煤炭深加工与利用论文.docx

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1、煤炭深加工与利用论文煤炭深加工与利用论文 煤炭深加工与利用论文 题 目：年产 专 业：20万吨配煤炼焦工艺设计 煤炭深加工与利用 煤炭深加工与利用论文 1总论 . 4 1.1概述 . 4 1.2炼焦煤种简介 . 4 1.3配煤炼焦意义 . 5 1.4煤场及配煤机械简介 . 6 1.4.1卸煤机械 . 6 1.4.2倒运机械 . 7 1.4.3配煤槽及配煤设备 . 7 1.5预热炼焦工艺 . 7 1.6干法熄焦工艺 . 8 2设计任务依据 . 10 2.1设计任务 . 10 2.2设计目标 . 10 3生产方案确定及生产流程说明 . 11 3.1生产方案确定 . 11 3.2生产流程说明 . 1

2、2 4炼焦用煤的准备 . 14 4.2煤场机械的选型 . 15 4.2.1卸煤机械 . 15 4.2.2倒运机械 . 15 4.3配煤比的确定 . 16 4.4配煤设备和配煤操作 . 18 4.4.1配煤槽 . 18 4.4.2配煤设备 . 18 4.5配煤比的控制 . 19 4.5.1操作要点和配煤比检测 . 19 4.5.2自动配煤 . 20 5工艺计算. 22 5.1原始数据 . 22 5.2原始数据处理与计算 . 23 5.3物料平衡计算 . 26 5.4热量平衡计算 . 29 5.5焦炉的热效率和炼焦耗热量 . 38 6炉型选择. 40 6.1焦炉的构造 . 40 6.1.1燃烧室和

3、炭化室 . 40 6.1.2蓄热室 . 40 6.1.3斜道区 . 41 6.1.4炉顶 . 41 6.2炭化室的中心距 . 41 6.3焦炉的生产能力 . 42 7干熄焦与预热炼焦联合工艺 . 44 8强度校核. 45 8.1炭化室强度 . 45 2 煤炭深加工与利用论文 8.2燃烧室强度 . 45 9设计心得体会 . 46 10重要符号及其单位一览表 . 47 11参考文献 . 50 12致谢. 51 3 煤炭深加工与利用论文 1总论 1.1概述 煤在炼焦炉内隔绝空气加热到1000左右，经过干馏的一系列阶段，最终得到焦炭、化学产品和焦炉煤气。这一过程称为煤的高温干馏或高温炼焦，一般简称炼焦

4、。 炼焦的主要目的是为了获取焦炭，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，特别是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、萘和沥青等。所以炼焦化学工业能提供农业所需的化学肥料和农药，合成纤维的原料苯，塑料和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。 煤由常温开始受热，温度逐渐上升，煤料中水分首先析出，然后煤开始发生热分解，当煤受热温度在350-480左右时，煤热解有气态、液态和固态产物，出现胶质体。由于胶质

5、体透气性不好，气体析出不易，产生了对炉墙的膨胀压力。当超过胶质体固化温度时，则发生粘结现象，产生半焦。在由半焦形成焦炭的阶段，有大量气体生成，半焦收缩现裂纹。当温度超过 650左右时，半焦阶段结束，开始由半焦形成焦炭，一直到 950-1050 时，焦炭成熟，结焦过程结束。 1.2炼焦煤种简介 焦炭是钢铁、化工等工业的重要原料，随着国民经济的快速发展，对焦炭的需求量与日俱增，传统的单一煤种炼焦受储量短缺和推焦困难等因素的影响已被配煤炼焦新工艺所取代。配煤炼焦是把不同煤化程度的煤按比例配合起来，利用各种煤在性质上的互补原理，生产符合质量要求的焦炭。 炼焦煤的特征是具有不同程度的黏结性和结焦性，中国

6、炼焦用煤包 4 煤炭深加工与利用论文 括：焦煤JM、肥煤FM、气煤QM和瘦煤SM以及中间过渡性牌号煤类构成的。对煤化度中等、黏结性极强的烟煤也是炼焦用煤的一种。此外，褐煤、长焰煤和贫煤没有粘结性，单独干馏得不到焦块。在一定条件下可以少量配入配煤中炼焦。 肥煤的干燥无灰基挥发分Vdaf10%37%，胶质层最大厚度y25mm。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

7、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。 贫瘦煤是炼焦煤中变质程度最高的一种，其特点是挥发分较低，粘结性比典型瘦煤差。其干燥无灰基挥发分Vdaf10%20%，粘结指数G512。单独练焦时，生成的焦粉多，配煤炼焦时配入较少比例就能起到瘦化作用，有利于提高焦炭的块度。这种没也可用于发电、机车、民用及锅炉燃料。 气煤是一种煤化程度较低的炼焦煤，结焦性较好，热解时能产生较多的煤气和焦油，胶质体的热稳定性较差。其干燥无灰基挥发分Vdaf37%，粘结指数G65。单独练焦时，焦炭呈细长条且易碎，有较多纵向裂纹，焦炭的抗

8、碎强度和耐磨强度低于其他炼焦煤。在配煤炼焦时配入气煤可增加焦炭的收缩，便于推焦，又可得到较多化学产品。但多配气煤将使焦炭块度降低。由于我国气煤储量大，为了合理利用炼焦煤资源，在炼焦配煤中应尽量多配气煤。有些工厂根据气煤的特性，采用不同的方法炼焦，如捣固、高温快速加热、热压等。 1.3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5 煤炭深加工与利用论文 压力很大，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，把不能单独炼成合格冶金焦的煤

9、，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。 配煤炼焦是以各单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黏煤；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；当煤料较“瘦”或黏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,使得我国的煤炭资源更能够被充分利用,尤其是平顶山地区优质

10、、低灰、低硫、高挥发分、弱黏结性或不黏结性的煤,用平顶山地区的煤作配煤炼焦,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。 可见，配煤炼焦对合理利用煤炭资源、节约优质炼焦煤、扩大炼焦煤源具有重要意义。 1.4煤场及配煤机械简介 焦化厂的配煤炼焦工艺要从煤场开始，来煤的卸车与储存以及单种煤配合成适合炼焦的配合煤的配煤机械的型号选取，诸如此类的都要根据焦化厂的生产规模而定。 1.4.1卸煤机械 翻车机 翻车机的卸煤方式是通过把火车车箱翻转一定角度，从而把煤从车箱内倾倒出来。一般用于大型焦化厂。 螺旋卸车机 螺旋车煤机由两大部分组成；机架及其行走机构，

11、螺旋及其旋转提升机构。各厂使用的螺旋卸车机，按整体形式的不同，大致可分为桥式、门式和单臂式三种。一般用于中型焦化厂。 6 煤炭深加工与利用论文 链斗卸车机 链斗卸车机主要有机架、链斗提升机构和可移动胶带机等三部分所组成。一般用于小型焦化厂。 1.4.2倒运机械 倒运机械用于把卸下的煤料倒运到贮煤场指定位置堆放，以及从贮煤场堆取回送至配煤槽系统。主要的倒运机械有几种: 门式抓斗起重机和装卸桥 桥式抓斗起重机 斗轮式堆取料机 1.4.3配煤槽及配煤设备 配煤槽用来存配煤所需的各种煤料，一般设在配煤设备之上。其数目和容量与煤种及焦化厂的生产规模有关。其中数目一般比煤种多23个，主要考虑煤种的更换及设

12、备的维修，对配煤量大的煤种要同时开两个槽。其容量在大多数情况下，应能保证焦炉一昼夜的用煤量。 配煤设备主要有配煤盘和电磁震动给料机两种。 配煤盘 调节简单，设备运行可靠，其缺点是耗电量大，传动部件多，设备笨重，另外刮煤板要经常清理，不然挂上杂物，影响配煤的准确性。 电磁震动给料机 结构简单，维修方便，布置紧凑、投资省、耗电量小及产量容易调节等优点。其缺点是安装、调整要求严格，若调整不好，进行中将产生噪音，且达不到预期效果。电磁震动给料机在炼焦配煤上广泛使用，使配煤的准确性不断提高。 1.5预热炼焦工艺 装炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到分解前开始前温度，然后再装炉炼焦的工艺过程称

13、为煤的预热炼焦技术。 预热煤炼焦有下述显著效果：提高焦炉生产能力，当煤料预热到200时， 7 煤炭深加工与利用论文 由于堆比重增大，装煤量增加810，由于升温速度加快，结焦时间缩短2530，使焦炉生产能力可提高3540；装炉煤堆密度增大而且均匀化。将煤加热到后，煤颗粒表面的水膜几乎全脱尽，煤自动铺平而且紧密堆积，使装炉煤堆密度增加。 煤预热炼焦与湿煤炼焦的焦炭质量比较 % 表 1.1 项 目 预热煤炼焦 湿煤炼焦 焦炭机械强度M40 72.8 71.3 米库姆转鼓M10 8.0 12.7 焦炭反应性CRI 38.6 44.7 反应后强度CSR 56.1 44.0 4080mm粒级 66.3 5

14、5.3 煤预热是炼焦前对煤料进行预处理的有效措施，该工艺不仅可以脱除煤水分，降低炼焦耗热量，而且可增加装炉煤堆密度。此外，还因煤料加热速度提高及堆密度增加等使塑性层厚度增加，改善结焦性能，煤预热工艺还可以大幅度提高焦炉生产能力，比湿煤炼焦增加焦炭产量。 预热后的煤粉装人由高热导率耐火砖砌筑的薄壁室式焦炉，在低于通常干馏温度下(中低温于馏)推焦，送入干熄炉内再次加热，以获得所需的焦炭质量，提高生产率，改善环境。 1.6干法熄焦工艺 采用惰性气体熄灭赤热焦炭的熄焦方法称为干法熄焦，简称“干熄焦”。炽热的焦炭出炉时温度约1000，由熄焦车运至干熄焦工段，由接焦车和提升机装至冷却塔内，被惰性气体冷却只

15、200左右从底部卸出；惰性气体从冷却塔底部的环形风管及中央风帽处进入，与焦炭进行热交换吸收热焦炭的热量后，温度升至约850作为二次能源，从上部的风口流出，进入锅炉给出热量而重新冷却到约200后，经旋风除尘器，由风机加压后进入冷却塔内冷却后再去冷却红焦炭，循环使用。这一过程实际上是气相与固相的热交换过程，热交 8 煤炭深加工与利用论文 换方式主要是对流传热，辐射传热比例不大。在热交换过程中，焦炭的冷却速度既取决于惰性气体的温度和惰性气体穿过焦炭层的速度，也取决于焦块的温度和外形表面积。因而要提高冷却速度，一是降低入口气体温度，二是增大气体流速。但气体流速过大将使循环风机的电耗量大大增加，因而降低

16、入口气体速度是切实可行的。 干法熄焦克服了湿法熄焦的缺点,具有下列优点: (1)节约能源 干熄焦能从每吨红焦中回收500kg中压蒸汽,对年产冶金焦90万吨的厂家,年回收的热量相当于节省5万吨的标准煤。 (2)提高焦炭质量 冶金焦的M40提高38 % , M10改善0. 31%,并且焦炭块度趋于均匀,可降低高炉炼铁焦比2%左右。 (3)减少了焦尘和有害气体向大气中的扩散污染,有利于环境保护,从而具有明显的社会效益。 干法熄焦可回收80%的红焦显热，平均每熄1吨焦炭可回收3.9MPa、450的蒸汽0.450.6t。由于出炉的红焦显热约占焦炉能耗的35%40%，这部分能量相当于炼焦煤能量的5%。如将

17、其回收和利用，可大大降低冶金产品成本，起到节能降耗的作用。 其次，由于干熄焦能够产生蒸汽并可进一步用于发电，避免了生产相同数量蒸汽的锅炉因燃煤对大气造成污染，尤其减少了二氧化碳、二氧化硫向大气的排放。同时在保持原焦炭质量不变的条件下，采用干熄焦可以降低强粘结性的焦、肥煤配入量10%20%，有利于保护资源并降低焦炭成本。 由于从焦炉推出的赤热焦炭的温度约为1050 其显热占炼焦耗热量的40以上。采用干法熄焦，即利用惰性气体氮气将炽热焦炭冷却，得到600800惰性气体。大部分加热的惰性气体把热量传给锅炉的换热面产生蒸汽，可直接用于发电，实现资源的综合利用。另一部分进行煤预热。降了温的惰性气体再循环

18、使用。从而回收了焦炭显热，提高了炼焦生产的热效率。 9 煤炭深加工与利用论文 2设计任务依据 设计任务的依据是根据设计任务和要求及毕业设计任务书而确定的。 2.1设计任务 煤种选用高硫肥煤：贫瘦煤，以1:4的比例配合，再配入一定的黏结剂煤焦油，高温干馏条件下炼制出达到冶金焦国家二级标准。年工作300天，年处理量为10万吨。 2.2设计目标 1、焦炉大型化炭化室高度4m以上发展； 2、焦炉寿命达XX年以上； 3、合理利用煤炭资源提高非黏结配比生产高强度焦碳； 4、实现焦炭洁净生产； 5、达到冶金焦国家二级标准。 附：国家二级冶金焦标准： 转鼓强度指标 表2.1 M40 68.0 M10 10.0

19、 质量分析指标： 表2.2 项目 水分， 挥发% 分，% 灰分 ，% 硫分 ，% 块度 ， 反应性，% 反应后强度，% 指标 4.0-6.0 1.9 13.5 57 10 煤炭深加工与利用论文 3生产方案确定及生产流程说明 3.1生产方案确定 随着冶金工业的发展，对焦炭的需求量及焦炭的质量都提出了更高的要求。尤其是焦炭需求量的增大，不仅在中国，全世界范围内优质炼焦煤资源已明显感到不足。为节约优质炼焦煤资源，扩大炼焦煤源，而又不降低焦炭质量，故采用配煤炼焦。采用配煤煤种选用肥煤、贫瘦煤，以1:4的比例配合，再配入一定量的黏结剂煤焦油，高温干馏条件下炼制出达到冶金焦国家二级标准。设计年处理量为10

20、万吨，年工作300天。 结合平顶山地区实际情况，平顶山贫瘦煤资源丰富，因此，希望在配煤中多配入贫瘦煤。预热炼焦工艺恰好能满足这一要求，一般散装煤炼焦只能配入35%左右的贫瘦煤，预热法可配入贫瘦煤65%左右。这是由于预热煤炼焦使得煤堆密度增大，煤的一些工艺特性改变。堆密度增大煤粒子自然相互靠近，煤成焦时只需要较少的液相黏结成分即可达到较大的焦块结构强度，因此可用较少的黏结性煤。这正符合我国煤炭资源的特点，正是我们所期望的结果，为此，设计采用预热煤炼焦工艺。 预热后的煤粉装人由高热导率耐火砖砌筑的薄壁室式焦炉，在低于通常干馏温度下(中低温于馏)推焦，送入干熄炉内再次加热，以获得所需的焦炭质量，提高

21、生产率，改善环境。 由焦炉推出的炽热的焦炭的温度约为1000左右，其显热约占炼焦耗热量的38%左右。如果采用洒水湿法熄焦，虽然方法简便，但是损失了这部分高品位的热量，而且耗费了大量的熄焦用水，不仅浪费了水资源而且也污染了环境。采用干法熄焦，即利用惰性气体将炽热的焦炭冷却，得到的热惰性气体用来加热锅炉发生蒸汽，降了温的惰性气体再循环使用，从而回收了炽热焦炭的热量，提高了炼焦生产的热效率。每1吨1000-1100的炽热焦炭的显热约为1.51-1.67MJ干熄焦热量回收率可达80%左右，可产蒸汽400以上。 11 煤炭深加工与利用论文 3.2生产流程说明 配煤炼焦主要由配煤槽，输煤皮带，粉碎机，蒸汽

22、锅炉，焦油储罐等组成。配煤作业时，不同的煤料分别放在不同的煤槽中，根据不同煤种在配煤中的比例来调节煤料量。焦油储罐中的焦油，首先通过蛇形蒸汽管预热，以降低其粘度，便于使用泵来输送焦油。焦油输送管道采用套管，即内管走焦油，外管走高温水蒸气，最外层为绝热夹套，以降低焦油在输送过程中的阻力。最后焦油在出口处由外管水蒸气吹出使焦油雾化，便于均匀的喷洒在煤料上。 预热煤炼焦的主要问题是预热没输送和装炉时的大量烟尘，悬浮的热煤尘在输送过程中可能引起爆炸的危险，故必须采取密封，充惰性气体以及其他自动检测控制等保护性措施。 因此实现预热煤炼焦，关键在于装煤。预热煤装炉的基本要求是： 1） 系统封闭，输送安全，

23、装炉无烟； 2） 结构简单，经久耐用，易实现自动化； 3） 堆密度大，烟尘量小，适应性强。 该设计采用炉顶装煤的重力装炉法，其主要优点是装炉煤的堆密度大。而重力装煤又分为装煤车装煤和埋刮板输送机装煤。此次设计采用的预热煤炼焦工艺是普雷卡邦预热煤炼焦工艺，该工艺中预热煤的输送与装炉系统由计量槽、埋刮板输送机和叉式装煤小车等组成。预热煤用埋刮板输送机送至位于炉组附近的热煤斗槽后，经旋转阀进计量槽，称量后的预热煤由此经架在炉顶上方的埋刮板机，送至预定装煤的炭化室上方，再经叉式装煤小车上的溜槽装入炭化室内，溜槽下端用导套与装煤孔密封连接，炭化室内煤线高度用探针测量。当达到预定装煤高度时，埋刮板机自动停

24、止，结束装炉。工艺流程图附图2。 干法熄焦装置主要有冷却槽，废热锅炉，惰性气体循环系统和环境保护系统构成。焦炭从炭化室推出，落在焦罐里，焦炭温度可达1050。焦罐由提升机提到干熄室顶部，这时将冷却室上部的预存室打开，焦炭进入室中。在室中的焦炭放出的气体进入洗涤塔，然后收集，避免有害气体进入大气。进料室为锁斗式，进了后上部关闭，下12 煤炭深加工与利用论文 部打开，焦炭下移到冷却室。在冷却室中，炽热的焦炭被气体冷却到200左右排出。冷却气体由鼓风机送入，在冷却焦炭的同时，气体温度升高，出口气体温度可达800，进入废热锅炉，发生高压蒸汽。气体经过两级旋风除尘后，再由鼓风机循环到冷却室中。工艺流程图

25、如附图2。 本次设计实用新型涉及一种干法熄焦炉充氮装置，其包含一氮气输入总管，该氮气输入总管连接一环行管道，该环行管道上设置有若干喷嘴。喷嘴的直径不同，离氮气输入总管近的喷嘴直径比离氮气输入总管远的喷嘴要大。干法熄焦炉充氮装置安装干熄炉的最底部。其能在循环风机因故障停止运转时，提高充氮的均匀性及有效性，达到冷却室内焦炭温度纵向的合理分布，避免冷却室内因焦炭高温区下移而发生自燃现象 错误！未指定书签。焦化厂的煤粉和焦炉煤气容易燃烧甚至爆炸，因此设计中电器设备一律选用隔爆式电气设备，各设备均要有接地线、跨接线等防静电设施及防雷设施。此外，生产中还应注意以下问题： 厂内禁止使用明火，禁止吸烟，禁止使

26、用铁器敲打设备机动车辆和外来人员不经允不得进入厂区； 生产人员必须熟悉相关岗位消防设施的种类及存放位置，并能熟练正确使用，了解现场物料的性质； 生产人员在生产过程中要及时检查，消除漏点； 13 煤炭深加工与利用论文 4炼焦用煤的准备 焦化厂用煤量很大，对于一座34孔的JN4380型焦炉，昼夜用煤量为： Q=nKGh2413418.891.0724=970t/24h17 t=式中 n焦炉的座数； K每座焦炉孔数； G每孔炭化室的装煤量； h焦炉紧张操作系数，一般为1.07； t周转时间，h。 对于含水10%的湿煤，则上述的昼夜用湿煤量为：970/0.9=1078t/24h 4.1备煤车间工艺流程

27、确定 图4.1 配合粉碎工艺流程示意图 备煤工艺根据原料煤的岩相组成、性质及其他具体情况，可采用配合粉碎和各种煤先单独粉碎再配合两种流程。它们在接受和贮存上基本相同，但在煤的配合与粉碎上则有先后顺序的差别。先配后粉碎工艺流程图如图1。 该种流程的优点是：工艺简单，布置紧凑，操作方便，粉碎后不需再设混合设备。缺点是当各单种煤的硬度差别较大时，粉碎粒度不均匀，对焦炭质量有一定的影响。鉴于我选的几种煤硬度相差不大，选用种备煤工艺。 14 煤炭深加工与利用论文 4.2煤场机械的选型 4.2.1卸煤机械 卸煤机械的卸煤能力按一次进厂原料的车辆数和允许的卸车时间来确定，并保证达到考虑来煤不均衡系数在内的日

28、卸煤量的要求。即卸煤能力不小于： Q1=G1 t/h T2式4.1 式中 G1进厂列车的总载重量。一列车的载重量用车皮数来决定，一般20万吨以下焦化厂为15辆。 T2协议规定的卸一列车的时间，一般规定为34h。 卸煤机械的日卸煤能力“A”应不小于： A=KaQr ， t/24h 式4.2 式中 Ka 来煤不均衡系数，一般中小型焦化厂取1.5. Qr焦化厂日用湿煤量，t/24h 该设计选用134孔JN4380型焦炉，每次进厂原煤车皮数为15辆，每辆载重45t，则卸车能力应大于： Q1=G1/T2=1545/4=168.75t/h 则选用卸煤能力为200t/h的链斗卸车机一台即可满足要求。 要求卸煤机械的日卸煤能力不小于： A=10781.5=1617t/24h 则链斗卸车机的昼夜操作时数最多为： 1617/200=8.085h/台 考虑到设备检修等因素，卸煤机卸的有效操作时间一般不应超过16h，故符合要求。 4.2.2倒运机械 倒运机械的能力一般按焦炉的日用煤量的30%有来煤直接进配煤槽，70%通过贮煤场倒运进行计算。来煤不均衡系数同前。即倒运机械的能力应能在规定的设备昼夜有效操作时间内完成全部倒运任务。 15 煤炭深加工与利用论文 倒运机械的昼夜最大操作