年产45吨冶金焦的炼焦工艺设计-课程设计

年产45吨冶金焦的炼焦工艺设计课程设计PAGE学号：02

课程设计题目：20万吨每年冶金焦的炼焦工艺设计学生姓名：吕玉铃专业班级：化工091院系：资源与环境工程系指导教师：陈宁程永高宫惠峰2011年6月20日邢台职业技术学院课程设计（论文）摘要20万吨/年冶金焦的炼焦工艺设计摘要本设计参照鞍山钢铁集团公司化工总厂成熟的炼焦工艺，结合目前国内外炼焦技术的发展现状，以改善焦炭质量、提高焦炭产量、减少环境污染为宗旨，进行了年产量为100万吨的冶金焦的工艺设计。主要内容包括：厂址选择、炼焦用煤的选择、炉型的选择、工艺流程的确定以及环保措施的制定，并重点针对所选炉型进行了焦炉的物料衡算、热量衡算、煤气的燃烧计算、炉体各点压力计算、加热系统各部位浮力与压力计算和烟囱高度的确定，同时还完成了相关图纸的绘制：设备连接图、焦炉炉体结构图、焦炉蓄热室结构图。关键词：冶金焦，炼焦，工艺设计邢台职业技术学院课程设计（论文）目录目录1文献综述…………………………11.1概述………………………11.2炼焦用煤准备……………11.2.1原料煤的接受与贮存……………….11.2.2配煤与粉碎………….11.2.3装炉煤的干燥和预热……………….21.2.4添加改质粘结剂及瘦化剂………….21.3炼焦生产…………………21.3.1炼焦炉及其辅助设备……………….21.3.2焦炉生产操作……………………….31.4炼焦新技术………………41.5发展前景…………………51.5.1世界焦炭生产发展趋势…………….51.5.2我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望……………51.6本次设计要完成的任务……………….62炼焦工艺的设计与计算……………………….62.1入炉煤的选择………….62.2焦炉炉型选…………….72.3工艺流程的选定……………………….92.4加热用煤气相关计算…………………102.5煤气燃烧计算………………………112.6焦炉的物料平衡与热量平衡计算…………………132.6.1原始数据的处理与计算……….142.6.2物料平衡计算………………….152.6.3热量平衡计算………………….182.6.4焦炉热效率…………………….312.6.5炼焦耗热量……………………322.7炉体水压计算………………………322.7.1炉内各点压力计算……………322.7.2加热系统各部位浮力计算……………………432.7.3加热系统各部位压力计算……………………452.8烟囱高度计算……………………473环境保护……………………544结论…………………………55致谢……………56参考文献………………………57邢台职业技术学院课程设计PAGE51文献综述1.1概述煤在焦炉内隔绝空气加热到1000℃左右，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制得焦炭，这一过程称为高温干馏或高温炼焦。由高温炼焦得到的焦炭可用于高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门作为燃料或原料；炼焦过程中得到的干馏煤气经过回收、精制得到各种芳香烃和杂环化合物，可供合成纤维、染料、医药、涂料和国防等工业作为原料；经净化过的焦炉煤气既是高热值燃料，又是合成氨、合成燃料和一系列有机合成工业的原料。因此，高温炼焦是煤综合利用的重要方法之一。1.2炼焦用煤准备炼焦煤入炉前的预处理包括来煤接受、贮存、倒运、粉碎、配合和混匀等工序。若来煤是灰分较高的原煤，还应包括选煤、脱水工序。为扩大弱粘煤用量，可采取干燥、预热、捣固、配型煤、配添加剂等预处理工序。北方地区的工厂，还有解冻和冻块破碎等工序。炼焦煤的预处理基本流程见图1-1。1.2.1原料煤的接受与贮存原料煤的接受通常在贮煤场进行。焦化厂设置贮煤场的目的：一是要保证洗选干燥解冻煤场捣固来煤接受干燥，预热与卸煤配煤槽粉碎部分成型煤仓装炉配添加剂煤槽粉碎配合混合图1-1炼焦煤的预处理基本流程焦炉的连续性生产；二是要稳定装炉煤质量，贮煤场由卸煤机械、倒运机械、转运皮带和受煤斗槽以及贮煤场地等组成。1.2.2配煤与粉碎1、配煤配煤系统有两种，一种是配煤槽，靠其下部的定量给料设备进行配煤，这种系统精确度高，但设备多、投资高。另一种是采用配煤场代替配煤槽进行的配煤系统。2、粉碎煤料的细度和粒度分布对焦炭质量及焦炉操作有很大影响，为此装炉煤必须粉碎。1.2.3装炉煤的干燥和预热1、装炉煤的干燥煤的干燥工艺一般由煤干燥器、除尘装置和输送装置等组成，煤的干燥工序可以设在配合和粉碎工序之前，即对单种煤进行进行干燥后再配合、粉碎，由于煤干燥配合、粉碎时有大量粉尘逸出，故一般均设在配合和粉碎之后，即对配合煤进行干燥。2、装炉煤的预热装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（150～250℃），然后再装炉炼焦称为预热煤炼焦。对煤进行预热可以增加气煤用量，提高焦炉生产能力，改善焦炭质量，降低热耗，是扩大炼焦煤源的重大方法。1.2.4添加改质粘结剂及瘦化剂当配合煤中由于缺少强粘结煤而流动不足时，可以通过添加适当的粘结剂或人造粘结煤来补充低流动度配合煤的粘结性，从而提高焦炭质量，此种粘结剂称为煤改质粘结剂。在煤结焦过程的收缩阶段，随温度升高，挥发分析出，固态半焦发生收缩，当收缩应力大于焦炭材料强度时，将在焦炭中产生裂纹。收缩系数越大，裂纹越多越宽，故为了减小收缩系数可在焦炭中添加瘦化剂，而且还可以减少层间的收缩差，降低层间应力。1.3炼焦生产1.3.1炼焦炉及其辅助设备1、焦炉分类按照装煤方式可分为顶装焦炉和侧装焦炉；按照加热用煤气种类可分为复热式焦炉和单热式焦炉；按空气和加热用煤气的供入方式可分为侧入式焦炉和下喷式焦炉；按气流调节方式可分为上部调节式焦炉和下部调节式焦炉；按拉长火焰方式可分为多段加热式焦炉、高低灯头式焦炉、废气循环式焦炉。2、炉体结构炭化室与燃烧室：炭化室是煤隔绝空气干馏的地方；燃烧室是煤气燃烧的地方，两者依次相间，其间的隔墙面平均温度为1300℃，炭化室平均温度为1100℃，局部区域还要高些。斜道区：位于蓄热室与燃烧室之间，它是连接燃烧室和蓄热室蓄热室：位于焦炉炉体下部，其上经斜道同燃烧室相连，其下经废气盘分别同分烟道、贫煤气管道以及大气相通。炉顶区：炭化室盖顶砖以上部位称炉顶区，设有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟。烟道与基础：蓄热室下部设有分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经各废气盘，分别汇集到机侧或焦侧分烟道。3、护炉设备护炉设备包括炉柱、小炉柱、保护板、纵横拉条、弹簧、机焦侧操作台等。护炉设备的作用是对砌体施加保护性压力，使砌体在烘炉及生产过程中保持整体性，避免在温度及机械冲击下产生破坏。4、煤气设备煤气设备包括干馏煤气导出设备和加热煤气供入设备两套系统。两套管系。5、废气设备废气设备包括交换开闭器和总分烟道翻板等。6、交换设备交换设备是用于切换焦炉加热系统气体流向的动力设备和传动机构，包括交换机和交换传动装置。每次切换动作所需时间一般为46.6秒。7、荒煤气导出设备炭化室中煤料在高温下干馏产生的煤气因尚未经净化处理，习惯上成为荒煤气或粗煤气。荒煤气导出系统的设备包括：上升管、桥管、水封阀、集气管、吸气管、氨水喷洒系统等。8、焦炉机械炼焦生产中焦炉专用机械，顶装焦炉用的有装煤车、拦焦机、推焦机、熄焦车；捣固焦炉则用装煤推焦机代替装煤车和推焦机，并增加消烟车以消除装煤时产生的烟尘。随炼焦技术的发展，焦炉机械也趋向多功能、自动化方向。1.3.2焦炉生产操作1装煤煤塔贮煤贮煤塔，用于贮存入炉煤料，以保证焦炉稳定生产。从贮煤塔取煤装煤车在贮煤塔下取煤时，必须按照车间规定的顺序进行。为使装煤车顺利取煤，煤塔放煤时应将放煤阀门完全打开，加快放煤速度，以防煤塔发生棚料。装煤车在接煤前后应进行称量，以便正确计量装入炭化室实际煤量，保证每个炭化室装煤量准确。装煤与平煤装煤顺序是装煤操作重要环节，往炭化室装平煤操作大致可分为三个阶段：第一个阶段，从装煤开始到平煤杆进入炉内，该阶段延续时间约为60秒。这阶段内操作关键是选用合理的装煤顺序，它将影响整个装煤过程的好坏。第二阶段，自平煤开始到煤斗内煤料卸完为止。一般不应超过120秒，该阶段是装煤最重要阶段，它决定是否符合装煤标准。第三阶段，自煤斗卸完煤到平煤结束，该阶段不超过60秒，这阶段要平整煤料，保证荒煤气在炉顶空间能自由畅通。(2)推焦推焦就是把成熟的焦炭推出炭化室的操作。焦炭成熟后，炭化室中焦饼产生一定收缩，才能保证顺利推焦。(3)熄焦由于煤干馏成焦的最终温度为950～1050℃，所以从炭化室推出的是炽热的焦炭，将其熄灭至300℃以下的过程，称熄焦。(4)筛焦焦炭的分级是为了适应不同的用户对焦炭块度的要求，块度大于60～80mm的焦炭可供铸造使用，40～60mm的焦炭供大型高炉使用，25～40mm的焦炭供高炉和耐火材料厂竖窑使用，10～25mm的焦炭用作烧结机的燃料或供小高炉、发生炉使用，小于10mm的焦炭共烧结矿石用。1.4炼焦新技术20世纪现代室式焦炉炼焦技术虽然发展到十分成熟和相当完善水平,但其自身固有的不足和问题却日趋突出,因此自50年代起,德国、法国、美国、日本、前苏联和我国等主要焦炭生产国都曾大力研究开发炼焦新工艺。干法熄焦的工艺流程为：从炭化室中推出的950～1050℃的红焦经过拦焦机的导焦栅落入运载车上的焦罐内，运载车由电机车牵引至干熄焦装置提升机至井架顶部，再平移到干熄炉炉顶。焦罐中的焦炭通过炉顶装置装入干熄炉。在干熄炉中，焦炭与惰性气体直接进行热交换，冷却至250℃以下。冷却后的焦炭经排焦装置卸到胶带输送机上，送筛焦系统。180℃的冷惰性气体由循环风机通过干熄炉底的供气装置股入炉内，与红焦进行热交换，出干熄炉的热惰性气体夹带大量的焦粉经一次除尘器进行沉降，气体含尘量降到10g/m3以下，进入干熄焦锅炉换热，在这里惰性气体温度降至200℃以下。冷惰性气体由锅炉出来，经二次除尘器，含尘量降至1g/m3后，由循环风机送入干熄炉循环使用。锅炉产生的蒸汽或并入厂内蒸气管或送去发电。干法熄焦能够改善焦炭品质，并且在防止污染物的逸散、改善环境方面配备了完整的设施。因此，干法熄焦取代传统湿法熄焦已成为趋势。1.5发展前景1.5.1世界焦炭生产发展趋势世界焦炭产量于20世纪70年代末发展到顶峰,达到318亿t/a左右。从80年代初开始世界焦炭产量呈下降趋势,90年代初曾下降到313亿t/a左右。若不包括中国焦炭产量,世界焦炭产量呈明显下降趋势。这主要是因为一些焦炭生产大国,如美国、德国、英国、法国等国家由于焦炭需求减少、焦炉老化、严格环保法规限制等因素,大批关停焦炉和成倍地削减焦炭产量。近几年世界焦炭产量略有回升,这是几个发展国家(如韩国、巴西等)主要是我国焦炭产量大幅度增长的结果。这样,一些发达国家焦炭减产,而另一些发展国家焦炭增产,世界焦炭产量总的变化不大。20世纪末,各国焦炭生产增减幅度已经明显变小,新世纪初期世界焦炭产量将基本稳定在315亿t/a上下,与焦炭需求量是基本平衡的。1.5.2我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望焦炭是高炉炼铁不可步发展缺少的原料。在钢铁生产过程中,焦炭生产提供的焦炭和焦炉煤气约占其总能源消费量的50%以上。据统计70%焦炭用于冶金行业,主要用于高炉炼铁。我国焦炭生产始终是与钢铁生产同步发展。从1993年起,我国焦炭总产量和机焦产量都居世界第一位。近几年来,焦炭生产与钢铁生产一样,增长速度明显地降低下来。预计21世纪初期我国钢铁产量不会有大的增长,钢产量将在112亿t/a上下保持相当长一段时间。尽管各种非高炉炼铁技术(不用焦炭炼铁)将会得到进一步开发和应用,但无论从技术上、生产规模上还是从经济上分析,我国现有大量高炉仍是我国炼铁生产的最主要的装备,高炉用焦仍将是焦炭消费的主渠道。21世纪高炉将继续向大型化、氧煤强化炼铁方向发展,喷煤要大幅度增加,焦比要下降。现在有条件的大钢铁企业高炉喷煤已接近或达到200kg/t铁左右。因此预计21世纪初期国内高炉用焦在总量上将有减无增,即使钢铁总产量有所增加,焦比下降所节约的焦炭也将补偿新增所需焦炭量。PAGE551.6本次设计要完成的任务本次设计要完成的任务包括厂址选择，制定煤焦化的环境保护措施，设计炼焦工艺流程，选定技术操作条件，选择焦炉炉型以及完成炼焦炉的相关设计计算等，其中计算包括加热煤气相关计算、物料衡算、热量衡算、炉体各部位水压计算以及烟囱高度的确定等，同时按要求绘制焦化工艺设备连接图、炉体剖面图、蓄热室结构图。2炼焦工艺的设计与计算2.1入炉煤的选择我国炼焦用煤主要指肥煤、焦煤、气煤、瘦煤。(1)肥煤肥煤具有很高的粘结性，受热能产生流动性大、热稳定性好。在炼焦过程中，肥煤的软化温度低，固化温度高，具有很强的粘结能力，是配煤炼焦的重要成分。用肥煤单独炼焦时能生成熔融性良好的焦炭，横裂纹较多，气孔率较高。肥煤很少用来单独炼焦，而多与粘结性较弱的气煤，瘦煤，弱粘煤配合炼焦，以获得高强度的冶金焦。(2)焦煤焦煤是结焦性最好的一种炼焦煤，其煤化程度高于肥煤，具有中等挥发分。焦煤在受热时能形成稳定性很好的胶质体，单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、耐磨性好的焦炭，配入煤料中可以起到提高焦炭机械强度的作用，因此，焦煤是配煤中的重要成分。但是，焦煤在结焦过程中收缩度小、膨胀力大，单独炼焦或配量过多时，会发生推焦困难并引起焦炉的损坏。我国的焦煤储量有限，为合理利用我国煤炭资源，在配煤中应尽量减少焦煤的配比。(3)气煤气煤是煤化程度最低的一种炼焦用煤，可燃基挥发分高，在隔绝空气加热时这种煤能产生大量煤气和较多的焦油。在焦化时气煤一般都能单独结焦，但在结焦过程中收缩大，焦碳多细长而易碎，并常有较多的纵裂纹，在炼焦时多配入这种煤，可以降低焦炉的膨胀压力，增大焦饼收缩，增加化学产品的产率，有利于综合利用，降低炼焦成本。但如果掺入过多，就使焦炭块度变小，强度降低。气煤是我国炼焦煤中储量最多的一种，约占炼焦用煤40%以上。根据我国炼焦煤的特点，在发展焦化工业时，应着重考虑多用气煤，这对合理利用我国炼焦用煤资源是十分有利的。(4)瘦煤瘦煤是一种煤化程度最高的炼焦用煤。它的挥发分低，一般为>14~20%，受热时产生胶质体数量比焦煤少，且软化温度高，虽然瘦煤也能单独结焦，尤其是2号瘦煤的焦炭块度大，裂纹少，但熔融性比焦炭差，有时在焦块中有颗粒物存在，因此焦炭的耐磨强度低，配煤时加入瘦煤能提高焦炭的块度，在炼制铸造用焦炭时，常配入较多瘦煤。(5)弱粘煤弱粘煤是一种粘结性较弱的煤化程度的煤。单独炼焦时，焦炭多成小块，易破碎。在配煤炼焦中如有足够的强粘煤时，就可掺入30~40%左右的弱粘煤。这不仅能降低焦炭的硫分和灰分，提高化学产品的收率，在炼铁时可降低焦比，而且还大大降低焦化成本。综上所述，根据单种煤结焦性质、我国煤资源分布以及本设计的产量和工艺设计的要求，本设计采用的配煤方案见表2-1，所选煤的工业分析与元素分析见表2-2。表2-1设计配煤方案焦煤肥气煤肥煤气煤弱粘煤22.3%14.6%13.2%37.8%12.1%表2-2所选煤的工业分析与元素分析项目工业分析%元素分析%组成水分灰分挥发分碳氢氧氮应用基干基干基可燃基符号入炉煤98.79.7627.6328.478.924.354.981.282.2焦炉炉型选本设计所选择炉型为JN43-58-2型焦炉，焦炉设计尺寸见表2-3。该焦炉是由鞍山焦化耐火材料设计研究院在多年焦炉生产实践经验基础上，吸取国外炉型优点所设计成的，为双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷的复热式焦炉。每个炭化室下面设两个宽度相同的蓄热室，在蓄热室异向气流之间的主墙内设有垂直砖煤气道，焦炉煤气通过它供入炉内。表2-3JN43—80型焦炉尺寸炉型内容单位数值炭化室全长mm14080炭化室有效长mm13280炭化室全高mm4300炭化室有效高mm4000炭化室宽度机侧焦侧平均锥度mmmmmmmm42547545050炭化室中心距mm1143立火道中心距mm480加热水平高度mm800炭化室有效容积m323.9炭化室墙厚度mm100炉顶厚度mm1178结焦时间立火道数h个/孔/燃烧室1728为了合理利用焦炉机械，提高劳动生产率，一个炉组多为两座或四座焦炉组成，本设计根据年产焦能力选定为每个炉组四座焦炉。(1)每座焦炉最多炭化室孔数式中——检修时间，h；——最紧张焦炉机械所承担操作的焦炉座数；——最紧张焦炉机械每操作一炉的时间，min。JN43-58-2型焦炉周转时间为17.2h，检修时间为2h，当两座焦炉合用一台熄焦车时，该车为最紧张机械，其操作时间为6min，则：，孔(2)根据焦炉生产能力计算定额炉孔数焦炉生产能力公式如下：式中G——每个炉组的年生产焦炭能力，本设计中G=106t/a；n——每个炉组的焦炉座数，取为4；N——每座焦炉的炭化室孔数；μ——考虑炭化室检修等原因的减产系数，取为0.95；V——炭化室有效容积，m3/孔；ρ干——装炉煤堆积密度（干基）取为0.75t/m3；K——干煤全焦率，取为75%；τ——周转时间，h。则每座焦炉炭化室孔数N为：孔考虑到设计能力要稍大于实际生产能力，则N取为8<。(3)一座焦炉一天装煤量2.3工艺流程的选定本次设计所选用的工艺流程见设备连接图。如图所示，原料煤自贮煤场运至配煤场，以设计比例配合后送去粉碎，粉碎后的湿煤由斗槽经旋转阀以一定的给料速度送入干燥管下部，被来自预热管的热气体流化、干燥并运输，在干燥管上部，用初次旋风分离器将干燥煤和气体分离，再由初次旋风分离器、旋转阀将干燥煤粒送入预热管下部，在此被来自燃烧炉的高温气体夹带着在预热管内并流上升同时被加热到预定温度。在预热管上部设有旋分器，将预热煤和热气体分离，分离热气体后的预热煤经螺旋运输机、旋转阀、布料运输机送入热煤斗槽。由此经旋转阀送入定量计量槽，再经密封接口放入装煤车装炉。热煤输送、储存和计量系统均用惰性气体保护。由干燥管初次旋分器排出的气体则通过一组多管的高效二次旋分器，将其中的细煤粒分出后直接送往预热煤斗槽。排出的气体经循环风机，使大部分气体循环到燃烧炉，其余经洗涤，除尘后排放。燃烧炉提供的热废气进入预热管前先经过一个喷洒室，在此可以喷入水，其作用是：当其含氧量高时，它是一个灵便的惰性气体快速发生器，在煤流堵塞或倒落时，用它来进行充气。经焦炉炼焦后，炽热的焦炭从炭化室中推入焦罐，装有红焦的焦罐车运到提升塔，由提升机提升到干熄槽顶。红焦装入干熄槽，在冷却室中与冷惰性气体进行逆流热交换，冷却到250℃以下。冷却的焦炭由干熄槽底部排焦设备排到胶带输送机送往用户。冷的惰性气体由循环风机送入干熄槽，与红焦换热后，温度升到800℃左右。热惰性气体经过一次除尘器，除去气体中夹带的粗粒焦粉后进入余热锅炉，锅炉出口处的气体温度降到200℃以下，再经二次除尘器，除去气体中的细粒焦粉，然后用循环风机送回干熄槽循环使用。2.4加热用煤气相关计算所选焦炉煤气组成见表2-4。表2-4焦炉煤气组成，%2.40.67.025.02.0(80%)59.04.0(20%)(1)干煤气热值煤气中可燃成分的低热值（）为：—12730，—10840，—35840，—71170则煤气的低热值为：(2)干煤气密度=0.458式中——煤气中某成分的分子量；——煤气中某成分的体积，%。(3)湿煤气组成焦炉煤气温度为31.2℃时，1干煤气所含水汽量为0.0464/，则湿煤气中氢气含量为：%其它气体计算与上相同，计算结果如下：：23.89%，：6.69%，：1.91%，：2.29%，：3.82%：0.57%，：4.64%(4)湿煤气热值(5)湿煤气密度2.5煤气燃烧计算以1干煤气燃烧计算(1)理论空气需要量理论需氧量为：=0.01[0.5(59+7.0)+225+320.8+7.520.2-0.6]=0.902/式中，，……分别为煤气中该成分的体积，%。理论空气需要量为：/(2)实际干空气需要量/式中——空气过剩系数，暂取为1.2。(3)实际湿空气需要量/式中——由表6-2[1]第五项查取的空气中含饱和水汽量，/。(4)废气量和废气组成完全燃烧时，废气中只有，，和过剩空气中带入的，故废气中各成分的量为：=0.01(2.4+0.7+25+220.8+620.2)=0.4/=1.4196///式中，，……分别为煤气中该成分的体积，%。总废气量为：=0.4+1.4196+4.1118+0.1804=6.1118/根据以上数据就可计算空气过剩系数：式中分别为废气分析中各成分的体积，%。将=1.2代入以上煤气燃烧计算式中，可得到以下结果：=5.1542/，=5.3934/，=0.4/，=1.4196/，=4.1118/，=0.1804/，=0.4+1.4196+4.1118+0.1804=6.1118/故在废气中的百分比为：=6.5%在废气中的百分比为：=23.23%在废气中的百分比为：=67.28%在废气中的百分比为：=2.95%2.6焦炉的物料平衡与热量平衡计算结焦时间与加热煤气参数见表2-5。大气参数与其它温度见表2-6。小烟道及总烟道废气组成见表2-7。入炉煤与焦炭的工业分析和元素分析见表2-8。表2-5结焦时间与加热煤气参数结焦时间h加热煤气孔板设计参数实际裝湿煤量t流量压力温度压力温度重度m3/hPa℃Pa℃175391.5510731.24903250.47表2-6大气参数与其它温度大气参数入炉煤温度℃焦饼中心温度℃小烟道出口废气温度℃蓄热室走廊温度℃荒煤气温度℃压力Pa温度℃相对湿度%前半个结焦周期后半个结交周期加权平均101325244722105032135747807767表2-7小烟道及总烟道废气组成部位小烟道出口处总烟道组成正常加热含量%6.042.925.24.1停止加热含量%0.627.87表2-8入炉煤与焦炭的工业分析和元素分析项目工业分析%元素分析%组成水分灰分挥发分碳氢氧氮应用基干基干基可燃基符号入炉煤98.79.7627.6328.478.924.354.981.28焦炭——12.831.201.27886.06——0.612.6.1原始数据的处理与计算(1)加热煤气表流量换算成标准流量流量孔板设计参数：压力(P)为4903Pa，温度(t)为25℃，水汽含量(f)为0.026，重度()为0.47，大气压力(P0)为101325Pa加热用焦炉煤气工作状态参数：表流量()为5391.5，压力()为5107Pa，温度()为31.2℃，水汽含量()为0.0378则=5342.5(2)空气过剩系数的计算小烟道处：总烟道处：(3)漏入燃烧系统的荒煤气量式中——总烟道废气空气系数；——停止加热后干废气中含量，%；——1荒煤气燃烧后生成体积，/。2.6.2物料平衡计算A.物料入方计算以1000kg入炉煤为计算基准，入炉煤含水百分比W=9%(1)入炉干煤量Gmkg/t(2)入炉煤带入水分GsB.物料出方计算(1)全焦量GJ干基全焦率按煤的挥发分和焦饼温度tJ相关式计算全焦量(2)无水焦油量GJY无水焦油产率无水焦油产量(3)粗苯量粗苯产率粗苯产量(4)氨量氨产率式中b为氮转变成氨的转化系数，取为0.14。氨产量(5)净煤气量100kg干煤及其所生成的焦炭、焦油、粗苯中的含碳量：干煤含碳量：焦炭含碳量：焦油含碳量：粗苯含碳量：净煤气产率为：净煤气产量为：=1000(6)化合水量化合水产率按煤中氧转化为化合水经验公式：式中——装炉煤中干基含氧量；a——转化系数，取为0.39。则化合水量为:根据以上计算数据，列出物料平衡表见表2-9。表2-9物料平衡表收入支出项目数值kg/t占湿煤%项目数值kg/t煤%干煤Gm91091全焦GJ686.43668.64入炉煤带入水Gs909焦油GJY33.913.39粗苯9.790.98氨2.0020.20净煤气157.88515.55化合水19.8381.98入炉煤带入水Gs909.00差值0.1390.25合计1000100合计10001002.6.3热量平衡计算A.热量收入计算(1)加热煤气燃烧热加热煤气低发热量为=17918.5KJ/全炉每小时平均入炉煤量表示为，因为全炉炭化室孔数N为8孔，结焦时间为17h，每孔装煤量为17.9t，则每小时装煤量为：每吨入炉煤所需加热煤气量为：则加热煤气燃烧热为：(2)加热用焦炉煤气带入的显热Q2加热煤气温度℃加热煤气平均比热为：=1.3806/（℃）式中，，……分别为煤气中该成分的体积，%。焦炉煤气在31.2℃时的饱合水含量为0.0464/，则加热煤气显热为：=(3)漏入燃烧系统的荒煤气的燃烧热(4)空气带入的显热干空气的水分含量为′=47%，温度为35℃(蓄热室走廊温度)时饱和水分压5630.16Pa，大气压P=101325Pa则空气带入显热为：=142096.46/t(5)入炉干煤代入的热量干煤比热为：入炉煤带入热量为：入炉煤水分代入的热量为：B.热量支出计算(1)焦炭带走的热量=1050℃时，=1.0718/(℃)，=1.5282/(℃)，=1.8447/(℃)则焦炭的平均比热为：/(℃)则焦炭带走的热量为：(2)焦油带走的热量焦油的平均比热为：/(℃)式中--结焦周期前半周期荒煤气平均温度。则焦油带走的热量为：(3)粗苯带走的热量粗苯的平均比热为：/(℃)粗苯带走的热量为：(4)氨带走的热量氨的平均温度为：℃式中--结焦周期后半周期荒煤气平均温度。氨带走的热量为：(5)净煤气带走的热量净煤气的平均比热为：当=747℃时：+/(℃)式中，，……分别为煤气中该成分的体积，%。当=807℃时：/(℃)净煤气带走的热量为：(6)水分所消耗的热量各温度段水汽的平均比热：在0～747℃时，=2.0582/(℃)在0～450℃时，=1.9628/(℃)则水分的平均比热为：/(℃)入炉煤带入水分所消耗的热量：=-68051.55则水汽所消耗的热量为：=363462.79-68051.55+181067.943=476479.18(7)废气带走的热量废气组成为：%=6.5%，%=23.23%，%=67.28%，%=2.95%小烟道出口废气温度t=321℃,此时各种气体比热为：=1.8969，=1.5474，=1.3088，=1.3607则废气平均比热为:=1.4035/(℃)则废气带走热量为：=1995196.07(8)表面散热a.炉顶1)装煤口盖对流传热系数:℃)式中为风速，当时即采用此公式。辐射传热系数:℃)式中为物体表面温度，为物体表面空气温度，℃。则装煤口盖部位散热量为：式中F--炉体各部位此处为装煤口盖的表面积；--结焦时间；--每孔炭化室裝湿煤量。2)装煤口座对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则装煤口座处散热量为:3)看火孔盖对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则看火孔处散热量为:4)看火孔座对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则看火孔座处散热量为:5)炭化室顶砖对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:6)燃烧室顶砖对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:b.机侧7)小炉头对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:8)钢柱对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:9)炉门对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:10)炉门框对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:c.焦侧11)小炉头对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:12)钢柱对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:13)炉门对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:14)炉门框对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:d.蓄热室15)机侧钢柱对流传热系数:℃)式中A当散热面垂直于地平面时取9.21。辐射传热系数:℃)则此处散热量为:16)机侧隔热罩对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:17)焦侧钢柱对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:18)焦侧隔热罩对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:e.炉墙19)护墙对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:20)抵抗墙对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:21)蓄热室部位对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:f.其它22)基础顶板对流传热系数:℃)辐射传热系数:℃)则此处散热量为:则以上所散热之和为:则传入地下的热量为:打开炉门时损失的热量为:所以炉体表面总的散热量为:根据以上计算，列出炉体表面散热计算结果于表2-10。2-10炉体表面散热计算结果区域编号部位面积℃物体温度℃环境温度℃风速对流传热系数辐射传热系数散热量占总热量比例%炉顶1装炉煤口盖0.389232243.473.5453.358873.32.892装炉煤口座0.203220243.473.5450.724272.51.393看火孔盖0.371180243.473.5442.655811.81.904看火孔座0.156187243.473.5443.982582.70.845炭化室顶砖5.52556243.473.5423.8314878.34.856燃烧室顶砖9.35582243.473.5427.0747180.015.39机侧7小炉头0.588624252.427.62486.30.818钢柱5.5657624252.426.919832.96.479炉门5.689324252.428.527402.58.9410炉门框4.8111424252.431.531390.210.24焦侧11小炉头0.5857242.559.9523.951386.20.4512钢柱5.56559242.559.9524.1914163.84.6213炉门5.6583242.559.9527.225105.18.1914炉门框4.8192242.559.928.4124977.88.15蓄热室机侧15钢柱3.645843018.1326.212092.30.6816隔热罩2.256643020.1727.272121.80.69焦侧17钢柱3.6043528014.9821.87803.50.2618隔热罩2.253728015.9522.10665.90.22炉墙19护炉墙0.9353243.473.5423.482261.50.7420抵抗墙3.5450243.473.5423.137494.32.421蓄热室部位1.56028021.9124.751935.70.63其它22基础顶板16.095334013.1124.609963.53.252348959.615.97合计306641.5100综上所述，列出焦炉热量平衡表见表2-11。表2-11热平衡表热收入热支出项目数值项目数值%%加热燃烧煤气热11132869.887.97焦炭带出热量1062973.608.4加热煤气带入显热5738.590.045焦油带出热量77608.670.61漏入荒煤气燃烧热1345844.6410.63粗苯带出热量18741.900.15助燃空气显热142096.461.12氨带出热量4043.830.044入炉煤带入显热21039.020.17净煤气带出热量435621.333.44入炉煤水分显热8289.860.065水分带走热量476479.183.76废气带走热量1995196.0715.76炉体表面总散热量306641.52.42差值8278572.2965.41合计12655878.37100合计12655878.371002.6.4焦炉热效率2.6.5炼焦耗热量(1)湿煤耗热量:(2)换算成7%水分的相当湿煤耗热量:(3)相当干煤耗热量:(4)计算包括荒煤气漏入燃烧室的炼焦湿煤耗热量:=17670.1(630.04+641.31/8.42)/1000=12478.712.7炉体水压计算2.7.1炉内各点压力计算焦炉炉体水压计算所需的原始数据（见表2-12）加热系统各部位温度（见表2-13）加热系统各部位断面积和水力直径（见表2-14）表2-12原始数据名称单位数量备注炭化室有效容积13.28×0.45×4.0炭化室一次装入干煤量一kg干煤相当耗热量结焦时间焦炉煤气发热量每一燃烧室所需干焦炉煤气量m3tkJhkJ/m3m3/h23.917.92497.561717670.1146.76干煤堆积密度为0.75t/m3入炉煤水分为9%已考虑紧张操作系数1米3干焦炉煤气燃烧所需湿空气量（）m35.372焦炉燃烧时一个燃烧室所需干煤气量m3m3/s155.070.0431焦机侧煤气分配比为1.12空气过剩系数：炉内小烟道总烟道1.211.211.35通过一个焦侧煤气蓄热室的湿空气量：m3/hm3/h833.040.231时1米3干煤气燃烧产生的湿废气量m36.070时机侧一个蓄热室所通过的湿废气量：m3/hm3/h941.270.261时，通过焦侧烟道的湿废气量：m3/s5.282炉端燃烧时的煤气量为中间燃烧室的70%通过机侧烟道湿废气量5.28/1.12m3/s4.716通过总烟道的湿废气量5.282+4.716m3/s9.998标准状态下湿废气重度：kg/m3kg/m31.2111.217标准状态下湿空气重度kg/m31.28标准状态下湿焦炉煤气重度kg/m30.460温度为31.2℃时湿空气重度kg/m31.153表2-13加热系统各部位温度下降气流上升气流部位温度,℃绝对温度,K部位温度,℃绝对温度,K立火道13301603小烟道70343斜道13151588箅子砖80353蓄热室顶部空间13001573蓄热室格子砖下部90363蓄热室格子砖上部13001573中部8001073中部10351308上部10801353下部360633蓄热室顶部空间10801353箅子砖350623斜道10951368小烟道321594立火道16501923交换开闭器280553立火道跨越孔14501723烟道连接管250523炉顶10001273分烟道240513总烟道烟囱235220508493表2-14加热系统各部位断面积和水力直径部位断面积水力直径长度或高度断面尺寸小烟道0.0940.2646.690.54×0.174箅子砖（取焦侧中段箅子砖孔直径近似计算。共计108孔）上孔Ф400.136下孔Ф600.305平均0.220.0510.09格子砖（以一层计算）0.9120.02592.159蓄热室顶部空间水平断面2.096.505×0.3215蓄热室顶部对应的斜道下口断面0.1170.244×0.48短斜道：0.82下口0.01920.16×0.1245゜转弯前断面0.01580.132×0.12上口平均断面（放调节砖后）上下口平均断面0.007280.013240.1140.091×0.08长斜道：1.02下口0.02230.186×0.1245゜转弯前断面0.01580.132×0.12上口平均断面（放调节砖后）0.007280.091×0.08上下口平均断面0.01480.121立火道0.16380.403.4140.468×0.35立火道跨越孔0.05550.2250.321×0.173A.上升气流(1)小烟道1)摩擦损耗℃，查附录十三[2]得,查附录十五[2]得2)分流阻力综合阻力系数K=0，故=03)合计(2)箅子砖1)入口90º转弯和缩小综合阻力损耗综合阻力系数K=1.5,入口断面F=0.305，t=80℃2)摩擦损耗，t=80℃,查附录十三[2]得，查附录十五[2]得3)出口突然扩大损耗，4)合计(3)格子砖1)格子砖阻力损耗℃，℃，℃℃，2)出格子砖扩大损耗，，T=1353K,3)合计(4)段斜道因为炉头两个斜道，进入的空气量比其余的斜道多20%，故里面每个斜道进入空气量为1)入斜道前45゜转弯损耗,,查附录十八[2]得2)缩小损耗，3)45º转弯损耗，，查附录十八[2]得4)摩擦损耗，℃，查附录十三[2]得，查附录十五[2]得5)斜道出口扩大损耗，6)合计(5)立火道1)摩擦损耗废气循环量按50%计：，火道温度℃，跨越孔温度℃，℃，查附录十三[2]得，查附录十五[2]得2)90º转弯损耗，，查附录十八[2]得3)入跨越孔缩小损耗，4)合计B.下降气流(6)立火道1)立火道跨越孔入下降火道突然扩大损耗2)90º转弯损耗查附录十八[2]得3)摩擦损耗=1330℃，=1450℃，=1390℃，查附录十三[2]得,查附录十五[2]得4)合计(7)长斜道1)入口缩小损耗，2)摩擦损耗，，，t=1315℃，查附录十三[2]得,查附录十五[2]得3)45º转弯损耗查附录十八[2]得,,4)出口扩大损耗,5)入蓄热室顶45º转弯损耗查附录十八[2]得,,,6)合计(8)格子砖1)格子砖缩小损耗,2)格子砖阻力损耗,,,℃,℃,℃℃,T=932.5+273=1205.5K3)合计(9)箅子砖1)入口突然缩小损耗,,T=623K2)摩擦损耗,t=350℃，查附录十三[2]得,查附录十五[2]得3)进入小烟道扩大和90º转弯综合阻力损耗综合阻力系数，，4)合计(10)小烟道1)小烟道集流损耗，，查附录十八[2]得2)摩擦损耗，2.777，t=321℃查附录十三[2]得，查附录十五[2]得3)合计2.7.2加热系统各部位浮力计算大气温度：℃，大气重度：=1.28A.上升气流(1)小烟道℃,H=0.54/2=0.27m(2)箅子砖t=80℃,H=0.09+0.035=0.125(3)格子砖℃，H=2.159(4)蓄热室顶部空间t=1080℃,H=0.128m(5)蓄热室顶部空间至斜道出口t=1095℃,H=0.708(6)立火道℃，H=3.414(7)跨越孔中心至炉顶t=1000℃,H=2.064B.下降气流(8)跨越孔中心至炉顶t=1000℃,H=2.064(9)跨越孔中心至立火道底℃，H=3.414(10)斜道（至蓄热室顶部中心）t=1315℃,H=0.708(11)蓄热室顶部空间中心(至格子砖顶)t=1300℃,H=0.128(12)格子砖℃，H=2.159(13)箅子砖t=350℃,H=0.125(14)小烟道t=321℃,H=0.27炉内加热系统各部位的阻力及浮力计算结果见表2-15表2-15炉内加热系统各部位阻力及浮力，部位阻力浮力部位阻力浮力上升气流：下降气流：小烟道0.08260.223立火道1.5243.394箅子砖0.09350.105斜道11.5270.697蓄热室格子砖0.1792.295蓄热室顶部空间0.126蓄热室底部空间0.141蓄热室格子砖0.66481.984斜道0.5970.780箅子砖0.4220.083立火道1.55443.454小烟道2.0000.172炉顶1.926小计2.50658.924小计16.1386.4562.7.3加热系统各部位压力计算A.上升气流：为保证下降气流看火空压力为±0.00，则(1)小烟道中心：=3.891-8.924=-5.033(2)箅子砖底部：=-5.033-0.0826+0.223=-4.893(3)箅子砖上部：=-4.893-0.0935+0.105=-4.881(4)蓄热室顶部空间：=-4.884-0.179+2.295+0.141=-2.624(5)立火道底部：=-2.624-0.597+0.780=-2.441(6)跨越孔中心：=-2.441-1.5544+3.454=-0.541(7)炉顶：=-0.541+1.926=1.385B.下降气流：(1)炉顶：=-0.541-(1.074+0.3109)+1.926=-0.001(2)跨越孔中心：=-0.001-1.926=-1.927(3)立火道底部：=-1.927-1.524-3.394=-6.845(4)蓄热室顶部空间；=-6.845-11.527-0.697=-19.069(5)箅子砖上部：=-19.069-0.6648-0.126-1.984=-21.844(6)箅子砖下部：=-21.844-0.422-0.083=-22.349(7)小烟道出口：=-22.349-2.000-0.172=-24.5212.8烟囱高度计算A.原始数据参看炉体水压计算的原始数据。B.从交换开闭器到烟囱根部的阻力计算(1)交换开闭器(t=280℃,)1)两叉部之一的摩擦损耗L=0.28+0.72+0.06+0.117=1.177，查附录十五[2]得2)两叉部之一的转弯损耗=30º查附录十八[2]得K=0.23)90º转弯损耗查附录十八[2]得K=1.1，4)扩大损耗，，5)汇合损耗，查附录十八[2]得K=1.06)调节翻板损耗，，查附录十八[2]得k=0.57)废气连接管摩擦损耗，查附录十八[2]得8)合计(2)烟道连接管1)摩擦损耗，，℃，查附录十五[2]得，查附录十八[2]得2)135º转弯损耗，查附录十五[2]得3)进入分烟道90º转弯和扩大的综合阻力综合阻力系数为K=1.54）合计(3)焦侧烟道1)集流损耗，查附录十八[2]得，℃2)摩擦损耗℃，查附录十三[2]得查附录十五[2]得，考虑到分烟道两壁粗糙，阻力系数增加1.5倍3)调节翻板损耗（按翻板关15º计算）查附录十八[2]得K=0.94)90º转弯损耗查附录十八[2]得K=1.15)合计(4)集合烟道1)摩擦损耗t=240℃,查附录十三[2]得查附录十五[2]得2)汇合损耗，查附录十八[2]得3）合计(5)总烟道1)摩擦损耗，t=235℃,查附录十三[2]得考虑到总烟道内壁粗糙，阻力系数增加1.5倍2)两个45º转弯损耗查附录十八[2]得K=0.63)90º转弯损耗查附录十八[2]得K=0.254)进入烟囱90º转弯t=230℃,查附录十八[2]得K=1.1合计5)从交换开闭器到烟囱根部的总阻力C.从交换开闭器到烟囱底部各点浮力计算(1)由小烟道中心到分烟道顶面（取大气温度为24℃）H=-1.153,℃(2)分烟道顶面至分烟道中心H=-1.695,℃(3)分烟道中心至总烟道出口中心H=5.425,℃(4)从交换开闭器到烟囱底部的总浮力D.烟囱高度的计算(1)烟囱底部的压力小烟道出口中心处的压力:P=-24.521交换开闭器至烟囱底部的阻力损耗:=3.811交换开闭器至烟囱底部的浮力:=1.361烟囱底部压力:P=-24.521-3.811+1.361=-26.971(2)烟囱的阻力损耗1)摩擦损耗烟囱顶口直径：式中——焦炉排出废气量，；——焦炉煤气表流量，；——1焦炉煤气产生的湿废气量，；——烟囱出口处废气流速（标准状态下），取为3m/s。烟囱根部直径：先假设烟囱高度H=70则烟囱顶口截面积：烟囱根部截面积：平均截面积：，平均直径：t=220℃,查附录十三[2]得故摩擦损耗为2)烟囱出口损耗K=1.0,3）烟囱总阻力(3)烟囱高度计算烟囱备用吸力5烟囱所产生的吸力：P=26.971+0.7002+5=32.6712大气温度24℃，大气压力P=760烟囱高度：=65故烟囱高度取为70米式中H——烟囱高度，；P——进入烟囱前加热系统的全部阻力和浮力，；——换算成标准状态下的湿空气重度，；——换算成标准状态下的湿废气重度，；——大气温度，℃;——烟囱内废气平均温度，℃。3环境保护焦化生产过程中排入环境的污染物主要是煤在干馏、结焦等化学加工转化过程中流失于环境的有害物质，主要有烟尘、煤尘、飞灰；结焦过程中泄漏的粗煤气，其中重要污染物为苯并笓等苯系物、酚、氰、硫氧化物、氯、碳氢化合物等多种污染