200万吨焦炭焦化厂炼焦车间设计.doc

毕业设计说明书设计（论文）题目：200万吨/a焦炭焦化厂炼焦车间设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 学 部： 指导教师： 年 月 日摘 要IIIAbstractIV引言1第一章 文献综述21.1 炼焦工业在国民经济中的意义21.2 炼焦炉的发展历史及现状21.2.1 中国焦炉发展史21.2.2发展历史及现状31.3 炼焦新工艺的评述41.3.1无回收焦炉41.3.2大容积焦炉51.3.3巨型炼焦反应器51.3.4日本SCOPE21的炼焦技术61.3.5捣固焦炉61.3.6干法熄焦（CDQ）技术71.3.7型焦工艺71.3.8配型煤炼焦81.3.9立式连续层状炼焦工艺81.3.10煤预热91.4 中国炼焦工业的现状91.4.1焦炉煤气净化现状91.4.2焦炉煤气利用现状101.5 焦炉构成现状10第二章 工艺设计122.1 炉型的确定122.2 配煤比的确定122.2.1 配煤的目的和意义122.2.2 配煤的基本原则及要求122.2.3 种煤的结焦特性132.2.4 配煤的工业分析数据及配煤比的确定132.3 炉孔数的确定142.4 焦炉物料衡算152.4.1 物料平衡的入方162.4.2 物料平衡的出方162.5 焦炉热平衡172.5.1 炼焦耗热量的计算172.5.2 入炉高炉煤气以及废气的计算172.5.3 热量衡算182.6 蓄热室的计算202.6.1 原始数据212.6.2 蓄热室的高向温度分布242.6.3 格子砖蓄热面及水力直径计算242.6.4 煤气蓄热室热平衡242.6.5 热交换系数的计算252.6.6 蓄热室上部和下部气体温度差的对数平均温度292.6.7 格子砖的高度计算292.7 炉体压力计算292.7.1 计算公式292.7.2 数据计算322.8 烟囱高度计算492.8.1 计算烟囱高度的基本公式492.8.2 烟囱高度计算50第三章 机械选型及热工仪表参数设计593.1 焦炉炼焦的主要机械及其性能指标593.1.1 装煤车593.1.2 拦焦机613.1.3推焦机623.1.4 熄焦车653.1.5 电机车663.1.6 交换机673.1.7拉条规格683.1.8格693.2 焦炉仪表设计参数及要求693.3 大型焦炉集气管主要尺寸71结 论73谢 辞74参考文献75摘 要针对我国冶金焦需求的不断扩大，对焦炭质量不断提高，炼焦炉趋向大型化的现状，进行焦炉的初步设计。根据设计任务要求，大容积焦炉的优点确定焦炉炉型为JN60-82型。6m大容积焦炉与传统焦炉相比，在保持焦炭质量不变的情况下，可多配入弱粘结性煤炼焦，扩大炼焦煤源。根据华北地区的煤炭资源分布状况，确定配煤比；计算使用的焦炉孔数；进行焦炉工艺计算，包括焦炉的物料衡算和热量衡算、蓄热室的传热和尺寸的计算、炉内各点水压阻力和浮力的计算和烟囱高度的计算等。根据所选炉型确定炼焦的主要机械设备（装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车、电机车和液压交换机）的型号和焦炉附件（炉柱、炉门和拉条）的规格。关键词：炼焦；大容积焦炉；工艺计算；设计AbstractChina's metallurgical coke demand continues to expand, continuously improve the quality of coke, coke ovens tend to the status of large-scale, the preliminary design of coke oven. According to the design task requirements, the advantages of the large volume of coke oven to determine the coke oven furnace JN60-82 model. 6m coke oven of large volume compared to conventional coke oven, in the case of the same to maintain the quality of coke, and more with into weakly caking coal coking and expansion of coking coal source.Distribution in North China's coal resources, to determine the blending ratio; calculated using the number of coke oven Kong; coke oven process calculation, including coke oven material balance and heat balance, the calculation of regenerator heat transfer and the size furnace water pressure resistance and buoyancy calculations, and the chimney height calculation. Selected furnace to determine the coking machinery and equipment (coal charging car, coke pusher, coke guide cars, coke quenching cars, motor vehicles and hydraulic switch) Model, and coke oven accessories (furnace column, door and pull the bar) specifications.Keywords: coke; large volume of coke oven; process calculation; design引言近年来，随着高炉的大型化以及喷煤和强化冶炼措施的实施，高炉对焦炭质量提出了更高的要求。焦炭必须具备更高的强度才能满足高炉炼铁的需要，保证生产顺利高效。我国炼焦工业近10余年的发展较快，但炼焦煤资源恶化，环境污染严重，焦炉产量和热效率下降等问题远远没有解决。炼焦炉是炼焦的主要设备，焦炉的技术水平对焦炭质量有很大的影响，从而限制高炉冶炼的发展。炼焦炉经历了成堆干馏、倒焰炉、废热式焦炉、蓄热式焦炉和巨型反应器五个发展阶段。现代焦炉的主要结构形式以多室的蓄热室焦炉为主，并将向大型化、高效化发展。我国现有的炉型主要有：58型、e80型、JN43型、JN60型、JN捣固焦炉。本人根据指导老师给定的设计任务，结合在签约单位中化煤化工公司毕业实习的内容，最终确定年产200万吨焦炭焦化厂的6m大容积焦炉进行初步设计。第一章 文献综述1.1 炼焦工业在国民经济中的意义炼焦工业是国民经济的一个重要部门，不仅为钢铁工业提供燃料(焦炭、焦炉煤气)，而且也为国防、农业、交通运输、有机合成工业等一系列国民经济部门提供重要的化工原料和燃料，同时焦炉煤气也可作城市煤气1。炼焦化学工业是煤炭化学工业的一个重要部分1。煤炭主要加工方法是高温炼焦(9501050)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、加工可以提取焦油、氨、萘、粗苯、硫化氢、氰化氢等产品，并获得净焦炉煤气。煤焦油、粗苯经精制加工和深度加工后，可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳、古马隆、酚、萘、蒽、吡啶盐基等，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做工业原料。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100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。1.2 炼焦炉的发展历史及现状1.2.1 中国焦炉发展史中国生产和应用焦炭的历史，根据对出土文物的考证，可以追溯到宋代。最早文字记载焦炭见于1650年前后方以智(16111671)所著物理小识一书。工业规模焦炭生产，是从清政府于1898年开办的江西萍乡煤矿开始的，当年生产焦炭2.9万t。同期，河北开滦煤矿也生产焦炭。1908年组建的汉冶萍煤铁厂矿公司，在萍乡建有各种成堆干馏窑164座，年产焦炭14万t，1916年达26.6万t。第一次世界大战后，在鞍山、本溪、石家庄等地开始建设可回收化工产品的现代焦炉，如鞍山建成的考贝斯捣固焦炉、石家庄建成的奥托废热式焦炉和亨塞尔曼两分式焦炉，本溪建成黑田式焦炉等。1931年后在鞍山、本溪又建成奥托复热式焦炉，1938年在石景山铁厂建成侧入式索尔威型焦炉。一直到中华人民共和国成立后的第一个五年计划前，中国的现代大型焦炉全都是外国人设计的，炼焦技术的发展十分缓慢。解放初期，中国的焦炉一部分是解放前遗留下来的外国焦炉，如奥托式焦炉，解放后恢复继续生产;另一部分是引进原苏联的现代化焦炉，如式焦炉、式焦炉;没有自行设计的焦炉。在第一个五年计划期间，由于优先发展重工业的政策，使我国的钢铁技术包括炼焦技术在内很快发展起来。当时有引进原苏联的技术作为基础，而原苏联当时的炼焦技术已处在世界前列，所以我国炼焦技术发展也很快。我国炼焦研究、设计、基建等相应的专门组织相继建立并得到很快发展。1952年，在鞍山黑色冶金设计院内设立炼焦专业设计部门和煤焦研究室，开始自行设计焦炉和进行煤焦研究。后于1958年组建为鞍山焦化耐火材料设计研究院(以下简称鞍山焦耐院)。中国自行设计焦炉的起步是解放初期恢复战争期间停产的焦炉和引进原苏联焦炉建设中的设计工作。这些焦炉的基建、投产及生产调整工作的各种经验，给自行设计焦炉作了技术准备工作。1954年，我国自行设计了双联火道废气循环下喷式本-54型焦炉。这种焦炉吸收了型焦炉废气循环拉长火焰原理和奥托式焦炉煤气下喷结构在调节上的方便及竖直砖煤气道的优点，克服了型焦炉调节不便及结构上的弱点，形成了全新形式的焦炉。实践证明，这种结构开创了世界焦炉结构的新的主导方向。本-54型焦炉于1956年在本钢焦化厂投产，当时是世界上最早的双联火道废气循环下喷式焦炉。1.2.2发展历史及现状炼焦炉的发展大体可分为成堆干馏、倒焰炉、废热式焦炉、蓄热式焦炉和巨型反应器五个阶段2-4。最早的炼焦方法是将煤成堆干馏，后来发展成为砖砌的窑，此类方法的特点是成焦和加热合在一起，靠干馏煤气和一部分煤的燃烧将煤直接加热而干馏成焦炭，所以焦炭产率低、灰分高、成熟度不均。到了19世纪中叶出现了将成焦的炭化室和加热室用墙壁隔开的窑炉，隔墙上部设通道，炭化室内煤的干馏气经此直接流入燃烧时，同来自炉顶通风道的空气会合，自上而下底边流动边燃烧，故称倒焰炉1。干馏所需热从燃烧室经炉墙传给炭化室内煤料。随着化学工业的发展，要求从干馏煤气中回收有用的化学产品，为此将炭化宝和燃烧室完全隔开，炭化室内生产的荒煤气达到回收车间分离出化学产品后，再送回燃烧室内燃烧或民用。1881年德国建成了第一座回收化学产品的焦炉。由于煤在干馏过程中产生的煤气量及煤气组成是随时间变化的，所以炼焦炉必须由一定数量的炭化室组成，各炭化室按一定的顺序装煤出焦，才能使全炉的煤气量及煤气组成接近不变，以实现连续稳定生产，这就出现了炼焦炉组。燃烧产生的高温废气直接排入大气故称为废热式焦炉。燃烧生成的1200的高温度气所带走的热量相当可观。为了减少能耗，降低成本，并将结余部分的焦炉煤气供给冶金化工等部门作原料或燃料，又发展成为具有回收废气热量装置的换热式或蓄热式焦炉。自1884年建成第一座蓄热式焦炉以来，焦炉在总体上变化不大，但在筑炉材料，炉体构造，炭化室的有效容积，技术装备等方面都有显著改进。随着耐火材料工业的发展，自本世纪20年代起，焦炉用耐火材料由粘土砖改用硅砖，使结焦时间从24-28h，缩短到14-16h。炉体使用寿命也从l0年左右延长到20-25年甚至更长。为了解决焦炉近一步的发展，90年代，由德国等8个国家的13家公司做成的“欧洲炼焦技术中心”在德国的普罗斯佩尔焦化厂进行了巨型炼焦反应器（JCR），也叫单室炼焦系统的示范性试验。结果表明，其实现了焦炉超大型化，高效化和扩大炼焦煤源等方面的突破，其焦炭强度得到了改善，降低了污染物的排放量，但受到诸如推焦和出焦机械的大型化，干熄焦和煤预热联合生产装置能力的大幅提高等因素制约，尚有一定的发展过程。当前焦炉的主要结构形式仍以多室的蓄热室焦炉为主，并将向大型化、高效化发展，以扩大容积，采用质密硅砖，减薄炭化室墙和提高加热火道标准温度等方面为主要的技术发展方向。1.3 炼焦新工艺的评述1.3.1无回收焦炉针对传统的焦炉煤气处理及回收装置环保控制费用较高等问题，美国和澳大利亚在20世纪80年代后期相继推出了新设计的无回收焦炉，将废热用于生产蒸汽和发电。无回收焦炉的优点:(1)炼焦工艺流程简单，设计和基建投资费用低;(2)取消煤气回收装置，不会产生焦油和酚水等污染物，环保有所改善;(3)负压操作，解决了炉门漏气，使其废物放散能降到最低水平;(4)废热得到利用送去发电2。美国弗吉尼亚州的JewellThompson焦炉内，煤层高约0.6m，长不足14m，宽不到4m，有效容积约30m3。在JewellThompson焦炉基础上美国和澳大利亚等国相继推出新设计的无回收焦炉。由于它们的炉体结构设计、机械化程度、热效率、单孔生产能力均显著优于早期的无回收焦炉，因而被认为是新一代无回收焦炉。从炼焦生产的普遍规律和无回收焦炉生产特点出发，无回收焦炉存在如下几个主要问题:(1)煤耗高，炼焦煤煤源变窄。由于炉顶空间很大，煤在塑性阶段能自由膨胀，造成炉子上部焦炭结构疏松、质量差。这需要用挥发分低、结焦性好的煤料消除这种影响;(2)部分煤和焦炭被烧损，成焦率下降;(3)无回收焦炉仍有大气污染;(4)加热控制手段简单，焦炭的均匀性差;(5)炉龄短，维修量大;(6)所产蒸汽和电能的出路也是需要考虑的问题。1.3.2大容积焦炉近年来，国外焦化企业主要技改途径是用现代化的大容积焦炉取代老损焦炉。德国考伯斯公司为曼内斯曼焦化厂建造了有效容积70m3大容积焦炉，炭化室高7.85m，宽0.55m，长18m。鲁尔煤业公司的凯泽斯图尔焦化厂投资12亿马克，历经5年设计建成煤处理量7700t/d，有效容积78.9m3的200万t/a大容积焦炉，炉宽0.61m，高7.63m，长18.8m并配备一套世界上最大干熄焦装置，焦炭处理能力250t/h。该座焦炉由于炭化室加宽，适应煤种较多，且推焦次数减少，污染降低。从环保重点出发，德国甚至提出了建设有效容积225m3超大炭化室设想:长25m，高12.5m，宽0.85m据有关资料估算，焦炉炭化室高度由4.3m提高到6m、6.5m、7m，其生产能力可分别提高60%、80%或100%。我国5.0m、5.5m、6m高的焦炉运行多年，已经商业化，高8m焦炉建立了3孔试验炉。独联体国家正在设计的大容积焦炉，炭化室容积达62.4m3(高7.4m，宽0.5m，长18.74m)。国外资料报道，大容积焦炉的最大优点是基建投资省，然而国内有关专家认为，焦炉并非越大越好，6m焦炉与4.3m捣固焦炉相比无论相对基建投资、改善焦炭质量以及煤种适用范围上并无优势而言。当国内4.3m捣固焦炉投产后，国内炼焦行业也许会重新评价6m焦炉4。大容积焦炉存在的问题:美国的大容积焦炉都出现了砌体过早损坏的现象，美国黑色冶金设计院确定炭化室高6m及以上焦炉平均使用寿命15年;炭化室高7m的焦炉必须供应配煤组成较好的煤料，以保护砌体和保证正常生产操作;大容积焦炉不适用煤预热，美国及英国钢铁公司的雷德卡尔冶金厂也证实了这一点。显然，大容积焦炉在各方面要求都比常规炭化室焦炉要高。因此，虽然大型焦炉是发展方向，但各国要根据国情、技术水平和设备制造水平来确定焦炉规模和尺寸。1.3.3巨型炼焦反应器巨了单型炼焦反应器是为了克服传统室式焦炉大型化所受的多种因素限制，特别是炉墙变形等问题而开发的。20世纪80年代后期，以德国为主的欧洲炼焦专家提出室式巨型炼焦反应器和煤预热及干熄焦相结合的方案，该方案经两次工业试验后于1990年由“欧洲炼焦技术中心”进行专门的设计和试验工作。1993年4月，巨型炼焦反应器示范装置(炭化室高10m，宽850mm，长10m，长度只是工业规模的一半)在埃森市的普罗斯佩尔焦化厂开始运行，生产15个月后，即1994年7月完成了技术修改和完善工作，现正朝工业化方向推进。巨型炼焦反应器商业化进程受以下诸因素制约:（1)炼焦反应器装置变为由多个巨型炼焦反应器单元组成的炉组就必须将推焦和出焦操作的机械设计为移动式，将会大幅度增加该机械重量;(2)能力的大幅度提高，对系统的可靠性要求也随之提高;(3)与煤预热联合的大型生产装置还有待于进一步开发。有关专家认为解决上述问题不存在技术障碍，主要问题是需要大量资金并需依托大规模的工程才能实施。欧洲炼焦技术中心的专家在寻找巨型炼焦反应器使用厂家时，世界产焦大国的中国，是其主要选择对象之一。1996年8月，他们曾主动邀请中国的焦化专家考察巨型炼焦反应器示范装置，共同探讨巨型炼焦反应器工艺。1.3.4日本SCOPE21的炼焦技术该技术的特点是将配入50%的非粘结性煤，在入炉前快速预热到350400，使煤接近热分解温度，以改善煤的粘结性，预热煤中的细粉热压成型，而后与粗粒煤混合装炉。故装炉煤的堆密度提高(约850kg/m3)，焦炉用高导热性的70mm75mm的炉墙砖，在焦炉中加热到700800的焦饼，放入干熄焦预存段进行再加热使焦饼最终温度达1000左右。各国炼焦同行在等待该工艺的工业实践结果6。1.3.5捣固焦炉捣固焦炉过去费用高，现已通过将捣固机操作效率提高一倍和在捣固焦炉上采用大容积炭化室得到补偿。捣固工艺的进一步研究课题是通过捣固箱进一步现代化来减少捣固工艺流程的能耗，缩短捣固压实时间和提高整个煤饼密度的均匀性。捣固炼焦工艺是成熟的，设备是可靠的，炭化室高3.2m、3.8m的捣固焦炉，我国已有几十年的生产实践;炭化室高6m的捣固焦炉，由于增加了捣固机锤头重量(4m高320kg，6m高450kg480kg)，提高了煤饼的堆密度和稳定性，可以保证正常生产，这一点已被德国焦化工业十几年生产实践所证实。同先进国家相比，我国捣固焦炉发展缓慢，主要原因是捣固技术落后，捣固机锤头少，重量轻，捣固锤加煤布料和游动均由手工操作。此外捣固频率低，自动化程度差等致使捣固焦炉大型化进展缓慢。近年来西安重机厂、大连重机厂、鞍山焦耐院等单位进行了新型捣固机试验研究，虽然取得一定成果，但与国外相比仍存在一定差距。因此，国内要实现捣固焦炉大型化，有必要引进国外先进的设备或引进捣固机械的软件。我国优质炼焦煤所占比例不大，分布也不合理，尤其东北、华东两地区气煤资源丰富，焦煤和肥煤短缺。而这两个地区又是我国重要的钢铁基地，炼焦能力占全国一半以上，因此为提高焦炭产量，这两个地区尤其应大力发展捣固炼焦工艺。另一方面，我国现有炼焦能力中，顶装炉超过97%，限制了气煤配入量。因此为使我国炼焦炉构成与国内炼焦煤资源相适应，立足国内资源提高冶金焦质量，必须改变目前单一的炼焦炉结构。“发展捣固焦炉，调整炼焦炉构成”已成共识，国内已到了非发展捣固焦炉不可的地步了。1.3.6干法熄焦（CDQ）技术干法熄焦工作原理是利用以N2为主要成分的惰性气体来冷却、窒息红焦，惰性气体在系统内由风机循环，被红焦加热后进人废热锅炉，锅炉产生的蒸汽用于发电。流程：成熟的红焦，从炭化室中推入焦罐，装有红焦的焦罐，用焦罐车运升至提升塔，由提升机提升到干熄槽，在冷却室中与冷惰性气体进行热交换，冷却到250，冷却的焦炭，由干熄槽底部排焦设备排至胶带输送机，送往用户。冷惰性气体由循环风机送入干熄槽，温度升至800左右，热惰性气体经过一次除尘器，除去气体中夹带的粗粒焦粉后，进入余热锅炉后温度降至200以下，再经二次除尘器，除去气体中夹带的粗粒焦粉，然后用循环风机送回干熄槽循环使用6。技术特点:(1)节能效果显著；(2)环保效益好；(3)提高焦炭质量，优化高炉生产。在同一配比情况下，与传统湿熄焦相比，焦炭M40可提高35个百分点，M10可降低0.5个百分点，约69年可收回设备投资。我国发展CDQ的方向是装置的大型化与设备国产化。装置的大型化是为了与焦炉的生产规模相配套，每12组焦炉配备一套规模相当的CDQ装置，同时以湿熄焦装置备用，以节省投资。CDQ装置生产的蒸汽将用于发电、煤调湿或并人生产用蒸汽管网。“十五”期间，中国将有3O多套CDQ装置建设投产，其干熄焦炭的能力将达到年产3000多万t，占中国机焦生产能力的三分之一。1.3.7型焦工艺开发型焦工艺目的:(1)扩大炼焦煤源。试验表明，型焦工艺可使非粘结性煤和弱粘结性煤使用量达60%100%;(2)使炼焦在密闭的连续装置中运行，彻底解决污染问题。20世纪6070年代，世界许多国家对型焦工艺进行了开发研究，其中以日本钢铁联盟开发的型焦工艺最为引人注目。该工艺作为日本国家项目，自1978年开始开发，随后10年间在200t/d中试装置上进行了广泛的生产试验，发现用含70%80%的不粘结或弱粘结煤的配煤可以生产出与供大型高炉用的冶金焦等效的型焦，其成本与常规焦炉生产的焦炭相差无几。高炉试验结果表明，型焦在高炉上最多可使用到30%，换句话说，型焦不能完全取代常规焦炭。为此，1994年以来，日本钢铁联盟公司开发了新型焦工艺。新型焦工艺特点:(1)通过将煤快速加热以及粉煤高温成型，可以改善煤的粘结性，并可使装炉煤的堆密度提高到850kg/m3，以改善焦炭质量在保证焦炭质量前提下，非粘结煤的配入可达50%;(2)通过提高炉墙热传导率、装炉煤高温预热等措施，使焦炉生产能力提高到300%;(3)煤炭中温干馏及干馏产品在干熄焦装置的预存室进行高温加热改质，比常规焦炉节能20%;(4)对焦炉所有开口严密密封，红焦密闭输送及预热煤脉冲式输送，可使环境污染大幅度减轻。新型焦工艺要实现工业化需解决以下问题:(1)型焦的透气阻力比室式炉焦炭约高2倍，在高炉大量使用型焦受到限制;(2)型焦生产的能耗比室式炉高。所以，该工艺的进一步实施，仍需解决诸多技术问题，为此新钢铁联盟加快进行新工艺的试验工作，以期在21世纪为取代某些现有焦炉作好准备。前苏联也认为型焦工艺是最有前途的工艺之一。但是目前型焦工艺还没有发展到实用阶段，所生产的型焦还不能应用到大型的现代化的高炉中，焦炭的反应性和块度还很不理想。1.3.8配型煤炼焦在炼焦煤中配入型煤炼焦，在国际上已有几十年的历史。由于提高了入炉煤料的密度加之型煤中粘结剂对煤料粘结性能有所改善，因此能提高焦炭质量或在不降低焦炭质量前提下，少配用优质炼焦煤。西德早在20世纪50年代就在40孔6m高炭化室的硅砖焦炉采用该技术。日本已有新日铁、钢管、住友金属等公司16个炉组、36座焦炉共计1610孔采用配部分型煤(型煤配入量20%30%)炼焦技术，年产焦炭1600多万t。我国宝钢一期工程从日本引进此技术，二期、三期工程中仍采用配型煤炼焦技术，年产焦炭约600万t，占全国机焦产量9%。此外，马钢、包钢也曾设计在改扩建中采用该技术。一般说来，焦炭质量在一定范围内随着配入型煤比例增加而提高。生产试验表明，型煤配比每增加10%，焦炭强度指标DI150/15约提高0.7%1.1%，反应后强度约提高2.2%。随着型煤配比增至30%时，DI150/15可提高2%3%，M10可改善2%4%。我国包钢焦化厂等单位一直进行着配型煤炼焦的工业试验，经过多年对引进技术的消化吸收工作，我国已具备了工厂设计能力，但关键设备仍需引进5。1.3.9立式连续层状炼焦工艺从20世纪70年代起，前苏联乌克兰煤化所开始了立式炉连续炼焦新工艺的研究。试验经历了三个阶段:试验室试验阶段，试验装置能力50kg/d70kg/d;半工业试验阶段，炭化室宽175mm和350mm;1991年1996年进行了工业性试验，装置主要工艺参数:垂直炭化室数(包括熄焦段)2个，推焦行程300mm，推焦周期20min30min，一次装煤量400kg420kg，炼焦时间7h8h，能力30t/d。该装置对中国一批气煤的试验表明，单种气煤在连续层状炼焦装置上能生产出质量符合要求的冶金焦。工艺特点:煤料经压实(堆密度可1000kg/m3)和分阶段控制加热速度可改善煤的粘结性能，改善焦炭质量，有效拓宽了炼焦用煤范围，与传统工艺相比，可节约70%肥煤和焦煤;系统密闭连续，自动化程度高。从各阶段试验结果看，该工艺具有很好的推广应用前景，但要达到大规模工业化生产，在装煤操作、顺利排焦和装置大型化方面还需进一步改进完善。20世纪80年代我国大同、太原、福州等地建设并投产了十几座带蓄热室的连续直立式炭化炉，这些直立炉在制气和生产特种用焦铁合金焦方面取得了较好的效果。1.3.10煤预热利用煤预热技术，不仅能将炼焦用煤范围扩大到高挥发分煤，还能扩大到半无烟煤和石油焦等低挥发分惰性物料。目前，俄罗斯年产107万t焦炭的第一台煤预热工业装置，正在西西伯利亚钢厂7号焦炉上使用，系采用气体热载体预热煤料。焦炉用预热煤料炼焦时生产能力提高40%左右，可多配入20%25%弱粘煤，炼焦热耗降低10%12%;美国和英国、日本都使用煤预热装置;波兰登赛斯科焦化厂建造了40t/h煤预热装置，还将根据试验结果建造100t/h装置。但是使用煤预热装置的美国大容积焦炉和英国钢公司两座焦炉都出现了焦炉砌体过早损坏现象。1.4 中国炼焦工业的现状1.4.1焦炉煤气净化现状目前我国正在运行的焦炉煤气净化工艺很多，主要包括冷凝鼓风、脱硫、脱氨、脱苯等，在净化煤气的同时回收焦油、硫磺、硫铵或氨水、粗苯等化工产品。我国煤气净化一般均采用高效的横管初冷器来冷却荒煤气，几种不同的煤气净化技术主要表现在脱硫、脱氨工艺方案的选择上。脱氨工艺主要有水洗氨蒸氨浓氨水工艺、水洗氨蒸氨氨分解工艺、冷法无水氨工艺、热法无水氨工艺、半直接法浸没式饱和器硫铵工艺、半直接法喷淋式饱和器硫铵工艺、间接法饱和器硫铵工艺、酸洗法硫铵工艺等。脱硫工艺主要有湿式氧化工艺(如以氨为碱源的TH法、FRC法、HPF法及以钠为碱源的ADA法、PDS法)和湿式吸收工艺(如氨硫联合洗涤的AS法、索尔菲班法及真空碳酸盐法)等。我国煤气净化工艺已达到或接近国际先进水平。根据煤气用户的不同，可选用不同的工艺流程来满足用户对不同煤气质量的要求。1.4.2焦炉煤气利用现状按2001年产焦12406万t计算，全年焦炉煤气产量约530亿m3。其中与3000万t土焦相伴产生的约128亿m3煤气在炼焦过程中全部被烧掉，机焦炉产生的煤气则经过净化后，除部分用于焦炉自身加热外，剩余煤气均不同程度地得到了利用。钢铁联合企业中的焦化厂，绝大部分焦炉均为复热式焦炉，一般采用高炉煤气加热，所产生的焦炉煤气经净化后供给炼铁、炼钢、轧钢等用户。作为城市煤气气源厂的焦化厂，绝大部分焦炉也为复热式焦炉，可采用焦炉煤气加热，也可采用发生炉煤气加热，所产生的焦炉煤气经净化达到城市煤气标准后供应城市居民用户或工业用户。目前，以生产焦炭为主的独立焦化厂，如山西在土焦改机焦过程中新建的许多焦化厂，除少数焦化厂所产的煤气供应城市煤气或工业用途(如煅烧高铝钒土、金属镁等)外，绝大部分焦化厂所产的煤气均用于发电甚至直接燃烧放散，未能得到有效利用，浪费了大量的优质煤气资源。我国将会产生大量剩余焦炉煤气的主要有两类焦化厂:一是以生产焦炭为主的独立焦化厂，其生产的焦炉煤气既不能供应城市煤气，又没有合适的工业用户;二是目前供应城市煤气的焦化厂，如北京焦化厂、天津煤气厂、上海焦化厂、青岛煤气厂等，在采用天然气取代焦炉煤气供应城市煤气后，焦炉煤气没有合适的用户。这些过剩的煤气迫切希望找到经济合理高效的综合利用途径6。1.5 焦炉构成现状中国目前正在生产的焦炉分为机械化焦炉和土法炼焦炉两大类，焦炭总产量中包含机焦和土焦两大部分。目前中国正在生产的机械化焦炉，有炭化室高度分别为6.0m、5.5m、5.0m、4.3m、4.0m、3.3m、2.8m、2.5m、2.0m的顶装焦炉，和炭化室高度分别为4.3m、3.8m、3.2m和2.5m的捣固焦炉。据中国炼焦行业协会对403家机焦企业的初步统计，2000年底全国运行的焦炉有1174座，设计炼焦能力10211万t。其中炭化室高度4m的焦炉200座，炼焦能力为6667万t，平均每座焦炉生产能力为33.35万t/a;炭化室高度<4m的焦炉974座，设计炼焦能力3355万t，平均每座焦炉生产能力为3.45万t/a。到目前为止，我国已建成的炭化室高度4m的焦炉接近250座，其生产能力约8000万t。2000年底中国焦炉炉型构成见表1。土法炼焦炉主要有以75型、89型和96型为代表的各种结构的“改良焦炉”和“连体改良焦炉”，另有很少量的蜂窝式焦炉，工艺落后，生产环境恶劣。表12000年底全国焦炉构成炭化室高/m6.05.55.0434.03.8-2.52.5捣固合计座数/座349413518324632181174能力/万t155933820042053651949132826710211占总能力/%15.273.311.9641.183.5619.0913.012.62100第二章 工艺设计2.1 炉型的确定当前焦炉的主要向大型化、高效化发展，以扩大容积，采用致密硅砖，减薄炭化室墙和提高加热火道标准温度等方面为主要的技术发展方向。根据设计任务书，要求设计的生产能力为200万吨/a焦炭，综合焦炉主要特性比较，大容积焦炉的优点，以达到设计生产能力的要求，且合理利用资源，合理利用焦炉机械，提高劳动生产率，故采用JN60-82型6m大容积焦炉。JN60-82型炉体结构特点：双联火道、带废气循环、下喷复热式。主要结构尺寸：炭化室全长15980mm；炭化室全高6000mm；炭化室平均宽450mm；炭化室锥度60mm；炭化室有效容积38.50m3；炭化室中心距1300mm；32个立火道；燃烧室墙厚100mm；装煤孔4×50×2个。2.2 配煤比的确定2.2.1 配煤的目的和意义所谓配煤就是将两种以上的单煤料，按适当比例均匀配合，以求制得各种用途所要求的焦炭质量。冶金焦的质量要求是：灰分低、硫分少、强度高、各向异性程度大，要满足上述要求，在常规炼焦方法条件下，用单种煤炼焦是很难实现的。而且由于煤种的相对储量、分布和开采能力的制约，不可能进行大规模的单种煤炼焦生产22。配煤的意义在于使各种煤之间性质上取长补短，符合焦炉的生产要求，生产出满足质量要求的优质焦炭，并增产炼焦化学产品，实现煤炭资源的合理利用，扩大了炼焦用煤。2.2.2 配煤的基本原则及要求配煤方案是焦化厂规划的重要组成部分，是焦化厂设计的基础，为了保证焦炭质量，有利于生产操作，在确定配煤方案时，应遵循下列原则：1、配合煤性质与本厂煤预处理工艺及炼焦条件相适应，焦炭质量按品种要求达到规定标准。2、符合本地区煤炭资源条件，有利扩大炼焦煤源。3、有利增加炼焦化学产品，防止炭化室中煤料结焦过程产生的膨胀压力超过炉墙极限负荷，避免推焦困难。4、缩短煤源平均运距，便于调配车辆，避免“违流”现象。5、来煤数量均衡，质量均匀。6、在上述前提下，尽量降低生产成本，以期提高经济实效。炼焦配煤需因地而异，根据华北煤炭资源以及生产特点，炼焦配煤以焦煤作基础煤，在保证焦炭质量的前提下，适当兼配低灰、低硫的弱粘结煤和一定量的瘦煤。2.2.3 种煤的结焦特性气煤变质程度低，挥发分含量较高，粘结性低，这种煤加热后生成胶质体，结焦性比焦煤和肥煤差，膨胀压力小，收缩大，挥发分高，单独炼焦时，焦炭裂纹多，块度小，作为配煤组分，它可减少膨胀压力，增加收缩度，使推焦顺利并增加化产和煤气的作用。肥煤是中等变质程度的煤，粘结性最强的炼焦煤，单独炼焦时可产生大量胶质体，热稳定性好，但在固化阶段焦炭会产生较多的横向裂纹，它和焦煤一样是炼焦配煤的基础煤种。配煤中有肥煤时，可以适当的配入粘结性差的煤。瘦煤粘结性不高，配煤中适当配入瘦煤可降低半焦收缩，增大焦炭块度，在配煤中起瘦化作用，但配入量过多时，使配煤的粘结性过低，焦炭的耐磨性下降，焦炭质量下降。焦煤在受热时能形成热稳定性很好的胶质体，单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、耐磨性好的焦炭，配入煤料中可以起到提高焦炭机械强度的作用，因此，焦煤是配煤中的重要成分。但是，焦煤在结焦过程中收缩度小、膨胀压力大，单独炼焦或配量过多时，会发生推焦困难并引起焦炉的损坏。从以上各单种煤的结焦特性可以看出，各单种煤在一般的工艺条件下，都不适宜于单独炼焦。为了合理利用资源，改善焦炭质量，必须使用配合煤炼焦。 2.2.4 配煤的工业分析数据及配煤比的确定现有单种煤的工业分析数据见表2-1。 则配合煤的各项指标如下： Ad=9.6（干煤） St，d=0.84（干煤） Vdaf =26.71 焦炭质量：Ad=12.8 St，d=0.672 表2-1 单种煤的工业分析数据产地Ad St，d Vdaf Y(mm) 煤种 比例（%）赵各庄唐 山晋华宫介 休五 阳10.75 1.03 31.21 26 肥煤 2510.53 0.56 33.42 17 13焦煤 204.43 0.34 29.98 5 弱粘煤 99.67 1.13 21.55 16 焦煤 359.3 0.4