《热调工段培训》PPT课件.ppt

热调工段培训（二）,炼焦一车间二零一五年十一月,热调工段培训,第一节、烟煤的主要特征和用途第二节、煤的热解和粘结成焦第三节、推焦计划第四节、炉型特性,第一节、烟煤的主要特征和用途,1.长焰煤 它的挥发分含量很高（Vdaf37%），没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。,第一节、烟煤的主要特征和用途,2.不粘煤 不粘煤煤是一种比较特殊的煤种，因为它的挥发分（Vdaf值20-37%）与肥煤（Vdaf 10-37%）、气煤（Vdaf 28-37%）相当，但几乎无粘性（粘结指数G5），C、H、N含量低，而O含量高，认为是在成煤初期受到了相当程度的氧化。不粘煤主要用作制造煤气和民用或动力燃料。,3.弱粘煤 弱粘煤是界于炼焦煤和非炼焦煤之间的煤种，在炼焦配煤时如有足够的强粘煤，就可掺入30-40%左右的弱粘煤，以降低硫分灰，提高化学产品产率，降低装炉煤成本。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。,第一节、烟煤的主要特征和用途,4.1/2中粘煤 它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料，也可以作为气化用煤和动力燃料。,第一节、烟煤的主要特征和用途,5.气煤 挥发分Vdaf30%，胶质层最大厚度Y 5-25mm，炼焦时能产生大量煤气和较多的焦油。能单独结焦，但结焦过程中收缩大，炼出的焦炭细长易碎，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。在炼焦时多配入这种煤，可以降低焦炉的膨胀压力，增大焦饼的收缩，增加化工产品产率。采用捣固装煤，多用气煤也能炼出高强度的冶金焦。气煤除主要供炼焦外，一些高灰高硫或粘结性较差的气煤，也可用来作动力煤、气化煤。,第一节、烟煤的主要特征和用途,6.气肥煤 它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的好原料。,第一节、烟煤的主要特征和用途,7.肥煤 挥发分Vdaf20-40%，典型肥煤挥发分多为28-35%，胶质层最大厚度Y 25mm，具有很好的粘结性，加热时能产生大量的胶质体，结焦性最强。用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，气孔率较高，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块，因此肥煤很少单独炼焦，多与粘结性较弱的瘦煤、弱粘煤配合炼焦。肥煤主要用于炼焦，除洗选后硫分很难降低的作为动力煤外，很少用于其它方面。,第一节、烟煤的主要特征和用途,8.1/3焦煤 它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此，它是良好的配煤炼焦的基础煤。,第一节、烟煤的主要特征和用途,9.焦煤 一般挥发分Vdaf18-30%，胶质层最大厚度Y 12-25mm，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，而更重要的是这种煤储量少，故只宜在配煤中适当配入一部分使用。,第一节、烟煤的主要特征和用途,10.瘦煤 具有较低挥发分和中等粘结性，挥发分Vdaf10-20%。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但熔融性较差，有时在焦块中有颗粒物存在，因此耐磨性较差。用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。,第一节、烟煤的主要特征和用途,11.贫瘦煤 挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。,第一节、烟煤的主要特征和用途,12.贫煤 具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只有微弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，也可充当配煤炼焦的瘦化剂。,第一节、烟煤的主要特征和用途,第二节、煤的热解和粘结成焦性质,煤的热解概念煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的物理变化和化学反应，生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦或焦炭)的过程，称为煤的热解、干馏或炭化。热解分类 按热解终温 低温干馏(500-600)以液体产物为目标 中温干馏(700-800)制取燃料煤气 高温干馏(950-1050)炼焦,粘结性烟煤的热解过程,具有黏结性的煤，在高温热解时，从粉煤分解开始，经过胶质状态到生成半焦的过程称为煤的黏结过程。而从粉煤开始分解到最后形成焦块的整个过程称为结焦过程，如图所示。,黏结与成焦过程阶段示意图,第二节、煤的热解和粘结成焦,粘结性烟煤的热解过程（1）第一阶段阶段（室温350-400）从室温到活泼热分解温度（Td，除无烟煤外一般为350400)称为干燥、脱吸阶段。褐煤在200以上发生脱羧基反应，约300开始热解反应。烟煤和无烟煤的原始分子结构仅发生有限的热作用（主要是缩合作用）。120前主要脱水，约200完成脱气(CH4、C02和N2)。,第二节、煤的热解和粘结成焦性质,（2）第二阶段（Td550）这一阶段的特征是活泼分解，以解聚和分解反应为主。生成和排出大量挥发物（煤气和焦油），约450排出的焦油量最大，在450550气体析出量最多。烟煤约350开始软化，随后是熔融、黏结，到550时结成半焦。烟煤（尤其是中等变质程度烟煤）在这一阶段经历了软化、熔融、流动和膨胀直到再固化，出现一系列特殊现象，并形成气、液、固三相共存的胶质体。液相中有液晶（中间相）存在。胶质体的数量和质量决定了煤的黏结性和结焦性。,第二节、煤的热解和粘结成焦性质,（3）第三阶段(5501000)。又称二次脱气阶段。在这一阶段，半焦变成焦炭，以缩聚反应为主。析出的焦油量极少，挥发分主要是煤气。煤气成分主要是H2，少量CH4和C的氧化物。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，另一方面焦炭本身的密度增加，体积收缩，导致生成许多裂纹，形成碎块。焦炭的块度和强度与收缩情况有直接关系。煤的热解和热加工一般包括以上三个阶段。如果最终温度提高到1500以上则为石墨化阶段，用于生产石墨炭素制品。,第二节、煤的热解和粘结成焦性质,煤的粘结性和结焦性概念煤的粘结性是煤在加热（隔绝空气）过程中显示出的一种性质。所谓粘结性是指煤在加热过程中自身粘结或粘结其他外加惰性物的能力。不同种类的煤其粘结性亦不同。有些煤种（低、高变质程度的煤）没有粘结性，加热时不能粘结成块；有些煤种（中变质程度的烟煤）具有粘结性，加热时能粘结成块。,第二节、煤的热解和粘结成焦性质,煤的结焦性概念结焦性是指烟煤在焦炉或模拟焦炉的炼焦条件下，形成具有一定块度和强度的焦炭的能力。结焦性是评价炼焦煤的主要指标。,第二节、煤的热解和粘结成焦性质,煤的粘结性和结焦性关系煤的粘结性与结焦性密切相关，炼焦用煤必须是具有一定粘结性的煤，一般来说，粘结性较好的煤才能炼成质量较好的焦炭。粘结性较差的煤，炼出的焦炭质量也较差，而没有粘结性的煤则不能炼焦。但是粘结性与结焦性又有所区别，煤的粘结性主要反映在炼焦过程的前一段（半焦形成之前），煤料粘结的好坏直接影响着焦炭的质量，从这一点看粘结性与结焦性是一致的，即粘结性较好的煤结焦性也较好。,第二节、煤的热解和粘结成焦性质,而炼焦的后一段过程，即半焦收缩过程，对焦炭质量也有明显影响。例如粘结性很好的煤（如肥煤），在半焦收缩过程中由于收缩较大而形成了块度较小和内裂纹较多的焦炭，只是焦炭质量变差。这是粘结性与结焦性的不同点。一般结焦性好的煤炼出的焦炭质地坚硬，熔融性好，抗碎强度和耐磨强度高，块度较均匀。实验表明，肥煤的粘结性最好，粘结能力最强；焦煤的结焦性最好，结焦能力最强。例如有的气肥煤；其粘结性很强，但其生成的焦炭裂隙多，机械强度差，故结焦性不好。,第二节、煤的热解和粘结成焦性质,第三节、推焦计划,为使焦炉均衡生产，保证各炭化室结焦时间一致，整个炉组实现准时出焦，定时进行机械设备的预防性维修，焦炉应按一定计划组织推焦、装煤和设备检修。为了制定推焦检修计划，应首先掌握焦炉操作中的几个时间概念。1.几个时间的概念(1)结焦时间 指煤料在炭化室内的停留时间。一般规定为，从托煤底板进入炭化室(即装煤时间)到推焦杆开始推焦(即推焦时间)的一段时间间隔。(2)操作时间 指某一炭化室从推焦开始到装完煤，关上炉门，车辆移至下一炉号开始推焦为止所需的时间，也即相邻两个炭化室(按推焦串序的排列)推焦或装煤的时间间隔。,(3)炭化室处理时间 指炭化室从推焦开始(推焦时间)到装煤后托煤底板进入炭化室(装煤时间)的一段时间间隔，应与操作时间区别开。(4)周转时间(也叫小循环时间)指结焦时间和炭化室处理时间之和，即某一炭化室两次推焦(或装煤)的时间间隔。在一个周转时间内除将一组焦炉所有炭化室的焦炭全部推出、装煤一次外，多余时间用于设备检修，因此，周转时间包括全炉操作时间和设备检修时间。而全炉操作时间则为每孔操作时间和车辆所操作的炭化室孔数的乘积。,第三节、推焦计划,(5)大循环时间为不同日期在相同的时间推同号炭化室焦炭的时间间隔，也即小循环时间开始重复的时间间隔。因此，对于每个炭化室而言:周转时间=结焦时间+炭化室处理时间 对于整个炉组而言:周转时间=全炉操作时间+检修时间 一般情况下，检修时间不应低于2h，以利于设备检修保养，但也不宜过长，以利于生产平衡和减轻对炉体损害。,第三节、推焦计划,(6)火落时间 是指炭化室装煤至焦炭成熟的时间间隔，焦炭是否成熟可以通过打开待出炉室上专设的观察孔，观察冒出火焰是否呈蓝白色来判定。焦炭成熟后再经一段闷炉时间，才能推焦。因此结焦时间=火落时间+焖炉时间。通过焖炉可提高焦饼均匀成熟程度和焦炭质量。,第三节、推焦计划,2.循环检修计划 为保证焦炉生产的正常进行，焦炉的机械设备应定期检修，焦化厂通常采用循环检修(推焦)计划组织出炉操作。一个大循环时间=大循环需要的天数24h=大循环包括的小循环数周转时间。,第三节、推焦计划,因此，为找出大循环所需时间，可由24h与周转时间的最小公倍数求得。如周转时间为32h和36h，其大循环时间分别为96h和72h。在编排循环检修计划时，还应考虑周转时间的长短，为均衡出炉并有利于炉温稳定，可将一个周转时间内的检修分为数次安排。现以单炉63孔为例，讨论循环检修计划的编排。如周转时间为36h，单孔炉的操作时间为l6min，则总的检修时间为:3660-6316=1152min。可安排为9次检修，每次128min。,第三节、推焦计划,第三节、推焦计划,36h循环计划,第三节、推焦计划,推焦计划,3.推焦计划的制定与评定 推焦计划根据循环检修计划及上一周转时间内各炭化室实际推焦、装煤时间制定。编制时应保证每孔炭化室的结焦时间与规定的结焦时间相差不超过5min。并保证必要的机械操作时间。同时应考虑炉温及煤料的情况，遇有乱笺号应尽力加以调正。调正方法为：一是向前提，即每次出炉时将乱笺号向前提12炉，这种方法不损失出炉数，但调正较慢；二是向后调，即延长该炉号的结焦时间，使其逐渐调至原来位置，此法调正快，但损失出炉数。一般如错10炉以上时可采取向后调正的方法，但延长结焦时间不应超过规定结焦时间的1/4，并注意防止高温事故。,第三节、推焦计划,第四节、炉型特性,现代焦炉已定型，但因装煤方式、加热煤气种类、空气及加热用煤气的供入方式和气流调节方式、燃烧式火道结构及实现高向加热均匀性的方法等分成许多型式。每一种焦炉型式均由以上分类的合理组合而成。一、火道型式 燃烧室是焦炉加热系统的主要部分，其加热是否均匀对焦炉生产影响很大。焦炉的发展和炉型的改进很大程度上是改进加热系统，因此燃烧室有多种型式，根据上升气流与下降气流连接方式不同，燃烧室可分为水平火道式焦炉和直立火道式焦炉，水平火道式焦炉由于气流流程长、阻力大，故现已不再采用。直立火道式焦炉根据火道的组合方式，又可分为两分式、四分式、过顶式、双联火道和四联火道式5种，如图所示。,燃烧室火道型式示意图a双联式火道；b四联式火道；c过顶式火道；d两分式火道；e四分式火道,第四节、炉型特性,两分式火道燃烧室是将燃烧室内火道分成两半，彼此以水平集合烟道相联。在一个换向周期内，一半立火道走上升气流，另一半立火道走下降废气。换向后，则气流向反方向流动。它的最大优点是结构简单，异向气流接触面小；主要缺点是由于在直立火道顶部有水平集合烟道，所以燃烧室沿长度方向的气流压力差太大，气流分配不均匀，从而使炭化室内煤料受热不均匀，尤其当焦炉的长度加长或采用低热值煤气加热时更为严重，同时削弱了砌体的强度，因此断面形状和尺寸的确定应合适。,第四节、炉型特性,为减少气流通过水平集合烟道的阻力，常增大其断面，但将削弱砌体的强度。炭化室容积增大时，燃烧室废气量增多，两分式焦炉的缺点更为突出，相反中小型焦炉炭化室较短，且一般均用焦炉煤气加热，废气量小，上述缺点就不突出，故我国中小型焦炉多采用两分式结构，而大型焦炉则不采用。但国外有的大型焦炉，为充分利用两分式焦炉同侧气流同向的优点，将水平集合烟道设计成由炉头向中部逐渐扩大，以减少其阻力及对砌体强度的影响，故仍有不少大型焦炉采用两分式火道结构，如德国的斯蒂尔焦炉。,第四节、炉型特性,对两分式焦炉，当进入焦侧的煤气量和空气量多于机侧时，上升与下降的供热不易平衡，机、焦侧温度调节比较困难，因此机侧火道数应比焦侧火道数稍多。如70型焦炉机侧火道比焦侧多一个，机、焦侧温差较66型焦炉好控制。但焦侧火道数过少时，供热仍会失去平衡。双联式火道燃烧室中，将燃烧室设计成偶数个立火道，每两个火道分为一组，一个火道走上升气流，另一个火道走下降废气。换向后，气流呈反向流动。这种燃烧室由于没有水平集合焰道，因此具有较高的结构稳定性和砌体严密性，而且沿整个燃烧室长度方向气流阻力小，分配比较均匀，因此炭化室内煤料受热较均匀。但异向气流接触面多，焦炉老龄时易串漏，结构较复杂，砖型多。双联式火道目前被我国大型焦炉广泛采用。,第四节、炉型特性,四联式火道燃烧室中，立火道被分成四个火道或两个为一组，边火道一般两个为一组，中间立火道每四个为一组。这种布置的特点是一组四个立火道中相邻的一对立火道加热，而另一对走废气。在相邻的两个燃烧室中，一个燃烧室中一对立火道与另一燃烧室走废气的一对立火道相对应，或者相反。这样可保证整个炭化室炉墙长向加热均匀。过顶式燃烧室中，两个燃烧室为一组，彼此借跨越炭化室顶部且与水平集合烟道相连的68个过顶焰道相连接，形成一个燃烧室全部火道走上升气流，另一个燃烧室全部火道走下降废气。换向后，气流呈反向流动。这种燃烧室中的火道，沿长度方向分68组，每组45个火道。每组火道共用一个短的水平集合烟道与过顶烟道相连，因此气流分配较均匀，但炉顶结构复杂，且炉顶温度高。,第四节、炉型特性,沿燃烧室长度和高度方向的加热均匀性，是获得质量均匀的焦炭、缩短结焦时间及降低焦炉耗热量的重要手段。为此，应通过控制给每个火道的煤气量及空气量来保证燃烧室沿长度方向的加热均匀性。二、解决高向加热均匀性的方法 在煤料结焦过程中最重要、也是最困难的是沿炭化室高度方向加热均匀性问题。高度越高，加热均匀性越难达到。当火道中煤气在正常过剩空气系数条件下燃烧时，由于火焰短而造成沿高度方向的温差很大，一般在50200之间，所以沿高度方向加热是否均匀，主要取决于火焰长度。加热不均匀将引起结焦时间延长和产品产量、质量降低等不良后果。,第四节、炉型特性,由于燃烧室下部温度高，所以炭化室内下部煤料先结成焦块，为了使上部煤料完全成焦，则必须延长加热时间，结果使下部焦炭过火。而且结焦时间的延长，使热损失增加，甚至使下部耐火材料熔化或炉墙变形。近年来，为了实现燃烧室高向加热均匀性，在不同结构的焦炉中，采取了不同措施。根据结构不同，主要有以下四种方法，如图。,第四节、炉型特性,各种解决高向加热均匀的方法a高低灯头；b炉墙不同厚度；c分段加热；d废气循环,第四节、炉型特性,（1）高低灯头 高低灯头系双联火道中单数火道为低灯头、双数火道为高灯头（灯头即为焦炉煤气喷嘴），火焰在不同的高度燃烧，使炉墙加热有高有低，以改善高向加热均匀性。奥托式焦炉即采用高低灯头法。但此种方法仅适用于焦炉煤气加热，并且效果也不显著。而且由于高灯头高出火道底面一段距离才送出煤气，故自斜道出来的空气，易将火道底部砖缝中的石墨烧尽，造成串漏。奥托式、JN6082、JNX6087型焦炉即用此法。,第四节、炉型特性,（2）分段燃烧 分段燃烧是将空气和贫煤气（当用焦炉煤气加热时，煤气则从垂直砖煤气道进入火道底部）沿火道墙上的通道，在不同的高度上通入火道中燃烧，一般分为上、中、下三点，使燃烧分段。这种措施可以使高向加热均匀，但炉墙结构复杂，需强制通风，空气量调节困难，加热系统阻力大。上海宝钢引进的新日铁M型焦炉即采用此法。（3）按炭化室高度采用不同厚度的炉墙 即靠近炭化室下部的炉墙加厚，向上逐渐减薄，以保证加热均匀。但是，炉墙加厚，传热阻力增大，结焦时间延长，故现在已不采用。,第四节、炉型特性,（4）废气循环 这是使燃烧室高向加热均匀最简单而有效的方法，故现在被广泛采用。由于废气是惰性气体，将它加入煤气中，可以降低煤气中可燃组分浓度，从而使燃烧反应速度降低，火焰拉长，因而保证高向均匀加热。双联火道焦炉可在火道隔墙底部开循环孔，依靠空气及煤气上升时的喷射力，以及上升气流与下降气流因温差造成的热浮力作用，将下降气流的部分废气通过循环孔抽入上升气流。根据国内有关操作数据表明，燃烧室上下温差可降低至40。目前我国的大型焦炉均采用此法。为确保高向加热均匀，应使煤气流与空气流以平行方向进入火道，且平稳地流动，使煤气与空气缓慢混合，则火焰拉长，上下加热均匀。,第四节、炉型特性,废气循环因燃烧室火道型式不同可有多种方式，其中蛇形循环可以调整燃烧室长向的气流量；双侧式常在炉头四个火道中采用，为防止炉头第一个火道因炉温较低、热浮力小而易产生的短路现象，一般在炉头一对火道间不设废气循环孔，双侧式结构，可以保证炉头第二火道上升时，由第三火道的下降气流提供循环废气，隔墙孔道式可在过顶式或两分式焦炉上实现废气循环，下喷式可在过顶式焦炉上通过直立砖煤气道和下喷管实现废气循环。现代大容积焦炉常同时采用几种实现高向加热均匀的方法。,第四节、炉型特性,各种废气循环方式,第四节、炉型特性,三、煤气入炉方式 煤气入炉可分为侧入式、下喷式两种方式。1侧入式 侧入式焦炉加热用的富煤气由焦炉机、焦两侧的水平砖煤气道引入炉内，空气和贫煤气则从废气开闭器和小烟道从焦炉侧面进入炉内。国内小型焦炉富煤气入炉多采用侧入式。此种煤气入炉方式由于无法调节进入每个立火道的煤气量，且沿砖煤气道长向气流压差大，从而使进入直立砖煤气道的煤气分配不均，因而不利于焦炉的长向加热，但因焦炉不需设地下室而简化了结构，节省了投资。,第四节、炉型特性,2下喷式 下喷式焦炉加热用的焦炉煤气由炉体下部通过下喷管垂直地进入炉内，空气和贫煤气则从废气开闭器和小烟道从焦炉侧面进入炉内。采用下喷式可分别调节进入每个立火道的煤气量，故调节方便，且易调准确，有利于实现焦炉的加热均匀性。但需设地下室以布置煤气管系，因此投资相应加大。,第四节、炉型特性,谢谢大家！,