ZHJL6055D型6.05米捣固焦炉介绍

1、ZHJL6055D型捣固焦炉工艺及炉体介绍王永华 杜景春 崔国元（北京众联盛化工工程有限公司）摘要： ZHJL6055D型炭化室高度6.05米的大型捣固焦炉在山西立恒钢铁公司历经一年另四个月的施工安装已于2012年6月4日顺利装煤出焦。山西潞宝集团300万吨/年焦化工程采用ZHJL6055D型大型捣固焦炉2#炉已在2012年9月15日投产。这是继焦耐院6.25米捣固焦炉和武汉科大6米捣固焦炉之后又增加的一种6米以上捣固焦炉的炉型。它的诞生给用户在资产投资，生产成本和操作技术方面提供了更多的选择余地，关键词 6.05米捣固焦炉 特点 炉体尺寸 配套车辆1. 6.05m捣固焦炉开发背景北京众联盛化

2、工工程有限公司2008年3月4日自主开发的国内第一座有鲜明特点的ZHJL5552D型捣固焦炉在山东邹平一次装煤试车成功，焦炉顺利投入运行，各项指标均达到设计要求。它标志着一个宽炭化室薄炉墙新型捣固焦炉诞生了，特别是采用双集气管配置，解决了长期困扰炼焦行业的装煤消烟问题，为清洁生产和创造清洁环境做出巨大贡献。2009年初，根据捣固焦炉的发展趋势和用户在投资，安全，操作等方面的要求，我公司在不断总结国内捣固焦炉尤其是4.3m捣固焦炉和5.5m捣固焦炉开发和生产经验，借鉴和吸收国外大型捣固焦炉的先进技术，并作了大量的资料收集和实践调研，同时进行了详细的6.05m捣固焦炉炉体设计计算，2010年完成了

3、6.05M捣固焦炉炉体设计及模型制作，2011年完成山西立恒钢铁公司委托我们采用ZHJL6055D型大型捣固焦炉设计的150万吨/年焦化工程。本大型捣固焦炉历经一年另四个月的施工安装已于2012年6月4日顺利装煤出焦。目前我们设计中采用ZHJL6055D型大型捣固焦炉的山西潞宝集团300万吨/年焦化工程2#炉2012年6月14日上午点火烘炉，计划2012年9月出焦。2焦炉开发介绍2.1 炼焦行业现状及相关政策中华人民共和国工业和信息化部颁布的焦化行业准入条件规定“为促进焦化行业产业结构优化升级，规范市场竞争秩序，依据国家有关法律法规和产业政策要求，按照“总量控制、调整结构、节约能（资）源、保护

4、环境、合理布局”的可持续发展原则，特制定本准入条件。”对焦炉的要求是“常规机焦炉：新建顶装焦炉炭化室高度必须6.0米、容积38.5m3；新建捣固焦炉炭化室高度必须5.5米、捣固煤饼体积35m3，企业生产能力100万吨/年及以上。”目前炼焦行业在贯彻国家产业政策，加速产业结构调整，淘汰落后工艺设备，加强环境保护，合理利用资源，走可持续发展道路上取得了很大进展。但由于行业受炼焦项目盲目建设、淘汰落后产能进展缓慢、产业结构的不合理等因素影响，中国焦炭产能出现严重过剩的现象，即使在2010年粗钢日均产量达到180万吨以上，焦炭仍有30%以上的限产。同钢铁一样，焦化行业也存在边关停、边增产的情况。据中国

5、炼焦行业协会统计，2010年，我国新投产焦炉57座，增加产能3371多万吨，关停及淘汰落后焦炭产能约2759.5万吨左右。山西省人民政府为了加快本省焦化行业结构调整，推动产业升级，促进焦化行业健康协调可持续发展，狠抓焦化行业兼并重组工作，强调淘汰不符合焦化行业准入条件的落后产能，通过产能置换，建设一批符合国家产业政策，技术装备先进，能源消耗低，环境污染小，资源综合利用高，适应未来资源禀赋和市场需求的焦化项目，推动产业升级。山西省通过兼并重组到2011年底独立焦化企业保留150户左右，到2015年底独立焦化企业保留60户左右，到2011年底淘汰落后产能2000万吨，2012-2015年淘汰落后产

6、能4000万吨。实际产能动态控制在1.2亿吨左右，总产能不再增加。到2015年全省形成炭化室高度6米以上焦炉（含5.5米以上的捣固式焦炉）焦炭产能达到5600万吨以上。按照山西省经济和信息化委员会关于贯彻落实“山西省焦化行业产业调整和振兴规划”有关问题的通知对于有实力的焦化企业（或其他行业有实力的企业）鼓励其在全省范围内收购落后产能，采用等量或减量方式，置换建设现代化大型机焦炉，提高焦化行业的装备水平。省政府在政策措施要求上有以下几点：（一） 切实加强在煤炭、运力上对重点焦化企业的支持。保证重点焦化企业的煤源和运力。铁路部门要对重点焦化企业的运力安排予以倾斜。（二） 进一步减轻焦化企业负担。（

7、三） 加大焦化行业发展资金支持力度。金融机构要对焦化兼并重组主体企业技术改造项目予以支持。省人民政府对焦化行业转型发展具有重大意义的重点项目给予奖励。（四） 推进化产品精深加工延伸产业链。鼓励区域内企业联合建设单套大型化的焦炉煤气、煤焦油和粗苯的集中加工装置。（五） 加强焦化循环经济园区建设。重点焦化园区要结合园区内企业兼并重组情况，按循环经济理念做好园区的统筹规划工作。着力于产业链的延伸，降低投资和运行成本。（六） 加大淘汰落后产能力度。 这些政策措施使 新建焦炉势头减小，但是由于资源、炉型、产能、技术等分布的不平衡，必然会引发新一轮的优胜劣汰，淘汰落后产能、落后炉型、落后管理。产生管理先进

8、、炉型先进、节能高效和化产设施、除尘设施、干熄焦设施齐全的一批大型企业，所以焦炉大型化、节能高效、除尘设施、干熄焦设施齐全，依然是今后焦炉的发展主方向。这就给焦化设计单位提出了新的课题，要投入人力，物力开发新的符合产业政策的大型焦炉。增加焦炉型式给用户在资金投资，生产成本和操作技术方面提供新的更多选择。2.2.选择捣固型焦炉的必要性 焦炉炉型选择顶装还是捣固，主要由炼焦煤性质、焦炉技术的成熟可靠性以及投资决定的，也和我国的炼焦产业政策密切相关。伴随着钢铁工业的高速发展，我国炼焦工业得以持续快速发展，一方面是焦炭需求日益增多，另一方面是优质炼焦煤资源呈现严重短缺局面，炼焦煤资源成为制约炼焦行业发

9、展的主要瓶颈。近年来，由于炼焦煤资源的匮乏，各国都在寻求扩大炼焦煤资源及开发研究炼焦新工艺，捣固炼焦工艺作为一种能够增加配煤中高挥发份、弱粘结性煤用量的炼焦工艺，在大型化和环保方面取得较大的技术突破，被越来越多的焦化企业认可。捣固焦炉工艺和焦炉机械在我国日益成熟，它与顶装焦炉相比有着诸多不可替代的优势。2.3 捣固焦炉的优点炼焦采用捣固焦炉与国内常规顶装煤焦炉相比, 有如下优点:(一) 扩大炼焦煤资源虽然我国煤炭资源比较丰富，但炼焦煤资源严重短缺，在已查明的煤炭资源储量中，炼焦煤种占26.5%，其中气煤和1/3焦煤占到炼焦煤资源的45.73%，焦煤与肥煤是炼焦的主力煤种，占比例较小，焦煤占23

10、.61%，肥煤和气煤占12.8%，在我国的炼焦煤中，焦煤和肥煤已是稀缺资源，优质炼焦煤是国家的重要战略矿产资源，国家近年来出台的相关宏观调控政策，旨在使优质炼焦煤得到保护性开发。捣固炼焦可以多配入高挥发份弱粘结性煤或中等粘结性煤，生产优质高炉用焦，还可以掺入焦粉和石油焦粉生产优质高炉用焦和铸造焦，以及用100%高挥发份煤生产气化焦。(二) 降低炼焦成本在生产相同质量的焦炭时，捣固炼焦配合煤中，可以多配入2025%的高挥发份弱粘结性煤，可使入炉煤料中高挥发份弱粘结性煤的配入量高达70%80%。炼焦用煤是焦炭生产中的主要成本，通常占焦炭成本的75%左右，在保证焦炭质量的前提下，焦炉配用价格较低的弱

11、粘结性煤和高挥发性煤，能有效降低配合煤成本，通常捣固炼焦吨焦成本比顶装焦炉要低1520%左右。对大型焦炉低2050%。（三）可改善焦炭质量同样配煤比, 焦炭质量（CSR，CRI）可以得到改善。M40可提高16%，M10可改善24%，反应后强度（CSR）提高1%6%。捣固炼焦除提高CSR外，可明显提高冶金焦的块度，提高高炉的炼铁系数，这是印度塔塔公司资深顾问Amit Chhattrjee博士得出的结论。各个使用捣固炼焦技术的国家如乌克兰、德国、捷克、波兰以及中国的企业都得出了相同的结论。(四) 可提高产量在同样规模的炉孔和炭化室尺寸相等时, 可以提高焦炭的产量。6m侧装捣固焦炉与7m顶装焦炉单孔

12、年产量多相当。通过以上对比，在保证焦炭质量满足冶金焦要求的前提下，最大限度地保护炼焦煤资源，降低炼焦成本，设计中选用国家鼓励发展的侧装捣固焦炉。2.4 炉体介绍2.4.1焦炉炉体的主要尺寸（mm）炭化室全长 16940 mm炭化室冷态全高6055 mm炭化室热态全高6135 mm炭化室平均宽550 mm炭化室墙厚90 mm炭化室锥度 40 mm炭化室中心距1450 mm立火道中心距480 mm立火道个数 34炉顶高度14801530 mm燃烧室加热水平805 mm斜道高度825 mm蓄热室高度4125 mm蓄热室格子砖高度2870 mm2.4.2 工艺参数（以公称能力300万吨/年干全焦规模计

13、算）焦炉组数4×65孔精煤堆比重（干）1.0 t/m3煤饼尺寸（长×宽×高） (16100/15900)×500×5700 mm煤饼重量46 t焦炉周转时间25hr焦炭产量 300万吨/年2.4.3 ZHJL6055D型捣固焦炉炉体结构主要特点2.4.3.1 ZHJL6055D型捣固焦炉炭化室高6.055m，炭化室宽550mm，这是目前我国炭化室容积最大的捣固焦炉之一。焦炉的整体工艺技术、设备、机械装备水平大幅提高。与同样规模的5.5m捣固焦炉相比，焦炉孔数少，焦炉铁件少，劳动生产率高，操作费用低，生产人员少。焦炉生产单位重量焦炭的焦炉表面积小

14、，因此焦炉的热损失相对较少，焦炉的热工效率高。ZHJL6055D型捣固焦炉的表面热损失比5.5m捣固焦炉减少9%。2.4.3.2采用大型宽炭化室焦炉，其焦炭的块度增大，裂纹减少，对提高焦炭的M40特别有利。就捣固工艺而言，宽炭化室捣固焦炉的一个显著特点就是提高了捣固煤饼的稳定性。降低了倒窑率，有利于焦炉装置长期稳定的运行。高宽比值越大，对煤饼的稳定性要求越高。国外6m捣固焦炉，煤饼高宽比是15:1；ZHJL6055D型捣固焦炉捣固煤饼高宽比达到11.4:1。经工业性试验，稳定性达到了设计要求。因此6.05m捣固焦炉在工艺和焦炉机械是可行的。2.4.3.3炉体设计时采取了加强焦炉稳定性和强度的措

15、施，经过详细计算和多方案比较，经计算6.05m 捣固焦炉的焦炉炉墙的极限允许侧负荷为0.099kg/cm2，大于煤料炼焦时作用于焦炉炉墙的膨胀压力0.07kg/cm2。2.4.3.4炉顶四个除尘孔和上升管孔砌体用带有沟舌的异型大块砖砌筑，保证了整体性和严密性，炉顶稳固，严密，减少了荒煤气的窜漏，防止炉顶横拉条的烧损。2.4.3.5为了减少荒煤气外逸的污染，提高炼焦生产环境质量,将煤顶上的空间通道高度增加约400mm，并且扩大除尘孔为580mm，并尽量布置在靠近机侧，上升管孔孔径加大到560mm，使荒煤气的逸出压力减小，以达到减少荒煤气外冒的目的。2.4.3.6考虑雨季炉顶雨水积水后对焦炉炉体的

16、损坏，炉顶面从焦炉中心至机、焦两侧，各设有50mm坡度，增高了炉顶钢轨与炉顶面的间隙以利炉顶排水。2.4.3.7在炉顶区和焦炉基础中采用强度大，隔热效率高的漂珠砖和高强隔热砖，代替传统焦炉采用的红砖和普通隔热砖，确保炉顶表面层平整、严密，降低了炉顶面和焦炉顶板温度，改善了操作环境。2.4.3.8经过计算和总结经验将焦炉的加热水平定为805mm , 可使焦饼上下同时成熟，减少炉顶空间石墨生成。2.4.3.9燃烧室采用废气循环和加高焦炉煤气灯头的结构，保证了用煤气加热时炭化室高向加热的均匀性。此外，因设计有废气循环，可以降低废气中的氮氧化合物含量，减少了对大气的污染；而当焦炉延长结焦时间操作时，由

17、于用煤气加热采用了高灯头，因此也不会造成短路。2.4.3.10机焦两侧炉头火道断面为中间火道断面的90，解决了炉头火道温度较低的问题，使炭化室焦饼温度均匀。2.4.3.11炭化室墙厚90mm，采用“宝塔”形砖，消除了炭化室与燃烧室之间的直通缝，使炉体严密，荒煤气不易窜漏，并便于炉墙剔茬维修。2.4.3.12燃烧室盖顶大砖采取在一对火道内设拱顶的结构，使上面的负荷归集在立火道隔墙上，可以承受住炉顶导烟车的机械震动而不易损坏。2.4.3.13蓄热室内封墙设计30mm厚硅酸钙隔热板新型高效保温材料；蓄热室外封墙设计50mm厚的隔热和密封效果好的复合硅酸盐抹面；减少了热损失，改善了焦炉操作环境。2.4

18、.3.14蓄热室主墙是用带有三条沟舌的异型砖相互咬合砌筑的，而且蓄热室主墙砖煤气道管砖与蓄热室无直通缝，保证了砖煤气道的严密。蓄热室单墙厚230mm，也是用带沟舌的异形砖相互咬合砌筑的，保证了墙的整体性和严密性。2.4.3.15蓄热室采用分格下调式，使得立火道温度更加便于调节。从而获得更合理的橫排温度，使焦饼更均匀成熟。2.4.3.16小烟道中心部分采用扩散型箅子砖，利用扩散型的特性使大小孔径的正反方向所造成的不同阻力，克服小烟道内变量气体所产生的内外压力差，这种箅子砖和方孔箅子砖相比，提高了格子砖的冲刷系数，可使废气温度降低20左右。在总结生产经验的基础上，对扩散型箅子砖断面积进行了理论研究

19、和计算，新设计的箅子砖排列，使蓄热室各部位的空气量和煤气量分配均匀合理，提高了热效率。2.4.3.17ZHJL6055D型焦炉设计尽量采用新材质。炉端墙，炉底与炉顶内层采用漂珠砖；隔热部分用高强度的隔热砖；减少了热损失，增强了隔热效果、使用效果和结构强度。2.4.3.18炉顶除尘孔和上升管孔砌体采用带有沟舌的异型砖砌筑，保证了它的整体性，使炉顶结构更加严密，减少了荒煤气的窜漏，从而有效地防止了炉顶横拉条的烧损。2.4.3.19在加宽炭化室的情况下，为保证焦炉的结构强度，采用加大炉柱的护炉能力，炉柱由常用的工字钢改为H型钢。2.4.3.20在总结生产经验的基础上，对立火道底部的斜道口断面面积和小

20、烟道蓖子砖的空气进口和调节砖进行了计算和设计，通过合理排列调节砖，使燃烧室各火道的气量分配合理，横排温度分布均匀，从而保证焦炭质量和焦炉热效率。2.5 焦炉车辆配套（4X65孔300万吨/年焦化装置）序号名称配套数量备注1装煤车4台2推焦车4台3导烟车4台4拦焦车4台5电机车3台开2备16熄焦车3台开2备12.6 配套熄焦装置经与干熄焦设计院沟通，300万吨/年焦化工程配套两套190t/h干熄焦和两套湿熄焦装置，在干熄焦检修时，利用湿法装置进行熄焦。2.7 配套环保设施设计中我公司采用如下成熟、适用的技术以减少对环境的污染，改善操作环境，减轻工人劳动强度。2.7.1炉顶采用U型导烟车把焦炉装煤

21、时产生的大量烟尘送至相邻炭化室；炉门处使用炉门大密封框，减少炉门处泄漏；利用机侧烟尘收集装置收集炉门少量泄漏烟气，送地面站处理。2.7.2出焦除尘采用出焦地面站除尘，工艺除尘效率高，出焦烟尘收集率达95%以上，减少污染环境。2.7.3焦炉炉门采用新型弹簧炉门，增大炉门密封性，显著减少炉门无组织排放,污染物排放减少90%。2.7.4荒煤气事故放散采用放散点火装置，保证在事故状态下不外排荒煤气。2.7.5上升管采用水封盖减少污染物排放,使烟气污染物减少85%。2.7.6熄焦塔废气采用三道折流板除尘，除尘效率达90%。2.7.7用较先进的二次湿熄焦技术，使焦炭水份可减少2040%，吨焦的耗水量随之减少，可节约3040%水量。2.7.8对焦炉的集气管压力调节，采用国内较先进的模糊自动调节技术，有效的保障了焦炉压力的稳定，减少了跑冒现象，保障焦炉操作的稳定性，使焦炉操作强度大为降低。2.8 焦炉其他配套设施2X65孔焦炉设计一座烟囱，烟囱高度约145米，出口直径4.5米。3.焦炉炉体静力强度及极限侧负荷3.1 ZHJL6055D型焦炉强度相关数据：砌体的抗剪强度（剪应力） 0.997 kg/cm2砌体的抗压强度y (压应力) 6.372 kg/cm2砌体的抗拉强度b (拉应力) 1.934kg/cm2炉墙的极限侧负荷P（剪应力） 0.099kg/cm23.2 各种焦炉炉体强度对比表（参