毕业论文-新冶钢220万吨炭化室高6.25m的捣固焦炉炉体设计【终稿】.docx

第 2页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）University of Science and Technology Liaoning本科毕业设计题目：湖北新冶钢220万吨炭化室高6.25m的捣固焦炉炉体设计学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺学号： 学生姓名： 指导老师： 日期：2016年6月摘 要炼焦化学产品是重要的化工原料，因此炼焦生产是现代钢铁行业的一个重要环节。炼焦工业在国民经济中占据着重要地位。本设计的内容是年产220万吨焦炭的捣固焦炉炉体设计。配煤比为：肥煤33.8，气煤10.9，瘦煤8焦煤27.3和1/3焦煤20。在配煤工段，本设计采用部分硬质煤预粉碎工艺，并设计了备煤车间的工艺流程图。在炉型选择方面，本设计结合湖北新冶钢有限公司的实际情况，采用6.25m型捣固焦炉，其技术特点为双联火道、焦炉煤气下喷、废气循环、下部调节式。此焦炉配置干法熄焦装置，湿法熄焦装置备用。在本设计中，重点对焦炉物料平衡、热量平衡、蓄热室、炉体水压以及烟囱高度进行工艺计算，计算得出，孔数为246，烟囱高度为174.1m。同时，合理选择了焦炉机械设备与附属设备，并对焦炉脱硫脱硝工艺进行了专题报告。关键词：焦炉；捣固；配煤；脱硫脱硝；工艺设计AbstractCoke chemical product is an important chemical raw materials, and therefore coke production is an important part of the modern steel industry.Coking industry plays an important role in the national economy. As the main body of coking workshop, the design and research of coke oven are very important to coking industry.The topic of this technology-design is yearly 2.2million tons cokes with tamping coking technology . The coal blending ratio is: fat coal 33.8%, gas coal 10.9%, lean coal 8%,coking coal 27.3% and 1/3 coking coal 20%. In the coal blending section, the pre-crushing process for the hard coal was chosen. Meanwhile, the process flow chart of the coal preparation workshop was designed. In the choice of furnace type, this design combined with the actual situation of Xin ye gang Company, 5.5m tamping coke oven was chosed. The technology is characterized by the combination of two fire channels, coke oven gas injection, exhaust gas circulation, and lower regulation type. In addition, the oven combined with a dry coke quenching equipment, and the wet coke quenching equipment was reserved. In this design, the material balance, energy balance, the regenerative chamber, the pressure of the coke oven and the chimney height were calculated. On the basis of the calculation, the number of the carbonization chamber(246) was determinded and the height of chimney was 174.1m. In addition, the main and auxiliary mechnic equipments of the coke oven were also chosen, and the coke oven coal coke dust control conducted a special report.Key words：Coke oven，Tamping，Coal blending，Desulfurization and denitrification，Process design第一部分设计说明书81.1前言81.1.1概述81.1.2设计任务81.1.3设计的必要性及意义81. 1.4设计必要性及意义91.2单种炼焦煤的性质及配煤工艺101.2.1单种炼焦煤的性质101.2.2配煤炼焦意义121.2.3炼焦煤源及特性121.2.4配煤原理131.2.5 配煤方案141.2.6焦炭质量预测141.2.7 备煤工艺151.3焦炉炉体设计及车辆配置151.3.1炉型的选择及炉孔数的确定151.3.2焦炉四大车辆配置161.3.3焦炉的主要尺寸及技术指标171.3.4 焦炉炉体结构181.4筑炉材料211.4.1各种耐火砖的性能211.4.2炉体各部位材质221.4.3 炉体的加固221.5 焦炉加热制度确定231.5.1 焦炉加热系统231.6焦炉炉体附属设备241.6.1焦炉护炉设备设置和作用241.6.2护炉铁件的作用251.6.3消烟除尘系统251.7.1上升管251.7.2集气管261.7.3加热煤气供热设备261.8焦炉机械271.8.1主要设备主成及其工艺271.8.2捣固装煤推焦机281.8.3除尘拦焦车281.8.5导烟车291.9节能环保安全291.9.1环境保护方针291.9.2焦化厂环境保护291.9.3安全防护302.设计计算书312.1配合煤煤质指标312.1.1焦炉物料衡算321、物料入方322.1.2焦炭的实际产量332.1.3结焦时间计算342.2蓄热室传热计算342.2.1 原始数据342.2.2加热系统各部位的温度分布382.2.3格子砖蓄热面及水力直径计算392.2.4煤气蓄热室热平衡412.2.5热交换系数KP的计算422.2.6蓄热室上、下部气体温度差的对数平均温度462.2.7格子砖的高度计算462.2.8.每小时换热1000KJ的换热面积462.3炉墙极限负荷计算472.4炉体水压计算482.4.1炉体水压计算所需要的原始数据482.4.2加热系统各部位的温度482.4.3加热系统各部位断面积和水力直径492.4.4炉内各点压力计算502.4.5煤气部分加热系各部位统浮力计算602.4.6加热系统各部位压力计算632.5.烟囱计算662.5.1原始数据662.5.2 从交换开闭器到烟囱根部的阻力662.5.3从交换开闭器到烟囱底部各点浮力计算722.5.4烟囱高度计算742.5.4烟囱高度计算75第三部分专题报告脱硫脱硝治理763.1工艺的主要特点763.2中低温SCR脱硝工艺763.2.1SCR脱硝原理763.2.2SCR脱硝催化剂773.2.3中低温脱硝催化剂技术创新点773.2.4中低温SCR脱硝工艺优势78致谢79参考文献79第 页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第一部分设计说明书1.1前言1.1.1概述 炼焦是指炼焦煤在隔绝空气条件下加热到1000左右（高温干馏），通过热分解和结焦产生焦炭、焦炉煤气和其他炼焦化学产品的工艺过程，冶金焦炭含碳量高，气孔率高，强度大（特别是高温强度），是高炉炼铁的重要燃料和还原剂，也是整个高炉料柱的支撑剂和疏松剂。炼焦副产的焦炉煤气发热值高，是平炉和加热炉的优良气体燃料，在钢铁联合企业中是重要的能源组分。炼焦化学产品是重要的化工原料。因此炼焦生产是现代钢铁行业的一个重要环节。 炼焦的主要目的上为了获取焦炭，炼焦时副产的煤气和化学产品。焦炭主要用于高炉炼铁。煤气可以用来合成氨，生产化学化肥或用作加热燃料。炼焦所得化学产品种类很多，特别上含有多种芳香族化合物，主要由硫酸铵,吡啶碱，苯，甲苯，二甲苯，酚，蒽和沥青等。所以炼焦化学工业能提供农业所须的化学肥料和农药，合成纤维的原料苯，塑料盒炸药的原料酚以及医药原料吡啶碱等。可见，炼焦化学工业与许多部门都有关系可生产很多重要产品，是煤综合利用行之有效的方法。1.1.2设计任务 湖北新冶钢220万吨碳化室高6.25m的捣固焦炉炉体设计1.1.3设计的必要性及意义捣固炼焦技术是一种可根据焦炭的不同用途，配入较多的高挥发分煤及弱粘结性煤，在装煤推焦车的煤箱内用捣固机将已配合好的煤捣实后，从焦炉机侧推入碳化室进行高温干馏的炼焦技术。捣固炼焦工艺是在炼焦炉外采用捣固设备，将炼焦配合煤按碳化室的大小，捣打成略小于碳化室的煤饼，将煤饼从碳化室的侧面推入碳化室进行高温干馏。成熟的焦炭由捣固推焦机从碳化室内推出，经拦焦车，熄焦车将其送至熄焦塔，以水熄灭后再放到凉焦台，由胶带运输经筛焦分成不同粒级的商品焦炭，经研究发现：在相同配煤比之下，捣固炼焦大幅度提高了焦炭的冷态强度。捣固可以改善焦炭气孔结构，提高焦炭反应强度。捣固炼焦是用机械力将煤料的粒子压紧，因压紧而导致：（1）增加煤料堆密度;(2)因粒子的压紧而使胶质体填充的空隙减少，而相对扩展了粘结范围；（3）由于堆密度的增加单位体积内析出的煤气量增加，而提高了膨胀压力。1. 1.4设计必要性及意义 1.炼焦煤资源分布：中国煤炭资源丰富，但炼焦用煤种只占已查明煤炭储量的26%（2675亿吨），至2001年底，中国炼焦煤种探明可采储量为660亿吨。气煤，1/3焦煤在炼焦煤查明储量中约占46%，而配煤的主要组分焦煤只占24%左右，肥煤和气煤合计仅约占13%。因此，焦煤和肥煤实属炼焦用煤的稀缺品种。 捣固炼焦技术是一种可根据焦炭的不同用途，配入较多的高挥发分煤及弱粘结性煤，在装煤推焦车的煤箱内用捣固机将已配合好的煤捣实后，从焦炉机侧推入碳化室进行高温干馏的炼焦技术。 2.捣固炼焦工艺是在炼焦炉外采用捣固设备，将炼焦配合煤按碳化室的大小，捣打成略小于碳化室的煤饼，将煤饼从碳化室的侧面推入碳化室进行高温干馏。成熟的焦炭由捣固推焦机从碳化室内推出，经拦焦车，熄焦车将其送至熄焦塔，以水熄灭后再放到凉焦台，由胶带运输经筛焦分成不同粒级的商品焦炭，经研究发现：在相同配煤比之下，捣固炼焦大幅度提高了焦炭的冷态强度。捣固可以改善焦炭气孔结构，提高焦炭反应强度。捣固炼焦是用机械力将煤料的粒子压紧，因压紧而导致：（1）增加煤料堆密度;(2)因粒子的压紧而使胶质体填充的空隙减少，而相对扩展了粘结范围；（3）由于堆密度的增加单位体积内析出的煤气量增加，而提高了膨胀压力，所以成焦时熔融性良好；但是由于肥煤成焦时，其内部应力未及松弛，会产生较多的横裂纹。肥煤在配煤中的作用很重要，被认为是基础煤，因为它具有很强的粘结力，可以粘结一部分弱粘煤炼成强度较好的冶金焦炭。 3.焦煤（通常称主焦煤）：炼焦煤具有中等挥发分与中等胶质层，单独炼焦时形成热稳定性很好的胶质体，能炼制成块大，裂纹少，耐磨性好的焦炭。在工业不发达时常用它单独炼焦。但在现代室式焦炉中用焦煤单独炼焦时，由于收缩随着炼焦工业的发展，焦炉日趋大型化和现代化，焦炉炭化室的高度从4m左右增加到6m、7m 、7.63m,甚至达到8m或8.65m,长度从13m增加到17m, 18m, 个别达到20.8m,容积从25m3左右增加到40 m3, 50m3,80m3, ,最大可达100m3,以上;建设大容积焦炉,也就是建设大型焦炉,可降低基建投资和操作费用,增加焦炭产量,提高生产效率,同时,随着煤炭资源日趋紧张,炼焦煤价格的大幅上扬,高炉的大型化与富氧喷吹技术的发展对焦炭的机械性能和高温反应性和反应后强度提出了更高要求,也促使焦炉向大型化和自动化方向发展。因此发展大容积焦炉有重要意义。1.2单种炼焦煤的性质及配煤工艺1.2.1单种炼焦煤的性质1. 气煤气煤是煤化程度较低的一种烟煤，不粘结或微具粘结性。在层状炼焦炉中不结焦。燃烧时火焰短，耐烧。烟煤的一类。对煤化度较低的烟煤和称谓。能结焦，可用作炼焦原料。但因粘结性弱，热分解时产生大量煤气和煤焦油，焦炭收缩度大，裂纹较多，必须配入焦煤、肥煤等，以提高焦炭质量。气煤由两部分组成：第一类是干燥无灰基挥发分Vdaf37%，黏结指数G35，胶质层最大厚度y25mm的煤。这类煤的特点是，挥发分特别高、黏结性强弱不等。第二类是Vdaf28%37%，G5065的煤。其特点是：挥发分高、黏结性中等。2. 肥煤对煤化度中等、黏结性极强的烟煤的称谓。是炼焦用煤的一种。肥煤的干燥无灰基挥发分Vdaf10%37%，胶质层最大厚度y25毫米。肥煤挥发物一般较高。胶质层较厚。粘结性强，加热时产生大量胶质体，单独炼焦时生成的焦炭，熔融性好，耐磨性大，故为炼焦煤。用肥煤炼出的焦炭横裂纹多，气孔率高，焦根部蜂焦多，易碎，炼焦时必需配入气煤、瘦煤等以提高焦炭质量。肥煤的粘结力很强，能与粘结力较弱的煤搭配后炼出优质煤称肥煤为配焦煤之母。肥煤是炼焦配合煤中的重要组分，配入肥煤可使焦炭熔融良好，从而提高焦炭的耐磨强度，并为配加黏结性差的煤或瘦化剂创造条件。3. 焦煤焦煤(coking coal)也称冶金煤，是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤。在中国煤炭分类国家标准中，是对煤化度较高，结焦性好的烟煤的称谓。又称主焦煤。第一类焦煤的干燥无灰基挥发分Vdaf=10%28%，黏结指数G65，胶质层最大厚度，y25mm。这 部分煤的结焦性特别好，可以单独炼出合格的高炉焦。另一类焦煤的干燥无灰基挥发分Vdaf=20%28%，黏结指数G=5065，结焦性比前者差。焦煤具有中等挥发分和较好的黏结性，是典型的炼焦煤，在加热时能形成热稳定性很好的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，其耐磨性也好。但产生的膨胀压力大，使推焦困难，必须配入气煤、瘦煤等，以改善操作条件和提高焦炭质量。在炼焦配合煤中焦煤可以起到焦炭骨架和缓和收缩应力的作用，从而提高焦炭机械强度，是优质的炼焦原料。4. 瘦煤瘦煤是低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤，单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎性较好的焦炭，但炼成的焦炭耐磨性差。瘦煤是烟煤的一类。对煤化度较高的烟煤的称谓。低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤。瘦煤的干燥无灰基挥发分Vdaf10%20%，黏结指数G2065。挥发物较少，粘结性弱，能单独结焦，属炼焦煤。在炼焦时能产生一定量的胶质体。单种煤炼焦，生成的焦炭，熔融性差，耐磨小，易于破碎，但块度大。常用于配煤炼焦作为瘦化剂(leaning agent)，在炼焦配合煤中，瘦煤可以起到骨架和缓和收缩应力，从而增大焦炭块度的作用，是 配合煤中的重要组分。以提高焦炭的块度。减少焦炭的裂纹。也用作气化的原料，或用作燃料。5. 1/3焦煤1/3焦煤是新煤种，它是中高挥发分、强粘结性的一种烟煤，是介于焦煤、肥煤、气煤三者之间的过渡煤。单独炼焦能生成熔融性较好、强度较高的焦炭。焦炭的抗碎强度接近肥煤生成的焦炭，焦炭的耐磨强度又明显高于气肥煤生成的焦炭。1.2.2配煤炼焦意义以前炼焦只用单种焦煤，由于炼焦工业的发展，焦煤的储量开始感到不足，而且还存在着煤炼得的焦饼收缩小，推焦困难；焦煤膨胀压力大，容易胀坏炉体；焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小等缺点。为了克服这些缺点，采用了多种煤的配煤炼焦。配煤炼焦扩大了炼焦煤资源，把不能单独练成合格冶金焦的煤，经过几种煤配合可炼出优质焦炭，还可以降低煤料的膨胀压力，增加收缩，利于推焦，并可提高化学产品产率，配煤炼焦可以少用好焦煤，多用结焦性差的煤，使国家资源不但利用合理，而且还能获得优质产品。配煤炼焦是以各种煤的特性以及它们在在配合煤中的相容性为基础的，肥煤一般是配煤炼焦的骨架煤和基础煤，它可以多配用弱粘结性煤和不粘煤；配入的肥煤可以提高化学产品的产率；瘦煤可以增加焦炭的块度，起一定的瘦化作用；贫煤可以少量配入，与肥煤配合炼焦，但必须细碎；但煤料较瘦或粘结性较差时可加入煤焦油，沥青等作为粘结剂。由于新的炼焦工艺预热法炼焦的广泛使用，使得我国的煤资源更能够被充分利用，不仅提高了该地区煤的使用价值，在一定程度上降低钢铁生产成本，而且缓减了我国煤炭资源紧张的压力。1.2.3炼焦煤源及特性 炼焦煤炭资源地域分布：我多炼焦煤资源相对丰富，但分布很不均衡。在中国的炼焦煤储量或资源量中，以华北区占绝对多数，炼焦煤储量为379.59亿吨，占全国炼焦煤储量的57.37%。炼焦煤储量居第二位的为华东区（114亿吨），占全国炼焦煤储量的17.24%，居第三位的为西南区（69.66亿吨），东北，西北和中南三区的炼焦煤储量依次减少。南方各省，自治区炼焦煤资源都相当贫乏。中国炼焦煤质特点：我国炼焦煤的可选性差。难洗与极难洗煤约占62%。我国目前主要矿区的精洗煤其灰分以气煤为最低，焦煤的灰分为最高。全国精洗煤的平均灰分约为10.5%（国外精煤灰分平均为6%-8%）。我国入洗原煤的灰分一般为20%-30%：少数达30%-40%。1.2.4配煤原理胶质层重叠原理 配煤炼焦时除了按加和方法根据单种煤的灰分，硫分控制配合煤的灰分，硫分以外，要求配合煤中各单种煤的胶质体的软化区间和温度间隔能较好地搭接，这样可使配合煤煤料在炼焦过程中能在较大的温度范围内处于塑性状态，从而改善粘结过程，并保证焦炭的结构均匀。不同牌号炼焦煤的塑性温度区间。各煤种的塑性温度区间不同，其中肥煤的开始软化温度最低，塑性温度区间最宽；瘦煤固化温度最高，塑性温度区间最窄。气，1/3焦，肥，焦，瘦煤适当配合可扩大配合煤的塑性温度范围。这种以多种煤互相搭配，胶质层彼此重叠的配合原理，曾长期主导前苏联和我国的配煤技术。周师庸教授曾以焦炭界面结合的情况对配煤的适应性进一步作了判断，认为各种煤的胶质体间实际上均有一定的重叠，但结合情况差异很大，以两种煤炼成的焦炭界面结合指数来判断结合的好坏。该指数可在偏反光显微镜下用快焦光片观察后按下式计算。 焦炭界面结合指数=X100%对不同R的一些煤，两两结合所测得的界面结合指数。数据说明有五种结合类型。1.低挥发弱黏结煤与高挥发弱黏结煤配合炼焦时，界面结合指数仅02%，属于完全不结合类型，各自呈单独碳化。2.中挥发强黏结煤互相配合炼焦时，界面全部结合。3.高挥发弱黏结煤与中挥发强黏结煤配合炼焦时，界面大部分结合。4.低挥发弱黏结煤与中挥发强黏结煤配合炼焦时，界面部分结合。5.低挥发弱黏结煤之间或高挥发弱黏结煤之间配合炼焦时，界面结合很差。综上所述，在配煤炼焦时，中等挥发强黏结煤起重要作用，它可以与各种煤在结焦过程中良好结合，按胶质层重叠原理，中等挥发强黏结煤的胶质层温度间隔宽，可以搭接各类煤的胶质体，从而保证焦炭结构的均匀。因此配煤炼焦时，要以肥煤为基础煤。1.2.5 配煤方案煤种气煤肥煤焦煤瘦煤1/3焦煤合计比例10.9%33.8%27.3%8.0%20%100% 采用配合煤炼焦，220万吨碳化室高6.25m捣固焦炉。在保持基本机械强度下根据6.25M捣固焦炉对焦炭质量要求下，采取上述配煤方案。表1.1配煤方案表1.2.6焦炭质量预测1、焦炭灰分、硫分预测 在生产状况稳定的条件下，焦炭的灰分、硫分与配合煤的灰分、硫分存在较好的线性关系。一般预测模型为：Y=aX+b 应用数理统计中最小二乘法确定方程中的回归系数a，b，并以此控制配合煤的灰分、硫分，以及调整单种煤使用的比例和为选择煤源提供参考。 2、 焦炭冷态强度预测 焦炭冷态强度（指M40、M10）预测所采用的指标一般为煤化度指标和粘结性指标。预测方法基本可以分为三类：第一类以煤的工艺指标为参数，如Vdaf与C.I.、MF、G、y的组合，一般常用Vdaf与G的组合，因为这两个因素对焦炭质量起决定性作用。一般Vdaf为28%32%，G为88%72%或y为1418mm。配煤的挥发分升高，焦炭裂纹增多，强度下降，特别是M40，配煤挥发分每变化1%，M40变化2.0%，M10变化0.2%；第二类是以煤岩指标为参数进行预测；第三类在考虑配合煤指标的同时，也考虑炼焦煤准备和炼焦工艺条件。 备煤工艺包括来煤接受、贮存、倒运、粉碎、配合和混匀等工序。备煤工艺大体分为配合粉碎（先配煤后粉碎）和分别粉碎（先单种煤分别粉碎再配煤）二者在煤的接受和贮存基本上是相同的，但在煤的配合与粉碎上则有先后顺序的差别。1.2.7 备煤工艺1、配煤工艺与设备有两种备煤系统。一是用配煤槽；二是直接在煤场配煤。配煤槽配煤主要由配煤槽、配煤盘（电磁振动给料机）、PLC自动配煤装置和PLC自动配煤系统组成。2、粉碎设备与工艺常用的粉碎机有反击式、锤式和笼型等几种形式。炼焦煤的粉碎工艺必须适应炼焦煤的粉碎特性，使粒度达到或接近最佳粒度分布，由于煤的最佳粒度分布因煤种、岩相组成而异，因此不同煤的和配合煤应采用不同的粉碎工艺。（1）先配后粉工艺：将组成炼焦用煤的各单种煤，先按规定配合好后再粉碎的工艺，简称“混破”工艺。（2）先粉后配工艺：将不同煤种按性质分别粉碎到不同细度，再进行配合和混合工艺。图1.1配煤工艺1.3焦炉炉体设计及车辆配置1.3.1炉型的选择及炉孔数的确定 6.25米捣固焦炉为双联火道，废气循环，焦炉煤气下喷，高炉煤气侧入的复热式捣固焦炉。新建438孔6.25米捣固焦炉，年产干全焦220万t，日产煤气279.5万m3.四座焦炉（3号、4号、5号、6号）布置在一条中心线上。（3号、4号）组成一个炉组，（5号、6号）组成一个炉组，两个炉组布置在一条中心线上，两个炉组之间设有独立的中控楼，除了电力控制室和夜压交换机室外的所有房间如中控室、休息室、办公室、洗手间、变送器室、自动放散点火装置控制室和集控室等各房间都布置在中控楼内。两炉组之间机侧设一个双曲线斗槽的煤塔及两条带有卸料小车的输送皮带。焦炉端部设炉端台，在3号和6号焦炉端台的端部分别设置10吨电动葫芦一台，炉端台顶层设炉顶工人休息室，两间层设推焦杆托煤板试验站、事故煤槽和炉门修理站，底层设工具间、灰浆搅拌站和事故煤槽内煤料的输送系统。在4号焦炉端台的端部设捣固机检修更换站，二间层设推焦杆托煤板试验站，底层设工具间。5号焦炉端台地层设工具间。在3、4号焦炉和5、6号焦炉之间的间台设置液压交换机室、配电室、卫生间等，另外布置加热煤气管引入管，每炉管道在预热站预热后单独引入。焦炉两侧设机焦侧操作台，在机侧操作台上有运送余煤的胶带运输机。 每组焦炉各用一个高度约174.1m的烟囱，布置在焦炉的焦侧，在3、6号炉端台外分别设一套新型湿法熄焦系统和预留的迁车台。此外在两炉组之间的焦侧预留两套与焦炉配套的干熄焦装置。焦炉炉体的主要尺寸及技术指标。1.3.2焦炉四大车辆配置序号名称操作台数备用台数1捣固装煤推焦机212拦焦车223熄焦车214液压交换机405导烟机206电机车21表1.2四大车辆数量图1.3.3焦炉的主要尺寸及技术指标序号名称单位数量1焦炉总长mm729002焦炉总高mm128203基础顶板mm2403蓄热室全高mm42004斜道全高mm9255炉顶全高mm14756炉顶坡度mm507炭化室全长mm170008两炉门衬砖之间的距离mm161709炭化室全高(冷）mm617010炭化室平均宽mm530炭化室机侧宽度mm510炭化室焦侧宽度mm55011炭化室锥度mm4012炭化室中心距mm150013炭化室有效容积M351.414立火道中心距mm48015炭化室墙面厚度mm10016立火道个数个3417加热水平高度mm85018炉顶坡度mm50表1.3冷态焦炉数据表1.3.4 焦炉炉体结构 6.25m捣固焦炉炉体为双联火道、分段供空气加热及废气循环，下喷式的加热煤气和空气供入方式，蓄热室分格及单侧烟道的复热式捣固型焦炉。此焦炉具有结构先进、严密、功能性强、加热均匀、热工效率高、环保优秀等特点。 加热系统中心线与焦炉中心线不在同一条线上，加热系统中心线向焦侧偏480mm。1、炉顶区 炉顶区是指炭化室盖顶砖以上的部位，设有上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟。炭化室盖顶砖一般用硅砖砌筑，以保证整个炭化室膨胀一致，为了减少炉顶散热，炭化室盖顶砖以上采用黏土砖、红砖和隔热砖砌筑。炉顶表面一般铺砌缸砖，以提高炉顶面的耐磨性。炉顶区高度关系到炉体结构强度和炉顶操作环境，现代焦炉炉顶区高度一般为10001700mm我国大型焦炉为10001250mm。炉顶区的实体部分也需设置平行于抵抗墙的膨胀缝。2、炭化室燃烧室 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，其间的隔墙要严格防止干馏煤气泄漏，还要尽快传递干馏所需热能。焦炉生产时，燃烧室墙面平均温度约1300，炭化室平均温度约1100，局部区域还要高些。在此温度下，墙体承受炉顶机械和上部砌体的重力，墙面要经受干馏煤气和灰渣的侵蚀，以及炉料的膨胀压力和推焦侧压力。因此要求墙体透气性低、导热性好、荷重软化温度高、高温抗蚀性强、整体结构强度高。为此，现代焦炉的炉墙都用带舌槽的异型硅砖砌筑，燃烧室内各火道间的隔墙还起着提高结构强度的作用。 顶装煤的常规焦炉，为顺利推焦，炭化室的水平截面呈梯形，焦侧宽度大于机侧，两侧宽度之差称锥度。燃烧室的机焦侧宽度恰好相反，故机焦两侧炭化室中心距是相同的。捣固焦炉由于装入炉的捣固煤饼焦侧宽度相同，故锥度为零或很小。 燃烧室用隔墙分成许多立火道，以便控制燃烧室长向的温度从机侧到焦侧逐渐升高。立火道个数随炭化室长度增加而增多，火道中心距大体相同，一般为460480mm.火道宽度则因炭化室中心距增大而加宽，这有利于火道内的废气辐射传热。立火道的底部有两个斜道口和一个砖煤气道出口，分别通煤气蓄热室、空气蓄热室和焦炉煤气管砖。用贫煤气加热时由斜道出口引出的贫煤气和空气在火道内燃烧，用焦炉煤气加热时，两个斜道均走空气，焦炉煤气由砖煤气道出口引入与空气燃烧。 燃烧室顶盖高度低于炭化室顶，两者之差称加热水平高度，它是炉体结构中的一个重要尺寸。该尺寸太小，炭化室顶部空间温度过高，不利于提高焦化产品的质量和产率，还会增加立定积炭；反之，会降低上部焦饼温度，影响焦饼上下均匀成熟。加热水平高度H可按下列经验式确定： H=h+h+（200300）H煤线距炭化室顶的距离（炭化室顶部空间高度），mmh装炉煤炼焦时产生的垂直收缩量（一般为有效高度的5%7%），mm200300考虑燃烧室的辐射传热允许降低的燃烧室高度，mm 炭化室长度减去机焦侧炉门砖深入的距离称有效长度；炭化室高度减去炭化室顶部空间高度，即装煤线高度，称有效高度。炭化室有效长度、有效高度和平均宽度三者之乘积即炭化室有效容积。增大炭化室的长、宽、高可以增加有效容积，提高每孔炭化室的焦炭生产能力，但这三者的增大均有一定的制约因素。炭化室中心距是影响焦炉砌体强度的重要参数，增加炭化室高度必须同时增大炭化室的中心距。3、斜道 位于蓄热室与燃烧室之间，是连接该两者的通道。不同类型焦炉的斜道区结构有很大的差异，斜道区内布置着数量众多的通道（斜道、砖煤气道等），它们距离很接近，而且走压力不同的各种气体，容易漏气，因此结构必须保证严密。此外，焦炉两端因有抵抗墙定位，不能整体膨胀，为了吸收炉组长向砖的热膨胀，在斜道区内各砖层均预留膨胀缝，缝的方向平行于抵抗墙，上下砖层的膨胀缝间设置滑动层（不打灰浆的油毡纸），以利于砌体受热时，膨胀缝两侧的砖层向膨胀缝膨胀。 斜道的倾斜角应大于30，以免积灰造成堵塞。斜道的断面收缩角一般应大于7，以减小阻力。同一火道内的两条斜道出口中心线的夹角尽量减小，以利于拉长火焰。斜道出口收缩和突然扩大产生的阻力应约占整个斜道阻力的75%这样，当改变调节砖厚度而改变出口断面时，能有效地调节贫煤气和空气量。4、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烟道、贫煤气管和大气想通。蓄热室用来回收焦炉燃烧废气的热量并预热贫煤气和空气，现代焦炉蓄热室均为横蓄热室，以便于单独调节。蓄热室自下而上分小烟道、箅子砖、格子砖和顶部空间，想同气流蓄热室之间的隔墙称为单墙，异向气流蓄热室隔墙称主墙，分隔同一蓄热室机焦侧的墙为中心隔墙，机焦侧两侧砌有封墙。小烟道和废气盘相连，向蓄热室交替地导入冷煤气、空气或排出热废气，出于交替变换的冷、热气流温差较大，为承受温度的急变，并防止气体对墙面的腐蚀，小烟道内砌有黏土衬砖。小烟道黏土衬砖上砌有箅子砖，合理的箅子砖孔型和尺寸排列，可以使蓄热室内气流沿长向均匀分布。箅子砖上架设格子砖，下降气流时，用来吸收热废气的热量，上升气流时，将蓄热量传给贫煤气或空气，采用薄壁异型格子砖可以增加传热面积，安装时上下各层格子砖孔应对准，以降低蓄热室阻力。格子砖温度变化大，故采用黏土砖。 蓄热室主墙的结构必须严密，以防止上升煤气漏入下降蓄热室，不但损失煤气，还会产生“下火”现象，严重时可烧熔格子砖，使废气盘变形。焦炉煤气由下部供入的焦炉，蓄热室主墙内还有直立砖煤气道，更应防止焦炉煤气漏入两侧蓄热室中，因此主墙多用带沟舌的异型砖砌筑，砖煤气道均用管砖砌筑。 蓄热室封墙起密封和隔热作用，封墙不严，外界空气漏入下降蓄热室会使废气温度降低，减小烟囱吸力；空气漏入上升空气蓄热室会使空气过剩系数增大，并使炉头温度降低；空气漏入上升煤气蓄热室会使煤气在蓄热室上部燃烧，既降低进入炉头火道的煤气量使炉头温度降低，还会将格子砖局部烧熔。为提高隔热效果，封墙内外应为黏土砖，中间层为隔热砖表面刷白或覆以银白色保温罩。5、烟道与基础 机、焦侧的分烟道经过集合烟道汇合连接到总烟道，再由总烟道连接到烟囱。总烟道与烟囱可位于焦炉的机侧，也可位于焦侧。本设计选择烟囱在焦侧，为四座焦炉共用一个烟囱，所以烟囱的位置在四座焦炉的中间。1.4筑炉材料1.4.1各种耐火砖的性能1、黏土砖 黏土砖是含Al2O335%48%、二氧化硅52%65的铝硅质耐火材料。黏土砖至高温的总膨胀率仅为硅砖的1/22/3,耐急冷急热性。2、高铝砖 含Al2O3高于48%的铝硅质耐火砖叫高铝砖，它是以高铝矾土为原料，并用与黏土砖类同的制造方法制成。它的耐火度及荷重软化开始温度均高于黏土砖，抗渣性能也好。耐急冷急热性虽不如黏土砖但优于硅砖，可用于砌筑燃烧室炉头。3、叶蜡石砖 叶蜡石砖是含SiO277%78%、Al2O319%21%的半硅质耐火制品，以叶蜡石为原料制成。叶蜡石砖的耐急冷急热和抗渣性均较强，是一种新型耐火材料，已被用于焦炉顶面砖和水煤气发生炉作内衬，其用途有待开发。4、缸砖 高耐磨、耐腐蚀、耐急冷、急热等。主要用于焦炉炉顶5、硅砖 硅砖属于酸性耐火材料，具有良好的抗酸性侵蚀能力，他的导热性能好，荷重软化温度高，一般在1620以上，仅比其耐火度低7080。硅砖的导热性随着工作温度的升高而增大，没有残余收缩，在烘炉过程中，硅砖体积随着温度的升高而增大。所以硅砖是焦炉上较理想的耐火制品，现代大中型焦炉的重要部位（如燃烧室、斜道和蓄热室）都是硅砖砌筑。1.4.2炉体各部位材质主体(炭化室，斜道，蓄热室，主墙)：硅砖燃烧室炉头：高铝砖蓄热室墙：黏土砖炉顶区:缸砖1.4.3 炉体的加固1、碳纤维材料性能（1）碳纤维的化学性能：碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。可以认为在普通的工作温度250环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在250环境下，碳素材料即没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。 （2）碳纤维的物理性能：a.热学性质 碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而变化。b.导热性质 碳素材料热传导机理并不依赖与电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼-夫兰兹定律。根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。c.电学性质 碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征，电阻率变化主要与载流子的数量的变化有关。2. 碳纤维布加固技术碳纤维结构加固技术是为了对建筑物进行加固、补强，而采用高性能粘结剂，将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，从而提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力的技术。使用碳纤维布加固，具有强度高、效果好，大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性，自重轻、易裁剪，施工简便、经济性好、工期短等优点。适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物的加固修补等。碳纤维结构加固技术要按照其施工工艺和施工流程实施，同时要严格遵守施工安全和注意事项。1.5 焦炉加热制度确定1.5.1 焦炉加热系统加热煤气设备。大型焦炉一般为复热式焦炉，可以使用两种煤气加热，因而装备两套加热煤气系统。各种炉型的煤气管道布置系统基本相同，单热式焦炉只有一套加热系统。在加热煤气主管上，设有支管，通过调节旋塞、交换旋塞和小孔板等将煤气导入焦炉内。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：1、结焦时间2、标准温度3、机焦侧煤气流量4、支管压力5、孔板直径6、烟道吸力7、标准蓄热室顶部压力8、进几口开度9、空气过剩系数决定加热制度的基础指标结焦时间1.6焦炉炉体附属设备1.6.1焦炉护炉设备设置和作用 由于温度变化引起的炉砖膨胀、收缩，使砌体发生变化，由摘、挂炉门，推焦时焦饼的挤压，结焦过程煤料的膨胀等引起的机械力等对炉体的作用，均能使砌体遭到破损。为了减少这类破损，砌体外部必须配置护炉设备，利用护炉设备上可调节弹簧势能，连续不断地向砌体施加数量足够，分布合理的保护性压力，使砌体在外力作用下保持完整和严密，并具有足够的强度。护炉设备分炉组长向（纵向）和燃烧室长向（横向）两部分。纵向两端有抵抗墙，并配有弹簧组的纵拉条，横向有两侧炉柱，上下横拉条、弹簧、保护板和炉门框等。1、抵抗墙 抵抗墙在焦炉纵向的两端。焦炉炉体加热后产生膨胀，抵抗墙给予一定的抵抗力，使砌体向预留的膨胀缝内压缩2、纵拉条、横拉条 纵拉条布置在焦炉炉顶，沿机、焦侧方向共设置6条，两端穿过抵抗墙的预留孔，以弹簧固定之。其作用是拉住抵抗墙，减少抵抗墙因炉体膨胀而产生的外倾。3、炉柱 炉柱上、下部设有横拉条，横拉条端部装有弹簧，借调节弹簧的负荷来稳定炉柱曲度和炉柱对炉体的压力，以保持砌体的完整和严密。5.5m捣固型焦炉的蓄热室单墙上设有小炉柱，通过横梁小弹簧压紧小炉柱，以减少单墙的裂缝，从而减少高炉煤气与空气的窜漏。4、炉门、炉框及保护板顶装焦炉焦炉炉门有机侧炉门和焦侧炉门两种，机侧炉门顶部设有小炉门供平煤使用，本设计为捣固焦炉，机、焦侧炉炉门均不设小炉门。焦炉炉门主要由铁槽、砖槽、刀边、横栓和提钩等组成，内部砌有粘土砖，炉门和炉框和保护板之间有密切的配合关系。1.6.2护炉铁件的作用 焦炉埋置铁件包括装煤孔、看火孔及蓄热室测温孔。作用是给焦炉炉体施加保护性压力，保护炉头，减少炉体损坏，从而延长焦炉寿命。1.6.3消烟除尘系统 拦焦车设有除尘罩、炉台清扫装置、捣固装煤推焦机炉门清扫装置、炉框清扫装置、炉台清扫装置、头尾焦回收处理装置等装置、导烟车具有启闭导烟孔盖，高低压氨气切换，上升管水封盖、阀体启闭，上升管清扫功能，烟尘治理效果好。1.7煤气设备1.7.1上升管 为保证荒煤气能快速导入集气管，上升管的直径应尽可能大一些。但不应妨碍在两个上升管之间检测炉头火道温度。大、中型焦炉相邻上升管之间保持400500mm的空隙。上升管一般采用46mm的钢板制作，其根部局部加厚至10mm左右。由于集气管有坡度，一般采取几组不等高度的上升管，在同一组内集气管坡度所引起的高差，用桥管和阀体间的承插深度进行调整。1.7.2集气管集气管的结构形式有圆型和槽型两种，大、中型焦炉一般采用圆型，小型焦炉一般采用槽型。本设计采用圆型单集气管1.7.3加热煤气供热设备1、加热煤气导入系统焦炉加热用煤气管道主要有三种：高炉煤气加热管系、焦炉煤气加热管系及它们的混合煤气加热管系。本次设计采用焦炉煤气加热管系。（1）预热器预热器的作用是把来自回收车间的焦炉煤气加热到高于煤气露点1015，一般加热到4045以防止煤气中的焦油、萘冷却下来堵塞管件，并使入炉煤气稳定。其结构形式为直立单程列管式换热器。煤气走管内，蒸汽走中间。预热器分为三段，下段是冷煤气进入段，中段是加热段，上段是热煤气排出段。（2）旋塞本设计常用的旋塞有焦炉煤气调节旋塞和焦炉煤气交换旋塞。这些旋塞通常是非标准旋塞，其特点是直径大、密封要求高、用于润滑和不用填料压盖来压紧旋塞。旋塞体和旋塞心通常用灰铸铁制造。（3）调节装置蝶形翻板蝶形翻板用调节煤气压力和流量，不能起关断作用。在加热煤气管道中常用的是自动调节蝶形翻板，手动调节翻板用的较少。（4）煤气计量和分配装置流量孔板是通过孔板前后煤气压力降来测量流量。煤气支管上分配孔板的作用是控制和调节进入每个燃烧室的煤气量。下喷式焦炉各个火道所需的焦炉煤气量是靠小支管上的小孔板或喷嘴来调节的。（5）煤气冷凝液排放装置煤气在输送过程中冷凝下来的冷凝液，应将其引入水封槽，然后一起排入污水沟。冷凝液水封槽最好布置在地下室，无地下室时应设水封槽地坑。一般在流量孔板前、煤气预热器底部及管道最低点等易于积存冷凝液的地方和在机焦侧或地下室煤气主管的末端应设冷凝液排放点.2、废气开闭器交换开闭器是由交换机带动废气拉条进行交换，控制进入蓄热室的空气，以排出废气的装置。它通过两叉连接与小烟道相连，通过烟道弯管与分烟道相通。本设计采用杠杆传动式交换开闭器。1.8焦炉机械1.8.1主要设备主成及其工艺 焦炉机械是炼焦车间的主要设备，包括捣固装煤推焦机、拦焦机、熄焦车、电机车、液压交换机、导烟机等，分别安装在焦炉的炉顶、机焦两侧和煤塔炉间台的底层，其作用是完成装煤、出焦、熄焦以及焦炉加热换向等作业。这些机械设备机体大、加工件多、结构比较复杂、制造周期较长，一般由工艺设计单位提出设计要求和设计参数，委托机械制造部门进行设计和制造。焦炉炉型捣固装煤推焦机拦焦机熄焦机电动机液压交换机导烟机JND6.25-07型捣固焦炉常规推焦机常规常规常规常规常规表1.4使用焦炉机械表1.8.2捣固装煤推焦机 捣固装煤推焦机工作于焦炉机侧，由皮带输送机往SCP-机煤斗给煤，当捣固操作时，煤料通过车上煤斗借助摇动给料器将煤输入捣固煤箱内，自动化操作的捣固系统安装在捣固箱的上面，采用落锤机械夯实装入捣固箱内的煤料，装煤装置将捣固成形的煤饼从机侧送入炭化室内。 捣固装煤推焦机设置走行、机械化送煤、余煤回收、炉头挡烟、推焦装置、启闭炉门装置以及炉门清扫装置、炉框清扫装置、炉台清扫装置、头尾焦回收处理装置等装置，此外还有煤饼的切割功能。移动运煤加料装置将煤随时供给移动的捣固装煤推焦机，利用多锤固定式捣固机将煤粒在捣固装煤推焦机的煤箱上捣固成煤饼，在捣固成煤饼的工作过程中捣固装煤推焦机的任何工作不受捣固影响，其工作效率大大提高。 在捣固装煤推焦机上采用煤饼顶部表面处理装置，在装入煤饼的同时刮平煤饼上的浮煤，使煤饼顶面平、实。 捣固机安装在捣固装煤推焦机上，捣固机由安全