化工研究生开题报告

化工研究生开题报告精选化工讨论生开题报告

一、选题背景

1.1课题的提出及意义

钢铁工业迅猛进展，必定导致焦化企业快速扩张。据统计，我国xx年焦化企业共生产焦炭33554万t[1]，而80%的产量是采纳湿法熄焦工艺装置。在湿法熄焦过程中产生大量的蒸汽排到大气中，其蒸汽中含有hcn、h2s、nh3、酚类及粉尘等大量有害物质[2]严峻污染了环境，不仅有大量的热能被白白铺张，而且消耗了大量的熄焦水，另外对焦炭质量也有影响。随着世界能源短缺的不断加剧[3]和我国能源需求的快速增长，以及国家环保法规的不断完善，特殊是对工业企业环境治理要求的不断提高，干法熄焦的节能和环保优势必定会得到充分发挥，焦化行业普及推广干熄焦技术势在必行。

与湿法熄焦相比干熄焦的特点如下：

(1)回收红焦显热

采纳干熄焦可回收约80%的红焦显热，平均每熄1吨焦炭可回收3.9mpa、450℃蒸汽0.5t以上[4]，兴旺国家可产0.6t左右。日本新日铁株式会社曾对其企业内部包括干熄焦、高炉炉顶煤气压差发电等全部节能工程效果进展过分析，结果干熄焦装置节能占总节能的50%。

(2)削减环境污染

炼焦车间采纳湿法熄焦，每熄1吨红焦炭就要将0.5t含有大量酚、氰化物、硫化物及粉尘的蒸汽抛向天空，严峻地污染了大气及四周的环境[5]。这局部污染占炼焦对环境污染的三分之一。干熄焦则是利用惰性气体，在密闭系统中将红焦熄灭，并配备良好的除尘设施，根本上不污染环境。

(3)改善焦炭质量

干熄焦与湿熄焦相比，焦炭m40提高3-8个百分点，m10改善0.3-0.8个百分点[6]这对降低炼铁本钱，提高生铁产量极为有利，尤其对采纳喷煤粉技术的大型高炉效果更加明显。国际上公认:大型高炉采纳干熄焦焦炭可使其焦比降低2%，使高炉生产力量提高1%。

干熄焦与湿熄焦相比，的确存在着投资高及本身能耗高的问题，这是制约我国干熄焦技术进展的主要因素，也是我们始终想解决的问题。但干熄焦带来的经济效益、环境效益和节能效果完全可以抵消其投资高及本身能耗高带来的缺乏[7]

但近几年来，干熄焦工程推广进度并不快，全国需改造成干熄焦的焦炉约2200座左右，而至今投产的却缺乏100座[8]其缘由虽然许多，但干熄焦的耐火材料达不到设计和使用年限，损毁严峻，迫使干熄炉停产检修而造成业主经济损失是一大制约因素[9]。

干法熄焦简称干熄焦(cokedryquenching，简称cdq)是相对于用水熄灭酷热焦炭的湿熄焦而言的，其根本原理[10]闭路的循环系统内，利用惰性的循环气体，在干熄炉内与红焦换热从而冷却焦炭。汲取了红焦热量的惰性循环气体将热量传递给干熄焦锅炉产生中压(或高压)蒸汽，用于发电或供热。被冷却的惰性循环气体再由循环风机鼓入干熄炉冷却红焦。干熄炉构造图如图1所示。

图1干熄炉构造图

干熄焦耐火材料主要用于干熄炉、一次除尘器等受冲刷和磨损的部位。初期的干熄炉和一次除尘器工作面层所采纳的耐火材料仅是一种一般的耐火砖，从运行状况来看，干熄炉斜道区、冷却段耐火砖断裂、掉砖和磨损特别严峻，每年的正常修理已无法保证干熄炉生产的需要，1年后就需大修更换[11]，耐火材料存在的诸多问题严峻影响着干熄焦后续生产的正常进展。

1.2干熄焦技术国内外现状

1.2.1国内干熄焦现状概述

宝钢1985年从日本新日铁引进4套75t/h干熄焦装置用于焦化生产，这是我国首次使用干熄焦装置。经过多年使用，设备运行良好，改善了焦化厂环境，经济效益高，各项指标都超过设计水平[12]。

鞍钢1号干熄焦系统是鞍钢1、2号焦炉的配套工程[13]，也是鞍钢重点环保技改工程，采纳目前国内最新型的干熄焦技术，是世界上工艺及设备最先进的干熄焦工程之一。鞍钢干熄焦工艺流程由干熄和循环气体两大局部组成，最大处理力量和排焦力量分别为140t/h和155t/h，年处理焦炭达100万t，设备国产化率到达90%以上。

武钢焦化公司干熄焦系统是武钢重点环保效益工程[14]，焦炭干熄率到达93%以上。为使干熄焦装置尽快达产，武钢在引进先进工艺的根底上，自主开发兼容三电一体化的电器仪表掌握系统，可使电机车定位精度到达±10mm水平。

攀钢干熄焦系统是攀钢焦炉异地大修工程重要配套工程之一，其处理力量为145t/h，主要设备国产化，整体系统包括干熄炉、锅炉、除尘系统以及相配套的各种设备，xx年4月开头按干熄率为100%组织生产[15]。

济钢6、7号焦炉150t/h干熄焦工程引进了新日铁的最新技术，国内首家采纳高温高压自然循环锅炉，采纳多项国内先进技术，产汽量86.3t/h，年干熄焦炭112万t，发电17600万kw•h，是目前国内规模最大的干熄焦装置之一[16]。

另外，唐钢、包钢、沙钢、莱钢、杭钢及本钢等相应的干熄焦工程也已投产运行。

1.2.2国外干熄焦现状概述

工业化干熄焦装置虽然最早由乌克兰创造，但由于其设备处理力量、自动化掌握水平及环境爱护措施方面没有多大改良，因此其技术领先地位被在这些方面有很大突破的日本所取代。

日本的新日铁、nkk等公司建立的干熄焦单炉处理力量均到达200t/h以上，远远超过乌克兰的70t/h。他们在装焦装置上采纳料钟布料，改良了鼓风装置位置和构造，采纳旋转密封阀式连续排焦和旋转焦罐接焦等措施。在循环系统增加了节能设施，使气料比由1500时/t焦降至1200m3/t。这不但使单炉处理力量得以提高，而且大大降低了装置运行费用。在自动掌握方面，实现了三电一体化，作到了全自动无人操作。

除尘方面采纳了地面站、实现了无尘操作，日本的干熄焦技术不仅在日本被普遍采纳，而且打人了德国和韩国以及我国市场。

二十世纪80年月以来，德国tsoa公司胜利地将水冷栅和水冷壁置人干熄炉，并将干熄炉断面由圆形改为方形，同时在排焦和干熄炉的出气方式上进展了根本改良，使焦炭在干熄炉中下降及气流在干熄炉中上升实现了匀称分布，大大提高了换热效率，使气料比降至1000m3/t以下，进一步降低了装置的运行费用。

同时，传统干熄焦工艺中的一次除尘器被省去，整个循环系统大大简化并削减。自动掌握方面，tsoa干熄焦同样实现了无人操作。tsoa干熄焦不仅在德国，而且在韩国和中国台湾也得到了应用。

1.3干熄焦用耐火材料概述

在cdq展初期，由于cdq耐火材料的使用温度不高(1000℃~1200℃)，人们未对其重视，考虑到cdq用耐火材料使用环境与高炉炉身环境相像，所以采纳与高炉炉身部位使用的耐火材料大致等同的材质，各国均采纳了粘上质耐火材料。然而，随着焦炭高生产率的进展，冷却形式的变化和余热的回收带来的操作变化(如喷气，喷雾等增加热回收)，耐火材料的使用条件变得更加苛刻，单纯的粘上制品已不能满意需要，讨论cdq用专用耐火材料已成为必需。日本学者于八十年月研制出cdq车及内衬用耐火材料，并取得了专利。其运焦车用耐火材料为用硅酸盐或si3n4结合的sic火材料，主成分sic本身具有高耐磨性和高的热传导率，并且在1000℃下并不会由于氧化而降低制品的热震稳定性、耐磨性。即使高温下sic气接触氧化形成sio2降低制品的性能。

1.4延长干熄焦耐火材料使用寿命的讨论现状

沙钢焦化厂2*140t/h干熄焦工程是焦化一期、二期1-4号jn60-6型焦炉的配套工程，其运行一年后停炉年修时对炉内进展了认真检查，发觉斜道区局部牛腿砖不同程度消失断裂、脱落、变形等现象，冷却段耐火砖存在不同程度的磨损现象，平均磨损量在40mm左右，最大为80mm。沙钢工作人员虽然对干熄炉进展了换砖修复，但是再次停炉检修时发觉上述现象仍旧存在，可见换砖修复未能取得良好的效果[17]。

鞍钢化工总厂一、二、三期干熄焦工程分别于xx年10月、xx年12月和xx年10月投产运行，鞍钢在年修期间发觉，干熄炉砌体和一次除尘膨胀节的实际磨损特别严峻，表现为砖体损坏、塌沉、脱落等，尤其是预存段和冷却段之间的局部，几乎没有完好的调整砖。鞍钢的工作人员更换了大约三分之一的耐火材料，但实际效果并不是很好[18]。

杭钢75t/h干熄焦工程工程于xx年5月19日竣工投产，xx年12月对干熄焦装置进展首次停产年修时发觉，32个斜道牛腿砖正面及两侧面消失不同程度的裂纹，斜道牛腿侧面砖缝消失拉裂，牛腿砖两侧面因气流冲刷成坑状磨损，冷却段局部衬砖外表消失不同深度的孔洞，有层状剥落现象。杭钢工作人员对干熄炉斜道区进展换砖修复，对冷却段使用高强耐磨浇注料(as-1)进展整体浇筑,浇筑厚度100mm,浇筑高度2.8m，但并未取得良好的效果[19]。

马钢干熄焦装置在运行投产一年后的停炉大修中发觉，斜道牛腿侧面产生裂纹，正面直缝消失大的开裂，且局部耐火砖有断裂的现象。鉴于此，马钢工作人员实行了提高关键部位耐火材料强度指标，在斜道牛腿处采纳整砖砌筑以加强抗拉强度等措施来延长干熄焦耐火材料的使用寿命，但效果并不明显[20]。

武钢焦化的干熄焦装置从xx年12月投产至xx年3月，不到3年的时间进展过3次停炉检修。检修缘由均为36个斜道支撑梁不同程度地存在耐火砖疏松、断裂和脱落等现象，预存段过梁砖多处消失下沉、断裂、破损。xx年3月再次检修时，实行了改良砖型构造、选用优质塞隆结合碳化硅砖、提高耐火泥浆常温黏结强度等措施，对斜道36根支撑梁和过梁进展解体重砌后投入使用。于xx年9月进展正常停炉年修时观看，尚未发觉掉砖等严峻现象，但依旧有问题存在，检修效果一般[21]。

耐火材料严峻损坏迫使干熄焦装置频繁停产检修，造成业主本钱持续增加[22]以，延长干熄焦耐火材料使用寿命的问题正受到世界各国越来越多的重视。

以往延长干熄焦耐火材料使用寿命的讨论只是针对某一方面进展，具有很大的片面性。但事实上，造成干熄焦耐火材料损坏的因素繁多，例如：(1)干熄焦装置整体构造设计不合理;(2)不能合理的选择耐火材料;(3)耐火材料及耐火泥本身的质量问题;(4)由于种种缘由，不能严格按要求砌筑;(5)烘炉不当;(6)耐火材料所处的工况不稳;(7)对耐火材料维护不当等[23]火材料存在的诸多问题严峻影响着干熄焦后续生产的正常进展。

延长干熄焦耐火材料的使用寿命是一项系统工程，本文通过仔细分析干熄焦各个部位耐火材料损坏的缘由，制定相应的措施来延长干熄焦耐火材料使用寿命。

二、讨论方案

2.1主要讨论内容

找出影响干熄焦耐火材料使用寿命的因素，仔细分析造成干熄焦耐火材料特别损坏的缘由。对耐火材料使用前后、使用期间的物理化学性能采纳电镜、xrd、抗压强度等方法进展表征，对延长干熄焦耐火材料使用寿命的方案进展优化，使其到达最优结果。

2.2目标

通过仔细分析宣钢焦化厂干熄焦各个部位耐火材料损坏的缘由，同时借鉴以往的实践阅历，结合本工程实际状况制定相应的措施来到达延长干熄焦耐火材料使用寿命的目的。

2.3方法手段

对耐火材料使用前后的物理化学性能采纳电镜、xrd、抗压强度等方法进展表征。

2.4改良及创新

对于延长干熄焦耐火材料使用寿命的讨论，国内对其讨论的很少，国外对其讨论的也不多。

以往对延长干熄焦耐火材料使用寿命的讨论只是针对某一方面进展，具有很大的片面性，而本文则是通过仔细分析造成干熄焦耐火材料损坏的缘由，采纳电镜、xrd、抗压强度等方法对耐火材料进展表征，提出延长其使用寿命的措施。