4.第四章炼焦炉及其设备

第四章炼焦炉及其设备Cokeovenanditsequipment本章内容：第一节炼焦炉第二节筑炉材料第三节护炉设备第四节煤气设备第五节焦炉的砌筑、烘炉、开工和修理第六节焦炉的大型化和高效安排：6学时第一节炼焦炉(cokeoven)一、炼焦炉的发展（evolutionofcokeoven）焦炉的发展经历了如下四个阶段:堆式干馏（beehivecokeoven）：1735年倒焰炉（flamecokeoven）：1840年废热式焦炉（non-regenerativecoke）：1881年现代蓄热式焦炉（modernregenerativecokeoven）：1884年巨型反应器堆式干馏（beehivecokeoven）：1735年炼焦工业开始发展的第一年将煤成堆干馏，砖砌窑特点：成焦和加热合在一起，干馏煤气和部分煤燃烧将煤直接加热而干馏成焦炭缺点：焦炭产率低、灰分高、成熟度不够倒焰炉（flamecokeoven）：1840年窑炉用墙将炭化室和加热室隔开特点：炭化室内干馏气+炉顶通入空气在隔墙上部通道自上而下边流动边燃烧，燃烧室将热传给炭化室缺点：粗煤气中化学产品无法提出废热式焦炉（non-regenerativecoke）：1881年炭化室和燃烧室完全隔开炭化室内粗煤气先抽走提出化学产品成为净煤气后进入燃烧室燃烧特点：出现了炼焦炉组、燃烧产生高温废气直接从烟囱排入大气缺点：废气所带大量热量被浪费、所产煤气几乎全部用于自身加热现代蓄热式焦炉（modernregenerativecokeoven）：1884年具有废热回收装置特点：所产煤气只有一半用于自身加热；或者用贫煤气加热，焦炉煤气全部作为产品（供冶金、化工的燃料或原料）1884年以后：焦炉总体上没有太大变化改进：筑炉材料、炉体构造、装备技术缩短结焦时间、延长炉龄均匀加热提高焦炭质量保持适宜炉顶空间提高萘产率20世纪80年代以来常规多室焦炉技术达到顶峰20世纪90年代巨型炼焦反应器：每个炭化室（长和宽都10m）自成体系，两边各有一个燃烧室、隔热层和抵抗墙，与装炉煤预热、干熄法相结合当前炼焦炉发展方向：扩大容积、用硅砖、减薄炭化室、提高火道温度二、现代蓄热式焦炉的基本构成炭化室（chamber）燃烧室（flues）斜道区（slopefluezone/portzone）蓄热室（regenerator）炉顶区（topzone）烟道与基础（wastegasflueandfoundation）顶装煤CokepushingmachineLarrycarguideQuenchingcarCokeovenTopzoneSlopefluezoneregeneratorstackTotalwastegasfluewastegasflueFoundationFluesCOGmainBus1、炭化室和燃烧室(chamberandflues)炭化室是煤料隔绝空气进行炭化的地方燃烧室是煤气燃烧向炭化室供给热量的地方二者相间排列燃烧室墙面温度1300℃炭化室温度1100℃（提高结构强度）炉墙用带舌槽的异型硅砖砌筑透气性低—防漏煤气导热好荷重软化温度高—抵抗炉顶机械和上部砌体重力高温抗腐蚀性—抵抗煤气和灰渣腐蚀经受炉料膨胀压力和推焦侧压力锥度(taper)——为了推焦的方便，炭化室的水平截面呈梯形，焦侧宽机侧窄，焦侧与机侧的宽度差，称为炭化室的锥度。机、焦侧宽度的平均值，称为炭化室的平均宽度。注意：锥度一般指顶装煤焦炉，捣固焦炉机焦侧宽几乎相同，锥度几乎为零“立”火道：控制燃烧室长向的温度从机侧到焦侧逐渐升高；中心距大概相同；随炭化室长度增加而增多；随炭化室中心距增大而加宽；通煤气蓄热室底部通空气蓄热室通焦炉煤气管砖贫煤气与空气斜道出口砖煤气出口斜道出口空气空气焦炉煤气在火道内燃烧为了燃烧室长向加热的均匀性和提高炭化室的结构强度，将燃烧室分成各个立火道horizontalflueCrossflueBi-crossflueCrossoverflueHairpinflue立火道的连接方式有双联式、二分式、四分式、跨顶式等。加热水平（高度）——为了焦饼上下均匀成熟，炭化室高度要高于燃烧室，二者的高度差，称为焦炉的加热水平（高度）。改善高向加热均匀性的措施：废气循环、高低灯头、分段加热、不同炉墙厚度等斜道蓄热室1、斜道区：连接蓄热室和燃烧室的通道内部有众多通道（斜道、砖煤气道等）为了吸收热膨胀，各砖层预留膨胀缝斜道倾斜角30°以免积灰堵塞3、蓄热室(regenerator)位于焦炉的下部上接燃烧室，下接废气盘分别同分烟道、贫煤气管和大气相通是回收废气中的废热并用来预热上升的空气和高炉煤气的地方。内填格子砖作为热交换的介质。自下而上分别为小烟道，篦子砖、格子砖和顶部空间相同气流储热室之间的隔墙为单墙；异向气流储热室隔墙称主墙小烟道与废气盘相连，相蓄热室交替导入冷煤气、空气或者排除热废气，砌有篦子砖格子砖砌于篦子砖之上、下降气流时用来吸收热废气的热量上升气流时，将储热量传给贫煤气或者空气采用薄璧异型结构，扩大传热面积安装时上下各层格子砖孔要对准，降低阻力4、炉顶区(topzoneofbattery)位于焦炉的顶部，炭化室盖顶砖以上部分称为炉顶区。内设装煤孔、看火孔、上升管孔、烘炉孔和拉条沟等。5、烟道和基础(wastegasflusandfoundation)蓄热室下部设分烟道，汇集来自蓄热室的废气，分烟道汇于总烟道，再接至烟囟。储热室下部的分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经各废气盘，分别汇集到机侧或者焦侧分烟道，进而在炉组端部的总烟道汇合后导向烟囱根部，借烟囱抽力排入大气。焦炉基础包括基础结构和抵抗墙构架两部分基础结构根据加热煤气引入方式分为下喷式和侧喷式下喷式和侧喷式有地下室无地下室分烟道均在基础结构的两侧分烟道均在内侧的基础结构举例：基础结构支撑着整个炉体、设备、炉料和车辆的荷载，受力复杂；基础结构升温将使钢筋及混凝土的强度和弹性模量均有明显的削弱作用，因此在工艺和土建均要采取措施降低基础温度。基础的下面是地基，需满足地耐力的要求；要求地下水位应在基槽一下，并做好排水防雨。抵抗墙对炉体的纵向膨胀起一定约束作用，用以克服膨胀缝各层砖间滑动面的摩擦力。由此炉体对抵抗墙侧产生水平推力，使其呈现向外倾斜的弯曲变形，以纵拉条来限制炉体纵向膨胀、约束抵抗墙柱顶位移；此外，水平梁增大抵抗墙抗弯曲能力。三、焦炉结构类型1、按装煤方式分类2、按加热煤气和空气供入方式分类3、按燃烧室火道形式分类4、按高向加热均匀方式分类5、按气流调节方式进行分类1、按装煤方式分类顶装（散装）焦炉侧装（捣固）焦炉捣固焦炉为适应煤饼侧装的要求：（1）炭化室锥度小（2）煤饼高宽比有限制，炭化室不超过4m（3）煤托板对炭化室底磨损严重，因此炭化室第一层炉墙砖特别加厚2、按加热煤气和空气供入方式分类侧入式：空气和贫煤气从废气盘和小烟道有焦炉侧面进入炉内；下喷式：煤气或者空气由焦炉下部垂直地进入炉内3、按燃烧室火道形式分类水平式（很少用）直立式两分式四分式过顶式双联式根据上升气流和下降气流的组合方式进一步区分4、按高向加热均匀方式分类焦炉高向加热均匀方式主要有：高低灯头：相邻火道不同高度的煤气灯头，使火道内燃烧点高度变化，从而使高向加热均匀不同炉墙厚度炉墙自下而上从厚到薄，使高向加热均匀分段加热贫煤气和空气盐火道隔墙中的孔道从不同高度进入火道，使燃烧分段；废气循环燃烧废气通过下降立火道下部循环孔抽回上升立火道，稀释煤气和降低氧气，减缓燃烧速度，使高向加热均匀废气循环根据火道形式不同分类：5、按气流调节方式进行分类上部调节式：从炉顶更换立火道底部烧嘴调节富煤气量下部调节式：从炉底部跟换煤气支管上的喷嘴四、主要炉型1、二分式焦炉2、过顶式焦炉3、双联式焦炉4、巨型炼焦炉反应器1、二分式焦炉（1）中国的小焦炉特点：结构简单、砖型少、造价低、易于建设。均采用二分火道、侧入式和上部调节式代表性焦炉：66型和70型66-3型焦炉：单用焦炉供气加热侧入式焦炉66-4型焦炉：二分、下喷复热式焦炉66-5型焦炉：二分、侧入复热式焦炉燃烧室和斜道区用硅砖蓄热室用黏土砖每个炭化室下面有蓄热室蓄热室顶部左右两排斜道分别于炭化室两侧的燃烧室相连焦炉煤气经一侧主管道（4）经过斜道区的水平砖煤气道（5）和个分支砖煤气道进入立火道，空气由废气盘（1）经过蓄热室（3）、斜道进入立火道，两者混合燃烧产生的废气经立火道上部的水平烟道混合，从另一侧立火道下降，经过该侧斜道区、蓄热室、废气盘、分烟道、总烟道和烟囱排出，另册定时换向6、我国主体焦炉的结构特点我国的主体焦炉为JN焦炉，其结构特点为：双联火道(hairpinverticalflue)、废气循环(exhaustgascirculation)、焦炉煤气下喷(COGunderjet)、复热式(combination)。7、7.63m焦炉结构及特点1、焦炉结构特点7.63m焦炉为德国伍德公司设计开发的既有废气循环又有分段加热的“组合火焰型（COMBIFLAME）”焦炉。其结构特点为：双联火道；废气循环；分段加热；两格蓄热室，长向、横向均分格；焦炉煤气下喷下调；高炉煤气和空气侧喷下调；单侧分烟道；加热微调（双跨越孔）；复热式。燃烧室由18对36个立火道组成；分三段供入空气分段燃烧构成三段加热；双跨越孔可改善炉顶空间温度；蓄热室长向分36格、横向分2格；采用金属喷嘴板下部调节。第二节筑炉材料(buildingmaterialforcokeoven)一、砌筑焦炉用耐火材料的基本要求（1）荷重软化温度高于所在部位的最高温度；（2）在所在部位温度变化范围内，具有抗温度急变性能；（3）能抵抗所在部位可能遇到的各种介质的侵蚀；（4）炭化室墙具有良好的导热性能，格子砖具有良好的蓄热能力。二、耐火砖的性能与焦炉砖的选择1、耐火砖的性能（1）耐火度——指耐火材料在高温下抵抗熔融性能的能力或指标。是熔锥熔融现象发展到软化弯倒的温度。耐火材料——耐火度大于1580℃的材料。试验方法：示温熔锥，当锥角与底盘接触时的温度。（2）荷重软化温度——指在一定荷载下产生软化变形时的温度。试验方法：开始变形温度：变形0.6%变形终了温度：变形40%荷重软化温度：开始变形温度常用耐火砖的基本性能见表4-40.2MPaQQ（3）高温体积稳定性——指耐火制品长期在高温下使用时，体积发生不可逆变化的性能。试验方法：Q1200~1500℃%10000VVV高温体积稳定性正值：残余膨胀（重烧膨胀）负值：残余收缩（重烧收缩）（4）热膨胀性——指耐火制品随温度升高发生的热膨胀变形性能。线膨胀率：体积膨胀率：式中：l0、V0——精通温下试样的原始长度和体积；lt、Vt——温度升至t℃的长度和体积。%10000llltt%10000VVVtt冷水850℃以碎裂、剥落部分的重量达到试样初重的20%时次数为指标。硅砖：1~2次普通粘土砖：10~20次粗粒粘土砖：25~100次（5）温度急变抵抗性（抗急冷急热性）——在温度急剧变化时不开裂、剥落的性能。试验方法：（6）密度与孔隙真密度：优质硅砖真密度要小，鳞石英要多体积密度：优质硅砖体积密度要大，气孔率要低（7）导热率与热扩散率导热率λ——制品导热能力的大小热扩散率a——制品在传热过程中温度变化的能力，它影响制品内层温度分布的均匀性。热扩散率：式中：λ——热导率，kJ/(m·h·℃)γ——密度，kg/m3cp——比热容，kJ/(kg·℃)pca(8)抗蚀性——指耐火制品高温下抵抗灰分、气体等侵蚀的能力。2、焦炉砖的选择（1）硅砖1）组成：SiO293%以上的硅质耐火材料2）特点：荷重软化温度高，导热性能好，抗蚀性强，600％℃以上抗急热急冷性能好，无残余收缩等。3）使用部位：炭化室（燃烧室），斜道区，蓄热室隔墙（单墙、主墙、中心隔墙）（2）粘土砖1）组成：Al2O335~48%,SiO252~65%的铝硅质耐火材料2）特点：热稳定性好3）使用部位：格子砖、箅子砖、小烟道衬砖、砖煤气道第一层砖、炉顶用砖、炉门衬砖、上升管衬