第三章_炼焦炉及生产过程

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3-1JN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；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)、煤料垂直收缩量Δh(一般为炭化室有效高度的5％～7％)有关，可用下面经验公式确定。H=h+Δh+(200～300)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1100℃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)，对于下喷式焦炉，主墙内设有垂直砖煤气道。图3-3JN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20～30min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，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15mg／m3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1000～1200℃，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3-4JN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30°。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筑。图3-5JN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4～6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3～4个立火道为一组的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。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