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1、第三章 炼焦炉及生产过程,第一节 焦炉炉体结构与设备第二节 焦炉炉型介绍第三节 焦炉的生产能力和发展方向第四节 炼焦炉生产操作第五节 焦炉的热工评定,第一节 焦炉炉体结构与设备,一、焦炉的主要结构二、焦炉炉型划分三、焦炉筑炉材料四、焦炉设备,一、焦炉的主要结构,炼焦炉的结构可划分为炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区和炉顶区等几部分，蓄热室以下的部位为焦炉的基础（图3-1）。图3-1 JN型焦炉及其基础断面示意图 1-装煤车；2-磨电架线；3-拦焦车；4-焦侧操作台；5-熄焦车；6-变换开闭器；7-熄焦车轨道基础；8-分烟道；6-仪表小房；1O-推焦车；11-机侧操作台；12-集气管；13-吸气管；
2、14-推焦车轨道基础；15-炉拄；16-基础构架；17-小烟道；18-基础顶扳；19-蓄热室；20-炭化室；21-炉顶区；22-斜道区,1、炭化室和燃绕室,焦炉的炭化室是一个带锥度的长方形空间。炭化室的顶部有加煤孔和荒煤气出口，炭化室的两端装有可打开的炉门。为了减少推焦的阻力，防止损坏炉墙，炭化室的焦侧比机侧略宽，此宽度差称为炭化室的锥度。为了使荒煤气顺利导出，炭化室内的装煤高度(由平煤杆拉平的煤线至炭化室底面距离)低于炭化室的总高，装煤高度称为炭化室的有效高度。炭化室在长度方向上，由于炉门衬砖伸入炉内，使实际装煤空间的长度（即有效长度）比炭化室的全长略小。炭化室的有效容积为有效长、平均宽和有
3、效高度三者的乘积。在焦炉的实际命名中，往往以炭化室的高度尺寸反映炭化室的大小及焦炉的规模，如我国的JN43-80型焦炉,其炭化室总高度尺寸为4.3m。,焦炉的炭化室与燃烧室相间排列，燃烧室长度与炭化室相同，在宽度上具有与炭化室锥度大小相同方向相反的锥度，即燃烧室的机侧宽度比焦侧宽度大，这样炭化室机焦两侧的中心距是相同的。燃烧室内的顶端空间高度低于炭化室顶的高度，二者间的差值称为加热水平高度。焦炉设置加热水平的目的是防止对炭化室顶部空间加热过度，在保证焦饼上下均匀成熟的前提下，控制煤干馏热解产物的二次热解，提高化学产品的质量和产率。加热水平高度H与煤线距炭化室顶距离h(大型焦炉取300mm)、煤
4、料垂直收缩量h(一般为炭化室有效高度的57)有关，可用下面经验公式确定。H=h+h+(200300)mm(3-1),1、炭化室和燃绕室,现代焦炉的燃烧室由若干垂直的立火道组成，立火道底部有供煤气或空气的入口(或废气出口)。为了便于观察、测温和调火，每个立火道都有一个看火孔引向炉顶。立火道之间的相互连接方式有多种类型，立火道始终是分成两大组，当一组立火道供煤气和空气燃烧时，另一组立火道则排燃烧产生的废气，每隔一定的时间，两组立火道的气流进行交换以维持加热的均匀,同时也满足焦炉设置蓄热室的要求。燃烧室与炭化室之间的隔墙称炉墙，焦炉在生产时，炉墙燃烧室侧的平均温度约1300，炭化室侧的墙面可达110
5、0以上。在此高温下，墙体还要承受一定的侧向推力和上部的重力，要求墙体结构上要防止干馏煤气泄漏、导热性能要好，整体结构强度要高，为此现代焦炉的炉墙普遍采用带舌槽的异型硅砖砌筑。,1、炭化室和燃绕室,燃烧室与炭化室处的砖结构示意见图3-2。,图3-2 燃烧室与炭化室的结构 1-炭化室；2-炉头；3-隔墙；4-立大道,2、蓄热室,蓄热室的作用是回收高温废气的废热，预热燃烧所用空气或煤气。蓄热室位于焦炉炉体的下部，现代焦炉几乎都采用横蓄热室，横蓄热室与炭化室和燃烧室平行，内部一般都设置中心隔墙，将每个蓄热室分成机侧和焦侧两部分。蓄热室由顶部空间、格子砖、蓖子砖、小烟道以及主墙、单墙和封墙构成(图3-3
6、)，对于下喷式焦炉，主墙内设有垂直砖煤气道。,图3-3 JN型焦炉的蓄热室（小烟道）1-主墙；2-小烟道粘土衬砖；3-小烟道；4-单墙；5-蓖子砖；6-隔热砖,2、蓄热室,蓄热室主要靠格子砖交替地吸热和放热起到回收热量的作用。当蓄热室内通入下降的高温废气时，格子砖被废气加热，下一个周期，改变蓄热室内的气流方向，变成上升气流，通入空气或煤气，这时被加热了的格子砖又对空气或煤气进行加热，使其温度达1000以上，这样，一座焦炉必须是半数蓄热室处于下降气流，半数蓄热室处于上升气流，每隔2030min进行一次气流交换。处于下降气流的蓄热室压力小于处于上升气流的蓄热室压力，这就要求分隔异向气流蓄热室的隔墙
7、必须严密，对于两分式火道结构的焦炉，该隔墙是中心隔墙，而对于双联火道结构的焦炉，主墙是分隔异向气流的隔墙。,2、蓄热室,由于主墙分隔异向气流，主墙两侧的静压差大，煤气容易串漏，而且主墙还是焦炉下部的承重墙，这就要求主墙具有足够的强度，气密性好。单墙的作用是将蓄热室分成两个窄的蓄热室，分别用于预热空气和煤气，因为煤气和空气属同向气流，压差小，因此对单墙的密封要求比对主墙的要求略低，且不要求单墙承重。对于单热式焦炉或两分火道结构的焦炉，蓄热室不设单墙。蓄热室机侧和焦侧的两端是封墙，封墙的作用是密封和隔热，焦炉生产时，蓄热室内为负压，若封墙不严会导致空气漏入蓄热室。,2、蓄热室,蓄热室的底部是小烟道
8、，其作用是将的空气或煤气均匀分配进入蓄热室和汇集并排出从蓄热室下降的废气。由于此处的温度变化剧烈，硅砖小烟道内一般衬以粘土砖。在小烟道的顶部是篦子砖，其作用是支撑蓄热室内的格子砖，并通过篦子砖上的分配孔将气流沿蓄热室长向均匀分布。蓄热室内放置的格子砖分条形和异形两种，现代焦炉都采用薄壁异型多孔格子砖。焦炉使用高炉煤气加热时，含尘量应控制在15mgm3以下，并定期使用压缩空气在蓄热室处于下降气流时进行吹扫。蓄热室的温度变化大，格子砖采用粘土砖。,2、蓄热室,3、斜道区,斜道区位于蓄热室和燃烧室之间，斜道是连接燃烧室立火道与蓄热室的通道，不同结构类型的焦炉斜道区结构差异很大。燃烧室的每个立火道都与
9、两个斜道和一个砖煤气道相连。下喷式砖煤气道从蓄热室主墙经斜道区进入火道，侧入式焦炉是在斜道区设有水平煤气道，煤气分别由机焦两侧引入分配到各个火道。对于双联火道结构的焦炉，每个燃烧室需要与下方的4个蓄热室相连接，故斜道区复杂，是焦炉使用砖型最多的区域。,斜道区的温度达10001200，所以在设计和砌筑斜道区时，必须考虑硅砖的热膨胀性，在每层砖内都留有膨胀缝，缝的方向平行于抵抗墙(砌炉时缝内应充填可燃尽材料)，当焦炉烘炉开工时，靠膨胀缝吸收焦炉斜道区的纵向热膨胀。图3-4JN型焦炉斜道区构造示意图。图3-4 JN型焦炉斜道区构造图,3、斜道区,由于斜道倾斜，为防止积灰造成堵塞，斜道的倾斜角应小于3
10、0。斜道的断面收缩角一般应小于7，以减少其阻力。同一火道内两个斜道出口的中心线交角应尽可能小，以利于气流平稳拉长火焰。对于靠改变斜道口的调节砖的位置或改变调节砖厚度来改变出口断面大小，调节贫煤气量和空气量的炉型，斜道的出口收缩，使上升气流时斜道口阻力占整个斜道阻力的75，这样可增加调节的灵敏性。,3、斜道区,4、炉顶区,炭化室盖顶砖以上部位为炉顶区(图3-5)，该区砌有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔以及拉条沟等。为减少炉项散热，炉顶不受压部位砌有隔热砖。炉顶区的实体部位设置平行于抵抗墙的膨胀缝，烘炉孔在焦炉转为正常加热投产时用塞子砖堵死。为防止雨水对焦炉表面的侵蚀，炉顶表面用耐磨性好的缸砖砌
11、筑。,图3-5 JN型焦炉炉顶区构造图1-装煤孔；2-看火孔；3-烘炉孔；4-挡火砖,4、炉顶区,5、焦炉基础和烟道,焦炉的基础位于炉体的底部，支承整个炉体、炉体设备和焦炉机械的重量，并把重量传到地基上。焦炉基础的结构形式随炉型和加热煤气供入方式而不同，下喷式焦炉的基础有地下室（参见图3-1），它是由底板、顶板和支柱组成，整个焦炉砌在焦炉顶板平台上。浇顶板时，按焦炉膨胀后的尺寸埋设好下喷煤气管接口。烟道位于地下室的机焦两侧，在炉端与总烟道相通，再汇人烟囱根部。在分烟道和总烟道汇合处，设有吸力调节翻板。,焦炉的两端设有抵抗墙，其作用是约束焦炉组的纵向膨胀，在烘炉过程中，由于抵抗墙的制约，当砖体膨
12、胀时，膨胀缝发挥“吸收”作用。抵抗墙有平板式和框架式两种结构，现多采用框架式。焦炉的纵向膨胀在实体的部位产生，温度较高的斜道区膨胀产生的推力最大。为此在抵抗墙的结构上，在炉项区和斜道区设有水平粱，增大抵抗墙的抵抗能力。在焦炉顶部设有纵拉条，加强抵抗墙的抗弯曲能力，约束抵抗墙的柱顶的位移。,5、焦炉基础和烟道,为了降低基础顶板的温度。在焦炉砌体与基础顶板之间，一般砌有46层红砖隔热，由于焦炉砌体没有预留横向的膨胀缝，这样当焦炉烘炉时，顶板上的焦炉砌体必然向两侧膨胀而产生滑动，为了利于这种膨胀产生的滑动，在砌筑焦炉之前，在隔热层上沿机焦两侧向中心铺置一定宽度的滑动层，然后再进行炉体砌砖。焦炉的基础
13、与相邻的构筑物之间留有沉降缝，以防止因地基承压力不同，各部位的承重差异导致产生沉降差，拉裂基础平台。,5、焦炉基础和烟道,二、焦炉炉型划分,现代焦炉炉型可以按多种方法加以划分，不同结构的焦炉其主要区别在于下列几方面：燃烧室火道结构、对加热用煤气种类的适应性、加热煤气供入方式、蓄热室的布置方式和改善高向加热均匀性的措施等。,1、按燃烧室火道结构形式划分,按火道结构型式划分，焦炉分为水平火道和立火道两大类，水平火道在现代焦炉中已基本不再采用。立火道焦炉又分为两分式、四分式、跨顶式、双联式等类型，其中以两分式和双联式火道结构的焦炉应用最广，也是国内的主要焦炉炉型。两分式焦炉的特点是在立火道上方砌有水
14、平集合焰道(图3-6b)，燃烧室的立火道分成机侧和焦侧两组，并由顶部水平集合焰道连接。在一个交换周期内，一组立火道供空气和煤气加热，另一组立火道排废气，交换后气体流动方向变换。,图3-6 焦炉火道结构型式示意图 a-水平式；b-两分式；c-四分式；d-双联式,1、按燃烧室火道结构形式划分,四分式焦炉(图3-6c)燃烧室用隔墙分成两半，这样每个燃烧室有两个水平焰道。在一个交换周期内，外边两组立火道进行加热，里边两组立火道走废气，交换后，里面的两组立火道加热，而外边的两组立火道走废气。跨顶式焦炉(图3-6d)的特点是，相邻的两个燃烧室由跨过炭化室顶部的大焰道相连，跨顶焰道两则由34个立火道为一组的
15、上部短集合焰道连接。在一个交换期内，一个燃烧室的所有立火道进行加热，而相邻燃烧室的所有立火道排出废气。交换以后改变气流方向。对于整个焦炉来说，始终有一半燃烧室在加热，另半数燃烧室排废气。,1、按燃烧室火道结构形式划分,双联式火道结构的焦炉(图3-6e)，其特点是，燃烧室中每个单数火道与相邻的下一个双数火道联成一对，形成所谓的双联。在每对双联的立火道隔墙上部有一个跨越孔相通，在一个交换周期内，如果某个燃烧室的双数立火道加热，则单数立火道排废气，换向改变加热方向后，变成该燃烧室的单数立火道加热，而双数立火道排废气。目前国内建设的焦炉，火道主要采用双联和两分结构。大型焦炉均采用双联火道结构。,1、按
16、燃烧室火道结构形式划分,2、按对加热用煤气种类的适应性划分,焦炉加热用的煤气通常分成两大类：富煤气即焦炉煤气和贫煤气。贫煤气主要包括高炉煤气、发生炉煤气等。焦炉煤气的热值高，供焦炉加热时不需经蓄热室预热。而高炉煤气或发生炉煤气加热焦炉时，必须经蓄热室预热。焦炉的加热系统若只能使用富煤气加热，这种焦炉称为单热式焦炉。加热系统既可用富煤气加热，又可用贫煤气加热，这样的焦炉称为复热式焦炉。复热式焦炉有两套煤气供入系统，分别提供焦炉煤气和贫煤气。当采用贫煤气加热时，煤气须经蓄热室预热。国内的大中型炼焦厂在建设焦炉时，一般选择建设复热式焦炉，通过向焦炉提供低热值煤气加热，顶替出焦炉煤气，增加城市煤气供应
17、。对于冶金企业焦化厂，为了回收利用高炉煤气加热，同样推荐建设复热式焦炉。,3、按加热煤气供入方式划分,按焦炉加热煤气供入加热系统的方式不同，焦炉可分为以下几种：1）富煤气下喷式焦炉；2）富煤气侧入式焦炉；3）贫煤气侧入式焦炉；4）富煤气、贫煤气及空气全下喷式焦炉。,在下喷式焦炉中，富煤气由焦炉下部经蓄热室主墙内的垂直砖煤气道进入立火道。贫煤气和空气从焦炉下部基础顶板进入蓄热室分格，气体出口位于小烟道的篦子砖上方。侧入式焦炉中，富煤气从焦炉斜道区的沿燃烧室全长设置的水平砖煤气道分配进入立火道。水平砖煤气道可以由一侧进气，也可以两侧进气。在两侧进气的情况下，煤气道分成两段。对于双联火道结构的焦炉而
18、言，在每个燃烧室下部有两个水平砖煤气道，其中一个与双号立火道相连，另一个与单号相连。对于两分火道结构的焦炉，燃烧室下方的水平砖煤气道分成二半，一半与机侧立火道相连，另一半则与焦侧的立火道相连。对于贫煤气侧入焦炉，煤气和空气是经过空气和废气交换开闭进入蓄热室的小烟道，然后进入蓄热室，这种进气方式为国内多数焦炉所采用。,3、按加热煤气供入方式划分,4、按蓄热室的布置方式划分,焦炉蓄热室的布置方式分为纵向蓄热室和横向蓄热室两类，焦炉发展的早期采用了纵向蓄热室。现代焦炉都采用横向蓄热室，它分为以下几种：1）蓄热室长向分成两半，与两分式立火道相对应，蓄热室的机侧一半与焦侧一半始终处于异向气流。双联火道结
19、构的焦炉，蓄热室横向也分成两半，但是中心隔墙的作用是分隔同向气流，目的是为了分别调节机侧和焦侧的供热量而设置的。唯一例外的是考伯斯(Koppers)焦炉，该焦炉是双联火道的结构，但蓄热室分成两半与两分式焦炉的蓄热室一样，这样在斜道区出现了交叉烟道。,2）蓄热室的长向分格或分组，可对应于各种火道结构的焦炉，蓄热室的分格或分组配合煤气和空气下喷或配合独立分配小烟道，可以实现对燃烧室立火道供热量的精确调节。3）纵向分开的蓄热室，它对应于双联火道的复热式焦炉，且蓄热室的长向不分格。一个宽蓄热室分成两个窄蓄热室后，在用贫煤气加热焦炉时，每对上升气流的两个窄蓄热室中，一个用来预热贫煤气，另一个用来预热空气
20、。用焦炉煤气加热时，这两个蓄热室都用来预热空气或排废气。,4、按蓄热室的布置方式划分,5、按改善高向加热均匀性的措施划分,按实现高向加热均匀性的方法不同，可分为四种类型(图3-7)。图3-7 焦炉实现高向加热均匀的方法 a-高低灯头；b-不同厚度炉墙；c-分段加热；d-废气循环,以上有关焦炉炉型的划分，在每座焦炉上都得到具体体现。评价焦炉结构的先进性，不能单从这些类型的划分上加以判断，还应综合考虑其它因数。,5、按改善高向加热均匀性的措施划分,三、焦炉筑炉材料,焦炉的主体部位应用耐火材料砌筑，一座焦炉要连续生产几十年，在此期间，炭化室要经受上万次的装煤出焦作业，焦炉的大部分砌体不易热修，因此除
21、了施工质量外，筑炉用耐火材料的选择及其质量是非常重要的。目前焦炉使用的耐火材料主要有硅砖、粘土砖和高铝砖等。焦炉用耐火材料的耐火度在1580以上。根据工艺要求和操作要求，焦炉不同的部位，由于其承担的任务、所处的温度、承受的结构负荷和遭受的机械损伤以及介质侵蚀的条件各有不同，因此对不同的部位的耐火材料性能要求也不相同。,1、砌筑焦炉用耐火材料的基本要求,炭化室的墙在生产过程中既起传热的作用，又要承受上部砌体和炉顶装煤车的重量，因此要求砌体具有良好的高温导热性能和高温荷重不变形的性能，除此之外，炭化室墙面受煤灰分、熔渣、水分和酸性气体的侵蚀以及甲烷渗入砖体空隙内发生石墨沉积的影响，因此砖体应具有高
22、温抗侵蚀性能。加煤时温度变化的影响要求砖体具备在600以上能经受温度剧变的性能。炭化室的底面砖还应具有较高的耐磨强度。炭化室部位使用强度高的硅砖砌筑。对于炉头部位，内外温差大，又受到保护板的压力作用，要求具有良好的抗温度急变性能及较高的耐压强度。蓄热室的隔墙承重，故使用强度高的硅砖。而格子砖的作用是蓄热，温度变化大，因此要求体积密度大，抗温度急变性能好，格子砖选用粘土砖。,2、焦炉用砖,（1）硅砖 SiO2含量在93以上的耐火砖称为硅砖。硅砖属酸性耐火材料，有良好的抗酸性侵蚀能力，导热性能好，荷重软化温度高，一般在1620以上，仅比其耐火度低7080，硅砖的导热性能随工作温度的升高而增大，没有
23、残余收缩。所以，硅砖是焦炉上较理想的耐火制品，现代焦炉的重要部位（燃烧室、斜道和蓄热室）都采用硅砖砌筑。焦炉用硅砖应符合GB2605-87。除普通硅砖外，气孔率在1013范围内的硅砖称为高密度硅砖，它的特点是密度高、气孔率低，因而导热性能及强度均较普通硅砖好，这种砖是炉墙用砖的发展方向。,（2）粘土砖 粘土砖是指Al2O3含量3040硅酸铝材料的粘土质制品。粘土砖属弱酸性耐火材料，能抵抗酸性渣侵蚀。其耐火度与硅砖接近，但荷重软化开始温度比耐火度要低得多，而且软化变形温度间隔很大。粘土砖的热稳定性能好，但导热性能和机械性能较硅砖差，粘土砖加热到1000的总膨胀较小且均匀，但加热到1200时，出观
24、残余收缩，因此粘土砖焦炉在高温下长期使用过程中，砖缝可能产生空隙，破坏砌体的严密性。在现代焦炉上，粘土砖主要应用于温度较低且波动较大的部位，如炉门、小烟道衬砖、炉顶、蓄热室封墙及格子砖等部位。焦炉用粘土砖应符合标准GB4415-84的要求。,2、焦炉用砖,（3）高铝砖 高铝砖是Al2O3含量大于48的硅酸铝或氧化铝质的耐火材料，高铝砖的耐火度及荷重软化温度比粘土砖好，抗渣性能也较佳，热稳定性能比粘土砖差，但比硅砖好。在焦炉的燃烧室炉头和炭化室铺底砖炉头部位，采用高铝砖砌筑，效果较好。焦炉用高铝砖应符合标准GB2988-87的要求。,2、焦炉用砖,四、焦炉设备,1、焦炉护炉设备 焦炉的护炉设备是
25、指保护焦炉砌体坚固、完整和严密的设备。它包括保护板、炉门框、炉柱、纵拉条、横拉条、大小弹簧和炉门等，它们的装配如图3-8所示。图3-8 焦炉护炉设备装备简图 1-横拉条；2-弹簧；3-炉门框；4-炉柱；5-保护板；6-炉门挂钩,护炉设备的作用是利用横拉条两端可调节的弹簧势能，连续不断地向砌体施加大小足够、分布合理的保护性压力，使砌体在自身膨胀和收缩以及外力作用下仍能保持完整、严密，从而确保焦炉正常生产。,1、焦炉护炉设备,焦炉砌体的纵向伸长是靠两端的抵抗墙以及炉顶的纵拉条来制约，由于这种保护性压力的制约，使焦炉烘炉时，砌体内预留的膨胀缝收缩直至密合，吸收砌体的膨胀。焦炉砌体的横向不设膨胀缝，烘
26、炉期间，随着炉温升高，炉体逐渐膨胀，投产后两三年内，炉体继续伸长，以后趋稳定，年伸长量在5mm以下。基础平台上设有滑动层，当砌体横向膨胀时，焦炉靠两侧的护炉设备施加保护压力，使得砌体在膨胀过程中保持完整、严密。横向保护作用是由炉柱、保护板以及上下横拉条提供，保护性压力大小靠横拉条两端弹簧进行调节。,1、焦炉护炉设备,除了上述保护性压力作用外，护炉设备对加强焦炉砌体的整体结构强度，防止在出焦过程中焦炉移动机械对焦炉产生的损坏起保护作用。,1、焦炉护炉设备,2、焦炉煤气设备,焦炉的煤气设备包括加热煤气供给设备、干馏煤气的导出设备。（1）焦炉加热煤气导入系统 焦炉加热煤气导入系统与焦炉的炉型有关，单
27、热式焦炉配备一套焦炉煤气供给管系。复热式焦炉配备高炉煤气和焦炉煤气两套管系。下喷式焦炉的煤气由地下室的一端经煤气预热器，并沿焦炉全长布置的焦炉煤气主管，再经各支管、旋塞进入各燃烧室下的煤气横管分配进入煤气下喷管，再经蓄热室主墙内的煤气道进入火道燃烧。煤气预热器的作用是在环境温度低时，加热煤气，防止煤气中的未脱除干净的萘和焦油等杂质在煤气管道中冷凝析出，堵塞管道和管件。加热煤气量一般采用更换流量孔板进行调节。,图3-9 JN型焦炉入炉煤气管道配置图1-高炉煤气主管；2-焦炉煤气主管；3-煤气预热器；4-混合用焦炉煤气管；5-孔板；6-放散管；7-水封,JN型焦炉入炉煤气管道如图3-9所示,侧入式
28、焦炉和不带地下室的两分式焦炉，煤气是由主管经分配到机焦侧的支管中，在经分配支管送到炉内的横砖煤气道中。无论是焦炉煤气还是高炉煤气，为了保证流量分配均匀，煤气管道中的流速不宜过大，一般规定总管不超过15m/s，主管不超过12m/s。焦炉煤气总管压力不应低于3500Pa，煤气主管压力为7001500Pa；高炉煤气总管压力不应低于4000Pa。为防止煤气压力急增，加热煤气总管上设自动放散水封。,2、焦炉煤气设备,（2）干馏煤气的导出设备 焦炉炭化室导出的煤气称为荒煤气，因此干馏煤气的导出设备又称为荒煤气导出设备，它由以下几部分组成：上升管、桥管、水封阀、集气管、焦油盒和吸气管以及附属管道（氨水管、蒸
29、汽管、工业水管）等，其配置参见图3-10和图3-11。,2、焦炉煤气设备,图3-10 荒煤气导出设备 1-桥管；2-水封阀翻板；3-上升管；4-阀体；5-集气管；6-水封阀连接短管；7-炉柱；8-上升管盖,2、焦炉煤气设备,图3-11 荒煤气导出系统 1-“”型管；2-自动调节翻板；3-氨水总管；4-吸气管；5-焦油盒；6-集气管；7-上升管；8-炉柱；9-隔热板；10-弯头与桥管；11-氨水管；12-手动调节翻板,2、焦炉煤气设备,由炭化室导出的荒煤气，其温度在700以上，在桥管内被70左右的循环氨水喷洒冷却，由于氨水蒸发吸热，使煤气温度冷却到80左右，与其同时，荒煤气中70的焦油冷凝下来。
30、循环氨水的压力为200250kPa。循环氨水的用量，对于单集气管约5t/t干煤，双集气管约6t/t干煤。冷却后的煤气进入集气管，集气管通过“”型管、焦油盒与吸气管相连。集气管中的氨水、焦油、焦油渣等依靠集气管的坡度和液体的位差，经焦油盒沿吸气管流走。为了控制焦炉炭化室内煤气压力，在“”型管的两个垂直管上分别安装有手动和自动压力调节翻版，调节集气管的压力，进而控制炭化室系统的煤气压力。,2、焦炉煤气设备,焦炉集气管分为单集气管和双集气管。单集气管布置在焦炉的机侧。双集气管沿焦炉的机侧和焦侧两侧布置，采用双集气管有以下优点：因降低了集气管内的两端压差，使炭化室压力更加均匀；焦炉装煤时便于荒煤气及时
31、导出，减轻加煤过程的烟尘污染；由于荒煤气在炭化室的停留时间短，可减少炼焦热解产物的二次分解，提高化学产品的产率和质量。由于双集气管系统投资大，在我国，多数焦炉采用的是单集气管系统，而新建的大中型焦炉广泛采用双集气管系统。,2、焦炉煤气设备,（3）废气设备 焦炉的废气设备包括交换开闭器、分烟道翻板和总烟道翻板等。开闭器是导入煤气、空气和排废气的设备，开闭器又称为废气盘。目前使用的开闭器有两种形式：提杆式双砣盘型废气盘和杠杆式废气盘。废气开闭器由焦炉交换系统的交换拉条带动，实现空气、煤气和废气的定期交换。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，一般都与自动调节机相连接，以便控制翻板开
32、度，保持规定的烟道吸力。,2、焦炉煤气设备,（4）交换设备 交换设备包括交换传动系统和交换机。交换设备是改变焦炉加热系统气体流动方向的动力设备和传动机构。焦炉在生产过程中，一般每隔2030min要进行一次气体流动方向的交换，以实现焦炉蓄热室的蓄热和预热功能。当几座焦炉同用一个加热煤气总管时，为防止交换时煤气压力变化幅度过大，影响正常加热，几座焦炉的换向时间应该设置一定的时间差，一般相差5min。交换机是带动各传动拉条的动力机械，有机械交换机和液压交换机两种。无论焦炉是采用何种煤气加热，也不管采用那种交换机，每次交换过程都遵循如下顺序和原则：先关闭煤气-交换废气和空气-再打开煤气。,2、焦炉煤气
33、设备,第二节 焦炉炉型介绍,代表焦炉发展水平的现代焦炉炉型有奥托（Otto）式焦炉、卡尔.斯梯尔（Karl.Still）型焦炉、克虏伯-考伯斯（Krupp-Koppers）型焦炉等，以上几种焦炉在国际上竞争力较强。除此之外，日本、前苏联和中国也都设计建造本国的炉型，如日本新日铁式焦炉、前苏联BP型焦炉和我国的JN型焦炉。有关焦炉的基本参数见表3-1。一、两分火道焦炉 二、双联火道焦炉,表3-1 有关焦炉的基本参数,两分火道结构的焦炉，其特点是炉体结构简单，砖型少，投资省，加热系统同侧气流流动方向相同，异向气流的接触面少，大大减少了蓄热室的串漏机会，操作方便。两分火道焦炉是我国中小型焦炉的基本炉
34、型。按其生产能力可分为两分下喷复热式焦炉（20万t/a）、66型焦炉（10万t/a）、61型焦炉（6万t/a）、70型焦炉（4万t/a）和红旗3号焦炉（2万t/a）等几种类型。,一、两分火道焦炉,1、66型焦炉,66型焦炉是我国鞍山焦耐院为年产10万t焦化厂设计的炉型，由2座25孔焦炉组成，经多年的生产实践，对原设计的66型焦炉进行了多次修改，现已发展到66-5D型及66-5F型等。常见的炉型有66-2型、66-3型、和66-4型三种，前两种炉型为焦炉煤气侧入，每个燃烧室有14个立火道，机焦侧各7个火道，火道中心距为470mm；而66-4型焦炉为下喷式，并且每个燃烧室有15个火道，分别为机侧7
35、个，焦侧8个，立火道中心距为438mm。,图3-12 66型焦炉的结构示意图 1-废气盘；2-小烟道；3-蓄热室；4-焦炉煤气主管；5-砖煤气道；6-立火道；7-水平集合烟道；8-分烟道；9-总烟道；10-烟道,1、66型焦炉,66型焦炉的各种改进设计炭化室尺寸基本相同，焦炉的主要部位均用硅砖砌筑。由于该炉型具有的优点，目前全国有66型焦炉110多座，生产能力超过550万t/a。66型焦炉中，以66-4型焦炉在设计上改进较大，使得66型焦炉结构更加完善。1)改变焦炉煤气侧入式为下喷式，这样给调火带来了很大的方便，使焦炉加热更加均匀。2)改单热式为复热式，焦炉加热更具有其灵活性。提高外供焦炉煤气
36、的能力。3)将燃烧室火道由14个改为15个，不对称设置，机侧8个火道，焦侧7个火道，这样有利于燃烧室长向加热温度均匀性的调节。4)炭化室的炉墙厚度由95mm改为84mm，提高传热效果，节省能耗，缩短结焦时间。5)蓄热室炉墙由粒土砖改为硅砖砌筑，焦炉强度更高。除此之外，在焦炉的护炉设备，煤气导出设备以及焦炉的辅助设施等方面都作了一定的改进。由于采用下喷式结构，使炉体砖型大大增加，达251种之多，投资也相应增加。,1、66型焦炉,2、两分下喷复热式焦炉,该焦炉是为20万t/a的焦化厂设计的炉型。为两分火道、焦炉煤气下喷复热式焦炉，燃烧室有23个火道组成，机侧12个，焦侧11个。该焦炉与66-4焦炉
37、结构基本相同。,3、卡尔.斯梯尔焦炉,该焦炉由德国Karl.Still公司设计，属于两分火道、煤气侧入、多段加热、复热式焦炉。已投产的焦炉规模有多种，其中典型的有炭化室高6m的焦炉，其燃烧室由32个立火道，不对称设置，机侧17个，焦侧15个。该型焦炉在日本被多家厂采用，1976年在日本扇岛钢铁公司建造的炭化室高7.6m焦炉(见表3-1)为当时世界上最高的焦炉，焦炉操作全部实现机械化，加热过程实行自动控制，在环境保护方面采取措施，是最现代化的焦炉之一。,由于焦炉炭化室增高，为了实现高向均匀加热，该焦炉采用了燃烧室多段加热设计，该方法在现代大型焦炉中得到普遍采用。该方法是在火道隔墙中设置与下部斜道
38、相连的气体通道，并沿火道隔墙高度上设4到8个(随炭化室高度而定)校准过的气体出口(倾斜向上)。当使用贫煤气加热时，燃烧室下方的蓄热室一个预热空气、另一个预热煤气，在与燃烧室相邻的每一个立火道中，煤气与空气在火道隔墙上的出口位置交替变换。煤气与空气沿火道的高向形成多段燃烧。当使用焦炉煤气加热时，煤气经有锥度的水平砖煤气道，由燃烧室一侧供入并从火道底部的喷嘴喷出，空气则经蓄热后从火道隔墙中的多段出口处喷出，与煤气形成多段燃烧火焰。,3、卡尔.斯梯尔焦炉,为改善气流沿蓄热室长向的分布，蓄热室在长向分成若干小格，且小烟道的流通断面自外向里逐渐变小，以适用流量在小烟道内的变化。由于采取了一系列措施，该焦
39、炉对于高大炭化室的加热可以保障均匀。,3、卡尔.斯梯尔焦炉,二、双联火道焦炉,1、JN型焦炉 1958年，在总结多年炼焦生产实践经验的基础上，吸取国外炉型优点，我国自行设计了58型焦炉，经长期的实践，目前已发展成一系列炉型，其中具有代表性有58型和80型两类。,（1）58型焦炉 58型焦炉的结构特征为：双联火道、焦炉煤气下喷、废气循环、复热式焦炉。焦炉炭化室的宽度有两种规格，即平均宽407mm和平均宽450mm，对应焦炉的炉组分别为265孔和242孔，相应焦炭产量分别为90万ta和60万ta。该焦炉的结构如图3-13所示。该焦炉燃烧室由28个立火道组成，分成14组形成双联结构。在双联火道的底部
40、隔墙上设有废气循环孔，利用下降气流火道的部分废气循环进入上升火道，拉长燃烧火陷，改善高向加热的均匀性。焦炉煤气采用下喷设计，调节方便、准确。,1、JN型焦炉,图3-13 JN焦炉结构示意图,1、JN型焦炉,该焦炉斜道连通关系上有如下的特征：每个炭化室下方对应有二个蓄热室，一个煤气蓄热室和一个空气蓄热室，这两个蓄热室与其上方炭化室两侧的燃烧室相通，一侧连单数火道，一侧连双数火道(如图3-14所示)。如图中单数燃烧室内的双数火道为上升气流时，单数火道为下降气流；而双数燃烧室内的双数火道则为下降气流，单数火道为上升气流。经交换之后，气体流通途径正好相反。,1、JN型焦炉,1、JN型焦炉,图3-14
41、JN型焦炉气体流通途径 1-煤气横管；2-交换旋塞；3-调节旋塞；4-煤气下喷管,当采用富煤气加热时，如图3-14所示的气流途径，上升气流的蓄热室全部预热空气，焦炉煤气由地下室的下排横管分别进入对应的上升气流火道。空气经预热后分别由斜道导入单数燃烧室的双数火道和双数燃烧室的单数火道，煤气与空气燃烧之后产生的废气分别进入单数燃烧室的单数火道和双数燃烧室的双数火道，再由各自的斜道导入下降气流的蓄热室。当改用贫煤气加热时，焦炉煤气下喷管关闭，贫煤气和空气分别进入对应的上升气流蓄热室，预热后的煤气和空气分别由斜道导入火道底部混合燃烧，下降气流的途径同焦炉煤气加热。该炉型具有结构严密、炉头不易开裂、高向
42、加热均匀、调节方便、热工效率高、砖型少(407mm宽271种，450mm宽266种)等优点。,1、JN型焦炉,（2）80型焦炉 80型焦炉是上世纪80年代初我国鞍山焦耐院在原58型焦炉的基础上改进设计的炉型，结构特征与58型焦炉基本相同，属双联火道、煤气下喷、废气循环、复热式焦炉。在炉体结构等方面进行了如下改进：1)炭化室平均宽度定为450 mm，加热水平高度由800mm改为700mm。2)炉顶装煤孔改标准砖砌筑为沟舌砖砌筑的整体结构，使炉体更加严密。3)为进一步拉长高炉煤气燃烧的火焰，把斜道区鼻梁砖的宽度由20mm改为40mm，其夹角由2021改为平行。,1、JN型焦炉,4)焦炉煤气出口，除
43、1号和28号火道外，均采用离燃烧室底300mm的高灯头，而且斜道口开度相应比58型焦炉减小，这样使加热更加均匀。5)燃烧室加热水平高度以下的炉墙砖是采用厚为100mm的高密度硅砖，其导热性能高，火道温度可以比58型焦炉降低。6)蓄热室主墙厚度由原来的270mm增加到300mm，单墙由230mm减为200mm，都采用沟舌带尾结构的异型砖砌筑，提高了砖煤气道的严密性。蓄热室改用9孔格子砖。7)集气管采用 1200mm双集气管，高压氨水喷射无烟装煤，上升管采用水封盖。,1、JN型焦炉,2、奥托式焦炉,该炉型由德国奥托公司设计，现在的奥托式焦炉已属于改良型。其主要特征为：双联火道、分格蓄热室、富煤气下
44、喷配高低灯头，有单热式和复热式两种炉型。奥托焦炉在60年代的典型设计是双联火道，分格蓄热室，每个立火道中有两个富煤气灯头，灯头出口在每对双联火道中处在4个不同高度上。通过向各灯头有区别地定量供给煤气，能够获得燃烧室高向温度的均匀分布。,奥托焦炉在新设计的高炭化室炉型上采用多段控制加热技术，通过立火道不同高度设置空气出口，改进燃烧室高向热量分配，这种情况下将与双联火道对应分格的每格蓄热室，再分成两个小格，每一小格只和立火道里面的一个出口相连，而每个出口则与下方的煤气蓄热室和空气蓄热室共两个小格相连。当烧贫煤气时，相应地向高、低斜道出口定量送进煤气和空气，同样可以实现对高向加热的控制。该炉型另一个
45、特点是可以只设单向小烟道。如图3-15所示，贫煤气和空气从小烟道的一侧导入，下降的废气从另一侧排出，这样小烟道内无论走上升气流气体还是下降气流的气体，气体的流动方向相同，使蓖子砖上的分配孔容易校准。,2、奥托式焦炉,图3-15 奥托式焦炉 1-贫煤气主管；2-焦炉煤气主管；3-烟道；4-小烟道,2、奥托式焦炉,3、克虏伯-考伯斯焦炉,考伯斯焦炉有多种型式，初期的考伯斯式焦炉属两分式，新型的焦炉采用双联火道结构，但蓄热室仍维持两分式布置以减少异向气流的接触面，不易漏气。采用双联火道的明显优点是可以用废气循环来调节高向加热的均匀性。由于采用双联火道和两分式蓄热室的结构，导致了该焦炉在斜道区的炉子中
46、心线上形成交叉烟道(图3-16)。,图3-16克虏伯-考伯斯焦炉a-空气蓄热室；b-煤气蓄热室；c-通废气蓄热室；d-火道；e-温差加热；f-炭化室；g-贫煤气管；h-富煤气管,3、克虏伯-考伯斯焦炉,为了准确调节立火道上部的供热量，在立火道上部设两个跨越孔，上面的一个是辅助跨越孔，用调节砖调节，可改变炭化室炉顶空间的温度(调节幅度约50)。在高大炭化室的焦炉上，该炉型使用了不同厚度的炉墙砖，并且富煤气加热也采用了高低灯头。该炉型有侧入和下喷式两种设计，对侧入式焦炉，富煤气量是通过看火孔更换烧嘴进行调节。气流途径在燃烧室部位同双联火道的焦炉一样，在蓄热室部分同两分火道结构的焦炉一样，因而交换系
47、统与两分式相同。,3、克虏伯-考伯斯焦炉,第三节 焦炉的生产能力和发展方向,一、焦炉生产能力计算与炉组确定 二、焦炉结构和设计发展方向,1、焦炉生产能力计算,焦炉的生产能力按式(3-1)计算，有关计算定额参照表3-2。,(3-1),式中 G 每个炉组的生产能力，t(湿全焦)a；8760 全年生产小时数；n 每个焦炉组的焦炉座数；N 每座焦炉的炭化室孔数；周转时间，h；h 炭化室的有效装煤高度，m；l 炭化室的有效长度，m；b 炭化室的平均宽度，m；干装炉煤干基准比重，t(干煤)m3；K 干煤全焦率,；k 考虑炭化室检修等原因的减产系数；M焦 全焦含水量(可取6)，。值得注意的是，利用式(3-1
48、)计算焦炉的最大负荷(估算设备 能力)时，应将减产系数换成焦炉加煤的紧张系数，取1.07。,表3-2 焦炉生产能力计算定额,2、焦炉炉组确定,每座焦炉所拥有的炭化室最多孔数Nmax取决于周转时间和焦炉机械的操作时间，可按下式计算：式中-周转时间，h；检-检修时间，h；n-最紧张的焦炉机械所承担操作的焦炉座效；t操-最紧张的焦炉机械每炉操作时间(上限)，min。,(3-2),例如，JN43-80型焦炉(450mm宽)的周转时间为17h，检修时间定为2h，当两座焦炉合用一套推焦、装煤和熄焦车时，推焦车的操作时间最为紧张，一次需1011min，则 Nmax=(17-2)60/(210.7)=42孔
49、当两座焦炉合用一台熄焦车时，对于平均宽407mm的JN型焦炉，同理可以算出Nmax=65孔。,2、焦炉炉组确定,二、焦炉结构和设计发展方向,为了适用现代钢铁工业的发展，现代焦炉形成了向大型化方向发展的趋势，同时注重污染控制，实现高效、节能、低污染的目标。,1、增大炭化室的尺寸,增大炭化室的尺寸，实现焦炉的大型化，是各国炼焦工作者不懈努力的方向。一般来说，增大炭化室的尺寸，带来以下优点：1）单位产量的基建投资省。因为焦炉孔数减少，相应的筑炉材料、护炉设备等减少。2）劳动生产率提高，6m焦炉较4m焦炉生产率提高30。3）装炉煤堆密度增加，有利于改善焦炭质量，扩大炼焦煤源。4）减少焦炉的出炉次数，大
50、大减少了炼焦生产对大气的污染。同时为了实现高向加热均匀性，所采取的措施对降低燃烧温度，减少NOx的生成。5）减少焦炉的维修和维护费用。6）提高焦炉的热工效率。,2、采用下喷下调式结构,焦炉采用下喷下调结构，是提高和改善焦炉高向加热均匀性的最有效方法之一。早期侧喷式焦炉，燃烧室长向加热是通过炉顶看火孔更换立火道底部调节砖或改变斜道口断面进行的，调节难度大，操作条件差，难以精确调温，而采用下喷下调设计，不存在上述困难，而且便于实现用计算机对加热系统进行流量调节控制。,3、发展高效、节能焦炉,焦炉炉墙采用高导热性能的硅砖砌筑，减薄炉墙砖厚度，以缩短结焦时间，达到高效加热、降低能耗的目的。,4、低污染
