6.3米捣固焦炉毕业设计

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本科毕业设计

题目： 7.63米捣固焦炉 炼焦车间工艺设计

学 院: 化学工程与技术学院 专 业: 化学工程与工艺

学 号: 200822146007

学生姓名: 郑家啟

指导教师: 何选明

日 期: 二○一二年六月

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摘要

炼焦工业在国民经济中占据着重要地位。焦炉作为炼焦车间的主体，它的设计和研究对焦化行业有着十分重要的作用。本设计的内容是年产165万吨焦炭捣固炼焦车间的工艺设计。配煤比为：肥煤20％，气煤40％，焦煤25％和1/3焦煤15％。在配煤工段，本设计采用部分硬质煤预粉碎工艺。并设计了备煤车间的工段组成和平面布置，对卸车设备、煤场设备、辅助设备及粉碎设备等进行了计算和选择。在炉型选择方面，本设计结合我院在焦炉设计领域的实际情况，采用6.3m型捣固焦炉，其技术特点为双联火道、焦炉煤气下喷、废气循环、复热式。此焦炉配置干法熄焦装置，湿法熄焦装置备用。在本设计中，重点对焦炉物料平衡、热量平衡、蓄热室、炉体水压以及烟囱高度进行工艺计算，计算得出，孔数为2×65，烟囱高度为100m。同时，合理选择了焦炉机械设备与附属设备，并编制了循环推焦图表。

关键词：焦炉；捣固；配煤；炼焦；工艺设计

I

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Abstract

Coking industry plays an important role in the national economy. As the main body of coking workshop, the design and research of coke oven are very important to coking industry. The topic of this technology-design is yearly 1.65 million tons cokes with tamping coking technology . The coal blending ratio is: fat coal 20%, gas coal 40%, coking coal 25% and 1/3 coking coal 15%. In the coal blending section, the pre-crushing process for the hard coal was chosen. Meanwhile, the coal moisture control(CMC) process was also discussed. Meanwhile，the section included the layout of coal-preparation workshop, a calculation and choice for the unloading equipment, the coal storage yard equipment, the auxiliary equipment, and c rusher s. According to the actual situation and technoloy, 6.3m tamping coke oven was chosed. The technique of the double joint quirk，the coke gas spurts，and the waste gas circulation are applied in the oven. In addition, the oven combined with a dry coke quenching equipment, and the wet coke quenching equipment was reserved. In this design, the material balance, energy balance, the regenerative chamber, the pressure of the coke oven and the chimney height were calculated. On the basis of the calculation, the number of the carbonization chamber(2×65) was determinded and the height of chimney was 100 m. In addition, the main and auxiliary mechnic equipments of the coke oven were also chosen, and the pushing schedule chart was proposed.

Key words：Coke oven; Tamping; Coal blending; Coking; Process design

II

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目录

1 绪论 (1)

1.1 焦化行业背景 (1)

2 文献综述 (3)

2.1 我国炼焦煤源现状 (4)

2.2 为什么要发展大容积焦炉以及大容积焦炉有哪些优势？ (5)

2.3 国内外大容积焦炉发展状况及趋势 (10)

2.4 大容积焦炉高向加热均匀性的研究及改善不均匀加热方法 (10)

2.4.1 高向加热不均匀性产生的原因 (10)

2.4.2 改善焦炉高向加热均匀性方法 (12)

2.5 大容积焦炉存在的不足与缺陷 (19)

2.6 选择捣固炼焦原因 (19)

2.7 捣固炼焦优势以及推行捣固炼焦可行性 (20)

2.7.1 捣固炼焦优势 (20)

2.7.2 我国推行捣固炼焦的可行性 (21)

2.8 捣固炼焦成焦机理 (22)

3 原料与产品 (23)

3.1我国炼焦煤资源与煤质特点 (23)

3.2 配煤方案的确定 (23)

3.2.1 配煤的意义及要求 (23)

3.2.2配煤方案的选择 (23)

3.3选用的原料煤性质以及相应的配合煤质量 (25)

3.3.1 原料煤性质 (25)

3.4原料煤、蒸汽、电、水、煤气的年耗量 (25)

3.4.1配合湿煤的年耗量 (25)

3.4.2 蒸汽，电，水，煤气的年耗量 (26)

3.5 焦炭质量估计，全焦及各级焦炭年产量 (27)

3.5.1 焦炭质量估计 (27)

3.5.2 全焦及各级焦炭年产量 (27)

3.6 出炉煤气组成及净煤气年产量 (28)

4备煤工艺概述 (28)

4.1备煤工艺流程选择 (28)

4.2 备煤车间的工段组成和平面布置 (29)

5 炼焦车间工艺 (34)

5.1炼焦车间工艺方案 (34)

5.1.1 炼焦生产工艺选择 (34)

5.1.2 炼焦车间与其他车间的相对布置 (34)

5.1.3 焦炉炉型和炭化室尺寸的对比，论证及选择 (34)

5.1.4 各专业车辆的台数（操作台数及备品或备件）及配置 (37)

5.1.5 炉组布置，炉间台、炉端台的尺寸及各层空间的利用 (38)

5.1.6 各种管道以及烟道、烟囱位置讨论 (42)

5.1.7 干熄焦装置 (44)

III

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6 焦炉机械设备及附属设备的选择、计算 (88)

6.1焦炉机械设备、筛分设备、空气压缩机的特性及技术参数 (88)

6.1.1焦炉机械 (88)

6.1.2筛分设备 (101)

6.2设备结构形式和规格的确定 (103)

6.2.1 护炉设备的构成与作用 (103)

6.2.2纵向护炉设备 (104)

6.2.3 筛分设备横向护炉设备 (104)

6.2.4 焦炉常用的弹簧规格 (106)

6.2.5 焦炉埋置铁件 (106)

6.3集气系统及辅助管道结构形式及集气管径的计算、选择 (106)

6.3.1 集气系统及辅助管道的作用及结构形式 (106)

6.3.2 集气管径的计算及选择 (108)

6.4 加热煤气设备的结构及管径的计算、选择 (110)

6.4.1 加热煤气设备 (111)

6.4.2 焦炉煤气加热管径的计算 (111)

6.5 废气设备和交换传动装置的结构形式 (112)

6.5.1 交换开闭器 (112)

6.5.2 烟道调节翻板 (113)

6.5.3 交换传动装置的结构形式 (113)

7 主要技术操作与生产控制技术 (114)

7.1 推焦串序的决定及本车间的循环推焦表 (114)

7.2 焦炉的加热制度 (115)

7.2.1 焦炉的加热制度 (115)

7.2.2 温度制度 (115)

7.2.3 压力制度 (115)

7.3 焦炉正常操作中的主要规定 (116)

7.4焦炭质量检查项目、检查制度及取样地点 (117)

7.5 焦炉所用仪表及自动调节装置 (118)

8生产辅助设施及其他 (119)

8.1 生产辅助设施 (119)

8.1.1 总图运输 (119)

8.1.2 建筑与结构 (120)

8.1.3 通风采暖除尘 (121)

8.1.4 热力 (122)

8.1.5 给水排水 (122)

8.1.6 电力及电讯 (123)

8.1.7 工业仪表及自动化 (123)

8.2 工程概算 (124)

8.3 环境保护 (124)

8.4 劳动安全 (125)

9 焦炉重要经济指标 (126)

参考文献 (128)

致谢 (129)

IV

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1绪论

烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。在炼焦过程中产生的化学产品经过回收、加工提取焦油、氨、萘、硫化氢、粗苯等产品，并获得净焦炉煤气、煤焦油；粗苯精制加工和深度加工后，可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳等，这些产品广泛用于化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业。净焦炉煤气可供民用和作为工业燃料。炼焦化学工业的产品已达数百种，我国炼焦化学工业已能从焦炉煤气、焦油和粗苯中制取一百多种化学产品，这对我国的国民经济发展具有十分重要的意义

1.1焦化行业背景

炼焦工业在国民经济中占据着重要地位，至今已有一百多年的历史，它是钢铁联合企业的主要组成部分之一，为钢铁冶金、电石等化工、有色冶炼、机械铸造等行业以及医药工业、农业、国防工业以及城市煤气等国民经济部门的快速发展做出了巨大的贡献。目前焦化工业已进入持续高速发展的阶段。

为了整顿焦化行业规范，进一步推动中国的清洁生产，防止生态破坏，保护人民健康，促进经济发展，并为焦化企业开展清洁生产提供技术支持和导向，国家相继颁布了与炼焦行业相关的政策和法规。如：《焦化行业准入条件》、《清洁生产标准炼焦行业》等。其他与炼焦行业相关的政策法规还有《炼焦炉大气污染物排放标准》、《污水综合排放标准》、《中华人民共和国安全生产法》、《危险化学品安全管理条例》、《危险化学品生产储存建设项目安全审查办法》和《最新炼焦企业清洁生产技术要求清洁与生产标准实施手册》等。

1.《焦化行业准入条件》（2008年修订）[1]

为促进焦化行业产业结构优化升级，规范市场竞争秩序，依据国家有关法律法规和产业政策要求，按照“总量控制、调整结构、节约能（资）源、保护环境、合理布局”的可持续发展原则，特制定本准入条件。现摘录相关条例如下：

?常规机焦炉：新建顶装焦炉炭化室高度必须≥6.0米、容积≥38.5m3；新建捣固焦炉炭化室高度必须≥5.5米、捣固煤饼体积≥35m3，企业生产能力100万吨/年及以上。钢铁企业新建焦炉要同步配套建设干熄焦装置并配套建设相应除尘装置。

?焦化生产企业应同步配套建设煤气净化（含脱硫、脱氰、脱氨工艺）、化学产品

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回收装置与煤气利用设施。焦炉应同步配套建设热能回收和烟气脱硫、除尘装置。

?焦化企业应严格执行国家环境保护、节能减排、劳动安全、职业卫生、消防等相关法律法规。应同步建设煤场、粉碎、装煤、推焦、熄焦、筛运焦等抑尘、除尘设施，以及熄焦水闭路循环、废气脱硫除尘及污水处理装置，并正常运行。 ?主要产品质量

①焦炭

冶金焦应达到GB/T1996－2003标准； 铸造焦应达到GB/T8729-1988标准； 半焦（兰炭）应参照YB/T034-92标准。 ②焦炉煤气

城市民用煤气应达到GB13612-92标准； 工业或其它用煤气H 2S 含量应≤250mg/m 3。 ③化学工业产品

硫酸铵符合GB535-1995标准 （一级品）；

粗焦油符合YB/T5075-1993标准（半焦所产焦油应参照执行）； 粗苯符合YB/T5022-1993标准.

?甲醇、焦油和苯加工等及其他化工产品应达到国标或相关行业产品标准 焦化生产企业应达到《焦炭单位产品能耗》标准（GB21342-2008）和以下指标：

项目

常规焦炉 热回收焦炉 半焦（兰炭）炉 综合能耗(kgce/t 焦） ≤165*1 ≤165*1 ≤260*1（内热） ≤230*1（外热）

煤耗（干基）t/t 焦 1.33*2 1.33 1.65 吨焦耗新水m 3/t 焦 2.5 1.2 2.5 焦炉煤气利用率 ≥98 — ≥98 水循环利用率% ≥95 ≥95 ≥95 炼焦煤烧损率%

≤1.5

注：*1综合能耗引用《焦炭单位产品能耗》标准（GB21342-2008）当电力折标系数为0.404kgce/KWH 等价值时的现值标准，如采用电力折标系数为应为0.1229kgce/KWH 的当量值时，155kgce/t 焦；半焦（兰炭）炉的综合能耗标准相应调整，≤250（内热）、≤220（外热）。

*2适于装炉煤挥发份V d =24～27%。若装炉煤挥发份超出此范围时，当予以折算。 热回收焦炉吨焦余热发电量：入炉煤干基挥发分为17％时，吨焦发电量≥350k W ·h ；入炉煤干基挥发分为23％时，吨焦发电量≥430kW ·h 。

?环境保护 ①污染物排放量

焦化生产企业主要污染物排放量不得突破环保部门分配给其排污总量指标。

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②气、水污染物排放标准

焦炉无组织污染物排放执行《炼焦炉大气污染物排放标准》（GB16171-1996），其它有组织废气执行《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996），NH3、H2S执行《恶臭污染物排放标准》（GB14554-1996）。

酚氰废水处理合格后要循环使用，不得外排。外排废水应执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）。排入污水处理厂的达到二级，排入环境的达到一级标准。

③固（液）体废弃物

备配煤、推焦、装煤、熄焦及筛焦工段除尘器回收的煤（焦）尘、焦油渣、粗苯蒸馏再生器残渣、苯精制酸焦油渣、脱硫废渣（液）以及生化剩余污泥等一切焦化生产的固（液）体废弃物，应按照相关法规要求处理和利用，不得对外排放。

2．《清洁生产标准炼焦行业》[2]

本标准适用于常规机械化焦炉焦炭生产企业的炼焦、煤气净化工段及主要产品生产（不包括化学产品深加工和生活消耗）的清洁生产审核、清洁生产潜力与机会的判断、清洁生产绩效评定和清洁生产绩效公告制度。

本标准将炼焦行业生产过程清洁生产水平划分为三级技术指标：

一级：国际清洁生产先进水平；

二级：国内清洁生产先进水平；

三级：国内清洁生产基本水平。

2 文献综述

炼焦化学工业是煤炭化学工业的一个重要部分，煤炭主要加工方法是高温炼焦（950---1050摄氏度）、中温炼焦、低温炼焦等三种方法。冶金行业一般采用高温炼焦来获得焦炭和回收化学产品。产品焦炭可作高炉冶炼的燃料，也可用于铸造、有色金属冶炼、制造水煤气；可用于制造生产合成氨的发生炉煤气，也可用来制造电石，以获得有机合成工业的原料。在炼焦过程中产生的化学产品经过回收、加工提取焦油、氨、萘、硫化氢、粗苯等产品，并获得净焦炉煤气、煤焦油、粗苯精制加工和深度加工后，可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳等，这些产品广泛用于化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业。净焦炉煤气可供民用和作为工业燃料。煤气中的氨可用来制造硫酸铵、浓氨水、无水氨等。炼焦化学工业的产品已达数百种，我国炼焦化学工业已能从焦炉煤气、焦油和粗苯中制取一百多种化学产品，这对我国的国民经济发展具有十分重要的意义。

中国是焦化产品生产、消费以及出口大国，焦化产品广泛用于化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业，近年来焦化产业得到快速发展。

我国的焦化工业已经取得了巨大成就。仅在2010年，我国的焦炭产量达到38757万吨，同比增长9.13%，其中冶金焦炭36700万吨，占94.69%。焦炭产量的快速增长导致炼焦煤供应紧张，特别是优质炼焦煤供应更加紧张，炼焦煤价格大幅度攀升。同时高炉大型化，喷吹煤粉等强化冶金技术的应用，使得焦比大幅下降，

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4 焦炭在高炉中停留时间加长，且料柱骨架作用更加突出，这对焦炭质量提出了更高的要求。增加炼焦煤中优质炼焦煤的配入比例是常用做法，这进一步加大了炼焦行业如对优质炼焦煤的需求，使炼焦行业对优质炼焦煤的需求与炼焦煤资源以及优质炼焦煤供应之间的矛盾也更加突出。

综合以上各种焦化现状以及出现的问题，就提出了焦化设计课题，怎样改善炼焦方法以及怎样解决炼焦过程出现的不足是本文需要讨论的重点课题。

2.1 我国炼焦煤源现状

1炼焦煤资源分布：中国煤炭资源丰富，但炼焦用煤种只占已查明煤炭储量的26%（2675亿吨），至2001年底，中国炼焦煤种探明可采储量为660亿吨。气煤，1/3焦煤在炼焦煤查明储量中约占46%，而配煤的主要组分焦煤只占24%左右，肥煤和气煤合计仅约占13%。因此，焦煤和肥煤实属炼焦用煤的稀缺品种。 2.1 中国炼焦煤资源分布

煤种 占煤炭查明资源储量 占炼焦煤查明资源储量 瘦煤，贫瘦煤 4.17 15.89

焦煤 6.20 23.61

肥煤，气肥煤 3.36 12.81

气煤，1/3焦煤 12.00 45.73

未分类 0.51 1.96

合计 26.24 100.00

2 炼焦煤炭资源地域分布：我多炼焦煤资源相对丰富，但分布很不均衡。在中国的炼焦煤储量或资源量中，以华北区占绝对多数，炼焦煤储量为379.59亿吨，占全国炼焦煤储量的57.37%。炼焦煤储量居第二位的为华东区（114亿吨），占全国炼焦煤储量的17.24%，居第三位的为西南区（69.66亿吨），东北，西北和中南三区的炼焦煤储量依次减少。南方各省，自治区炼焦煤资源都相当贫乏。

3 中国炼焦煤质特点：我国炼焦煤的可选性差。难洗与极难洗煤约占62%。我国目前主要矿区的精洗煤其灰分以气煤为最低，焦煤的灰分为最高。全国精洗煤的平均灰分约为10.5%（国外精煤灰分平均为6%-8%）。我国入洗原煤的灰分一般为20%-30%：少数达30%-40%。

2003年，我国曾经对83家主要炼焦煤洗煤厂进行了分类统计调查，如下表所示，焦煤，肥煤精煤分别占27.3%，13.8%，气煤，1/3焦煤精煤占50.9%，瘦煤精煤约占8.0%。

2.2 2003年重点炼焦煤洗煤厂精煤按煤种分布及平均灰分，硫分

煤种 产量占炼焦精煤/% 平均灰分A d /% 平均硫分W d （St ）/% 瘦煤。贫瘦煤 8.0 9.82 0.43

焦煤 27.3 9.84 0.65

肥煤，气肥煤 13.8 9.99 0.92

气煤，1/3焦煤 50.9 9.50 0.60

我国含硫高的焦煤约占焦煤总量的20%。在炼焦煤的储量中，肥，焦，瘦煤的硫分较高，其中高硫煤分别占本煤种的48.0%，29.6%和56.4%。即储量中有一半的肥煤和瘦煤是高硫煤，约有1/3的焦煤是高硫煤。而高硫气煤的储量不足4%。

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2.2为什么要发展大容积焦炉？

早在1927年，德国斯蒂尔公司在鲁尔区的诺尔斯特恩炼焦厂就成功地建成了一座炭化室高6米，长12.5米，宽450mm的焦炉。现在有许多焦炉炭化室的容积已达到40m3

，有的甚至达到50m3.由此可见，焦炉正趋于向大型化发展。经过总结和分析计算，证明焦炉大型化有许多优点。

随着炼焦工业的发展，焦炉日趋大型化和现代化，焦炉炭化室的高度从4m 左右增加到6m、7m 、7.63m,甚至达到8m或8.65m,长度从13m增加到17m, 18m, 个别达到20.8m,容积从25m3左右增加到40 m3, 50m3,80m3, ,最大可达100m3,以上;建设大容积焦炉,也就是建设大型焦炉,可降低基建投资和操作费用,增加焦炭产量,提高生产效率,同时,随着煤炭资源日趋紧张,炼焦煤价格的大幅上扬,高炉的大型化与富氧喷吹技术的发展对焦炭的机械性能和高温反应性和反应后强度提出了更高要求,也促使焦炉向大型化和自动化方向发展。

2.6m焦炉,7m焦炉和7.63m焦炉的炉体结构特点

常见6m焦炉为双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷、高炉煤气侧入的复热(或)单热下调式大容积焦炉，7m焦炉炉体采用高低灯头、蓄热室长向分格和空气下调技术， 7.63m焦炉与6m相比炉体采用分段加热、蓄热室长向分格和空气下调技术，具有结构先进、严密，功能性强，加热均匀等特点。6m,7m和7.63m焦炉的炉体结构和工艺参数比较见下表2.3。

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表2.3 6m 、7m 和7.63m 焦炉的炉体结构和工艺参数表(以220吨/年为基准)

序号 项目 单位 6m 焦炉 7m 焦炉 7.63m 焦炉 1 生产规模

设计能力

104t/a

220

220

220

焦炉孔数

孔 4X55 4X46 2X70 2 炉体主要尺寸

2.1 炭化室全高 mm 6000 7000 7630 2.2 炭化室有效高 mm 5930 6980 7180 2.3 炭化室全长 mm 15980 16960 18800 2.4 炭化室有效长 mm 15140 16100 18000 2.5 炭化室平均宽 mm 450 450 590 2.6 炭化室锥度 mm 50 50 50 2.7 有效容积 m3 38.5 48

76.3

2.8 加热水平 mm 900~1000 950~1005 1500~1600 2.9 立火道个数

个 32 34

2.10 蓄热室分格情况 不分 分19格 分格 3 焦炉用耐材量

3.1 1座焦炉用耐材量 吨 17000 16500 29000 3.2 砖型总数

个 540~589

650 1235 3.3 1座焦炉用硅砖量 吨 10300 10500 17800 4 主要工艺参数

4.1 装入煤水份 % 10.8 10.8 10~11 4.2 装炉煤密度 kg/m 3 750 750 780 4.3 成焦率 % 75 75

80.4 4.4 周转时间

h 18~19 18.5~19 25~25.7 4.5

每孔焦炭产量

吨

21.4

27

48

3.6m 焦炉,7m 焦炉和7.63m 焦炉的焦炉机械配置与自动化水平比较

随着国内机加工设备的改进和数控加工技术的推广与电子计算机技术的发展,以及新材料和新技术的应用,大容积焦炉机械在总结国内外焦炉机械操作经验的基础上,吸取目前成熟、可靠、先进、实用的焦炉机械的长处，主要从提高焦炉机械效率，降低劳动强度和改善操作环境出发，并以安全、可靠、实用进行和配置的，国内常见6m 焦炉,7m 焦炉和7.63m 焦炉的焦炉机械配置与机车自动化配置水平列表比较见表2.4。

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表2.4 6m ,7m 和7.63m 焦炉的机械配置与机车性能对比表(以220吨/年为基准) 序号 项目 6米焦炉 7米焦炉 7.63米焦炉 1 焦炉机械配置 1.1 推焦车 3台 3台 2台 1.2 拦焦机 4台 4台 2台 1.3 装煤车

3台 3台 2台 1.4 熄焦车(含电机车) 4台 4台 2台 1.5 液压交换机 4台 4台 2台 1.6 设备总重(吨)

3758.3

3959

3178

2.0 焦炉机械性能对比与自动化水平比较 2.1 推焦力测定、推焦杆自动测温技术 无 无 有

2.2

推焦杆、平煤杆拉出装置。

手动拉出 手动拉出 设有柴油发

电机，电动绞车

2.3 推焦电机调速 涡流调速 涡流调速 变频调整 2.4 平煤电机调速

涡流调速 涡流调速 变频调整 2.5 拦焦车轨道布置方式 焦侧操作台上 焦侧操作台上 熄焦车轨道两侧 2.6

熄焦车形式与熄焦方式

常规湿熄焦或低水分熄焦车 常规湿熄焦或低水分熄焦车 CSQ 车，主要底部进水熄焦

2.7 装煤烟尘控制方式

导套与装煤孔不完全密封，允许部分空气与烟气混合通过煤车管道进入地面站除尘，装煤时间为90s ，装煤过程需平煤，机侧小炉门冒烟冒火严重。 导套与装煤孔不完全密封，允许部分空气与烟气混合通过煤车管道进入地面站除尘，装煤时间为90s ，装煤过程需平煤，机侧小炉门冒烟冒火严重。

导套密封无烟装煤，装煤时间为50s ，装煤车保证在同步装煤时，每个装煤孔处的装煤精度公差为250mm ，装煤过程不平煤减少机侧烟尘污染。 2.8 炉顶除尘

采用地面站干式除尘，与地面站接口采用地面站干式除尘，与地面站接口采用上升管单孔压力自动调节系统PROVEN 与装

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8 为翻板阀

形式。

为翻板阀

形式。

煤车配合完

成消除装煤

时烟尘。

2.9炉盖、炉座清扫及泥浆密封装置人工人工设置炉盖、

炉座清扫及

泥浆密封装

置，使导套

及炉盖密封

确保装煤及

结焦时炉顶

不冒烟。2.10平煤余煤料斗计量装置无无余煤料斗设

有称量装

置，可以测

量装煤车实

际装煤量。

2.11装煤导套压力控制方式无无设置导套压

力传感器，

确保装煤过

程中导套始

终与炉座密

封。

2.12走行制动方式电液推杆

闸瓦制

动。电液推杆

闸瓦制

动。

液压缸驱动

盘式制动制

动精确可

靠。

2.13走行对位控制方式人工控制人工控制自动对位控

制方式，操

作人员辅助

监视作用。

2.14四大车联锁控制滑线联锁

控制。滑线联锁

控制。

以太网无线

通迅联锁控

制。

2.15液压系统泵为叶片

泵，油缸

为集成行

程测量

式,精度

高泵为叶片

泵，油缸

为集成行

程测量

式,精度

高

泵为恒压变

量柱塞泵,

油缸为外置

式

2.16地面上各车电源方式各车均采

用滑线导

轨式。各车均采

用滑线导

轨式

推焦机、拦

焦机采用电

缆卷筒，熄

焦车、装煤

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9 采用滑线车导轨式。

4.6m焦炉,7m焦炉和7.63m焦炉的环境保护与投资

4.1环境保护

炼焦过程是一个能源转化过程,生产过程中产生大量的废气和粉尘,国内目前在建的大容积焦炉均设置有高效的除尘装置,可以对生产过程中产生的污染进行有效的控制,均能达到国家环保清洁生产的要求, 6m焦炉和7m焦炉均设有常规的地面除尘站或在车辆上配备专门的除尘装置,但7.63m焦炉与6m焦炉和7m焦炉相比,存在以下明显优势:

4.1.1 按年产220万吨焦炭产量计算，采用7.63米焦炉，每天出焦124次，7米焦炉每天出焦223次，7米焦炉每天出焦282次，可减少推焦时产生的大量烟尘；同时7.63米焦炉密封长度比7米焦炉少1400米，比6米焦炉少2600米,相应减少了泄漏的几率。

4.1.2 7.63m焦炉采用单个炭化室压力控制Proven系统，确保在整个周转时间内炭化室压力的稳定，减少了炉门、装煤口等处烟尘的外逸；而7米焦炉与6米焦炉水平相同。

4.1.3 7.63m焦炉炉体采用3段加热和废气循环，炉体高向加热均匀，废气中的氮氧化物含量低，约为200-300mg/m3,而6m和7m焦炉大于500mg/m3。

4.1.4 7.63米焦炉湿熄焦系统采用CSQ技术，采用特殊配置的翅状阻挡式分离器除去粉尘，其向环境排放的粉尘量为20g/t焦，而常规湿熄焦和低水分熄焦排放的粉尘量为130g/t焦，单纯从环境保护方面考虑，7.63米焦炉明显优于6m和7m 焦炉。

4.2 投资比较

采用7.63m焦炉，吨焦投资约890元；6m 焦炉吨焦投资约760元；7m焦炉吨焦投资约750元，按年产220万吨焦计算，7.63m焦炉总投资多投资2.9~3亿元。主要是因为7.63m焦炉由德国伍德(Uhde)引进技术（包括自动化技术），并且德国伍德(Uhde)对7.63m焦炉设计和技术拥有专利权和多项专有权，国内设计机构无权参考其设计，配套的焦炉机械由德国夏尔克公司设计，关键设备从夏尔克公司引进，造成吨焦投资偏高。

另外,从焦炭产品质量方面比较，当然焦炭质量与煤种、配煤指标、炼焦加热制度、炭化室堆比重等有关，但从炉体结构设计方面来讲，在高向加热方面，7.63m 与7m、6m焦炉均采用废气循环技术，7.63m焦炉还采用了空气分段加热技术，但三种焦炉均能满足高向加热要求，在炭化室宽度方面，7.63m焦炉炭化室宽590mm，7m焦炉炭化室宽450mm，宽炭化室对粘结性较好的煤料生产的焦炭质量较好，但对粘结性差的煤种，会导致焦炭耐磨性能和显微强度变差，因此总体上三种焦炉对产品质量各有利弊，但均能满足目前高炉需要。

5.结论

综上所述，6m焦炉为当前国内占主流的炉型，技术和装备水平均已十分完善和成熟，7m和7.63m焦炉还刚起步，焦炉机械和控制设备的国产化还有待进一步探索，随着国家产业结构的调整和人们环保意识的增强与环境保护法律法规的日益健全，对焦炉的污染控制提出了更高要求，焦炉的大型化和配置的现代化已经成为必然的发展趋势。

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2.3国内外大容积焦炉发展状况及趋势

近几年来，国内外大型焦炉发展的标志是：炭化室高由4m左右增到6m-8m，长由13m左右增到16m-17m，每孔炭化室的容积由25m3左右增加到50m3左右，每孔一次装煤量由20t增加到40t。当前，6m高以上的焦炉约有5000多座。其中如日本，法国，德国，前苏联等，均设计或建成高达7m以上的焦炉。其中以德国考伯斯公司设计的8m高的焦炉为最大，其参数见下表2.5。

表2.5德国考伯斯公司8m高焦炉的参数

方案一方案二

炉孔数9478

炭化室平均长度/mm460382

炭化室长/mm1656016560

炼焦温度/℃14501450

结焦周期/h1515

炭化室一次装煤量/t4033.5

每孔炭化室生产能力/t/d6477

昼夜推焦数150180

操作人员数99

焦炉大型化，并不意味着焦炉个部分尺寸可以任意加大，必须对炭化室的长，宽，高合适尺寸进行研究。综合各种研究结果，今后焦炉大型化发展的趋势大体稳定在如下的水平上：炭化室高度在7m左右，炭化室长度不会超过17m，炭化室平均宽度为450mm左右。

2.4大容积焦炉高向加热均匀性的研究及改善不均匀加热方法

炭化室墙表面积较大,为了获得成熟均匀、含挥发分比较一致的焦炭，要求火道高向和沿长度方向供热能满足要求，即火道上下温度均匀。如果焦饼沿焦炉高向加热不均，会使焦碳粒度均匀性和耐磨性降低、耗热量增加、焦炉操作困难，及因焦饼加热落后部分收缩不好而增加推焦阻力等。现在设计投产的焦炉,炭化室越来越高。我国已有一批炭化室高 6m 的焦炉投产,世界上已有炭化室高 8m 以上的焦炉投入生产。因此,研究影响焦炉高向加热的各种因素及不同炭化室高度如何选择合理的高向加热的参数是炼焦工作者的重要课题之一。

2.4.1高向加热不均匀性产生的原因

影响高向加热均匀性的因素：响焦炉高向加热的因素主要是煤气燃烧的速度、气流的速度和炉墙的传热, 装煤沿高向堆比重等。其中煤气燃烧的速度起着主要的作用。

1 煤气燃烧的速度：火焰的长短与煤气燃烧的速度有关。煤气燃烧速度愈慢,火焰愈长,反之愈短。通常煤气和空气先预热后进入温度很高的燃烧室,故可燃混合物加热到着火温度并进行燃烧，化学反应在瞬间完成。煤气在立火道中的燃烧速度取决于可燃物分

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子和空气分子相互接触的物理过程,即扩散过程。扩散燃烧时,由于局部氧的不足而发生炭氢化合物热解,产生游离碳,使燃烧带中因固体微粒的存在而产生强烈的光和热辐射,形成光亮的火焰。为拉长火焰,改善高向加热的均匀性,焦炉火道内应使煤气和空气缓慢接触混合。加热煤气与空气在立火道中燃烧过程所耗用的时间是参加燃烧的各成分加热到燃点,可燃成分与氧会合和完成燃烧反应所需时间的总和。在立火道温度很高的条件下,煤气和空气在进入立火道前,即在蓄热室内已被加热到发火点。从发火点开始到完成燃烧过程中所耗用的全部时间,实际上就是煤气和空气混合所需的那一段时间。

2 气流速度：火道内气体流动性质与燃烧状态,从理论上分析是较复杂的,但在生产实践中都能体会到焦侧火焰往往长于机侧；在较短的结焦周期下操作，其火焰较长；废气循环可以拉长火焰等等。这是因为：（1）焦侧立火道断面比机侧小，而气体流量却较多,所以焦侧立火道内气体速度大,火焰也就较长。（2）当周转时间缩短时,单位时间内供入的气体量增加,使气体速度增加, 从而拉长了火焰,改变了焦饼上下加热状况。（3）往立火道引人惰性气体,除了可燃与助燃气体的浓度降低,使其燃烧速度减慢外,也因气体流动速度增加等原因使其火焰拉长。

3 炉墙传热：加热煤气在立火道内燃烧所产生的热量经过炭化室墙才能传给煤料。因此，炉墙的传热与焦饼的高向加热有密切关系。炉墙砖的厚薄,立火道隔墙的形状，加热水平高低以及分段加热等对焦饼高向加热均匀性有影响。

4 煤气、空气和废气出口在立火道底的排列：焦炉立火道中,煤气口、空气口的位置及其角度直接影响煤气、空气的混合和燃烧速度,而空气口、煤气口的配置是由设计决定的。目前,我国生产和设计兴建的双联火道废气循环下喷式焦炉,不论其炭化室高低,由于斜道区和蓄热室结构要求，其立火道底部的循环孔斜道和灯头的相对配置见图 2.1。

图2.1 斜道口，灯头和循环孔配置

在上图这种斜道口、灯头和循环孔配置的前提下,当灯头的高度低于循环孔高度的一半时,废气循环量对立火道火焰燃烧的影响,与其加热煤气种类有关。当用焦炉煤气加热时,焦炉煤气中可燃成分高,燃烧速度快。但循环孔循环过来的废气,将从灯头喷出的焦炉煤气(从斜道口喷出的空气)吹向空气(或煤气)一侧,有利于加快空气与煤气的混合,从而使煤气的燃烧火焰变短。当用高炉煤气加热时,循环的废气吹向斜道口的中间(鼻梁砖上方)使煤气和空气分开, 有利于使目前在立火道内燃烧的火焰拉长。高炉煤气的可燃成分低,气体的扩散速度小,燃烧火焰长。由于循环废气的影响,使燃烧火焰拉得更长。这样就造成焦炉用不同煤气加热时,焦饼高向加热有较明显的差别,并且随着炭化室高度的增加,废气循环量的增加,上述差别越来越大。由于焦炉斜道口和喷嘴布置的特点,对于较高的焦炉用高炉煤气加热比用焦炉煤气加热,高向均匀性更好。

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12 5 焦炉装煤，平煤操作的影响 焦炉装煤若堵眼、没平透,大型焦炉平煤杆拖尾现象把煤带到机侧,都将使 焦饼上部成熟不足。

2.4.2 改善焦炉高向加热均匀性方法

1 焦炉煤气贫化：所谓焦炉煤气贫化,即在焦炉煤气中掺入部分高炉煤气,使其可燃成分浓 度降低。我们知道,焦炉煤气的燃烧特点燃烧速度快、火焰短,这是由其组成决 定的。焦炉煤气仅氢含量就在 60%左右,这是焦炉煤气燃烧速度快的决定因素。 在扩散燃烧的条件下,火焰的长短,实际就是煤气燃烧速度的大小。燃烧速度取 决于可燃气体成分和氧的扩散速度,而扩散速度与可燃气体成分的分子量的平 方根成反比(由于气体燃料的扩散系数根据分子运动学说,与分子均方根速度 (8RT/πM)0.5 成正比,即

D ∝（8RT/∏M ）0.5

M —燃料的平均分子量

T — 气体绝对温度

氢的分子量小,扩散速度快,即燃烧速度快,火焰短。而高炉煤气中可燃成分 主要是 CO,燃烧速度慢,火焰长,在这一燃烧理论的指导下,我们设想在焦炉煤气 中掺一部分高炉煤气,使其可燃气体浓度梯度和扩散速度降低,燃烧速率减慢, 从而拉长火焰。同时因混入高炉煤气后,地下室主管压力增加,煤气在灯头处的出口速度增大,喷射力强,可增加废气循环量,亦可帮助拉长火焰。经试验可知使用混合煤气加热后，可较明显地改善焦饼高向加热的均匀性，同时随混合比增加，焦饼上下温差减小。但贫化将会带来一些副作用。如：地下室主管压力增大，横管压力增大，造成煤气泄漏增加，地下室CO 含量增加。另外，主管中由于高炉煤气灰尘与焦油结合产生硬块，挂在主管和砖煤气道中，影响横墙温 度。上述问题应采取如下措施：

(1)找出合适的混合比；

(2)保证焦炉煤气预热后温度在 45±1℃ 内；

(3)经常维护好地下室煤气管道，尤其是各节点。同时，每周应检查一次地下室CO 含量；

(4)经常清扫焦炉煤气主管。

攀钢曾做过焦炉煤气贫化实验，结果见下表：

表2.6

使用混合煤气前焦饼中心温度变化

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从上表看到，使用混合煤气后，焦饼上下加热均匀性有明显改善，焦饼上下温差减小了44℃，中下温差减小22℃，使用混合煤气后，加热煤气量增加了，可降低砖煤气道中的温度，可以减少甚至消除由于煤气裂解以致堵塞砖煤气道的现象。

2 缩小煤气喷嘴直径：横砖煤气道喷嘴直径的选择，应使高向加热均匀及燃烧室各火道煤气量正确分配。一般喷嘴平均直径与砖煤气道直径之比为0.55—0.65。

当喷嘴平均直径变小时，气流出口速度加大，煤气喷射力加大，废气循环量增加，从而使焦饼上下加热的均匀性得到改善。国内外都做过类似试验，而且效果也较明显。但是喷嘴的直径不宜过小，否则会因煤气出口阻力过大而使砖煤气道压力过高，而引起煤气窜漏，影响正常加热。同时因孔径小时对挂石墨的影响较敏感，影响炉温稳定。

3加高煤气出口位置：为研究灯头的高度对焦炉高向加热的影响，曾在本—54 型焦炉的原灯头上加上260mm高的灯头（即高于废气循环孔），并进行靠近循环孔与远离循环孔加高灯头的对比试验，现将试验结果列入下表。

表2.7本—54型焦炉加高灯头对高向加热的影响

从上表可以看出：

(1)灯头加高后不论是火道温度还是焦饼中心温度上下差均有较明显的变化，对上部加热有利。有以下原因：

A.灯头加高后，燃烧点向上移，避免了循环废气对煤气和空气的冲击作用，使上部温度升高。

B.灯头加高前，循环废气将煤气吹向空气侧，或将空气吹向煤气侧，加速了空气与煤气的混合，从而使火焰缩短。灯头加高后（过循环孔），避免了上述现象，降低了煤气周围氧的浓度或将空气吹向背离煤气侧的方向。

(2)加高靠近循环孔的灯头效果比加高远离循环孔的效果好。前者使焦饼上下温度差改变62℃，后者改变40℃；这主要是靠近循环孔灯头加高后,循环过来的废气将空气吹向背离煤气的方向,而远离循环孔是将空气吹向煤气方向的差别。

改善大容积焦炉高向加热均匀性还有以下比较常用的一般方法。

2.4.2.1 降低空气过剩系数

可燃烧与氧充分反应，使燃烧产物中不含可燃成分时的燃烧称完全燃烧。引起不完全燃烧的主要原因有空气供给不足、燃料与空气混合不好或燃烧产物中的H2O和CO2在高温下热解产生CO和H2。

空气和煤气的混合靠燃烧室的结构来保证，燃烧产物中的过剩氧可以抑制H2O和CO2的热解。为保证燃料完全燃烧，供给的空气量必须多于理论空气量，两者之比叫空气过

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剩系数，用a 表示。

a=实际空气量（L 实）/理论空气量（L 理）

a 的选择对焦炉加热十分重要，它的大小反映了上升火道内氧浓度的高低。氧浓度越高，燃烧愈快，火焰愈短；反之，则火焰长。a 大，废气量就多，废气带走的热量也多；a 过小时，由于燃烧不完全，可燃成分随废气排出，故a 不足和a 过大时均会增加煤气耗量。用焦炉煤气加热时，根据焦炉的结构不同,a=1.20—1.25；用高炉煤气加热时，由于惰性成分含量高,a 可低些,a=1.15 —1.20。生产中a 随煤气温度、热值和大气温度等的改变而波动，需经常检查并及时调节。

a 值通过废气分析，可按下式计算： a=1+K(O 2-0.5CO )/(CO 2+CO ) K =V CO2/O 2理 式中：O 2 、CO 、CO 2分别为由废气分析测得废气中O 2 、CO 、CO 2的 体积%；

V CO2为1m 3煤气完全燃烧时，按理论计算所生成CO 2的体积，m 3; O 2 理为燃烧1m 3煤气理论上需要的氧气量，m 3。

K 值是随煤气组成而改变的，一般焦炉煤气K =0.43，高炉煤气K =2.5 无论是哪能种类型焦炉，采用降低空气过剩系数，都可以降低高向温度差。这是因为空气量减少，煤气在立火道内燃烧速度减慢。但此方法有一定限制。不带废气循环的焦炉，空气过剩系数的改变对高向加热较为明显。

攀钢曾在焦炉煤气加热时通过立火道取样做了对比试验，其结果见表2.8。 表2.8 改变空气过剩系数对高向加热的影响

结 焦 时 间

空气过剩 系数a

焦 饼 中 心 温 度（℃）

机 侧 焦 侧 上下差 上

中

下

上 中

下

机侧 焦侧 18h 1.30-1.45 960 1040 1060 960 1010 1040 100 80 18h 1.20-1.30 920 960 1010 950 990 1020 90 70 18h

1.10-1.20

940

970

990

960

990

1000

50

40

从表2.8中可见，随着a 的降低焦饼中心温度上下差逐渐下降，焦饼上下熟的均匀性逐渐变好。另外，立火道空气过剩系数在使用焦炉煤气加热时控制在1.25左右是较理想的。因此，降低和保持合适的空气过剩系数是降低焦饼高向温差的既简单又

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有效的办法。 2.4.2.2 废气循环

煤气和空气在上升立火道内燃烧产生废气，经跨越孔流入下降立火道，这时有部分废气经双联立火道底部的循环孔被抽入上升立火道中，这种燃烧法称为废气循环。

动量原理指出：“在稳定流动时，作用于流体某一区域上的外力在某一坐标轴方向上的总和，等于在此区域两端单位时间内流过的流体在该方向上的动量变化。”根据这一原理及循序上升和下降气流方程式可得到双联火道废气循环的基本方程式： （V 20煤*ρ

0煤

*T 煤斜）/（273*F 火F 煤斜（煤嘴））+（V 20空*ρ

0空

T 空斜）/（273*F 火*F 空斜）

-V 20废（1+x ）2 *ρ0废

*T 上废/（F 2火*273）+H*g* (ρ

下废

-ρ上废

)=（P H -P B ）+∑1-H △P

式中 ： V 0煤、V 0空、V 0废分别为煤气、空气、废气流量，m 3/s ；

ρ0为气体密度；

F 火、F 煤斜（煤嘴）、F 空斜 分别为火道、高炉煤气斜道（烧嘴） 、空气斜

截面积，m 2；

T 煤斜、T 空斜、T 上废分别为斜道出口处的煤气、空气和上升气流火道废

气绝对温度，K ；

H 为火道高度； ρ

下废

、ρ上分别为下降和上升气流火道中废气密度，kg/m 3；

x=V 环/V 废为废气循环量占燃烧产生废气量的百分率，% 。

式（1）左边1—4项分别为煤气喷射力（△h 煤）、空气喷射力（△h 空）、火 道中废气的剩余喷射力（△h 废）上升与下降火道的浮力差（△h 浮），右边 （P H -P B ）为循环孔阻力、∑1-H △P 为跨越孔和火道的阻力，将其合并为总阻力 ∑总△P ，则式（1）可写成：

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△h 煤+△h 空-△h 废+△h 浮=∑总△P （2）

上式推导中没有考虑循环废气与火道中废气的汇合阻力，也没

有考虑喷射力的利用率，故计算的废气循环量大于实际。试验表明，喷射力利用系数K 为0.75时，所得结果与实际比较一致，即式（2）改成： 0.75（△h 煤+△h 空-△h 废）+△h 浮=∑总△P

废气循环的原理，可简要的用以下三点来解释：

（1） 空气和煤气由斜道口和灯头喷出，其速度头形成了喷射力，对上升气流火道底部产生抽力，使下降气流的废气被吸进来。因喷出口断面不变，气体流量越大，气体预热温度越高时，喷射力越大。

（2） 上升气流的温度较下降气流的温度高些，因而产生浮力差，使上升气流有抽吸下降气流的作用。双联的两火道间的温度差越大，浮力差越大，抽吸力增加。 （3） 浮力差与喷射力就是产生废气循环的推动力。由于此推动力，使下降气流中一部分废气被吸入到上升流火道中，从而增加了气体通过立火道、跨越孔和循环孔等处的阻力，达到推动力阻力的平衡。即：

K*（煤气喷射力+空气喷射力+浮力差）=立火道摩擦阻力+跨越孔阻力+循环孔阻力

在现行设计的循环孔和跨越孔尺寸条件下，跨越孔阻力是主要阻力，它占三个阻力的70%—80%，而循环孔的阻力仅占10%左右。

表2.9 废气循环比与煤气种类、灯头高度、

结焦时间、炭化室高度的关系

6米 8 米

焦炉煤气加热 焦炉煤气加热

高炉煤气加热 灯头高190mm 灯头高740mm 灯头高120mm/120mm

灯头高120mm/1200mm

20h 112 80.9 123.5 91.6 89.6 16.5h

105.8

我们习惯上所讲的废气“循环量”是指循环到上升火道的气体量与下降火道过斜

炭 化

室 高

度

加 热 状

态

循

环 比

% 结 焦

时 间

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