万吨年冶金焦的炼焦工艺设计指导书

1、100万吨/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，工艺设计目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK

2、l _Toc138239197 1 文献综述 PAGEREF _Toc138239197 h 1 HYPERLINK l _Toc138239198 1.1 概述 PAGEREF _Toc138239198 h 1 HYPERLINK l _Toc138239199 1.2 炼焦用煤准备 PAGEREF _Toc138239199 h 1 HYPERLINK l _Toc138239200 1.2.1 原料煤的接受与贮存 PAGEREF _Toc138239200 h 1 HYPERLINK l _Toc138239201 1.2.2 配煤与粉碎 PAGEREF _Toc138239201 h

3、 2 HYPERLINK l _Toc138239202 1.2.3 装炉煤的干燥和预热 PAGEREF _Toc138239202 h 3 HYPERLINK l _Toc138239203 1.2.4 添加改质粘结剂及瘦化剂 PAGEREF _Toc138239203 h 4 HYPERLINK l _Toc138239204 1.3 炼焦生产 PAGEREF _Toc138239204 h 4 HYPERLINK l _Toc138239205 1.3.1 炼焦炉及其辅助设备 PAGEREF _Toc138239205 h 4 HYPERLINK l _Toc138239206 1.3.

4、2 焦炉生产操作 PAGEREF _Toc138239206 h 7 HYPERLINK l _Toc138239207 1.4 炼焦新技术 PAGEREF _Toc138239207 h 9 HYPERLINK l _Toc138239208 1.5 发展前景 PAGEREF _Toc138239208 h 10 HYPERLINK l _Toc138239209 1.5.1 世界焦炭生产发展趋势 PAGEREF _Toc138239209 h 11 HYPERLINK l _Toc138239210 1.5.2 我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望 PAGEREF _Toc138239210

5、h 11 HYPERLINK l _Toc138239211 1.6 本次设计要完成的任务 PAGEREF _Toc138239211 h 12 HYPERLINK l _Toc138239212 2 炼焦工艺的设计与计算 PAGEREF _Toc138239212 h 13 HYPERLINK l _Toc138239213 2.1 厂址选择 PAGEREF _Toc138239213 h 13 HYPERLINK l _Toc138239214 2.1.1 厂址选择基本要求 PAGEREF _Toc138239214 h 13 HYPERLINK l _Toc138239215 2.1.2

6、 设计选址 PAGEREF _Toc138239215 h 14 HYPERLINK l _Toc138239216 2.2 入炉煤的选择 PAGEREF _Toc138239216 h 14 HYPERLINK l _Toc138239217 2.3 焦炉炉型选择 PAGEREF _Toc138239217 h 16 HYPERLINK l _Toc138239218 2.4 工艺流程的选定 PAGEREF _Toc138239218 h 18 HYPERLINK l _Toc138239219 2.5 加热用煤气相关计算 PAGEREF _Toc138239219 h 19 HYPERLI

7、NK l _Toc138239220 2.6 煤气燃烧计算 PAGEREF _Toc138239220 h 20 HYPERLINK l _Toc138239221 2.7 焦炉的物料平衡与热量平衡计算 PAGEREF _Toc138239221 h 23 HYPERLINK l _Toc138239222 2.7.1 原始数据的处理与计算 PAGEREF _Toc138239222 h 24 HYPERLINK l _Toc138239223 2.7.2 物料平衡计算 PAGEREF _Toc138239223 h 25 HYPERLINK l _Toc138239224 2.7.3 热量平

8、衡计算 PAGEREF _Toc138239224 h 28 HYPERLINK l _Toc138239225 2.7.4 焦炉热效率 PAGEREF _Toc138239225 h 44 HYPERLINK l _Toc138239226 2.7.5 炼焦耗热量 PAGEREF _Toc138239226 h 44 HYPERLINK l _Toc138239227 2.8 炉体水压计算 PAGEREF _Toc138239227 h 45 HYPERLINK l _Toc138239228 2.8.1 炉内各点压力计算 PAGEREF _Toc138239228 h 45 HYPERLI

9、NK l _Toc138239229 2.8.2 加热系统各部位浮力计算 PAGEREF _Toc138239229 h 57 HYPERLINK l _Toc138239230 2.8.3 加热系统各部位压力计算 PAGEREF _Toc138239230 h 60 HYPERLINK l _Toc138239231 2.9 烟囱高度计算 PAGEREF _Toc138239231 h 61 HYPERLINK l _Toc138239232 3 环境保护 PAGEREF _Toc138239232 h 70 HYPERLINK l _Toc138239233 4 结论 PAGEREF _T

10、oc138239233 h 72 HYPERLINK l _Toc138239234 参考文献 PAGEREF _Toc138239234 h 73 HYPERLINK l _Toc138239235 致谢 PAGEREF _Toc138239235 h 741 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。 人类生产和使用焦炭渊源甚早，但具有工业意义的大规模生产，是在18世纪初用焦炭代替木炭炼铁成功以后开始的。到18世纪末，欧洲大部分高炉都已使用焦炭炼铁，从此推动了炼焦生产的发展。此后又经

11、历了漫长的发展道路，直到20世纪20年代才形成了现代炼焦技术。20世纪20年代以后几十年是世界炼焦技术深入发展的阶段。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 焦炭质量取决于炼焦煤的质量、预处理工艺和炼焦过程等三个方面，当炼焦配合煤既定的情况下，炼焦煤料的预处理对改善焦炭质量，节约优质炼焦煤，确保高

12、炉用焦质量具有重要意义。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，因为各种牌号的煤由

13、于矿井和矿层的不同，可以表现为不同的结焦性能，此外各煤矿的可洗性不同，故洗精煤的灰分和硫分也有不同，同一洗煤厂来的精煤，也因不同时期入洗煤的矿井和矿层不同，使同一牌号洗精煤的质量波动；此外，多数洗煤厂有浮选后的煤泥，它与洗精煤灰分、水分也有明显差异。上述原因常使来煤质量有很大波动，为此来煤应通过贮煤场进行混匀作业，使经过贮煤场的煤质量稳定，还能起到脱水的作用。 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。 配煤与粉碎 (1) 配煤随炼焦工业的发展，焦煤的储量开始感到不足，而且还存在着炼得的焦饼收缩小，推焦困难；焦炉膨胀压力很大，容易胀坏炉体；焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率

14、小等缺点。为克服这些缺点，采用了配煤炼焦。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，各种煤由贮煤场一端的中间槽按规定量依次用皮带机送至粉碎机，粉碎后的煤通过皮带送至配煤场按比例用堆煤机薄层铺堆。配好后用斗轮取煤机回取配合煤，经混匀后送往煤塔。 (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。常用的粉碎机有反击式、锤式和笼式等几种形式。粉碎工艺根据煤种和岩相的不同可分为先配后粉流程、先粉后配流程、部分硬质煤预粉碎流程、分组粉碎流程、选择粉碎流程等。 装炉煤的干燥

15、和预热(1) 装炉煤的干燥将装炉煤入炉前预先使水降至6%以下，然后装炉炼焦，有稳定焦炉操作、提高焦炉产量、改善焦炭质量和降低炼焦耗热量等效果。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。常用的煤干馏器有转筒干燥器、直立管气流式干燥器和流化床干燥器。(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（150250），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

16、，改善焦炭质量，降低热耗，是扩大炼焦煤源的重大方法，但这种方法对装炉技术要求高、难度大，投资也多。煤的预热一般采用流态化装置进行，工艺比较成熟。但预热煤贮运过程必须密封和充惰性气体以防煤粒氧化、甚至发生爆炸的可能。预热煤装炉时会产生大量烟尘，煤气瞬时发生量可达湿煤装炉时的1倍以上，煤气中夹带的煤尘量约为湿煤装炉时的49倍，因此必须解决专门的装炉技术。此外，装炉时随粗煤气带入集气管的大量煤尘，使集气管焦油、氨水中的焦油渣含量大为增加，据统计可达到装炉煤的0.6%1.5%，一方面容易引起集气管堵塞，同时增加焦油随焦油渣的损失。因此焦炉应设置单独的装炉用集气管，煤气净化车间应配备高效的除焦油渣并回收

17、其中焦油的设施。为解决热煤装炉，目前工业上有三种方法：一种是由英国奥托西姆卡夫公司提出的装煤车装炉，第二种是由美国阿赖德化工公司开发的管道装炉法，第三种是由德国煤矿联营公司和迪第公司开发的煤刮板装炉法。近年来国外还开发了干熄焦煤预热相结合的工艺，即将干熄焦获得的废热用作煤预热的热源。 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

18、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 炼焦炉及其辅助设备(1) 焦炉分类a.按照装煤方式可分为顶装焦炉和侧装焦炉；b.按照加热用煤气种类可分为复热式焦炉和单热式焦炉；c.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；d.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；e.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) 炉体结构现代焦炉炉体最上部是炉顶，炉顶之下是相间配置的燃烧室和炭化室，炉体下部是蓄热室和连接蓄热室与燃烧室的斜道区，每个蓄热室下部的小烟通道通过交换开闭器与烟道相连。烟道

19、设在焦炉基础或基础两侧，烟道末端通向烟囱。a.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。在此温度下，墙体承受炉顶机械和上部砌体的重力，还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。b.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的通道。焦炉生产时斜道区温度为10001200，在设计和砌筑时必须考虑耐火砖的热膨胀性。斜道的倾斜角应小于30，以免积灰造成堵塞。斜道的断面收缩角一般

20、小于7，以减小阻力。斜道区还需设膨胀缝，缝的方向平行于抵抗墙，以供砌体受热膨胀时，靠膨胀缝吸收。c.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。蓄热室构造包括顶部空间、格子砖、篦子砖、小烟道以及主墙、单墙、和封墙。蓄热室在下降高温废气时，由内装的格子砖将大部分热量吸收并积蓄起来，使废气温度由1200左右降到400以下；当上升贫煤气或空气时，格子砖将所蓄热量传递出去，使贫煤气或空气预热到1000以上。蓄热室内温度变化大，故格子砖采用粘土砖，小烟道需设粘土衬砖以保护硅砖砌筑的隔墙受温度变化的冲击。d.炉顶区：炭化室盖顶砖以上部位称炉顶区，设有

21、装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟。炉顶区高度关系到炉体结构强度和炉顶操作环境，一般为11001200毫米，并在不承受压力的实体部位用隔热砖砌筑。炉顶区的实体部位也需设置平行于抵抗墙的膨胀缝。e.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。烟道用钢筋混凝土浇灌成，内砌粘土衬砖，分烟道与总烟道衔接部之前设有吸力自动调节翻版，总烟道与烟囱根部衔接之前设有闸板，用于分别调节吸力。焦炉基础包括基础结构和抵抗墙构架结构。(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

22、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。干馏煤气导出设备包括上升管、集气管、吸气管以及相应的喷洒氨水系统，用以将出炉粗煤气冷却、导出，并保持和控制炭化室在整个结焦过程中为正压，又防止炭化室因压力过高而泄漏煤气至环境，甚至冒烟点火。加热煤供入系统因焦炉结构不同分为侧入式和下喷式两大类，单热式焦炉仅配备一套加热煤气系统，复热式焦炉则配置贫煤气和富煤气两套管系。(5) 废气设备废气设备包括交换开闭器和总分烟道翻板等。交换开闭器是控制进入蓄热室的加热煤气、空气和排出燃烧所生成废气的设备。交换开闭器的结构形式有

23、多种，大体上可分为提杆式双砣盘型和杠杆砣型两种。总烟道翻板和分烟道翻板是用来调节和稳定烟道吸力的设备。在翻板上部的轴头上设有滚动轴承和止推轴承，翻板由槽钢结构架承托，翻板转动灵活，满足对废气排出量的准确调节。总烟道翻板可不设自动调节机构，机焦侧分烟道翻板一般都设有自动调节结构，便于稳定分烟道吸力值。(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。交换机是带动各传动拉条进行交换的动力机械。交换机分为机械交换机和液压交换机两种。现在建设的焦炉多采用液压交换机。交换传动装置包括焦炉煤气传动拉条、高炉煤气传动

24、拉条和废气传动拉条及导轮等。(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。 焦炉生产操作(1) 装煤a.煤塔贮煤贮煤塔，用于贮存入炉煤料，以保证焦炉稳定生产。贮煤塔按其断面可分为方形与圆型两种。无论何种贮煤塔均由上部布料装置、槽身、放煤嘴及震煤装置等

25、部分组成。地处北方的焦化厂，天气寒冷时煤料会在放煤嘴冻结，影响放煤，为此还应有加热防冻设备。 b.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。同一排放煤嘴，不准连续放几次煤。每装完一个炭化室后，应按规定从另一个放煤嘴取煤，假如不按照规定取煤顺序，只从某一排放煤嘴取煤，势必造成这排煤被放空。当配合煤再次送入贮煤塔，就会造成煤料颗粒偏析。此时煤塔内煤料颗粒分布将是不均匀的，因此有的炭化室将装入粒度较大的煤，有的炭化室将装入粒度较小的煤，从而使焦炭质量变坏，以及影响焦炉调火工作。此外，当取煤不按顺序进行时，贮煤塔中将形成有一部分为新送入的煤，而另一部分为陈煤，甚至发生煤质变化，这

26、更是不允许的。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。c.装煤与平煤装平煤操作虽不是一项复杂的技术问题，但操作好坏确实影响着焦炉的管理，产品质量的稳定等等。装平煤的原则为装满煤、装煤均匀、少冒烟等。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

27、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。一般认为煤在炭化室内干馏，焦饼中心温度达到9501050时焦炭即成熟；焦饼中心温度达不到上述温度时，则焦炭夹生焦饼收缩不好；若焦饼中心温度过高，焦炭易碎，不但影响焦炭质量，还影响正常推焦。推焦与装煤一样，应按照规定的图表和一定的顺序进行。这样才能稳定加热制度，提高产品质量，合理的利用机械设备和延长炉体寿命。 (3) 熄焦由于煤干馏成焦的最终温度为95

28、01050，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。传统的湿法熄焦装置由熄焦塔、泵房、粉焦沉淀池及粉焦抓斗等组成。熄焦塔为内衬缸砖的钢筋混凝土构筑物。熄焦塔下部为进入熄焦车并有喷水装置的隧道部分。上部为排气筒，其高度应保证熄焦时产生足够吸力，以免水汽从底部外逸。为减少或消除熄焦时随水蒸气排出的大量焦粉，在排气筒内均设有捕尘装置。熄焦塔的总高度为3035米，为减少熄焦水汽对焦炉操作的影响，熄焦塔中心距端部炭化室中心应不小于40米。熄焦水由水泵直接送至熄焦塔喷洒水管，熄焦用水量一般约2m3/t（焦），熄焦时间为90120s。熄焦后的水经沉淀池和清水池将粉焦沉淀后，继续使

29、用，熄焦过程中约20%的水蒸发，可用生化处理后的废水补充。沉淀池中的焦粉，由单轨抓斗定期抓出，经脱水后外运。为了控制焦炭水分稳定且不大于6%，熄焦车接焦时行车速度应与焦饼推出速度相应，使红焦均匀铺在熄焦车的整个车厢内。还应定期清扫熄焦设施，保证喷洒装置能迅速而均匀的对焦炭喷洒，熄焦后熄焦车应停留4060秒，将车中多余水沥出。熄焦后的焦炭卸至焦台上并停留3040分钟，使水分蒸发并冷却焦炭，剩余红焦在此补充熄焦。(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6080mm的焦炭可供铸造使用，4060mm的焦炭供大型高炉使用，2540mm的焦炭供高炉和耐火材料厂竖窑使用，1025

30、mm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。现代大型高炉要求高炉用焦块度均匀，机械强度高，故筛焦过程应加强对大块多裂纹焦炭的破碎工作，实现焦炭整粒，使一些块度大、强度差的焦炭，在熄焦过程中就能沿裂纹破碎，并使块度均匀。通常可采用切焦机实现焦炭整粒，焦炭先经过7580mm的篦条筛，筛出大于7580mm的大焦块输入切焦机破碎，然后与篦条筛下的焦炭一起进行筛分分级。筛分处理后的焦炭，可按需要或由焦仓装缶外运，或用胶带机直接连续送往炼铁厂的焦仓。湿法熄焦的焦炭表面温度为5075，在筛焦、转运过程中，焦炭表面的蒸气与焦炭粉尘一起大量逸散，因此筛焦楼应设置抽风除尘设备

31、，常用的有湿法除尘器和布袋除尘器，在筛焦设备上还应有抽风机，筛焦粉尘经除尘器处理后排入大气。贮焦槽上设自然排气管将含尘气体排入大气。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。(1)干法熄焦 20世纪20年代即开始研制干法熄焦。干法熄焦是利用冷的惰性气体，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦。吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再由循环风机鼓入干熄焦炉冷却红焦。干熄焦的工艺流程为：从炭化室中推出

32、的9501050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

33、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。 (2)无回收焦炉80年代末,美国炼焦工业为减少对大气的污染，提出了发展新一代无回收焦炉想法。美国阳光煤业公司的朱厄尔汤普森型无回收焦炉最引人注目,这种炉子结构比较简单,负压操作,所有煤气和焦油等都在炉内烧尽,所得热废气既直接为炼焦提供热源,又可利用热废气的余热生产蒸汽和发电,这样既节省投资操作费又无污染物散发。特别是于1998年在美国内陆钢铁公司的印第安那哈博厂建成投产的规模更大的改进型朱厄尔汤普森型无回收焦炉,单孔焦炭生产能力为0.1410

34、.149万t/a,其尺寸为宽317m、长1317m、高416m ,装煤高度为6101220mm,装煤量为2550t,结焦时间为2448h，年产焦炭高达133万t。(3)直立炉连续炼焦工艺 20世纪80年代末至90年代初,乌克兰煤化所研究开发了直立炉连续炼焦工艺,这种炉的主要特点是:（1）炉顶边连续装煤、边压实,并每间隔2030min用推压机垂直向下将煤料推进炉内,从而使煤料的堆积密度达9501000kg/m,同时炉内全部煤料和焦炭都向下移动200300mm。（2）炭化室加热采用外热式水平火道,各火道可根据相对应炭化室部位的煤料所处的结焦阶段,单独控制其加热温度，上、下水平火道温度高,中火道温度

35、低,从而有利于提高煤的粘结性和结焦性。（3）从装煤、炭化、干熄焦、出焦全部生产工艺过程都是在一个封闭装置中连续运行的,因此是一个可高度自动化、高生产率、无污染的炼焦新工艺。该工艺集捣固、煤预热、分段加热炭化、干熄焦于一体,因此可显著地提高焦炭强度和扩大炼焦用煤资源。1.5 发展前景 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

36、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。从90年代初到90年代中、后期,我国向国际市场提供的焦炭由1Mt/a增到10Mt/a,而且我国焦炭出口价格又比同期国际市场焦炭价格约低1530美元/t,所以21世纪初期国际市场焦炭总供量及其价格在很大程度上都将取决于我国焦炭出口量及其价格。 我国焦炭

37、生产和炼焦技术发展的展望(1) 我国焦炭生产与钢铁生产同步发展焦炭是高炉炼铁不可缺少的原料。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

38、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。(2）中国焦化工业今后发展思路除发展新技术，提高焦炭质量以外，还有以下几点：加强炼焦生产的环境保护我国焦化企业在环保方面欠账太多,今后必须加强焦化企业的环保工作。坚决取缔全部土焦、改良焦和违规建设的焦炉;已投产焦化厂必须严格按照国家环保要求,补建和完善各种环保措施;新建焦化厂必须同步建

39、设、同步投产各种环保措施和装置。b. 合理利用炼焦煤源目前中国煤炭探明储量已超过1万亿t。在全国煤炭储量中,烟煤约占总储量的3/4左右,其中气煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤等炼焦用煤占烟煤储量的50%左右。在炼焦煤中,以气煤和1/3焦煤的比例最大,约占炼焦煤资源的一半,焦煤占炼焦煤资源的近20%，瘦煤占炼焦煤资源的近15%,肥煤和气肥煤的储量在炼焦煤中的比例最少,约占10%。因此,应尽量多采用捣固炼焦、选择性粉碎、配型煤、煤调湿、干熄焦等能扩大弱粘结煤配比的生产工艺和设施,坚决淘汰以大比例焦煤配比为主的土焦生产工艺。c. 完善创新体系,提高核心竞争力钢铁工业的快速发展为焦化工业的发展提供了前

40、所未有的机遇。但随着焦化工业的迅猛发展,也出现了许多意想不到的问题,向焦化工作者提出了新的挑战。中国面临着从炼焦生产大国向炼焦工业强国转变的艰巨任务。加快产业结构的调整,合理利用煤炭资源,在以大型现代化焦炉替代土焦和中小型机焦炉的同时,以先进的环保、节能和自动化技术改造现有炼焦生产企业,将是未来几年内中国炼焦工业要实现的目标。1.6 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

41、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 厂址选择厂址选择作为建厂设计初期工作中可行性研究的一个重要组成部分，决定了该厂的初期建设进度，建厂后的经济效益以及环境保护效果等环节，所以厂址的选择是一项综合课题，应做好充分、全面的分析与准备。 厂址选择基本要求1）应按有关部门指定的区域选择厂址，并尊重当地有关单位的意见，满足工业布局的要求。 2）应贯彻节约用地的方针，不占良田，少占耕地；在有条件的地方，应进行造地还田。 3）应有足够的建厂面积和预留发展的余地，地形较为平坦或有适宜的自然坡度，以利于雨水排除，以避免大量的土石方工程量。 4）应具有良好的工程地质和水文

42、地质条件，主要建（构）筑物应避开断层，滑坡，溶洞，古墓，淤泥等不良地段。地质力一般要求在0.10MPa以上。对0.10MPa以下的地耐力，建筑上处理复杂，投资增加，不宜建厂。 5）应高出当地设计或历史最高洪水位0.5米以上，最高洪水频率为：大型厂1/100，中小型厂1/50。厂址也应不受内涝威胁，场地标高应保证雨水和生产下水顺利排泄。 6）厂址不应选在七度以上地震地区，九度以上不能建厂。 7）厂址应符合现行的环境保护的有关法规和“工业企业涉及卫生标准”。考虑炼焦厂生产对周围的污染，一般厂址应位于生活区最小频率风向的上风侧1000m以外，如在另一侧时，应适当加宽卫生防护距离，厂址附近应具备处理和

43、综合利用厂区排放三废的地带或区域。 8）厂址必须具有避开高压输电线路的安全空隙间隔地带，并应取得当地消防及电业部门的同意。 9）应有方便的接轨条件，铁路接轨站（或工厂编组站）至工厂联络线的坡度一般不超过千分之二十（应包括各种坡度折减值）。 10）在沿江，河，湖，海区域建厂时，应充分利用水运，厂址应靠近水域，并同时确定原料和成品码头位置。 11）独立炼焦厂应充分考虑到与有关企业协作，如水，电，运输及生活福利设施等应与邻近的厂矿和部门协商，统筹安排。 12）在矿区建厂时，应避开有开采价值的矿床和采矿区，并应位于爆破范围之外。 13）在钢铁联合企业中，炼焦厂应当靠近炼铁厂贮矿槽一侧，以便用胶带输送机

44、运送焦炭。 设计选址根据以上选址要求，本次设计把厂址定于。 全年平均温度只有89，年平均降水量为664.5mm，全年平均风速3.8m/s,适于焦化生产。其周围还蕴藏着丰富的煤矿，本次设计来煤即选自 。 故在此选厂具有可行性。2.2 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)

45、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

46、，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1420%，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

47、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3040%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

48、氧氮应用基干基干基可燃基符号入炉煤98.79.7627.6328.478.924.354.981.282.3 焦炉炉型选择本设计所选炉型为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2-3 JN4380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

49、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

50、：，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=106 t/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； 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；干装炉煤堆积密度（干基）取为0.75 t/m3；K干煤全焦率，取为75%； 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40。(3) 一座焦炉一天装煤量2.4 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

51、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

52、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

53、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。2.5 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，%2.40.46.025.52.2(80%)59.54.0(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 =0.451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：24.37% ，：5.73% ，：2.10

54、% ，：2.29% ，：3.82% ：0.38% ，：4.45%(4) 湿煤气热值(5) 湿煤气密度2.6 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： =0.9193/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6-21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： / / /式中 ，分别为煤气中该成分的体积，%。总废气量为： =0.4006+1.4453+4.1899+0.

55、1839=6.2179 /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=1.21代入以上煤气燃烧计算式中，可得到以下结果：=5.2969 /， =5.5427 /，=0.4006 /， =1.4435 /，=4.2246 /， =0.1930 /，=0.4006+1.4435+4.2246+0.1930=6.2617 /故在废气中的百分比为： =6.4%在废气中的百分比为： =23.05%在废气中的百分比为： =67.47%在废气中的百分比为： =3.08%2.7 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

56、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/hPaPa175391.5510731.24903250.47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

57、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12.831.201.27886.060.612.7.1 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4903 Pa，温度(t)为25，水汽含量(f)为0.026，重度()为0.47，大气压力(P0)为101325 Pa加热用焦炉煤气工作状态参数：表流量()为5391.5，压力()为5107 Pa，温度()为31.2，水汽含量()为0.0378则 =5342.5 (2) 空

58、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，/。2.7.2 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、

59、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： =17.09%净煤气产量为： =(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占湿煤%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 155.4915.55化合水 19.8381.98入炉煤带入水G

60、s909.00差值2.5340.25合计1000100合计10001002.7.3 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40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： =1.3831/（）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