70万吨年捣固焦炉(4.3m)设计

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摘 要

炼焦行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结构，它的设计和研究有着重要的意义。本设计的内容是年产70万吨焦炭炼焦车间。配煤比为：气煤40%，肥煤10%，1/3焦煤25%，焦煤10%，瘦煤15%。在配煤工段，本设计采用配合粉碎工艺，同时对配合煤的调湿工艺进行了讨论。炉型选择方面，本设计结合我国在焦炉设计领域的实际情况，采用技术最为成熟的WH43K型捣固焦炉。炭化室有效容积为23.9m3，炭化室孔数根据焦炭年产量确定为2×40孔。焦炉采用焦炉煤气加热，周转时间为18小时。本设计的重点内容是工艺计算，工艺计算包括物料衡算、热量衡算、蓄热室计算、炉体水压计算、烟囱高度计算。经计算得出：蓄热室格子砖高度为3.556m，烟囱高度为80m。在熄焦方式上，本设计选择先进的干法熄焦，湿法熄焦设备作为备用。干法熄焦不仅能够提高焦炭质量，而且可以对红焦的热量进行回收利用。本设计，焦炭分为四级：> 40mm，40～25mm，25～10mm，10～0mm。此外，本设计还对焦炉机械进行了选型和计算。

关键词： 配煤； 捣固焦炉； 干熄焦

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Abstract

Coking industry is occupying the important status in the national economy. As the main body of coking workshop, the design and research of coke oven are significant. The topic of this design is yearly 0.7 million tons coking workshop. The coal blending ratio is: gas coal 40%,fat coal 10%, 1/3 coking coal 25%, coking coal 10%, hard ash coal 15%. In the coal blending workshop section, the smashing coordination craft is used. Meanwhile, the coal drying process was discussed. As for style of the coke oven, according to the actual situation of our country, WH43K tamping coke oven as the most mature technology is chosed. According to the annual output, the number of the carbonization chamber was determinded as 2×40, and its dischargeable capacity is 23.9m3. In the design, blast furnace coal gas is used to heat up the carbonization chamber and the turning round time is 18h. The process computation is the main content in the design, including material balance, energy balance, the checker chamber, the pressure of coke oven and the height of chimney . As the result of the computation, the height of the checker chamber and the chimney is respectively 3.556m and 80m. In the way of coke quenching, dry coke quenching method is chosed because dry coke quenching method can not only improve the quality of coke but also recovery the heat of the red-hot coke, and wet coke quenching equipment is reserved. In the design, coke is divided into four levels: >40mm, 40 ~ 25mm, 25 ~ 10mm, 10 ~ 0mm, respectively. In addition, the coke oven machinery is carried on with the shaping and the computation.

Key word: Coal blending; Tamping coke oven; Dry coke quenching

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目 录

1 绪论 ......................................................................................................................... 1 1.1 煤炭资源 ........................................................................................................... 1 1.2 焦化行业背景 ................................................................................................... 2 1.3 焦化行业发展现状 ........................................................................................... 4 1.4 捣固炼焦简介 ................................................................................................... 4 1.4.1 基本原理 .................................................................................................... 4 1.4.2 捣固炼焦技术优势 ................................................................................................. 4 1.5 设计的意义 ....................................................................................................... 5 1.6 设计的内容 ....................................................................................................... 5 1.7 设计依据和设计原则 ....................................................................................... 5 2 化工技术部分 ......................................................................................................... 6 2.1 原料 ................................................................................................................... 6 2.1.1 原料煤性质与配煤比的选择 ..................................................................... 6 2.1.2 原料煤、蒸汽、水、煤气的年耗量 ......................................................... 8 2.2 产品 ................................................................................................................... 9 2.2.1 焦炭质量估计、全焦及各级焦炭的年产量 ............................................. 9 2.2.2 出炉煤气组成，净煤气年产量 ............................................................... 10 3 备煤工艺概述 ....................................................................................................... 12 3.1 备煤工艺流程的选择 ..................................................................................... 12 3.2 备煤车间的工段组成和平面布置 ................................................................. 13 3.2.1 备煤车间的工段组成 ............................................................................... 13 3.2.2 备煤车间平面布置 ................................................................................... 13 3.3 备煤车间主要设备的选择和计算 ................................................................. 14 4 炼焦车间工艺方案 ............................................................................................... 19 4.1 炼焦生产工艺的选择 ..................................................................................... 19

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4.2 炼焦车间与其他车间的相对布置 ................................................................. 19 4.3 焦炉炉型和炭化室尺寸的对比、论证及选择 ............................................. 19 4.3.1 焦炉炉型的对比 ....................................................................................... 19 4.3.2炉型及炭化室尺寸的选择 ......................................................................... 20 4.4 专业车辆的台数及配置 ................................................................................. 22 4.5 炉组布置，炉间台、炉端台的尺寸及各层空间的利用 ............................... 24 4.5.1 炉组布置 ................................................................................................... 24 4.5.2 炉间台、炉端台的尺寸及各层空间的利用 ........................................... 26 4.6 加热煤气、出炉煤气及辅助管道的布置 ..................................................... 28 4.6.1 加热煤气管道布置 ................................................................................... 28 4.6.2 出炉煤气管道及辅助管道的布置 ........................................................... 29 4.7 烟道与烟囱位置的讨论 ................................................................................. 29 4.8 熄焦设备 ......................................................................................................... 30 4.9 煤塔布置 ......................................................................................................... 31 5 工艺计算 ............................................................................................................... 32 5.1 炭化室的物料衡算 ......................................................................................... 32 5.1.1 物料平衡的入方 ....................................................................................... 32 5.1.2 物料平衡的出方 .................................................................................................... 32 5.1.3 物料平衡表 ............................................................................................................. 36 5.2 焦炉的热量衡算 ........................................................................................................... 37 5.2.1 热平衡收入项计算 ............................................................................................... 37 5.2.2 热量支出各项的计算 ........................................................................................... 39 5.2.3 热平衡表 ................................................................................................................. 44 5.2.4 热效率、热工效率及炼焦耗热量 .................................................................... 45 5.3 焦炉蓄热室的计算 ....................................................................................................... 45 5.3.1 原始数据 ................................................................................................... 46 5.3.2 蓄热室高向温度分布 ............................................................................... 47 5.3.3 格子砖蓄热面及水力直径计算 ............................................................... 47

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5.3.4 蓄热室热平衡 ........................................................................................... 48 5.3.5 热交换系数KP的计算 ............................................................................ 49 5.3.6 格子砖高度的计算 ................................................................................... 53 5.4 炉体水压计算 ................................................................................................. 53 5.4.1 计算公式 ................................................................................................... 53 5.4.2 炉体水压计算 ........................................................................................... 55 5.4.3 加热系统各部位浮力计算 ....................................................................... 64 5.4.4 加热系统各部位压力计算 ....................................................................... 66 5.5 烟囱高度计算 ................................................................................................. 68 5.5.1 计算烟囱高度的基本公式 ....................................................................... 68 5.5.2 烟囱高度计算 ........................................................................................... 68 6 焦炉机械设备及附属设备的选择、计算 ............................................................ 75 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 ..................... 75 6.1.1 焦炉机械 ................................................................................................... 75 6.1.2 筛分设备 ................................................................................................... 75 6.2 护炉结构及设备的作用，设备结构形式和规格的确定 ............................. 76 6.3 集气系统及辅助管道的作用，结构形式及集气管径的计算、选择 ......... 79 6.3.1 集气系统及辅助管道的作用及结构形式 ............................................... 79 6.3.2 集气管径的计算及选择 ........................................................................... 81 6.4 加热煤气设备的结构及管径的计算、选择 ................................................. 82 6.4.1 加热煤气设备 ........................................................................................... 82 6.4.2 焦炉煤气加热管径的计算 ....................................................................... 83 6.5 废气设备和交换传动装置的结构形式 ......................................................... 84 6.5.1 交换开闭器 ............................................................................................... 84 6.5.2 烟道调节翻板 ........................................................................................... 85 6.5.3 交换传动装置的结构形式 ....................................................................... 85 7 主要技术操作与生产控制技术 ............................................................................ 87 7.1 推焦串序的决定及本车间的循环推焦表 ..................................................... 87

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7.2 焦炉的加热制度 ............................................................................................. 88 7.2.1 焦炉的加热制度 ....................................................................................... 88 7.2.2 温度制度 ................................................................................................... 88 7.2.3 压力制度 ................................................................................................... 88 7.3 焦炉正常操作中的主要规定 ......................................................................... 89 7.4 焦炭质量检查项目、检查制度及取样地点 ................................................. 90 7.5 焦炉所用仪表及自动调节装置的类型，数量、用途及安装地点 ............. 90 8 生产辅助设施及其他 ............................................................................................ 92 8.1 生产辅助设施 ................................................................................................. 92 8.1.1 总图运输 ................................................................................................... 92 8.1.2 建筑与结构 ............................................................................................... 94 8.1.3 通风采暖除尘 ........................................................................................... 94 8.1.4 热力 ........................................................................................................... 95 8.1.5 给水排水 ................................................................................................... 95 8.1.6 电力及电讯 ............................................................................................... 96 8.1.7 工业仪表及自动化 ................................................................................... 96 8.2 焦炉节能 ......................................................................................................... 97 8.3 职工定员 ......................................................................................................... 97 8.4 工程概算 ......................................................................................................... 99 8.5 环境保护 ....................................................................................................... 100 8.6 劳动安全 ....................................................................................................... 100 9 焦炉重要经济指标 ................................................................................................ 102 参考文献 ................................................................................................................... 103 致 谢 ........................................................................................................................ 104

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1 绪论

1.1 煤炭资源

煤炭是中国储量最多、分布最广的不可再生战略资源。根据全国第三次煤炭资源预测与评价，中国煤炭资源总量约5.57万亿吨，居世界第一。

我国炼焦煤资源虽较丰富，但在地区和品种分布上明显存在两个不平衡。从总的分布来看，东部沿海地区的储量小，而产量较大，而内陆及西部地区储量高，近几年的产量逐步加大。仅山西、河南、内蒙古、安徽四省区的炼焦煤储量就占全国炼焦煤储量的70％。从各大区的分布情况看，也不平衡，华北地区炼焦煤储量约占全国储量的2/3，其中山西一省就占50％以上。华东地区炼焦煤储量集中在安徽和山东两省。安徽省炼焦煤储量占全国9％，全省90％以上的煤集中在淮南和淮北。东北地区炼焦煤储量较少，仅占全国炼焦煤储量的5％，主要分布在黑龙江、吉林两省。由于东北三省的开发强度大，不少矿区如本溪、抚顺等煤矿并已经枯竭。

我国炼焦煤品种虽然齐全，但分布很不平衡，储量最大的气煤(包括1/3焦煤)占我国炼焦煤储量的57％，肥煤、焦煤、瘦煤加到一起也不到炼焦煤储量的50％。具体的比例分布为：肥煤14.46％；焦煤16.89％；瘦煤12.38％；而且这些储量中高硫(S≥2％)的肥、焦、瘦煤分别占本煤种的48.0％、29.6％和56.64％；即有一半的肥煤和瘦煤是高硫煤，1/3的焦煤是高硫煤[1~2]。

总之，我国炼焦煤资源虽较丰富，但地区分布很不平衡，煤种虽较齐全，但以气煤(包括1/3焦煤)储量高、产量大、分布面广为特征。近年来随着我国炼焦规模的快速发展，对炼焦煤的需求大幅上升，优质炼焦煤的供求关系十分紧张。为此，加强宏观控制和综合利用弱黏煤的研究显得非常重要和紧迫。

炼焦煤的特性主要包括煤的变质程度、岩相组成、黏结性、化学成分以及煤的可选性等。总体而言，我国目前主要矿区生产的洗精煤，其硫分、灰分以气煤(包括1/3焦煤)为最低，焦煤的灰分为最高，肥煤的硫分为最高。在煤岩组分中，镜质组含量以肥墨煤最高，其他煤种相近，煤的可选性以气煤为最好。焦煤的可选性差，煤的硬度以气煤(包括部分l/3焦煤)为最高，较难破碎，肥煤最易破碎[3]。

我国煤炭资源，特别是炼焦煤资源有以下特点：

(1)勘探程度不高。在煤炭资源中，探明储量包括有大量普查找矿储量，占可供进一步勘探储量的78.7％，而尚未利用和将供建井的精查储量所占比重很小，只有9.4％。在炼焦煤资源中，普查储量占可供进一步勘探储量的81.0％，而尚未利用、可供建井的精查储量只占4.5％。

(2)炼焦煤资源有限，且品种不均衡。在炼焦煤保有储量中质量较差的约有80Gt，

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尚不能作为炼焦用煤。因此，可以用于炼焦的煤只有178 Gt。中部和东部地带的炼焦煤，绝大部分已经勘探，探明储量已接近资源量而西部和南部地带炼焦煤资源并不丰富。全国范围内气煤储量占一半以上：肥煤、焦煤、瘦煤的储量有限，与配合煤炼焦要求不匹配。

(3)煤炭储量按地区分布不均衡。我国煤炭资源的分布特点是东部少，中、西部多，南部少，北部多，这与中国经济发展，工业布局与人口分布状况不相适应。

(4)炼焦煤的可选性差。中国炼焦煤中以灰分高的煤居多，原煤灰分含量一般在20％~30％，有的甚至离达30~40％。含硫高的炼焦煤约占炼焦煤总量的20％，根据中重己开采的炼焦煤入洗情况，多数属于可选性差的煤，尤其是肥煤、焦煤和瘦煤[4]。

1.2 焦化行业背景

焦化工业是国民经济中的一个重要行业，已经历了一百多年的历史。它所以能发展到今天，其原因是焦化工业为钢铁工业提供了焦炭和燃气；为化学工业、医药工业、农业以及国防工业等国民经济部门提供了原料；对城市煤气化起了促进作用。目前焦化工业已经发展到了相当高的水平。

为了整顿炼焦行业规范，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》和《危险化学品生产储存建设项目安全审查办法》等。 1.《焦化行业准入条件》（2008年修订）[5]

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：

（1）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。

（2）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）、化学产品回收装置与煤气利用设施。热回收焦炉应同步配套建设热能回收和烟气脱硫、除尘装置。

（3）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。 （4）主要产品质量

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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； 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H2S含量应≤250mg/m3。

（5）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

综合能耗(kgce/t焦） 煤耗（干基）t/t焦 吨焦耗新水m3/t焦 焦炉煤气利用率 水循环利用率% 炼焦煤烧损率%

常规焦炉 ≤165*1 1.33*2 2.5 ≥98 ≥95

热回收焦炉 ≤165*1 1.33 1.2 — ≥95 ≤1.5

半焦（兰炭）炉 ≤260*1（内热） ≤230*1（外热）

1.65 2.5 ≥98 ≥95

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Vd=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≥350KWh；入炉煤干基挥发分为23％时，吨焦发电量≥430KWh。 （6）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。 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。

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2．《清洁生产标准 炼焦行业》[6]

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。

1.3 焦化行业发展现状

现阶段国外主要炉型有德国的卡尔-斯蒂尔式焦炉、奥托式焦炉；日本的新日铁M式焦炉；美国的考伯斯式焦炉。进入21世纪以来，国外具有代表性的煤高温炼焦技术主要有日本的SCOFE21炼焦新技术、欧洲炼焦技术中心开发的巨型炼焦反应器和美国的无回收焦炉炼焦技术。其代表炉型分别为21世纪高产无污染大型焦炉（SCOPE21）、单室炉系统（SCS）和美国阳光煤业公司炉型[1]。

中国是世界焦炭生产大国，焦炭产量占世界焦炭产量的一半左右，已成为全球最大的焦炭生产和出口国。由此刺激发展了炼焦技术的快速发展，新建和改造焦炉数量直线上升，焦炉大型化比例显著提高；干熄焦、捣固炼焦、焦炉信息化改造、炼焦生产自动化等一批新技术得到推广和应用；扩大弱黏煤利用、配煤专家系统、煤与不同添加物的共焦化以及改善焦炭热性质等应用型研究也取得了可喜的成绩。现阶段中国比较普遍采用JN型、JNX型焦炉。6米焦炉现已成为主导炉型，另外，我国大型钢铁企业武汉钢铁公司、太原钢铁公司和马鞍山钢铁公司已签约引进德国7.63m超大容积焦炉，现均已投产。

1.4 捣固炼焦简介

1.4.1 基本原理

捣固炼焦，一般是用高挥发份弱黏结性或中等黏结性煤作为炼焦的主要配煤组分，将煤料粉碎至一定细度后，用机械捣固成煤饼，送入焦炉炭化室内炼焦[7]。

1.4.2 捣固炼焦技术优势

节约资源

捣固炼焦的煤饼堆密度可由顶装煤炼焦的0.75t /m 3提高到1.00 t / m 3~1.15 t /m 3[8]，致使煤料颗粒间距减小，结构致密，有利于多配人高挥发性煤和弱粘结性煤，生产优质冶金焦炭。在焦炭质量略好或相同的情况下，捣固焦炉比顶装焦炉可多配人20%~30%的弱粘结性煤或高挥发分煤。捣固焦炭的使用还可以使高炉的生产率提高1/3以上。

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提高焦炭质量

捣固炼焦可以提高焦炭的冷态强度和反应后强度。其抗碎强度M40提高1~6 百分点，耐磨指标M10改善2~4百分点；焦炭的反应后强度CSR值一般可提高1~6百分点。捣固炼焦还可以提高焦炭的筛分粒度。

保护环境

捣固焦炉不仅可以选用顶装煤焦炉采用的环境保护措施，而且由于捣固焦炉独有的特点，可以在炉顶设置焚烧洗涤消烟除尘车，减少装煤推焦逸散的烟尘量，使得环境保护措施更趋完善，降低污染物排放量。

技术经济

尽管捣固焦炉的捣固机和装煤推焦车的投资略高于顶装焦炉的机械费用，结焦时间也比顶装炉长，但是捣固煤饼的堆积密度比顶装煤高1/3，故相同生产规模的焦炉，可以减少炭化室的孔数或炭化室容积。随着我国捣固机械制造水平的提高，单套机械的服务孔数已由原来的30孔增加到了50~72孔，综合计算捣固焦炉的总投资比顶装焦炉略高。

捣固炼焦工艺可以比顶装煤炼焦工艺配人更多的高挥发分或弱粘结性的低阶煤，同时增加石油焦、焦粉的配人量，减少焦煤用量，原料煤的采购费用具有明显的优势，直接降低了焦炭的生产成本。捣固焦炉焦炭质量提高，可相应提高销售价格，而其操作费用和动力消耗与顶装煤工艺基本相同，直接增加了销售收人。捣固焦炉增加了焦炭的筛分粒度，相应增加了销售收人。

1.5 设计的意义

随着钢铁工业的发展，高炉对焦炭的要求也在提高。焦炭质量主要取决于配煤和焦炉性能。本设计旨在从这两个方面出发，尽量吸取先进技术，生产优质高炉焦。

1.6 设计的内容

本设计的内容包括备煤方案、焦炉选型及结构、焦炉工艺计算、焦炉设备选择、车间布置和生产辅助设施。

1.7 设计依据和设计原则

设计依据：国家关于炼焦行业设计的相关规定。

设计原则：在各项经济指标符合国家相关标准规定的前提下优化生产工艺流程。

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2 化工技术部分

2.1 原料

2.1.1 原料煤性质与配煤比的选择

1、 原料煤的性质

我国炼焦配煤常用的煤种有气煤，1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤，它们的粘结性、结焦性及在配煤中的作用如下:

(1)气煤

气煤是指变质程度较低的烟煤。气煤的挥发分高，在加热时，产生的胶质体热稳定性差、粘度小、流动性强，在生成半焦时胶质体易分解并析出大量气体，固化的部分较少。气煤的粘结性较弱。

气煤单独炼焦时能形成焦炭，但焦饼收缩大，焦炭纵裂纹多，焦块细长易碎，气孔大而不均匀，反应性强。气煤的结焦性较差。配煤中配入气煤，可以降低炼焦过程中的膨胀压力，对焦炉有利;可以增加焦饼的收缩度，有利于推焦，能增加煤气和炼焦化学产品的产率。但是，配入气煤将使焦炭的块度变小，强度降低。

(2)1/3焦煤

1/3焦煤是指介于焦煤和气煤之间的烟煤。1/3焦煤的挥发分比较高，但通常比气煤低，在加热时能产生较多的胶质体，且热稳定性比气煤好，单独炼焦时能生成一定块度和强度的焦炭，同时焦饼的收缩比焦煤大，膨胀压力比焦煤小。1/3焦煤的粘结性和结焦性比气煤强，其中G> 75的1/3焦煤，粘结性和结焦性较好，可单独炼出高强度的焦炭，是配合煤中的主要组分;而G<75的1/3焦煤，粘结性和结焦性稍差，单独炼焦时不能得到高强度的焦炭，在配合煤中的用量也不宜过多。

在炼焦配煤中配人1/3焦煤，减少气煤的配人量，可以提高焦炭块度和强度，同时能够节约焦煤，并对增加焦饼收缩和减小炼焦过程中的膨胀压力有利。

(3)肥煤

肥煤是指变质程度中等、粘结性极强的烟煤。肥煤加热时能产生大量胶质体，其热稳定性比较好，粘度不大。在炼焦煤中以肥煤的粘结性为最好。

肥煤单独炼焦时所得焦炭横裂纹多，气孔率高，在焦饼根部有蜂窝状焦，焦炭易成碎块但是，用肥煤炼出的焦炭熔融性好。肥煤的结焦性不如焦煤。

肥煤因其粘结性极强，因此是炼焦配煤中的重要组分，在配煤中被作为基础煤使用。配人肥煤可使焦炭熔融性良好，从而提高焦炭的耐磨强度，并为配人粘结性差的煤或瘦化剂创造条件。

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(4)焦煤

焦煤是指变质程度较高、结焦性好的烟煤。焦煤具有中等挥发分和较好的粘结性，在炼焦煤中是结焦性最好的煤，因此，是典型的炼焦煤。

焦煤在加热时形成热稳定性很好的胶质体，单独炼焦时所得焦炭块度大、裂纹少、机械强度高、耐磨性好，最适于炼制高质量焦炭。但是，由于收缩度小，膨胀压力大，可能造成难推焦现象，甚至引起炉体损坏。炼焦配煤中配人焦煤，可以起到骨架和缓和收缩应力的作用，从而提高焦炭的强度，是优质的炼焦原料。

(5)瘦煤

瘦煤是指变质程度较高、挥发分比较低的烟煤。瘦煤在加热时产生的胶质体少，且粘度大，能单独炼焦，所得焦炭块度大、致密度好、裂纹少，但熔融性差，耐磨性不好。瘦煤的粘结性和结焦性都较差。

炼焦配煤中配人瘦煤，可以起到骨架和缓和收缩应力，从而增大焦炭块度和提高焦炭致密度的作用，是配煤中的重要组分[9]。 2、配煤比的选择

配煤原则如下[10]:

( 1 )采用的配煤比应使焦炭质量达到规定的指标，满足使用部门的要求。 ( 2 )充分利用本地区资源，做到运输合理，尽可能缩短运输距离。

( 3 )煤在炭化室内不致产生过大的膨胀压力，以免损坏焦炉炉体和引起推焦困难。 ( 4 )在保证焦炭质量的前提下，尽量少用焦煤等优质煤，多用气煤和弱粘结性煤。 ( 5 )在可能条件下，应尽量降低煤的灰分和提高化学产品的产率。

根据以上原则可以确定以下大致的配煤方案。本设计拟新建湖南某企业焦化厂的一组年产焦70万吨焦炉，根据此公司对焦炭质量的要求、公司的自身条件，以及周边地区的各种炼焦煤的分布特点进行模拟试验焦炉试验，最终确定的配煤比如下：

表2.1 配煤比

配煤成分 比例/%

气煤 40

肥煤 10

1/3焦煤 25

焦煤 10

瘦煤 15

配合煤的工业分析和元素分析见表2.2及表2.3

表2.2 煤的工业分析

煤种 气煤(QM) 1/3焦煤(1/3JM)

配煤比

/% 40 25 10 10 15 —

工业分析项目/%

Mad 2.18 1.56 2.23 1.43 2.01

Ad/% 7.75 9.26 7.26 8.21 8.56

7

Vdaf/% 37.03 31.30 27.68 19.70 15.12

St，d/% 1.33 0.76 1.07 0.64 0.71 1.00

G - - - - - 79

Y/% - - - - - 14

肥煤（FM） 焦煤(JM) 瘦煤(SM) 配合煤

2.54 10.65

29.60

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表2.3 煤的元素分析

煤种 气煤(QM) 1/3焦煤(1/3JM)

元素分析项目/%

St，ad 1.30 0.75 1.04 0.60 0.70 0.97

Sdaf

Cad

Cdaf

Had 5.13 4.64 4.57 4.04 4.19 4.70

Hdaf 5.70 5.20 5.05 4.47 4.83 5.26

Nad 1.18 1.44 1.29 1.76 1.39 1.34

Ndaf 1.31 1.61 1.42 1.95 1.60 1.50

1.44 76.55 84.99 0.84 78.84 88.41 1.15 80.52 88.96 0.66 81.32 90.00 0.81 77.31 89.06 1.09 78.12 87.35

肥煤（FM） 焦煤(JM) 瘦煤(SM) 配合煤

2.1.2 原料煤、蒸汽、水、煤气的年耗量

1、原料煤年耗量

（1）焦炉炭化室孔数的确定 干全焦年产量计算公式：

G?365?24?0.95nV?K? （2.1）

式中，

G——干全焦的年产量，G=70万t/a； n——炭化室孔数；孔；

V——煤饼体积，本设计焦炉（后面论证）：

V=有效长×有效高×平均宽=13.28×4.00×0.45=23.90m3/孔；

?——干煤堆比重，本设计取1.05 t/m3；

?——焦炉周转时间，本设计?=18h；

K——全焦率， 根据后面的热量衡算，入炉煤干燥基全焦率KdJ=76.19%； 0.95——减产系数；

nV?KdJG?365?24?0.95

?则 n?=

G? d365?24?0.95?V?KJ700000?18

365?24?0.95?23.90?1.05?0.7619=79.2孔

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n取整为80孔，则干全焦年产量

nV?KdJG?365?24?0.95=70.72万t/a

?（2）原料煤的年耗量的确定

年消耗干煤量=70.72/0.7619=92.82万t/a

92.82设定原料煤的水分为10%，原料煤的年耗量为： =103.13万t/a

1?0.12、蒸汽、电、水、煤气的年耗量 （1）蒸汽的年耗量

蒸汽主要用于清扫集气管，消耗指标为0.002m3/t（干煤） 0.002×92.82×104=1856.4m3/a 蒸汽的年耗量为1856.4m3/a （2）电的年耗量

生产吨干焦的耗电量为25Kw·h/t焦 25×70.72×104=1.77×107Kw·h/a （3）水的年耗量

本设计采用干法熄焦，故耗水量主要来自水封及装煤孔盖密封等用水，为0.005m3/t干煤。

0.005×92.82×104=4641m3/a （4）煤气的年耗量

本设计焦炉采用焦炉煤气（含水量2.35%）加热，根据后面的热量衡算，吨入炉煤需要的干焦炉煤气量为137.35m3。

故，年耗湿焦炉煤气量为：

92.82×104×137.35/(1-2.35%)=130556344 m3

2.2 产品

2.2.1 焦炭质量估计、全焦及各级焦炭的年产量

1、焦炭质量估计

[11]根据谢海深等在《焦炭质量预测模型的研究》中提出的用配合煤质量预测焦炭质

量的公式：

Ad=－2.23875+1.57222 Ad (煤) （2.2） Std=0.047597+0.755182 Std (煤) （2.3） M40=66.8343－0.563862Vdaf+0.455154G （2.4） M10=15.3568+ 0.316589Vdaf－0.233651G （2.5） 配合煤：Ad =8.56％；St,d =1.00％；Vdaf =29.60％；G=79；

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焦炭：

Ad =－2.23875+1.57222 Ad (煤)=－2.23875+1.57222×8.56=11.22％ Std =0.047597+0.755182 Std (煤)=0.047597+0.755182×1.00=0.80％ M40=66.8343－0.563862 Vdaf +0.455154G

=66.8343－0.563862×29.60+0.455154×79 =86.10％

M10=15.3568+0.316589 Vdaf－0.233651G

=15.3568+0.316589×29.60－0.233651×79 =6.27％

计算结果表明，St,d达二级冶金焦质量标准，Ad、M40、M10均达一级冶金焦质量标准。

2、全焦及各级焦炭年产量 （1）干全焦年产量为70.72万t/a （2）各级焦炭年产量

本设计焦炭分级为：>40mm；40～25mm；25～10mm；10～0mm； 根据《焦化设计参考资料》[10]

表2.4 各级焦炭产率

分级范围 全焦 >40mm 40～25mm 25～10mm 10～0mm

产率/% 74～76 86 7 2.5 4.5

备注 对干煤 对干全焦 同上 同上 同上

根据上表可得各级焦炭（干基）年产量为： >40mm： 70.72×0.86=60.82万t/a 40～25mm：70.72×0.07=4.95万t/a 25～10mm：70.72×0.025=1.77万t/a 10～0mm： 70.72×0.045=3.18万t/a

2.2.2 出炉煤气组成，净煤气年产量

1、出炉煤气组成

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表2.5 出炉煤气组成(体积,%)

H2 CH4 CmHn

54

28

2

CO

5.5

CO2

2.6

O2

0.7

N2

5

焦油气 0.02g/m3

粗苯 氨 硫化氢

45g/m3 16g/m3 4g/m3

2、净煤气年产量

根据后面的物料衡算，吨入炉煤所产净煤气量为145.17 kg/t 净煤气年产量为 92.82×104×145.17=134747t/a

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3 备煤工艺概述

备煤车间的任务是：将从选煤厂运来的精煤（或低灰原煤）经过必要的工艺处理，制备出质量均一、细度适当、配煤比准确符合炼焦质量要求。

备煤车间工艺一般为原料的装卸，煤的贮存和均匀、煤的配合、粉碎和混合，最后运输到炼焦车间的贮煤塔。为了完成这些任务需要卸车装备，贮煤场的倒运设备、配煤和粉碎设备等。

3.1 备煤工艺流程的选择

备煤工艺大体分为配合粉碎（先配煤后粉碎）和分别粉碎（先单种煤分别粉碎再配煤）。二者在煤的接受和贮存基本上是相同的，但在煤的配合与粉碎上则有先后顺序的差别。

1、先配后粉工艺流程

优点：工艺过程简单，布置紧凑，操作方便，粉碎机后亦不再需要混合设备。 缺点：当各原料煤的硬度差别较大时，对焦炭质量有一定的影响。

2、先粉后配工艺流程

优点：各单种煤的粉碎细度可按其性质和要求进行调节，从而达到改善焦炭质量的目的。

缺点：工艺过程复杂，需要多台粉碎机。在配煤以后还需设有混合设备。

3、其它工艺流程：

（1）部分硬质煤预粉碎工艺

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原料煤卸煤设备贮煤槽配煤槽配煤设备粉碎设备贮煤塔图3.1 配合粉碎工艺流程图

原料煤卸煤设备贮煤槽粉碎设备配煤槽配煤设备混合设备贮煤塔图3.2 分别粉碎工艺流程

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炼焦用煤只有1-2中硬度较大的煤时，可先将这种硬质煤预粉碎，然后按比例和其他煤配合、粉碎。 （2）分组粉碎工艺

分组粉碎时将组成配合煤的各种煤，按不同性质和要求，分成几组进行配合，再分组分别粉碎到不同的细度，最后均匀的工艺。 （3）选择性粉碎

根据炼焦煤料中煤种和岩相组成在硬度上的差异，按不同粉碎粒度要求，将粉碎和筛分相结合，达到煤料均匀，既消除大颗粒又防止过细粉碎，并使惰性组分达到要求细度。

考虑各单种原料煤的硬度差别不大，为了简化流程，减少投资，故本设计选择先配后粉工艺流程。

综上所述，本设计选用的备煤工艺流程见图3.1。

3.2 备煤车间的工段组成和平面布置

3.2.1 备煤车间的工段组成

备煤车间的工段组成包括受煤工段、破碎工段、配煤工段、粉碎工段和贮煤塔，见图3.1。

3.2.2 备煤车间平面布置

备煤车间的平面布置形式主要有以下三种基本形式： 1）备煤车间布置在焦炉的焦侧

优点：贮煤场到煤塔的胶带输送机长度较短，备煤和筛焦的铁路线可以集中，车间比较紧凑，操作管理较为方便。

缺点：筛焦楼离炼铁车间较远，增大了往炼铁厂运送焦炭的距离。 2）备煤车间布置在焦炉的机侧

优点：筛焦楼靠近炼铁厂，往炼铁厂运送焦炭的距离较短。

缺点：化产车间夹在备煤和焦炉中间，因而增大了粉碎机室到煤塔的运输距离。 3）备煤车间与焦炉混合布置 优点：整个工厂比较集中紧凑。

缺点：各个车间，特别是炼焦车间的发展受到限制，备煤车间也比较分散，维护管理不便。

因本设计焦化厂焦炉与钢铁厂距离较远，布置方式对焦炭运输距离影响很小。故本设计采取焦炉焦侧的布置形式。本设计备煤车间平面布置见图3.3。

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142356781211109

图3.3 配煤车间平面布置

1—干熄焦装置；2—煤塔；3—焦炉；4—干燥设备；5—配煤室；6—胶带输送机走廊；7—粉碎机室；8—转运站；9—受煤槽；10—装卸桥；11—地面胶带输送机；12—煤场

3.3 备煤车间主要设备的选择和计算

（1）卸煤设备的选择

1）翻车机：效率高，生产能力大，运行可靠，操作人员少和劳动强度低等特点，适合于大型焦化厂使用，但对车帮撞击力较大，容易损坏车皮。

2）螺旋卸车机：机构简单，制造和检修容易，重量轻，对车皮适应性强，基本无损坏，为中小型焦化厂的主要卸煤设备，但地下工程量大，劳动条件差，配备人员较多。

3）链斗卸车机：机构简单，制造和检修容易，便于自制，工建工程量，广泛用于中、小型焦化厂，也可用于大型焦化厂布置在装卸桥或门式起重机的刚性支腿侧，把煤卸到煤场的临时煤堆上，再由抓斗类起重机倒运至主煤堆存放。链斗卸料机卸大块多的煤时，易将大块煤挤到车皮两端和卸落铁轨中间，增加人工清扫量；对潮湿的煤，易粘在斗内难卸下；而卸较干的煤时，在抛落过程中易被风吹损。

4）抓斗类起重机：可兼卸车和倒运之用。以大车和小车配合运行，用抓斗完成物料卸、取、堆综合作业，运行灵活可靠。但由于间歇作业，生产能力较低，设备重量大，配合作业的构筑物多，不易实行自动化，用于卸车时，尚须人工清扫车底。

表3.1各种规模焦化厂推荐采用的受煤装置

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规模，万吨焦炭/年

>90 40-90 60 20-40

重机

10-20

车机

≦10

链斗卸车机配室内煤库

Lk=28.5-31.5米抓斗桥式起重机或链斗卸受煤装置形式

翻车机

螺旋卸车机配受煤槽

链斗卸车机配Lk=40米Q=5吨装卸车 链斗卸车机配Lk=26米Q=5吨抓斗门式起

比较上述几种卸料设备，首先本设计为年产量70万吨焦炉，要求卸料量较大；其次为了减少成本，提高生产效率。从这两方面考虑，采用翻车机卸料更合理。所以本设计采用KFJ－2A型三支座转子式翻车机卸料。

（2）煤场设备及辅助设备的选择

1）堆取料设备：根据工厂规模和国内现有贮运设备的种类和性能，年产量≥90万吨的焦化厂采用堆取料机或大跨度装卸桥进行堆取料较宜。但是大跨度装卸桥，均为间歇作业，与堆取料机相比，有生产能力低、设备重量大、基建费用高等缺点。故本设计采用DQ5030型堆取料机进行煤料的堆取，如下图3.4

图3.4 贮煤场

2）辅助设备：在机械化贮煤场中，为了配合贮运设备进行辅助作业，以提高贮运设备的工作效率，都增设推土机来辅助作业。

3）其他辅助设置：推土机库、工人休息室、调度室等。 （3）贮煤场容量及长度计算 1）贮煤场容量

原料煤的年耗量为103.13万t/a；

平均每天焦炉用煤量为103.13/365=0.283万t；

设贮煤场容量按15天焦炉用煤量考虑，则其容量为0.283×15=4.245万t； 本设计将贮煤场容量设定为5万t；

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2）贮煤场长度

根据《焦化设计参考资料》，贮煤场长度可用下式计算：

L?Q?nh?(n?1)c （3.1）

K???qL—贮煤场的堆煤总长度，m； Q—要求贮煤场的操作容量，为5万t； K—贮煤场的操作系数，一般取0.7；

n—沿贮煤场全长方向的主煤堆数。当煤场使用堆取料机时，为简化计算，n取煤种数；故本设计n为5；

h—煤堆高度，取13m；

c—相邻煤堆底边的间距，取2m；

??q——在每m主煤场的长度内，主煤堆和副煤堆的总堆煤量；

按?q=0.8h（l－h）得，

??q=?q1+2?q2=0.8h（l1－h）+2×0.8h（l2－h）

=0.8×13×（50－13）+2×0.8×13×（35－13） =384.8+457.6=842.4t/m

L=

50000+5×13+（5-1）×2=177.8m

0.7?842.4考虑到贮煤场因其他因素所需的长度 L3=37m，L4=30m； 故贮煤场长度为L+L3+L4=177.8+37+30=244.8 m。 （4）配煤设备

常用的配煤设备有：配煤盘和电池振动给料机 1）配煤盘是常用的配煤装置

优点：调节手段多，操作方便，维护简单，对粘性煤适应性强。 缺点：设备笨重，耗电量多，刮板上易挂杂物影响配煤准确度。 2）电池振动给料机

优点：无传动机构，结构简单，重量轻，耗电量少，调节灵活便于自动化操作。 缺点：对粘性煤适应性差。

综上所述本设计采用自动配煤装置，它是最常用的配煤设备，具体内容为：选择在配煤盘下面，增设称量胶带机和电子称，借调节器控制配煤盘的变速电机的转速，使得配煤量保持恒定。

本设计自动配煤装置如下图3.4所示：

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图3.4 自动配煤装置

1—配煤盘； 2—称量胶带输送机； 3—传感器； 4—显示仪表装置 5—调节器；6—控制器； 7—滑动电动机； 8—减速机

2）配煤槽的个数及容量

根据《焦化设计参考资料》，不同规模焦化厂的配煤槽个数及容量如下：

表3.1 不同规模焦化厂的配煤槽个数及容量

规 模 万t焦炭/a 10～20 40～60 90 120 180 180 270

直径 /m 6 7 8 8 8 10 10

数量 /个 4～6 6～7 7～8 10～12 12～14 10～12 12～14

容量 /t/1个槽 200 350 500 500 500 800 800

适用煤种数 ≦3 ≦4 ≦5 ≦5 ≦6 ≦6 ≦6

表3.2 配煤槽、配煤盘与胶带输送机的关系尺寸

配煤槽直径 胶带输送机带宽 配煤盘直径，D

/m 8

/mm 1000

/mm 2000

A

B

C

K

H

/mm /mm /mm /mm /mm 150 1000 550 1000 2500

本设计取配煤槽的个数为8个，容量为500吨/1个槽，配煤槽直径为8m。 3）配煤槽下胶带输送机的选择和布置

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图3.5 配煤槽、配煤盘与胶带输送机的关系尺寸

1—配煤槽； 2—调节套筒； 3—配煤盘； 4—配煤胶带输送机

为了方便操作，配煤胶带输送机的胶带高度应不大于1m，由配煤设备下来的煤流应与胶带的运输方向一致，胶带输送机与厂房的净宽，在操作一侧一般不小于1m。

进入配煤槽的方式有端部进入和中部进入，由于端部进入比中部进入灵活性大，布置紧凑，便于扩建，所以本设计选用端部进入。

（5）粉碎设备

表3.4 常用粉碎设备的性能比较

项目

最大入料粒度，mm 粉碎细度﹤3mm，% 粉碎后煤中﹤0.5mm 对水分适应范围 耗电量，kw·h/t煤

设备重量 破碎比

转子外缘线速度，m/s

投资

反击式粉碎机

≦150 75～80 51.3 较大 0.8～1.4 轻 40 46～70 少

锤式粉碎机 ≦80 75～85 54 ﹤12% 1.8～2.6 较重 25 50～73.6 较多

粉碎设备 笼型粉碎机

≦80 85～90 49.9

2.6～3.1 重 25 ～70 多

可逆反击锤式粉碎机

≤80 85～93 — ≤14% 1.8～3.1 较重 25 62 多

由于捣固炼焦工艺要求煤料的粉碎细度<3mm的占90%以上，根据上表应选择可逆反击锤式粉碎机。

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4 炼焦车间工艺方案

4.1 炼焦生产工艺的选择

（1） 根据目前炼焦行业的发展现状，采用配煤炼焦能很好的提高焦炭质量，对不同煤种进行综合利用，故本设计采用配煤炼焦。

（2）焦炉选用国内先进炉型，并配置除尘设备，作好环保。

（3） 由于本设计为独立焦化厂焦炉，所以焦炉加热形式采用焦炉煤气加热。 （4）为了适应环保要求，实现对焦炭显热的回收利用，本设计采用干熄焦的熄焦方式。

4.2 炼焦车间与其他车间的相对布置

本设计把备煤车间布置在焦炉焦侧，具体布置见图3.3。

4.3 焦炉炉型和炭化室尺寸的对比、论证及选择

4.3.1 焦炉炉型的对比

我国现有焦炉型号（不含炭化室高﹤4m焦炉、新引进的炭化室高7.63m焦炉）有：5.5m大容积焦炉、JN50型焦炉、WH43K型焦炉、JNX60型焦炉、JN60型焦炉[12]和武汉科技大学设计研究院设计的WKD6050D型焦炉。

表4.1 炉型及炭化室尺寸

型号

结构特点 双联火道、废气循

5.5m大容积 环、焦炉煤气下喷、

复热

JN50

双联火道、废气循环、高炉煤气单热 双联火道、废气循

WH43K

环、焦炉煤气下喷、

复热 双联火道、废气循

JNX60

环、焦炉煤气下喷、复热、分格蓄热室、

下调篦子砖

JN60

双联火道、废气循

15980

19

炭化室尺寸（mm）

全长

有效长

全高

有效高

平均宽

锥度

15980 15140 5500 5200 450 70

14080 13280 5000 4700 450 50

14080 13280 4300 4000 450 20

15980 15140 6000 5650 450 60

15140 6000 5650 450 60

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环、焦炉煤气下喷、

复热 双联火道、废气循

WKD6050D 环、焦炉煤气下喷、

复热

15980

15140

6000

5700

500

30

4.3.2炉型及炭化室尺寸的选择

（1） 焦炉炉型的选择 1） 加热煤气和空气供入方式

焦炉加热煤气和空气供入方式有侧入式和下喷式两类。侧入式焦炉加热焦炉的富煤气由焦炉机、焦侧位于斜道区的水平砖煤气道引入炉内，空气和贫煤气从废气盘和小烟道由焦炉侧面进入炉内。下喷式焦炉加热用的煤气（或空气）由焦炉下部垂直地进入炉内。侧入式的供气方式较为复杂，且对焦炉的炉体的砌筑要求更高，故本设计采用下喷式的加热煤气和空气供入方式[10]。

2）燃烧室火道型式

燃烧室立火道型式有水平式和直立式两大类，本设计采用直立火道型式。直立火道按上升气流和下降气流的组合方式，可分为两分式、四分式、过顶式和双联式。本设计采用双联火道型式。

3） 高向加热均匀方式

焦炉高向加热均匀性的方式主要有高低灯头、不同炉墙厚度、分段加热和废气循环等四种方式。高低灯头采用相临火道不同高度的煤气灯头，以改变火道内燃烧点的高度，从而使高向加热均匀，此法仅限于富煤气加热，自斜道来的空气易将高灯头下部砖缝中沉积碳烧掉，造成串漏；采用不同厚度的炉墙，即靠加厚炭化室下部炉墙的厚度，向上逐渐减薄炉墙的办法，影响上下的传热量以实现高向加热均匀，这种办法使炉墙的砌筑较为复杂；分段加热是将贫煤气和空气沿立火道隔墙中的孔道，在不同高度处进入火道，使燃烧分段，这种措施可使火焰拉得长，并通过孔道出口的断面调整高向加热，但火道的结构比较复杂；废气循环是将下降火道的部分燃烧废气，提高立火道隔墙下部的循环孔，抽回上升立火道，形成炉内循环，以稀释煤气和降低氧的浓度，从而减缓燃烧速度，拉长火焰，这种方式结构简单，且有按加热煤气的进入量自动调节循环废气量的功能。比较以上几种方式，本设计采取废气循环的措施。

4） 气流调节方式

焦炉加热气流的调节方式有上部调节式和下部调节式。上部调节式焦炉采用从炉顶更换立火道底部烧嘴调节富煤气量，更换或拨动斜道口调节砖调节贫煤气量和空气量。下部调节焦炉从焦炉底部更换煤气支管上的喷嘴火硝烟到顶部箅子砖孔开度来调节煤气量或空气量。下部调节方便，操作环境较好。故本设计采用下部调节方式。

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综上所述，本设计采用WH43K型捣固焦炉。特点为双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷的复热式焦炉，是在总结焦炉多年生产经验的基础上设计的炉型，它在结构上作了许多改进，使炉体坚固严密，加热均匀，焦炉的操作环境和劳动条件得到较大改善。

（2） 炭化室尺寸的确定 1）炭化室宽度

炭化室宽度主要决定于煤料的结焦性能，焦炭的用途等。煤料粘结性较强，或需生产的块度较大的焦炭，一般采用宽炭化室。煤料的粘结性较差，需快速炼焦，则采用窄炭化室。因年产70万吨为大型焦炉，故本设计拟定炭化室宽度为450mm。

2） 炭化室长和有效长

本设计拟定炭化室长度为14080mm。

炭化室长度减去机焦侧炉门砖深入的距离为有效长度，拟定机焦侧炉门砖深入的距离为400mm，则有效长度为14080－2×400=13280 mm。

3） 炭化室有效高

炭化室高度减去炭化室顶部空间高度，即装煤线高度，称为有效高度，拟定炭化室顶部空间高度为300mm，则有效高度为4300－300=4000 mm。

我国大型捣固焦炉的锥度一般较小，这里我们取炭化室的锥度为50mm，则 炭化室机侧宽度为425mm；炭化室焦侧宽度为475mm。 本设计采用WH43K型焦炉，其详细参数如表4.2所示。

表4.2 WH43K型焦炉详细参数

序号 l 2 3 4 5 6 7 8

名称 炭化室全长 炭化室有效长 炭化室全高 炭化室有效高 炭化室平均宽 炭化室机侧宽度 炭化室焦侧宽度 炭化室锥度 炭化室中心距 炭化室有效容积

单位 mm mm mm mm mm mm mm mm mm m3

数量 14080 13280 4300 4000 450 425 475 20 1143 23.9

21

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9 10 11 12

燃烧室立火道中心距 燃烧室立火道个数 加热水平高度 结焦时间

mm 个 mm h

480 28 700 18

4.4 专业车辆的台数及配置

根据《焦化设计参考资料》，焦炉机械的操作及备品数量表和焦炉机械的备件数量表，如下：

表4.3 焦炉机械的操作及备品数量表

机械 名称 推焦机 装煤车 拦焦机 熄焦车 电机车

表4.4 焦炉备件数量表

名 称

单位

两座 25孔 1 1 1 2 1 1 1 1

四座25孔 1 1 1 2 1 2 1 2

22

两座 25孔 操作 1 1 1 1

备用 1 1

四座 25孔 操作 2 2 2 2

备用 1 2

两座 32孔 操作 1 1 1 1 1

备用 1 1 1

两座 36～42孔 操作 1 1 1 1 1

备用 1 1 1

四座 36～42孔 操作 2 2 2 2 2

备用 2 1 1

两座 65孔 操作 2 2 2 1 1

备用 1 1 1

四座 65孔 操作 4 4 4 2 2

备用 2 2 2

两座 两座 四座 两座 四座 32孔 36～42孔 36～42孔 65孔 65孔 1 1 1 1 1 1 1 2 1

1 1 1 1 1 1 1 2 1

1 1 1 2 1 1 1 4 1

1 1 1 2 1 1 1 4 1

2 1 1 2 1 1 2 8 1

推焦机用备件

推焦杆（包括杆头） 推焦用电动机 走行电动机 走行轮组 平煤用电动机 空气压缩用电动机 空气压缩机 拧螺丝机构（包括拦焦机

用）

推焦杆传动齿轮 油压泵及电动机

根 台 台 组 台 台 台 套 个 套

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装煤车用备件

走行电动机 走行轮组 防暴电动机 电磁换向阀 流量控制阀

台 组 台 个 个

1 2 1 1

1 2 2 2

1 2 1 1 1

1 2 1 1 1

1 2 1 2 2

1 2 1 1 1

1 2 1 2 2

机械交换机用备件 液压交换机用备件

由表4.3及表4.4，确定本设计焦炉（2×40孔）的焦炉机械的操作及备品数量和焦炉机械的备件数量见表4.5及表4.6：

表4.5 焦炉机械设备配置表

数 量（台）

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

机械名称

总 数

捣固机（锤） 捣固装煤车 推焦车 导烟车 拦焦车 干式熄焦罐车 湿熄焦车 电机车 液压交换机

64 1 1 2 1 1 1 1 1

其中备用

4 0 0 1 1 1 1 1 1

表4.6 焦炉机械的备件数量

名 称

配 置 平煤杆

推焦杆（包括杆头） 推焦用电动机 走行电动机 走行轮组 平煤用电动机 空气压缩机用电动机

空气压缩机

拧螺丝结构（包括拦焦车用）

推焦杆传动齿轮 油压泵及电动机

单位 根 根 台 台 组 台 台 台 套 个 套

数量 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1

推焦机

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装煤车 机械交换机 液压交换机

走行电动机 走行轮组 防暴电动机 电磁换向阀 流量控制阀 台 组 台 个 个 1 2 1 1 1 4.5 炉组布置，炉间台、炉端台的尺寸及各层空间的利用

4.5.1 炉组布置

炉组的布置要求有以下这些方面：

（1）炉组布置应确保焦炉安全持续生产，满足施工要求，认真搞好环境保护，注意节约用地和基建投资，并考虑到分期建设或扩建的可能。

（2）焦炉基础要求有良好的地址条件，以防止焦炉产生不均匀沉降；焦炉应尽量避免建在滞水地段，当地下水位很高且采取烟道排水不能解决问题时，应在焦炉基础范围内采取降低水位的措施。

（3）两座焦炉组成一个炉组，在两座焦炉之间设一个煤塔。同一炉组的焦炉应布置在同一中心线上，焦炉区域采用同一土标高。

（4）焦炉的布置应尽量避免炭化室中心线与主导风向平行，以防―穿堂风‖造成出焦操作困难和降低炉温。

（5）两座焦炉配备一套熄焦设施，熄焦设施应布置在炉组端部。熄焦塔中心与炉端炭化室中心的距离：大、中型焦炉一般不小于40m，小焦炉一般不小于30m。熄焦泵房和粉焦沉淀池一般与焦台布置在同一侧；当受地形条件或其他因素限制时，也可以布置在焦炉炉端台的端部。熄焦塔与焦台之间的距离不得小于一台熄焦车的长度。熄焦车轨道一般与厂内的铁路接通[13]。在轨道的一端应布置熄焦车修理坑或修理库。

（6）焦炉烟囱的位置根据地形特点和焦化厂总体布置而定，可布置在焦炉的机侧或焦侧。当布置在机侧时，必须在建筑物边界线之外，并应错开煤塔上煤的胶带机通廊和转运站。当布置在焦侧时，应与焦台、运输胶带通廊以及铁路运输线统一考虑。

（7）焦炉炉组的两端应设炉端台。炉端台的长度应满足装煤车在炉端炭化室操作（包括装煤和清扫上升管）时，端部还有检修另一台装煤车的位置。炉端台顶层应设工人休息室；大、中型焦炉炉端台顶层机侧设置悬臂其重机，两座焦炉共用一台。炉端台二层设推焦杆和平煤杆更换站；必要时可设炉门修理站。

（8）焦炉与煤塔之间应设煤塔炉间台。其长度一般根据交换机和交换传动装置、加热煤气管道、余煤提升机、烟道等的布置需要而定。煤塔炉间台可设工人休息室，但不得防碍装煤车的安全行驶。

（9）机侧操作台的的宽度主要根据蓄热室走廊的布置需要而定焦侧操作台还必须满足拦焦机轨距的需要。焦侧操作台在炉端台外边的延长段的台面宽度，应比焦炉区段

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适当增宽（向焦炉中心方向增宽），便于检修拦焦机。

（10）推焦机轨道的端部长度应根据有无推焦杆和平煤杆更换站而定；当炉端台设有推焦杆和平煤杆更换站时，应考虑当一台推焦机更换推焦杆和平煤杆时，起外部还有停放一台推焦机的位置；当无推焦杆和平煤杆更换站时，则考虑推焦机在炉端炭化室回在炉端台更换炉门操作时，其外部有一台推焦机的停放位置。

（11）平面布置应考虑工艺管道与外部管道的接点位置。吸气管一般在焦炉机侧中部架空引出；加热用焦炉煤气管道和高炉煤气管道一般在煤塔和煤塔炉端台分别由机、焦侧架空引出；压缩空气管、蒸汽管和氨水管可沿主要管道或桥架铺设。工业水管可在炉端部位或炉间台部位从地下引入。

（12）炉门修理设施一般布置在煤塔炉间台内。当焦炉需要设置两套以上炉门修理站时，除布置在两个煤塔炉间台外，还可布置在炉间台或炉端台内。焦炉的电气控制站、仪表室、值班室、废气分析室、磅秤间等一般布置在煤塔下部各层内。

（13）关于炉门修理站、推焦杆和平煤杆更换站、余煤提升机、悬臂起重机等设备的布置，应尽量考虑使其与第一座焦炉同时建成。一般靠近一号焦炉的煤塔炉间台布置炉门修理站，靠近二号焦炉的煤塔炉间台布置余煤提升机。

（14）为了人身和设备的安全，焦炉设备与建（构）筑物之间应保持适当的距离，设计时应不小于下表所列的数值。

表4.7 焦炉设备与建（构）筑物之间的距离 名 称

推焦机与机侧操作台的净空距离 推焦杆头与焦炉正面线的距离

推焦机在行走时，前面突出部分与余煤提升外缘的净空距离 推焦机小炉门开启装置与吸气管桥架托架间的高度 推焦机与吸气管桥架下弦的净空高度 推焦机的推焦杆后端与建筑物边界线的距离 操作台部推焦机滑触线保护网的净空高度 装煤车平台下部距炉顶的净空高度 装煤车漏斗套筒提升后与炉砌体面的高度 装煤车漏斗顶部与煤塔放煤闸门的高度 装煤车漏斗顶部与煤塔前檐的高度 装煤车与煤塔内操作台的距离 装煤车与炉顶工人休息室间的距离 装煤车与上升管隔热板的净空距离 拦焦机与炉柱及炉门突出部分的距离

数值/mm 150 1500 100 150 250 450 1900 1900 200 200 200 100 750 750 100

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导焦槽遮盖熄焦车上部边缘的水平距离 导焦槽遮盖熄焦车上部边缘的垂直距离 熄焦车与焦侧操作台的净空距离

熄焦车底板与焦台上部边缘之间的净空高度 熄焦车底板遮盖焦台上部边缘的距离 电机车车与导焦槽的水平距离 熄焦车与熄焦塔的喷洒的净空高度 吸气弯管与集气管走台面净空高度 两侧烟道走廊的通路净宽 焦炉地下室走梯的宽度

焦炉地下室煤气分配管的净空高度 两侧操作台梁底与蓄热室测温空的中心距离 交换机与抵抗墙间的净空距离

带地下室的焦炉基础顶板的机、焦侧边梁底高于两侧烟道面的距离

250 100 100 250 200 150 650 1900 700 1000 1800 190 100 100

本设计焦炉的炉组的详细布置见附图《炼焦车间平面布置图》。

4.5.2 炉间台、炉端台的尺寸及各层空间的利用

（1）根据上述对炉端台和炉间台的布置要求，本设计焦炉的炉端台、炉间台及煤塔炉间台的主要尺寸见表4.8。

表4.8 炉端台、炉间台及煤塔炉间台的主要尺寸/mm

WH43K型 尺寸

炉端台长 炉端台宽 炉端台底层标高 炉端台二层标高 炉端台炉顶层标高

炉间台长 炉间台宽 炉间台底层标高 炉间台二层标高 炉间台炉顶层标高 煤塔炉间台长 煤塔炉间台二层宽 煤塔炉间台炉顶层宽 煤塔炉间台底层标高 煤塔炉间台二层标高 煤塔炉间台炉顶层标高

16000 16200 200 4970 12200 32000 16200 200 4970 12200 14000 16400 16300 200 4970 12200

（2）各层空间利用

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焦炉的炉端台和路间台各位三层，各位三层为合理利用，本设计作为以下利用： 1、顶层：炉端台顶设计工人休息间，顶层机侧设悬臂起重机，供两座焦炉使用炉间台顶层设有余煤提升机。

2号炉工人休息室单斗提升机1号炉工人休息室10吨电葫芦2号炉煤塔1号炉2号炉炉端台2号煤塔炉间台1号煤塔炉间台1号炉炉端台a

2、二层:炉端台二层设炉门修理站和推焦杆和平煤杆更换站，炉间台设置交换机和交换传动装置，仪表房、会议室、休息室。

（2）各层空间利用

焦炉的炉端台和路间台各位三层，各位三层为合理利用，本设计作为以下利用： 1、顶层：炉端台顶设计工人休息间，顶层机侧设悬臂起重机，供两座焦炉使用炉间台顶层设有余煤提升机。

2号炉工人休息室单斗提升机1号炉工人休息室10吨电葫芦2号炉煤塔1号炉2号炉炉端台2号煤塔炉间台1号煤塔炉间台1号炉炉端台a

2、二层:炉端台二层设炉门修理站和推焦杆和平煤杆更换站，炉间台设置交换机和交换传动装置，仪表房、会议室、休息室。

拦焦车修理站炉仪表交换机室炉门门磅秤间修修理仪表交换机室理站站27

拦焦车修理站2号炉推焦杆和平煤杆更换站1号炉推焦杆和平煤杆更换站b武汉科技大学本科毕业设计

123456c

图4.1 炉端台、炉间台的各层空间利用

1—1、2号焦炉调火工休息室；2—工具房；3—值班室；4—废气分析室 5—电气控制站； 6—办公室

3412

4.6 加热煤气、出炉煤气及辅助管道的布置

4.6.1 加热煤气管道布置

煤气管道布置分为两部分：煤塔炉间台部分和地下室部分。

因为本设计焦炉为复热式，加热煤气管道有高炉煤气管道、焦炉煤气管道和混合煤气管道。对复热式焦炉使用两种煤气加热（高炉煤气与焦炉煤气），因此配备有两套加热设备。

（1）煤塔炉间台煤气逛到布置

焦炉煤气管道从机侧引入炼焦车间，高炉煤气管从焦侧引入管引入到炼焦车间。高炉煤气管引入管穿过两层楼板进入焦炉地下室，与竖向布置的高炉煤气总管相连接。高炉煤气总管上布置有流量孔板来控制高炉煤气的流量。高炉煤气总管两端与分别与机、焦侧的主管连接。焦炉煤气流量孔板布置在预热器前。焦炉煤气预热器布置在总管上，预热器前后的煤气管道之间设有连通管，以备预热器检修时使用。

（2）地显示煤气管道布置

机、焦侧的高炉煤气主管通过分配之管与交换器相连，分别之管上设有调节旋塞、较好旋塞、1米管和分配孔板。1米管与两叉部采用填料压紧的承压连接。

地下室高炉煤气管道布置还有注意以下几点：

1）主管中心到焦炉中心线的距离必须使高炉煤气交换旋塞和两叉部的连接管尽可能垂直，同时必须方便高炉煤气交换旋塞芯子的安装和拆迁；

2）高炉煤气主管中心标高，必须高正高炉煤气交换旋塞的交换杆在交换过程中与其他构件（如炉柱下脚、地下室横管以及焦炉基础牛腿等有安全距离）

3）高炉煤气主管宜采用变径，即前段自径大，后段直径小，这样可以减少煤气在管道前后段的流速差，利用煤气的分配，同时节省钢材；

焦炉煤气主管布置在地下室中间偏机侧，在炉孔数多的情况下主管直径可以变径。按照焦炉煤气的流向，在分配支管上设置调节旋塞、分配孔板、交换旋塞和接连管，与横管相连。

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4.6.2 出炉煤气管道及辅助管道的布置

本设计两座出炉煤气管道分开布置，采用圆型单集气管，布置在焦炉机侧。 1、出炉煤气管道布置

出炉煤气管道端部是从各炭化室引出的上升管。上升管和集气管之间通过桥管及阀体连接。集气管中部引出，通过桥管与吸气弯管相连接，吸气弯管与集气管、吸气管的连接处分别布置了手动调节翻板和自动调节翻板，集气管和吸气管下部连有焦油盒。 2、辅助管道布置

辅助管道包括氨水管道、蒸汽管道、压缩空气管道和工业水管道。 （1）氨水管道布置

氨水管道总管架设在吸气管道桥架上，总管上配置有压力计、流量孔板和测温插管。分配管安装在集气管操作台上，分配管端部配置有压力计。本设计氨水管道设有清扫集气管支管。

（2）蒸汽管道布置

蒸汽管道连接在上升管上部，并配置有蒸汽阀门。蒸汽管道的作用是：用于无烟装煤；焦炉开工时，用于回炉煤气管道及吸煤气管道趋赶空气。

（3）业水管道

工业水管道布置在上升管水封槽的上方，用于密封上升管盖。

图4.2 出炉煤气管道及辅助管道的布置

1—集气管；2—吸气弯管；3—手动调节翻板；4—自动调节翻板；5—吸气管；6—焦油盒； 7—上升管；8—桥管及阀体；9—集气管操作台；10—氨水管；11—蒸汽管；

4.7 烟道与烟囱位置的讨论

机、焦侧的分烟道经过集合烟道汇合连接到总烟道，再由总烟道连接到烟囱。总烟

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道与烟囱可位于焦炉的机侧，也可位于焦侧。本设计选择烟囱在焦侧，为两座焦炉共用一个烟囱，所以烟囱的位置在两座焦炉的中间。

为了美化环境，让烟道全部埋到地下，本设计拟定分烟道到总烟道再到烟囱根部的高度逐渐降低，构成下坡趋势。

4.8 熄焦设备

本设计采用干法熄焦，湿熄焦设备在干熄焦装置检修时备用。

干法熄焦，是指采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法。在干法熄焦熄焦过程中，红焦从干熄炉顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从干熄炉底部排出，从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干法熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉，惰性气体在封闭的系统内循环使用。废热锅炉产生的蒸汽用于发电。干法熄焦系统由红焦装入设备、冷焦排出设备、干熄炉、气体循环设备以及干法熄焦锅炉以及发电机组等组成。其流程如下图所示

焦炭循环气体红焦拦焦车旋转焦罐焦罐台车环形烟道提升机锅炉装入装置预存段冷却段平板闸门振动给料器旋转密封阀链式刮板机双岔溜槽加湿搅拌机皮带输送机布袋除尘器焦炭外运除尘风机净化气体排放粉焦外运给水预热器二次除尘器循环风机链式刮板机斗式提升机蒸汽放散焦粉仓电减温减压器热力管网汽轮发电机一次除尘器烟气和粉尘水蒸气纯盐水纯水槽给水预热泵除氧器锅炉给水泵

图4.3 干熄焦流程

同时在2号焦炉炉端台外设一套湿法熄焦系统，作为干熄焦系统投产前的临时熄焦设施及干熄焦投产后的备用熄焦设施。湿法熄焦系统包括熄焦泵房、熄焦塔、高位槽、熄焦水喷洒管、除尘用捕集装置、粉焦沉淀池、清水池、粉焦脱水台和电动单轨抓斗起

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重机等。

4.9 煤塔布置

本设计煤塔布置在炉组中间，煤塔旁设有余煤提升机，煤塔在焦炉炉顶以上部位是方形贮仓，下部是框架式楼层，整个煤塔为钢筋混凝土结构。炉顶至煤塔顶层设有楼梯间，楼梯间一般布置在机侧。上部的贮槽与去煤塔顶层的楼梯相连。煤塔底层布置热工仪表和电气控制站。

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5 工艺计算

5.1 炭化室的物料衡算

物料平衡是根据物质不灭定律进行计算的。炭化室的物料衡算指进入炭化室的的原料—煤为入方，炼焦的各种产品—焦炭及其他化工产品为出方进行衡算[14]。进行物料衡算是炼焦车间设计最基本的依据，也是确定各种设备操作负荷和经济估算的基础。

5.1.1 物料平衡的入方

物料平衡的入方包括入炉煤量，入炉煤带入的水分，以及漏入炭化室的空气量。 （1） 入炉煤量

入炉煤量指每孔炭化室的装煤量或整座焦炉每小时的装煤量。物料平衡的计算基准是吨入煤量（SG）。炭化室的物料衡算以1000kg湿煤为基准。

物料平衡入方的干煤量（Gm）按下式计算：

100?WGm =1000×，kg/t (5.1)

100式中 1000——物料平衡计算的基准数；

W—入炉煤的水含量，%。

如前所述，本设计入炉煤的水含量为10%。

100?W100?10 Gm =1000×=1000×=900kg/t

100100入炉煤带入的水量GS =1000-900=100kg/t （2） 吸入炭化室的空气量

当集气管压力保持正常数值时，在整个结焦过程中，炭化室内均为正压，所以空气及燃烧系统产生的废气不容易漏入炭化室中。在物料平衡计算中可以不予考虑。

5.1.2 物料平衡的出方

物料衡算的出方包括炼焦的各项产品。 （1）全焦量（GJ）

全焦量指包括粉焦在内的不同粒度焦炭的总和，其计算式如下：

rdKJ100?WKJGJ=1000=1000，kg/t (5.2)

100100100式中，

Y

——入炉煤收到基全焦率，%； KJ

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KJd——入炉煤干燥基全焦率，%； KJd用数理统计的方法得出的计算式如下：

KJd =103.19－0.75 Vd－0.0067 tJ，% (5.3)

式中，tJ—推焦前15min测定的煤饼中心的温度。本设计取tJ=1000℃

Vd—入炉煤的干基挥发分，%； Vd=Vdaf?100?Ad100?100=29.60?8.56100=27.07，%

则，KdJ=(103.19-0.75?27.07-0.0067?1000),%

=76.19%

GJ= GmKdJ=900×76.19%=685.71kg/t 2）焦油量

焦油量可按下式计算：

GKardafJY= 1000JY100?W?A100=1000ar100×KJY100 ，kg/t 式中，

KarJY——入炉煤收到基焦油产率，%； KdafJY——入炉煤干燥无灰基焦油产率，%； Aar——入炉煤收到基灰分，%；

KdafJY目前多采用下式进行计算： 本设计中的入炉煤Vdaf=29.60%，而当入炉煤的挥发分Vdaf=18~30 %时，

KdafJY采用下式进行计算： KdafJY=－18.36+1.53Vdaf-0.026(Vdaf)2，% 得 KdafJY=4.15%

A100?Mar= Ad×ar100?10100=8.56×100=7.70%

33

5.4)

5.5) （ ( (武汉科技大学本科毕业设计

daf将KJY 、Aar的值代入式（5.5）得：

GJY= 34.15kg/t （3）粗苯量

粗苯量可按下式计算：

ardafKB100?W?AarKBGB=1000=1000×，kg/t (5.6)

100100100ar式中 KB——入炉煤收到基粗苯产率，%；

daf——入炉煤干燥无灰基粗苯产率，%； KBdaf目前多用下式进行计算： KBdaf=－1.61+0.144Vdaf－0.0016 (Vdaf)2 ,% (5.7) KBdaf计算得 KB=1.25%

100?10?7.701.25×=10.29kg/t GB=1000×100100（4）氨量

对于氨的回收，国内主要有生产硫氨和氨水两种工艺流程。故在物料衡算中均应换算成纯氨量。

氨是由煤含氮化合物转化而成的。氨量一般可按下式计算：

ardKA100?WKAGA=1000=1000×，kg/t (5.8)

100100100

ar式中，KA——入炉煤收到基氨的产率，%；

d——入炉煤干燥基氨的产率，%； KA经多方研究证实，煤在炼焦过程中氮量有12~16%转化成氨，故氨的产率可用下式计算：

d=bNdKA17，% (5.9) 14式中，

b—煤中总氮量转为氨的转化系数，一般取0.12~0.16，本设计中b取0.14； Nd—入炉煤干燥基氮含量，%； 17—氨的分子量；

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