第四章 炼焦炉及其设备

第四章炼焦炉及其设备第1页，共75页，2023年，2月20日，星期四第一节炼焦炉一、焦炉的发展：经历了堆式干馏与窑、倒焰炉、废热式焦炉、现代蓄热式焦炉堆式干馏：1735年倒焰炉：1840年废热式焦炉：1881年现代蓄热式焦炉：1884年第2页，共75页，2023年，2月20日，星期四二、现代蓄热式焦炉的基本构成炉体由：炭化室、燃烧室、斜道区、蓄热室、炉顶区五大部位组成。第3页，共75页，2023年，2月20日，星期四第4页，共75页，2023年，2月20日，星期四第5页，共75页，2023年，2月20日，星期四1、炭化室和燃烧室炭化室是煤料隔绝空气进行炭化的地方。燃烧室煤气燃烧向炭化室供给热量的地方。二者相间排列。锥度——为了推焦的方便，炭化室的水平截面呈梯形，焦侧宽机侧窄，焦侧与机侧的宽度差，称为炭化室的锥度。机、焦侧宽度的平均值，称为炭化室的平均宽度。加热水平（高度）——为了焦饼上下均匀成熟，炭化室高度要高于燃烧室，二者的高度差，称为焦炉的加热水平（高度）。H=h+Δh+(200~300)第6页，共75页，2023年，2月20日，星期四H=h+Δh+(200~300)式中：h——煤线距炭化室顶的距离（炭化室顶部空间高度，mmΔh——装炉煤炼焦时产生的垂直收缩量（一般为有效高度的5~7%），mm200~300——考虑燃烧室的辐射传热允许降低的燃烧室高度，mm为了燃烧室长向加热的均匀性和提高炭化室的结构强度，将燃烧室分成各个立火道。立火道的连接方式有双联式、二分式、四分式、跨顶式等。改善高向加热均匀性的措施：废气循环、高低灯头、分段加热、不同炉墙厚度等第7页，共75页，2023年，2月20日，星期四第8页，共75页，2023年，2月20日，星期四第9页，共75页，2023年，2月20日，星期四第10页，共75页，2023年，2月20日，星期四2、斜道区位于燃烧室和蓄热室之间，是连接燃烧室和蓄热室的通道。结构复杂。第11页，共75页，2023年，2月20日，星期四3、蓄热室位于焦炉的下部，是回收废气中的废热并用来预热上升的空气和高炉煤气的地方。内填格子砖作为热交换的介质。下部设小烟道，顶部设蓄热室顶部空间。第12页，共75页，2023年，2月20日，星期四单墙——同向气流之间的蓄热室隔墙。主墙——逆向气流之间的蓄热室隔墙。中心隔墙——将蓄热室分为机、焦侧隔墙。第13页，共75页，2023年，2月20日，星期四4、炉顶区位于焦炉的顶部，炭化室盖顶砖以上部分称为炉顶区。内设装煤孔、看火孔、上升管孔、烘炉孔和拉条沟等。第14页，共75页，2023年，2月20日，星期四5、烟道和基础蓄热室下部设分烟道，汇集来自蓄热室的废气，分烟道汇于总烟道，再接至烟囟。焦炉基础包括基础结构和抵抗墙两部分。第15页，共75页，2023年，2月20日，星期四第16页，共75页，2023年，2月20日，星期四三、焦炉结构类型1、装煤方式顶装（散装）焦炉侧装（捣固）焦炉差异：捣固焦炉锥度小，炉顶区不设装煤孔2、加热煤气和空气供入方式下喷式焦炉：焦、高炉煤气下喷式侧入式焦炉：焦、高炉煤气下喷式第17页，共75页，2023年，2月20日，星期四3、燃烧室火道形式水平火道焦炉直立式火道焦炉：二分式焦炉四分式焦炉跨顶式焦炉双联式焦炉第18页，共75页，2023年，2月20日，星期四4、高向加热均匀方式高低灯头焦炉不同炉墙厚度焦炉分段加热焦炉废气循环焦炉5、气流调节方式上部调节式焦炉下部调节式焦炉6、加热煤气种类单热式焦炉复热式焦炉第19页，共75页，2023年，2月20日，星期四四、主要炉型1、二分式焦炉66型、70型、二分下喷式焦炉、卡尔—斯蒂尔焦炉等2、过顶式焦炉考伯斯—贝克式焦炉、ΠΚ焦炉等3、双联式焦炉奥托式焦炉、ΠΒΡ型焦炉、日铁式M型焦炉、JN焦炉第20页，共75页，2023年，2月20日，星期四我国主体焦炉的结构特点我国的主体焦炉为JN焦炉，其结构特点为：双联火道废气循环焦炉煤气下喷复热式。JN式焦炉的结构简图第21页，共75页，2023年，2月20日，星期四第22页，共75页，2023年，2月20日，星期四第23页，共75页，2023年，2月20日，星期四第二节焦炉机械焦炉机械常称为四大车，用以完成焦炉的装煤、出焦、熄焦等。1）装煤车：置于炉顶，用于从煤塔取煤并装入炭化室。2）推焦车：位于焦炉的机侧，用以完成启闭机侧炉门、推焦、平煤、清扫机侧炉炉门框等。3）导焦车：位于焦侧操作台上，用于启闭焦侧炉门、导焦、清扫焦侧炉炉门框等。4）熄焦车：位于焦侧，用于接收红焦并送至熄焦塔下将其熄灭，然后放在凉焦台上。采用干法熄焦时没有熄焦车，代之焦罐车。第24页，共75页，2023年，2月20日，星期四第三节护炉设备一、护炉设备的主要作用是利用可调节的弹簧势能，连续不断地向砌体施加数量足够、分布合理的保护性压力，使砌体在自身膨胀和外力作用下仍能保持完整、严密，从而保证焦炉正常生产。此外，护炉设备还有支撑机焦侧操作台、集气管的作用。保护板、炉门框和炉门之间的配合，完成焦炉的密封，防止荒煤气外漏，造成冒烟冒火。第25页，共75页，2023年，2月20日，星期四二、护炉设备的组成护炉设备又称为所炉铁件。包括：横向有：炉柱（钢柱）、保护板、炉门框、大小弹簧、横拉条、炉门等；纵向有：抵抗墙、纵拉条等。第26页，共75页，2023年，2月20日，星期四第27页，共75页，2023年，2月20日，星期四第28页，共75页，2023年，2月20日，星期四第29页，共75页，2023年，2月20日，星期四第四节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。一、干馏煤气导出设备1、干馏煤气（俗称荒煤气）导出设备的作用是：一是将荒煤气顺利导出，不致因炉门刀边附近煤气压力过高而冒烟冒火，但又要使全炉各炭化室在结焦过程中始终保持正压；二是将荒煤气适度冷却，不致因温度过高引起设备变形、阻力升高和鼓风、冷凝的负荷增大，但又要保持焦氨水的良好的流动性。第30页，共75页，2023年，2月20日，星期四其流程和设备如图所示。流程：上升管——桥管——水封阀——集气管——门型管——吸气管——气液分离器——回收车间第31页，共75页，2023年，2月20日，星期四第32页，共75页，2023年，2月20日，星期四第33页，共75页，2023年，2月20日，星期四二、加热煤气供入设备对于单热式焦炉只配备一套加热煤气管系，复热式焦炉配备高炉煤气和焦炉煤气两套管系。第34页，共75页，2023年，2月20日，星期四第35页，共75页，2023年，2月20日，星期四三、废气导出及换向开闭器（废气盘）换向开闭器是既能供入煤气和空气，又能排出废气，还能调节气体流量的装置，俗称废气盘。焦炉加热用的空气和高炉煤气经过废气盘调节流量后进入蓄热室，蓄热室中废气经废气盘调节流量后进入分烟道。第36页，共75页，2023年，2月20日，星期四第37页，共75页，2023年，2月20日，星期四第38页，共75页，2023年，2月20日，星期四四、交换系统与交换过程交换系统由交换机、拉条、交换考克、废气盘等组成。交换过程：关煤气——空气与废气交换——开煤气第39页，共75页，2023年，2月20日，星期四第40页，共75页，2023年，2月20日，星期四第41页，共75页，2023年，2月20日，星期四第二节筑炉材料1、砌筑焦炉用耐火材料的基本要求（1）荷重软化温度高于所在部位的最高温度；（2）在所在部位温度变化范围内，具有抗温度急变性能；（3）能抵抗所在部位可能遇到的各种介质的侵蚀；（4）炭化室墙具有良好的导热性能，格子砖具有良好的蓄热能力。第42页，共75页，2023年，2月20日，星期四2、耐火砖的性能与焦炉砖的选择（1）耐火度——指耐火材料在高温下抵抗熔融性能的指标，但不是熔融温度。试验方法：示温熔锥，当锥角与底盘接触时的温度。一般规定：耐火度在1580℃以上者为耐火材料。（2）荷重软化温度——指在一定荷载下产生软化变形时的温度。试验方法：第43页，共75页，2023年，2月20日，星期四3、高温体积稳定性——是指耐火制品长期在高温下使用时，体积发生不可逆变化的性能。耐火砖在制造、烧成过程中由于反应不充分以及晶型转化不完全，当其在高温下长期使用时，由于反应的进一步发生和晶型的进一步转化，引起的残余变形量作为评价高温体积稳定性的标志。试验：将体积为V0的试样，加热到1200~1500℃保温2小时，冷却至室温后测定其体积V，则定义：高温体积稳定性=（V-V0）/V×100，%正值为残余膨胀，负值为残余收缩，也叫重烧膨胀和重烧收缩。第44页，共75页，2023年，2月20日，星期四4、热膨胀性——是指耐火制品随温度升高发生的热膨胀性能。通常用线膨胀率α或体积膨胀率β表示：α=100×（lt-l0)/l0，%

β=100×（Vt-V0)/V0，%式中：l0、V0——室温下试样的原始长度和体积；lt、Vt——升温至t℃时试样的长度和体积。第45页，共75页，2023年，2月20日，星期四第46页，共75页，2023年，2月20日，星期四5、抗急冷急热性（温度急变抵抗性）

——指耐火材料在温度急剧变化时不开裂、不剥落的性质。试验：将耐火砖加热至850℃，然后放入流动的凉水中，如此反复，直至碎裂、剥落下来的部分达到20%，其次数作为抗急热冷性指标。硅砖：1—2次；粘土砖：10—20次；粗粒粘土砖：25—100次。而在600℃以上，硅砖具有良好的抗急冷急热性能。第47页，共75页，2023年，2月20日，星期四6、密度与孔隙

表示方法：第48页，共75页，2023年，2月20日，星期四优质硅砖就是真密度低、体积密度高、气孔率低的硅砖，即：致密硅砖或高密度硅砖。其耐压强度和导热性能均优于普通硅砖。第49页，共75页，2023年，2月20日，星期四7、热导率λ与热扩散率α

热导率λ表示耐火制品导热能力的大小；热扩散率α耐火制品在导热过程中温度变化的能力，它影响耐火制品内层温度分布的均匀性。第50页，共75页，2023年，2月20日，星期四第51页，共75页，2023年，2月20日，星期四8、抗蚀性——指耐火制品在高温下抵抗灰分、气体等侵蚀的能力。9、焦炉各部位用砖

基于以上讨论，现代焦炉的炭化室部位采用荷重软化温度高、导热性能好、抗蚀性强、600℃抗急冷急热性能好的硅砖。斜道区和蓄热室墙的温度虽然低些，但要求砌体严密、负重大，故也采用无残余收缩、荷重软化温度高、与炭化室热膨胀性一致的硅砖。燃烧室头部温度变化较大，可降低到600℃以下，还要经受护炉铁件所施加的压力，宜采用抗热震性好、耐磨性强的高铝砖。格子砖、篦子砖、小烟道衬砖、砖煤气道第一层衬砖、炉顶用砖、以及炉门衬砖、上升管衬砖等应具有良好的热稳定性，而对荷重软化温度要求不高，故采用粘土砖。

第52页，共75页，2023年，2月20日，星期四三、SiO2晶型转变与硅砖特性硅砖含SiO293%以上。SiO2具有多种晶型。其性质各异。第53页，共75页，2023年，2月20日，星期四第54页，共75页，2023年，2月20日，星期四第55页，共75页，2023年，2月20日，星期四四、粘土砖、高铝砖粘土砖是含Al2O335%~48%，SiO252~65%铝硅质耐火材料。高铝砖是含Al2O348%以上铝硅质耐火砖。第56页，共75页，2023年，2月20日，星期四第57页，共75页，2023年，2月20日，星期四第58页，共75页，2023年，2月20日，星期四第59页，共75页，2023年，2月20日，星期四第60页，共75页，2023年，2月20日，星期四第61页，共75页，2023年，2月20日，星期四第62页，共75页，2023年，2月20日，星期四第63页，共75页，2023年，2月20日，星期四第64页，共75页，2023