焦炉热平衡系统的设计.doc

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1、焦炉热平衡系统的设计摘要焦炉是炼制焦炭的窑炉，是炼焦主要的热工设备，焦炉主要生产的是 冶金焦。焦炉采用煤气进行加热，消耗煤气量约占炼焦厂总能消耗的70% 左右。为了节约能源和降低能耗，对焦炉进行热平 衡测试有着重要的意义。焦炉热平衡又称能平衡或能量平衡，它仅分析热量在数量上的平衡。 热平衡的方法又俗称“热诊断”。焦炉热平衡是根据能量守恒定律对进入焦 炉的物料和产出的炼焦产品进行的热量衡算。焦炉热平衡足在焦炉物料平衡和燃烧计算的基础上进行的。物料平衡是对炼焦过程中焦炉系统的进料量和出料量进行的衡算。煤料经焦炉炭化室内结焦过程得到焦炭、焦炉煤气和化学产品等物料，焦炉物料平衡就是对这些物料的量进行测

2、定，列出进出料淸单，根据物质不灭定律进行衡算，求得炼焦产品的产率和损失率，为焦炉热平衡计算提供依据。通过热平衡计算，可具体了解焦炉热量的转移、分配、利用和损失情况，获得焦炉热功效率和炼焦耗热量数据，明确节能途径和方向，为评定焦炉炉型和焦炉热工状况提供依据。关键词：焦炉， 焦炉热平衡， 物料衡算， 焦炉热工效率， 炼焦耗热量AbstractCoke oven furnace refining coke, coke thermal equipment is the main, mainly the production of metallurgical coke oven. Coke oven g

3、as heating, gas consumption volume accounts for about 70% total consumption of coking plant. In order to save energy and reduce energy consumption, heat balance testing of the coke oven has important significance.Heat balance of coke oven is also known as energy balance or energy balance, it is only

4、 in the number of heat balance. Method of heat balance and commonly known as thermal diagnosis. Heat balance of coke oven is a heat balance according to the law of conservation of energy into the coke oven coking products of the material and the output is. Based on the heat balance of coke oven coke

5、 oven and combustion foot material balance calculation. Material balance is the coke oven system in the coking process of feed and discharge amount of balance. Coal coking process coke oven carbonization chamber is obtained by coke, coke oven gas and chemical products and other materials, determinat

6、ion of material balance of coke oven is to those the quantity of material, feeding with the single list, according to the law of conservation of matter to balance, the coke yield and loss rate, and provide the basis for the calculation of heat balance of coke oven. Through the calculation of heat ba

7、lance, we can know the coke oven heat transfer, distribution, utilization and losses from coke oven, thermal efficiency and heat consumption in coking data, a clear energy-saving way and the direction, provide the basis for the assessment of coke oven and the oven heat conditionKey words: Coke oven,

8、 Heat balance of coke oven coke oven, Material balance, Thermal efficiency, Heat consumption in coking关 键 词：【键入中文关键词4-6个，用逗号分开】排版要求：“摘要”二字用四号黑体。“摘要”二字空一行打印内容，内容用小四号宋体。摘要内容下空一行打印“关键词”三字（四号黑体），其后为关键词（小四号宋体），每两个关键词之间空两格。英文摘要题目采用小四号Arial字体，摘要内容均用五号Arial字体。题目，中文摘要，关键词合打一页，英文摘要另打一页。目 录目 录第1章【焦炉整体构造】11.1【现

9、代焦炉的结构】11.1.1【JN型焦炉】11.2【焦炉炉型的分类】1第2章【炼焦炉的机械与设备】22.1【护炉铁件】22.1.1【护炉铁件的作用】22.2【焦炉加热设备】2第3章【焦炉热平衡测试相关理论】33.1 【焦炉物料平衡和热平衡分析】33.1.1 【物料平衡分析】33.1.2 【热量平衡分析】3第4章【键入一级标题】错误！未定义书签。4.1 【键入二级标题】错误！未定义书签。4.1.1 【键入三级标题】错误！未定义书签。4.2 【键入二级标题】错误！未定义书签。第5章 结论4参考文献5致 谢6第1章【焦炉整体构造】1.1【现代焦炉的结构】现代焦炉虽有多种炉型，但都有共同的基本要求：1）

10、 焦并长向和高向加热均匀，加热水平适当，以减轻化学产品的裂解损失。2） 劳动生产率和设备利用率高。3） 加热系统阻力小，热工效率高，能耗低。4） 炉体坚固、严密、衰老慢、炉龄长。5） 劳动条件好，调节控制方便，环境污染少。现代焦炉主要由炉顶区、炭化室、燃烧室、斜道区、蓄热室、烟道区（小烟道、分烟道、总烟道）、烟囪、基础平台和抵抗墙等部分组成，蓄热室以下为烟道与基础。炭化室与燃烧室相间布置，蓄热室位于其下方，内放格子砖以回收废热，斜道区位于蓄热室顶和燃烧室底之间，通过斜道使蓄热室与燃烧室相通，炭化室与燃烧室之上为炉顶，整座焦炉砌在坚固平整的钢筋混凝土基础上，烟道一端通过废气开闭器与蓄热室连接，另

11、一端与烟囱连接口根据炉型不同，烟道设在基础内或基础两侧。1.1.1 【JN型焦炉】1.1 炭化室炭化室是煤隔绝空气干馏的地方，是由两侧炉墙、炉顶、炉底和两侧炉门合围起来的。炭化室的有效容积是装煤炼焦的有效空间部分;它等于炭化室有效长度、平均宽度及有效高度的乘积。炭化室的容积、宽度与孔数对焦炉生产能力、单位产品的投资及机械设备的利用率等均有重大影响。炭化室顶部还设有1个或2个上升管口，通过上升管、桥管与集气管相连。 炭化室锥度：为了推焦顺利，焦侧宽度大于机侧宽度，两侧宽度之差叫做炭化室锥度。炭化室锥度随炭化室的长度不同而变化，炭化室越长，锥度越大。在长度不变的情况下，其锥度越大越有利于推焦。生产

12、几十年的炉室，由于其墙面产生不同程度的变形，此时锥度大就比锥度小利于推焦，从而可以延长炉体寿命。1.2 燃烧室双联式燃烧室每相邻火道连成一对，一个是上升气流，另一个是下降气流。双联火道结构具有加热均匀、气流阻力小、砌体强度高等优点，但异向气流接触面较多，结构较复杂，砖形多，我国大型焦炉均采用这种结构。每个燃烧室有28个或32个立火道。相邻两个为一对，组成双联火道结构。每对火道隔墙上部有跨越孔，下部除炉头一对火道外都有废气循环孔。砖煤气道顶部灯头砖稍高于废气循环孔的位置，使焦炉煤气火焰拉长，以改善焦炉高向加热均匀性和减少废气氮氧化物含量，还可防止产生短路。图1.2 JN 型焦炉斜道区结构图1.3

13、 斜道区燃烧室与蓄热室相连接的通道称为斜道。斜道区位于炭化室及燃烧室下面、蓄热室上面，是焦炉加热系统的一个重要部位，进人燃烧室的焦炉煤气、空气及排出的废气均通过斜道，斜道区是连接蓄热室和燃烧室的通道区。由于通道多、压力差大，因此斜道区是焦炉中结构最复杂，异形砖最多，在严密性、尺寸精确性等方而要求最严格的部位。斜道出口处设有火焰调节砖及牛舌砖，更换不同厚度和高度的火焰调节砖，可以调节煤气和空气接触点的位置，以调节火焰高度。移动或更换不同厚度的牛舌砖可以调节进人火道空气。1.4 蓄热室蓄热室位子斜道下部，通过斜道与燃烧室相通，是废气与空气进行热交换的部位。蓄热室预热煤气与空气时的气流称为上升气流，

14、废气称为下降气流。在蓄热室里装有格子砖，当由立火道下降的炽热废气经过蓄热室时，其热量大部分被格子砖吸收，每隔一定时间进行换向，上升气流为冷空气，格子砖便将热量传递给冷空气。通过上升与下降气流的换向，不断进行热交换。1.5 小烟道小烟道位于蓄热室的底部，是蓄热室连接废气盘的通道，上升气流时进冷空气，下降气流时汇集废气。1.6 炉顶区炼焦炉炭化室盖顶砖以上的部位称为炉顶区，在该区有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔、拉条沟等。烘炉孔是设在装煤孔，上升管座等处连接炭化室与燃烧室的通道。烘炉时，燃料在炭化室两封墙外的烘炉炉灶内燃烧后，废气经炭化室，烘炉孔进入燃烧室。烘炉结束后，用塞子砖堵死烘炉孔。图1.

15、3 JN型焦炉炉顶1.7 分烟道、总烟道、烟囱、焦炉基础平台蓄热室下部设有分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经废气盘，分别汇集到机侧成焦侧分烟道，进而在炉组端部的总烟道汇合后导向烟囱根部，借烟囱抽力排人大气。烟道用钢筋混凝土浇灌制成，内砌勃土衬砖。分烟道与总烟道连接部位之前设有吸力自动调节翻板，总烟道与烟囱根部连接部位之前设有闸板，用以分别调节吸力。焦炉基础平台位于焦炉地基之上。位于炉体的底部，它支撑整个炉体，炉体设施和机械的重量，并把它传到地基上去。图1.4 下喷式焦炉的基础结构型式1.2【焦炉炉型的分类】现代焦炉因火道结构，加热煤气种类及其入炉方式，实现高向加热均匀性的方法不同等分成许多型式

16、。因火道结构形式的不同，焦炉可分为二分式焦炉，双联火道焦炉及少数的过顶式焦炉。根据加热煤气种类的不同，焦炉可分为单热式焦炉和复热式焦炉。根据煤气入炉的方式不同，焦炉可分为下喷式焦炉和侧入式焦炉。 第2章【炼焦炉的机械与设备】2.1【护炉铁件】焦炉砌体的外部应按装护炉设备，如图2-1 。这些护炉设备包括：炉门框和保护板，护炉柱、纵横拉条、弹簧及炉门等。炉门采用弹簧刀边，弹簧门栓、悬挂式空冷炉门，炉门对位时位置的重复性好，弹性刀边对炉门框能始终保持一定压力，防止炉门冒烟冒火。保护板为工字型大保护板，有效保护了炉头免受破坏。炉柱采用单型钢，沿焦炉高向设置七线小弹簧。在纵横拉条的端部设有弹簧组，能均匀

17、地对炉体施加一定压力，保证了焦炉整体结构的完整和严密。 图2.1 护炉设备装配简图 2.1.1【护炉铁件的作用】2.1.1.1 保护板 保护板与炉门框的主要作用是将保护性压力均匀合理地分布在砌体上，同时保证炉头砌体、保护板、炉门框和炉门刀边之间的密封。 2.1.1.2 弹簧弹簧分大小弹簧两种。由大小弹簧组成弹簧组，安装在焦炉机、焦侧炉柱的上下横拉条上。炉柱的高向不同部位还装有几组小弹簧。弹簧能反映出炉柱对炉体施加的压力，使炉柱靠紧保护板，又能控制炉柱所受的作用力，以免炉柱受力过大。炉柱上下弹簧组所受的压力，指示出炉体所受的总负荷。小弹簧所受的压力只能指示出各点负荷的分布情况。2.1.1.3 炉

18、柱炉柱是用工字钢（或槽钢）焊接而成的，也可由特制的方型的空心钢制成，安装在机、焦侧炉头保护板的外面，由上下横拉条将机、焦两侧的炉柱拉紧。上部横拉条的机侧和下部横拉条的机焦两侧均装有大弹簧。焦侧的上部横拉条因受焦并推出时烧烤，故不设弹簧。炉柱内沿高向装有若干小弹簧。炉柱通过保护板和炉门框承受炉体的膨胀压力。即护炉铁件主要靠炉柱本身应力和弹簧的外加力给炉体以保护性压力。炉柱还起着架设机、焦侧操作台、支撑集气管的作用。大型焦炉的蓄热室单墙上还装有小炉柱，小炉柱经横梁与炉柱相连，借以压紧单墙，起保护作用。 2.1.1.4 拉条焦炉用的拉条分为横拉条和纵拉条两种。横拉用 50mm的低碳钢圆钢制成，沿燃烧

19、室长向安装在炉顶和炉底。上部拉条放在炉顶的砖槽沟内，下部拉条埋设在机、焦侧的炉基平台里（见图2-2-5）从一些焦炉上横拉条损坏的情况看，上升管孔，装煤孔等温度较高处，最为严重。这些部位的拉条直径往往变细，上升管附近除温度较高外，还有氨水的腐蚀，故拉条变细更快。拉条变细可由大弹簧的负荷经常变小来发现。为了延长拉条的使用期限，可在上述易损部位增加套管，并对装煤孔、上升管根部等处经常修补、灌浆、严防串漏，冒火烧坏拉条。此外，在出炉操作中应防止在装煤孔和炉顶表面积存余煤，这些积煤燃烧使拉条温度升高。当烧除炭化室墙的石墨时，如炉门不严或装煤口漏气，石墨燃烧产生的热量也会使通过装煤孔附近的拉条温度剧增。炭

20、化室装煤不满，负压操作都会引起上升管结石墨堵塞荒煤气的导出，也使装煤孔处冒烟冒火烧坏拉条。2.1.1.5 炉门与炉门框一般炉门靠横铁螺栓将炉门顶紧，摘挂炉门时用推焦车和拦焦车上的拧螺栓机构将横铁螺栓松、紧，操作时间较长，而且作用力难于控制。弹簧门栓利用弹簧的压力将炉门顶紧，操作时间短，炉门受力稳定，还可简化摘挂炉门机构。弹簧门栓由于不能改变刀边对炉门框的压力，所以常同敲打刀边结合，以求对炉门框的轻度变形或局部积聚焦油渣的适应性。炉门框是固定炉门的，为此要求炉门框有一定的强度和刚度，加工面应光滑平直，以使与炉门刀边严密接触，密封炉门。炉门框安装时，应垂直对正，火直接接触炉柱，起保护炉柱的作用，故

21、不能过矮。生产中，炉门框的刀封面应保持清洁，炉门刀边才能与其严密接触，避免冒烟冒火。四周均匀填好密封材料，并使其压紧。炉门框周边的筋可以减少炉门冒出的烟。 图2-2-13 自封式刀边炉门2.2【焦炉加热设备】焦炉加热煤气设备有煤气管系、煤气预热器、废气盘、煤气交换机。焦炉加热设备的作用是向炼焦炉输送和调节加热用煤气和空气以及排出燃烧后的废气。焦炉采用焦炉煤气加热和混合煤气加热两套系统。加热煤气主管上设有温度、压力、流量的测量和调节装置。各项操作参数的测量、显示、记录、调节和低压报警都由自动控控制仪表来完成。2.2.1.1 煤气预热器 焦炉煤气系统设有煤气预热器，以保证入炉煤气温度的稳定。由于焦

22、炉煤气中含有萘和焦油在低温时容易析出，堵塞管道和管件，故设煤气预热器供气温低时预热煤气，以防冷凝物析出。气温高时，煤气从旁通道通过。煤气预热器一般为列管立式蒸汽加热器，管内走煤气，管间通蒸汽。侧入式焦炉的煤气管系，一般由煤气总管经预热器在交换机端分为机、焦侧两根主管，煤气再经支管，交换旋塞，水平砖煤气道进入各个火道。各种炉型的高炉煤气管系的布置基本相同，由总管来的煤气分配到机焦两侧的两根高炉煤气主管，再经支管，交换旋塞，小烟道进入蓄热室，预热后送入燃烧室的火道。2.2.2 焦炉的煤气管系图2-2-15 JN型焦炉的煤气管系图2-2-16 JN型焦炉入炉煤气管道配置图2.2.3 交换设备下喷式焦

23、炉，焦炉煤气交换旋塞如图2-2-18 。旋塞是入炉煤气设备中的重要部件，要定期清洗，保持严密光滑，保证自由截面畅通。特别是下喷式焦炉的交换旋塞，因为交换煤气和进入除碳空气是在同一旋塞上进行，如旋塞不严，换向时由于除碳空气与泄漏的煤气混合易产生爆鸣，损害炉体。一些厂采用油泵集中往各交换旋塞加稀润滑油，可保证芯子和外壳内表面光滑严密，对消除爆鸣也有明显效果。焦炉煤气旋塞芯子为锥形三通结构，旋塞外壳上与气流垂直的一侧开有与大气相通的除碳孔，当切断煤气时由此孔进入空气，烧除砖煤气道和烧嘴处的石墨。交换搬把后面设有压紧弹簧，并可用其后螺栓调节弹簧压力。高炉煤气的交换旋塞结构与此相似，但芯子是两通的，外壳

24、无除碳孔，且体积较大，旋塞后部无压紧弹簧。 图 JN型焦炉交换系统图 2.2.4 废气盘废气盘又叫交换开闭器，是控制调节进入焦炉的空气、煤气及排出废气的装置。目前国内外有多种型式的废气盘，大体上可分为两种类型，一种是同交换旋塞相配合的提杆式双砣盘型；另一种为杠杆式分别传动的煤气交换砣型。（1）提杆式双砣盘型废气盘 废气盘由筒体及两叉部组成。两叉部内有两条通道，一条连高炉煤气接口管和煤气蓄热室的小烟道；另一条连接进风口和空气蓄热室的小烟道。废气连接筒经烟道弯管与分烟道接通。筒体内设两层砣盘，上砣盘的套杆套在下砣盘的杆芯外面，芯杆经小链与交换拉条连接。用高炉煤气加热时，空气叉上部的空气盖板与交换链

25、连接，煤气叉上部的空气盖板关死。上升气流时，筒体内两个砣盘落下（图2-2-19 ） ，上砣盘将煤气和空气隔开，下砣盘将筒体与烟道弯管隔开；下降气流时，煤气交换旋塞靠单独的拉条关死，空气盖板在废气交换链提起两层砣盘的同时关闭。使两叉部与烟道接通排废气。用焦炉煤气加热时，两叉部的两个空气盖板均与交换链连接，上砣盘可用卡具支起使其一直处于开启状态，仅用下砣盘开闭废气。上升气流时，砣盘落下，空气盖板提起；下降气流时则相反。（2）杠杆式废气盘 与提杆式废气盘双砣型相比（如图2-2-20 ） ，用高炉煤气砣代替高炉煤气交换旋塞，通过杠杆、卡轴和扇形轮等转动废气砣和煤气砣，省去了高炉煤气交换拉条，每一个蓄热室单独设一个废气盘，便于调节。