温度到焦侧温度逐步。3、升高标准。 锥度：20 mm 30 mm 40 mm 50 mm 60 mm 70 mm 温差控制范围 ：1520 2530 3040 4050 5060 5565 4、评定方法： B焦侧标准道温度 D实测高 标准 A 2 E 3 F 火道 机 C实测低 少20 温度 侧 1 以机、焦侧温差为斜率引直线AB， C、D为第1个火道的实测温

19、度，高、低与标准比不应超过20， E、F两相邻火道之间温差不超过20， 10排平均不超标准线10， 全炉不应超过标准7，结论：横排温度均匀上升并接近标准线，标准火道才具有代表性。（五）边火道温度：1、何谓边火道温度？边火道温度是指机、焦侧第一个火道的温度。2、为什么要测边火道温度？边火道散热多，波动大过低：a、则炉头焦不熟，推焦困难；b、且装煤后，可使墙面降到硅砖晶型转化点以下，10001450时，SiO2有迟钝性转变。（1）石英 10001450 白硅石（2）石英 12001460 磷石英（3）白硅石 14001450 磷石英（4）磷石英 1470 白硅石转变过高：a、使焦炭过火，摘炉门后可

20、使头部焦炭塌落，出炉操作困难。3、边火道温度值： 不低于标准火道100， 绝对值不低于1100，（六）蓄热室顶部温度：1、何谓蓄热室顶部温度？即蓄热室的顶端温度。2、为什么要测蓄热室顶部温度？检查蓄热室有无局部高温，下火等情况。3、标准：1200硅砖：SiO2：不超过1300，粘土砖：不超过1250，均不得低于900。（七）小烟道温度：1、何谓小烟道温度？即废气（燃烧产物）排出的温度。2、小烟道温度的决定因素：A、蓄热室格子砖的形式，B、蓄热室面积，C、炉体状况，D、调火操作，3、重要性：高低不仅决定废气流通的畅通，而且决定着基础顶板交换开闭器温度的高低，以及焦炉热效率等。4、小烟道温度标准：

21、焦炉煤气，不高于450。 高炉煤气不高于400，。 分烟道不大于350。 小烟道温度 也不能低于250（八）焦饼中心温度：1、何谓焦饼中心温度？即焦饼中心的温度。2、标准：1000503、焦饼中心的温度的决定因素： 焦炉的结构 温度制度合理的加热制度 压力制度合理的精细操作（九）炉顶空间温度：1、何谓炉顶空间温度？指炭化室顶部空间在结焦时间2/3时荒煤气的温度。注意剖析：空间温度不是空间温度，而空间荒煤气的温度。通过测煤气温度，间接测定炉顶空间温度。2、炉顶空间温度的控制值：80030 且不大于8503、过高过低的影响：过高：A、降低化学产品的产量、质量，B、炉顶、上升管石墨生长较快。过低、影

22、响化产生成、上部焦饼成塾4、炉顶温度影响因素：a、炉体结构b、调节c、装、平煤d、煤的配比五、压力制度（一）制定正确的压力制度的重要性：1、保护炉体2、稳定正常加热3、确保荒煤气由炭化室流出4、确保炭化室不吸入外界空气（二）压力制度确定的原则：1、炭化室底部压力在任何情况下，均应大于相邻同标高的燃烧系统压力和大气压力，2、在同一结焦时间内，沿燃烧系统高度方向压力分布应保持稳定。为什么？ 炭化 燃烧 炭化室与燃烧室的隔墙的砖缝、裂缝是靠热煤气分解产生的石墨堵塞，保持其严密性的。如集气管的压力过小：A、则燃烧室中的过剩氧气就会烧掉石墨进入炭化室，B、炉门处也可能进入空气，使蓄煤气燃烧，荒煤气燃烧后

23、的后果：一是降低荒煤气的质量二是使煤的灰分增加、损坏或腐蚀耐火材料。例如：K2O、Na2O与SiO2，即K2O+ SiO2= K2SiO3、（三）各项压力的确定：1、集气管的压力： 确定原则：根据吸气管正下方炭化室底部压力在结焦末期不低于5Pa来确定。讲解：A、为什么以底部为标准？ 因为对热气体比空小的气体，其相对压力是上部比下部大，所以，要以底部为标准。B、为什么要以结焦末期的压力为标准？ 因为结焦末期分解产生的蓄煤气少了，压力低了， 为了保持正压，所以必须以此为标准。 确定集气管的压力公式：P1集=5+12H Pa H：为从炭化室底部到集气管测压点的高度。12：是当茺煤气为800时，每来高

24、度产生的浮力为12Pa。 集气管压力确定后：吸气管下方炭化室底部压力的调整参数不小于5 Pa。 新开工的焦炉集气管的压力：比正常使用的集气管的压力大，3050 Pa即可。 集气管压力最大值不超过250 Pa。 波动值不超过10 Pa。2、炉顶看火孔的压力： 看火孔的压力值的原则：a、 是确保炭化室在整个结焦过程中其压力都大于燃烧系统。b、 其燃烧系统的压力稍大于外界空气，以免外部冷空气进入燃烧室，破坏燃烧系统稳定性。c、 同时，应考虑边火道温度和炉顶拉条温度等因素。 压力值：05Pa或在-5Pa+5Pa时过大：则恶化了炉顶工作条件，加大参数热损失。过小：则吸入冷空气。3、蓄热室顶部吸力： 蓄热室顶部吸力确定的重要性：吸力大小关于煤气、空气、废气量的分配，直接影响炉温的变化。 蓄热室顶部吸力确定的公式：P蓄=P看H（空顶热气）g+PP：蓄热室顶部至看火孔的气体阻力 一般大型焦炉蓄热室顶部吸力不小于30 Pa过大：则使冷空气吸入燃烧室，降低炉头温度，过小：又不利于煤气、空气和废气量的分配。第四节：使用