130万吨焦炭炼焦车间

武汉科技大学本科毕业设计I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130万吨焦炭炼焦车间。配煤比为：肥煤20％（安徽淮北），气煤40％（安徽淮南），焦煤25％（河南平顶山）和15％的1/3焦煤（山东枣庄）。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，本设计结合我院在焦炉设计领域的实际情况，采用技术最为成熟的WKD6050型捣固焦炉。炭化室有效容积为42.77m3，炭化室孔数根据焦炭年产量确定为2×55孔。焦炉采用高炉煤气加热，周转时间为24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2.56m，烟囱高度为120m。在熄焦方式上，本设计选择先进的干法熄焦。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；武汉科技大学本科毕业设计11绪论1.1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）[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：1)错误!未找到引用源。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)错误!未找到引用源。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：武汉科技大学本科毕业设计2表1.1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*21.331.65吨焦耗新水m3/t焦2.51.22.5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≥430KWh1.2焦化行发展现状现阶段国外业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[3]。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。武汉科技大学本科毕业设计31.3捣固炼焦简介1.3.1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[4]。1.3.2捣固炼焦技术优势1)节约资源2)提高焦炭质量3)保护环境4)技术经济随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。2原料与产品2.1我国炼焦煤资源与煤质特点煤炭是我国储量最多、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，我国煤炭资源总量约5.57万亿吨，居世界第一。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[5~6]。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[7]。武汉科技大学本科毕业设计42.3配煤方案煤种来源工业分析项目（%）MadAdVdafSt,dQgr,adGY气煤安徽淮南0.858.2537.000.6235.47015肥煤安徽淮北0.809.1225.030.5835.881251/3焦煤山东枣庄1.111.4423.580.5135.67216焦煤河南平顶山0.949.5121.640.6635.77414配合煤—0.919.2228.750.6135.673.516.9表2.3煤的元素分析煤种来源元素分析项目（%）CdafHdafNdafOdafSt,ad气煤安徽淮南83.795.561.517.460.61肥煤安徽淮北87.945.131.544.820.571/3焦煤山东枣庄85.755.251.476.820.50焦煤河南平顶山89.124.961.503.630.65配合煤—86.255.281.515.880.602.3.3选用的原料煤性质以及相应的配合煤质量2.3.3.1原料煤性质①气煤质量分析气煤的粘结性较弱，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，在结焦过程中分解出大量煤气并使煤料收缩，固化的部分较少。因此，多用气煤炼焦时，有减小煤的膨胀压力和增加化学产品产率的优点。我国气煤埋藏量大，在配煤中应尽量多用气煤。②肥煤质量分析肥煤具有很强的粘结性，受热时能产生大量流动性大、热稳定性好的胶质体。用肥煤炼成的焦炭熔融良好，横裂纹多，气孔率高。所以，肥煤是配煤中的重要成分。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。③1/3焦煤的质量分析1/3焦煤具有灰分低、硫分偏高，挥发分高、黏结性强、结焦性较差的特点。其中官桥1/3焦煤的Rmax在80%左右。变质程度偏年轻，巳经接近气煤，挥发分高。武汉科技大学本科毕业设计5④焦煤的质量分析焦煤具有硫分低、结焦性能好、变质程度偏年轻（Rmax在1.2%~1.3%之间）的特点，并且混洗现象比较严重，质量波动大[9]。2.3.3.2配合煤质量根据青岛焦化制气有限公司张玉国等工程师在《采用捣固焦炉生产铸造焦验》[10]中论证的配合煤最佳指标：dafV在28%左右；G在65以上；y值在10~20mm之间。根据表2.2煤的工业分析得：dafV=28.75%，G=70.26，y=14.35mm。可以看出，以上配合煤参数较好的符合了程启国工程师提出的配合煤最佳指标。2.4原料煤、蒸汽、电、水、煤气的年耗量2.4.1原料煤的年耗量⑴焦炉炭化室孔数的确定干全焦年产量计算公式：nVKG365240.95（2.1）式中，G—干全焦的年产量，G=130万t/a；n—炭化室孔数；V—炭化室有效容积，本设计焦炉（后面论证），V=炭化室有效长度×炭化室有效高度×炭化室有效宽度=15.14×5.65×0.50=42.773m/孔；—干煤堆比重，本设计取1.1t/3m；—焦炉周转时间，本设计=24h；K—全焦率，根据后面的热量衡算，入炉煤干燥基全焦率dJK=76.57%；0.95—减产系数；dJnVKG365240.95（2.2）dJKV0.9524365Gn7657.01.177.4295.02436524130000007.104n取整为110孔，则干全焦年产量武汉科技大学本科毕业设计6dJKnV0.9524365G247657.01.177.4211095.024365万吨40.137⑵原料煤的年耗量的确定年消耗干煤量24365241.177.42110188.89万吨设定原料煤的水分为8%，则原料煤的年耗量为：%8189.188205.3万吨2.4.2蒸汽，电，水，煤气的年耗量⑴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）a/m37781089.188002.034⑵电的年耗量生产吨干焦的耗电量为25kW∙h/t741043.31040.13725kW∙h/t⑶水的年耗量设计采用干法熄焦,故耗水量主要来自水封及装煤孔盖密封等用水，为0.0053m/t（干煤）a/m94451089.188005.034⑷煤气的年耗量本设计焦炉采用焦炉煤气加热，根据后面的热量衡算，吨入炉干煤需要的干焦炉煤气量为133.26m3故年耗湿焦炉煤气量为：/am1052.226.1331089.1883842.5焦炭质量估计，全焦及各级焦炭年产量2.5.1焦炭质量估计根据谢海深等在《焦炭质量预测模型的研究》[11]中提出的用配合煤质量预测焦炭质量的公式：dA=-2.23875+1.57222d