炼焦炉的结构ppt课件.ppt

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1、炼焦炉,第四章,炼焦炉,第一节 炉体构造第二节 炉型特性第三节 炉型举例第四节 焦炉结构的发展方向,炼焦炉,第一节 炉体构造 一、炼焦炉的发展阶段及现代焦炉的基本要求 焦炉是炼制焦炭的工业窑炉，焦炉结构的发展大致经过四个阶段，即成堆干馏（土法炼焦）、倒焰式焦炉、废热式焦炉和现代的蓄热式焦炉。 我国早在明代就出现了用简单的方法生产焦炭的工艺，它类似于堆式炼制木炭，将煤置于地上或地下的窑中，依靠干馏时产生的煤气和部分煤的直接燃烧产生的热量来炼制焦炭，称为成堆干馏或土法炼焦。土法炼焦成焦率低，焦炭灰分高，结焦时间长，化学产品不能回收，还造成了环境污染，综合利用差。,炼焦炉,焦炉的发展趋势应满足下列要

2、求： （1）生产优质产品 为此焦炉应加热均匀，焦饼长向和高向加热均匀，加热水平适当，以减轻化学产品的裂解损失。 （2）生产能力大，劳动生产率和设备利用率高。为了提高焦炉的生产能力，应采用优质耐火材料，从而可以提高炉温，促使炼焦速度的提高。 （3）加热系统阻力小，热工效率高，能耗低。 （4）炉体坚固、严密、衰老慢、炉龄长。 （5）劳动条件好，调节控制方便，环境污染少。,炼焦炉,二、现代焦炉炉体各主要部位 现代焦炉虽有多种炉型，但无非是因火道结构、加热煤气种类及其入炉方式、蓄热室结构及装煤方式的不同而进行的有效排列组合。焦炉结构的变化与发展，主要是为了更好的解决焦饼高向与长向的加热均匀性，节能降耗

3、，降低投资及成本，提高经济效益。为了保证焦炭、煤气的质量及产量，不仅需要有合适的煤配比，而且要有良好的外部条件，合理的焦炉结构就是用来保证外部条件的手段。 现代焦炉炉体最上部是炉顶，炉顶之下为相间配置的燃烧室和炭化室，炉体下部有蓄热室和连接蓄热室与燃烧室的斜道区，每个蓄热室下部的小烟道通过废气开闭器与烟道相联。烟道设在焦炉基础内或基础两侧，烟道末端通向烟囱，故也称焦炉由三室两区组成，即炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶区和基础部分。,炼焦炉,图4 1 焦炉炉体结构模型图,炼焦炉,1炭化室 炭化室是接受煤料，并对其隔绝空气进行干馏的炉室。一般由硅质耐火材料砌筑而成。炭化室位于两侧燃烧室之间，顶

4、部有34个加煤孔，并有12个导出干馏煤气的上升管。它的两端为内衬耐火材料的铸铁炉门。整座焦炉靠推焦车一侧称为机侧，另一侧称为焦侧。顶装煤的焦炉，为顺利推焦，炭化室的水平呈梯形，焦侧宽度大于机侧，两侧宽度之差称锥度，一般焦侧比机侧宽2070mm，炭化室愈长，此值愈大，大多数情况下为50mm。捣固焦炉由于装入炉的捣固煤饼机、焦侧宽度相同，故锥度为零或很小。炭化室宽度一般在400550mm之间，宽度减小，结焦时间能大大缩短，但是一般不小于350mm。,炼焦炉,因宽度太窄会使推焦困难，操作次数频繁和耐火材料用量增加。炭化室长度为1316m，从推焦机械性能来看，该长度已接近最大限度。炭化室高度一般为46

5、m（国外可达8m或以上），增加高度可以增加生产能力，但受高度方向加热均匀性的限制。增大炭化室的容积是提高焦炉生产能力的主要措施之一，一般大型焦炉的炭化室有效容积为2140m3，我国5.5m高的大型焦炉为35.4m3，6m高的大型焦炉为38.5m3。国外近年来的大型焦炉的有效容积已达5080m3。炭化室尺寸的确定，通常受到多种因素的影响。下面分别叙述有关的影响因素。,炼焦炉,（1）炭化室的宽度 炭化室的宽度对焦炉的生产能力与焦炭质量均有影响，增加宽度虽然焦炉的容积增大，装煤量增多，但因煤料传热不良，随炭化室宽度的增加，结焦速度降低，结焦时间大为延长。如表4-1所示（火道温度按13001350）。

6、因此宽度不宜过大，否则反而降低了生产能力。宽度减小，结焦时间大为缩短，但不应太窄，否则推焦杆强度降低，推焦困难。且结焦时间缩短后，操作次数增加，按生产每吨焦炭计，所需操作时间增多，增加污染，耐火砖用量也相应增加，从而降低了生产能力。,炼焦炉,表4-1 炭化室宽度与结焦速度的关系,炼焦炉,此外，炭化室宽度对煤料的炼焦速度、膨胀压力及焦炭的平均块度等因素均有影响，具体表现为： 干馏过程的传热，是炭化室两侧的燃烧室通过炉墙，向炭化室中心的单向不稳定传热。由于煤料的导热系数远低于硅砖，即干馏过程中传热的热阻主要来自煤料。当装炉煤水分、挥发分、堆密度保持不变时，炭化室越窄，炼焦速度就越快。,炼焦炉,高温

7、干馏过程中煤料给予炭化室炉墙的膨胀压力，起因于胶质体层内的煤气压力，其值大小因装炉煤料性质、颗粒组成、堆密度以及燃烧室温度不同而异，也与炭化室宽度有关。 由于炭化室越宽，干馏速度越慢，所以胶质体层内煤气压力就越低。因此，同一煤料在不同炭化室内干馏时，炉墙实际承受的负荷是随着炭化室宽度增加而略有减小。如图4-2所示。 炭化室膨胀压力危险值约15kPa左右，故允许承受的极限负荷约710kPa。因此当装炉煤的膨胀压力偏高时宜采用宽炭化室。,炼焦炉,焦炭碎成小块，起因于裂纹。焦块的统计平均尺寸大小取决于裂纹之间的距离。而裂纹的间距与裂纹的深度取决于不均匀收缩所产生的内应力。在相同的结焦温度下，焦炭块度

8、随着炭化室宽度增加而加大。与此同时，当煤料和干馏条件相同时，炭化室越宽，由于结焦速度减慢而使焦炭裂纹减少，故焦炭的抗碎强度也越高。 但是，从生产能力与技术经济指标来看，由于随着宽度增加结焦时间将延长，每孔炭化室单位时间出焦率将随着宽度增加而降低。,炼焦炉,所以，在一定范围内，炭化室宽度越窄，生产能力将越高。故应综合考虑确定炭化室宽度，对黏结性好的煤料宜缓慢加热，否则在半焦收缩阶段，应力过大，焦炭裂纹较多，小块焦增加，因此炭化室以较宽些为宜。对于黏结性较差的煤料，快速加热能改善其黏结性，对提高焦炭质量有利，故以较窄的炭化室为好。58型焦炉炭化室的平均宽取407mm和450mm两种规格，大容积焦炉

9、的平均宽度仍为450mm，目前有些新建焦炉宽度为500mm；小型焦炉炭化室的平均宽度为300mm左右。,炼焦炉,（2）炭化室长度 焦炉的生产能力与炭化室长度成正比，而单位产品的设备造价随炭化室长度增加而显著降低。因此，增加炭化室长度有利于提高产量，降低基建投资和生产费用，但长度的增加受下列因素的限制： 受炭化室锥度与长向加热均匀性的限制，因为炭化室锥度大小是取决于炭化室长度和装炉煤料的性质。一般情况下，煤料挥发分不高，收缩性小时，要求锥度增加。而随着炭化室长度的增加，锥度也增大。国内大容积焦炉炭化室的长度为15980mm，锥度为70mm；卡尔斯蒂式焦炉炭化室长度为17090mm，锥度为76mm

10、。随着炭化室长度和锥度的增大，长向加热均匀性问题就比较突出，导致局部产生生焦，这不仅使质量和产率降低，而且使粉焦量显著增加。,炼焦炉, 受推焦阻力及推焦杆的热态强度的限制。随着炭化室长度的增加，不仅由于长向加热不均匀使粉焦量增加而促使推焦阻力增大，还由于焦饼重量增加，焦饼与炭化室墙面、底面之间的接触面增加，从而使整个推焦阻力显著升高。 随着炭化室长度的增加，推焦杆的温度在推焦过程中逐渐上升，而一般钢结构的屈服点随着温度升高而降低，到400时，约降低1/3。因此，炭化室长度增加也受此限制。此外，炭化室长度还受到技术装备水平和炉墙砌砖的限制。,炼焦炉,（3）炭化室高度 大型焦炉一般为46m，增加炭

11、化室高度是提高焦炉生产能力的重要措施，且由于煤料堆密度的增加而有利于焦炭质量的提高。但是随着高度的增加，为使炉墙具有足够的强度，就必须相应增大炭化室的中心距及炭化室与燃烧室的隔墙厚度。为了保证高向加热均匀性，势必在不同程度上引起燃烧室结构的复杂化。为了防止炉体变形和炉门冒烟，应有坚固的护炉设备和有效的炉门清扫机械。凡此种种，使每个炭化室的基建投资及材料消耗增加。因此，应以单位产品的各项技术经济指标进行综合平衡，选定炭化室高度的适宜值。目前大型焦炉的高度一般不超过8m。 综上所述，由炭化室的长、宽和高度所决定的炭化室的容积，必须与焦炉的规模，煤质及所能提供的技术装备水平等情况相适应，因此不能脱离

12、实际，片面的追求焦炉炭化室的大型化。,炼焦炉,2燃烧室 燃烧室位于炭化室两侧，其中分成许多火道，煤气和空气在其中混合燃烧，产生的热量传给炉墙，间接加热炭化室中煤料，对其进行高温干馏。燃烧室数量比炭化室多一个，长度与炭化室相等，燃烧室的锥度与炭化室相等但方向相反，以保证焦炉炭化室中心距相等。一般大型焦炉的燃烧室有2632个立火道，中小型焦炉仅为1216个。燃烧室一般比炭化室稍宽，以利于辐射传热。（1）结构形式与材质 燃烧室内用横墙分隔成若干个立火道，通过调节和控制各火道的温度，以便使燃烧室沿长度方向能获得所要求的温度分布，而且又增加了燃烧室砌体的结构强度，并由于增加了炉体的辐射传热面积，从而有利

13、于辐射传热。,炼焦炉,燃烧室的温度分布由机侧向焦侧递增，以适应炭化室焦侧宽、机侧窄的情况。因此燃烧室内每个火道都能分别调节煤气量和空气量，以保证整个炭化室内焦炭能同时成熟。用焦炉煤气加热时，根据煤气入炉方式不同，可以通过灯头砖进行调节或更换加热煤气支管上的孔板进行调节。贫煤气和空气量的调节是利用在斜道口设置人工阻力，大型焦炉采用更换和排列不同厚度的牛舌砖，可以达到调节气量的目的。 燃烧室材质关系到焦炉的生产能力和炉体寿命，一般均用硅砖砌筑。为进一步提高焦炉的生产能力和炉体的结构强度，其炉墙有发展为采用高密度硅砖的趋势。,炼焦炉,（2）加热水平高度 燃烧室顶盖高度低于炭化室顶部，二者之差称加热水

14、平高度，这是为了保证使炭化室顶部空间温度不致过高，从而减少化学产品在炉顶空间的热解损失和石墨生成的程度。 加热水平高度由以下三个部分组成：一是煤线距炭化室顶部的距离，即为炉顶空间高度，一般大型焦炉为300mm，中小型焦炉为150200mm；二是煤料结焦后的垂直收缩量，它取决于煤料的收缩性及炭化室的有效高度，一般为有效高度的5%7%；三是考虑到燃烧室顶部对焦炭的传热，炭化室中成熟后的焦饼顶面高应比燃烧室顶面高出200300mm（大焦炉）或100150mm（小焦炉）。因此不同高度的焦炉加热水平是不同的。如6m高的焦炉为900mm（1005mm），58型焦炉为600800mm,炼焦炉,3蓄热室 从燃

15、烧室排出的废气温度常高达1300左右，这部分热量必须予以利用。蓄热室的作用就是利用蓄积废气的热量来预热燃烧所需的空气量和贫煤气量。蓄热室通常位于炭化室的正下方，其上经斜道同燃烧室相连，其下经废气盘分别同分烟道、贫煤气管道和大气相通。蓄热室构造包括顶部空间、格子砖、蓖子砖和小烟道以及主墙、单墙和封墙。下喷式焦炉，主墙内还设有直立砖煤气道，如图4-3和图4-4所示。,蓄热室小烟道,直立砖煤气道,炼焦炉,图4-3 焦炉蓄热室结构 图4-4 蓖子砖和砖煤气道1主墙；2小烟道黏土衬砖；1扩散型蓖子砖；2直立砖煤气道3小烟道；4单墙； 5蓖子砖；6隔热砖,炼焦炉,图4-6 58型焦炉斜道区结构,炼焦炉,图

16、4-17 58-焦炉气体流动途径示意图,炼焦炉,当下降废气通过蓄热室时，即将热量传递给格子砖，废气温度由12001300左右降至300400左右，然后，经小烟道、分烟道、总烟道至烟囱排出。换向后，冷空气或贫煤气进入蓄热室，吸收格子砖蓄积的热量，并被预热至10001100后进入燃烧室燃烧。由于蓄热室的作用，有效地利用了废气显热，减少了煤气消耗量，提高了焦炉的热工效率。 当用焦炉煤气加热时，由于其热值高，不需要预热，故不通过蓄热室，直接由砖煤气道通入立火道燃烧。况且如焦炉煤气进入蓄热室预热，则会因受热分解而生成石墨，造成蓄热室堵塞，而且预热后会使燃烧速度增高，火焰变短，造成高向加热不均匀。,炼焦炉

17、,蓄热室内堆砌的格子砖有九孔、六孔、蜂窝式及百叶窗式几种，其中目前较常用的是九孔格子砖，如图4-5。格子砖安装时上下砖孔要对准，高炉煤气含尘量应控制在15mg/m3以下，操作中应定期用压缩空气吹扫。蓄热 室内温度变化大，故格子砖采用黏土砖，小烟道需设黏土衬砖，以保护硅砖砌筑的隔墙受温度变化的冲击。格子砖上部留有顶部空间，主要使上升或下降气流在此得到混匀，然后以均匀的压力向上或向下分布。,炼焦炉,图4-5 九孔薄壁格子砖,为了改善气流分配以提高蓄热效率，多数焦炉采用扩散式蓖子砖，蓖子砖位于格子砖的下方，一方面支撑格子砖，另一方面利用孔径大小的改变使气流沿长向分布均匀。为使上升和下降气流时都能实现

18、气流沿蓄热室长向均匀分布，蓖子砖孔型和尺寸的分布需通过实验和实践才能确定，而且当蓄热室操作条件变化时，仍会受影响。小烟道在上升气流时用于供入空气和贫煤气，并使气流沿蓄热室长向加以均匀分配，在下降气流时则集合并导出废气。煤气和空气的供入以及废气的导出通常由机、焦两侧进行。,炼焦炉,蓄热室隔墙包括中心隔墙、主墙（异向气流隔墙）和单墙（同向气流隔墙）。中心隔墙将蓄热室分为机焦侧两部分，主墙两边压差大，易漏气。当升煤气漏入下降蓄热室，不但损失煤气，而且会发生“下火”现象，严重时可烧熔格子砖，使废气盘变形；当上升空气漏入下降蓄热室，则会发生“空气短路”现象。故主墙必须坚固和严密，因此厚度较大，且用带舌槽

19、的异型砖砌筑。而单墙两边压差小，故厚度较薄。蓄热室端部封墙是为了防止吸入冷空气使边火道温度骤降，故必须严密；同时为了减少热损失，绝热必须良好。封墙一般用黏土砖及隔热砖砌成，总厚度约为400mm，为此在封墙中砌一层绝热砖以及外部用硅酸铝纤维保温，并在墙外表安装金属外壳。,炼焦炉,有的焦炉采用蓄热室分格，即将蓄热室分成若干小格，每对立火道与其对应的下方两格蓄热室形成一个单独的加热系统，这样可以根据火道需要的温度，在地下室分别调节各格的煤气量和空气量，但隔墙增加，主墙结构复杂，用砖量大，施工时必须在分隔墙砌筑前安放格子砖，生产时又不能清扫和更换，故未能推广。对于蓄热室的基本要求是气流分配均匀，蓄热效

20、率高，串漏少和防止局部高温。 蓄热室顶部温度经常在1200左右，并且蓄热室隔墙几乎承受着炉体的全部重量，所以现代大型焦炉的蓄热室隔墙都用硅砖砌筑，否则将对焦炉产生不良影响。当缺少硅砖时，也可用黏土砖砌筑，但要考虑与上部硅砖砌体联结处的处理，否则上下膨胀不同，易将黏土砖砌体拉裂。,炼焦炉,就蓄热室类型而言，有纵蓄热室和横蓄热室两大类。前者由于阻力大，蓄热效率低，故现代焦炉很少采用。现代焦炉蓄热室均为横蓄热室，即与炭化室的纵轴平行。横蓄热室有并列式和两分式之分。JN型焦炉等大型焦炉属于并列式，两分式焦炉的蓄热室一般属于两分式。由于并列式蓄热室异向气流接触面大于两分式蓄热室，故蓄热室串漏的可能性也大

21、些。 横蓄热室的优点是：能使每个燃烧室成为独立系统，便于调节；当局部产生问题时可以停几个炉室，不会影响整座焦炉；蓄热室的格子砖可以保证各燃烧室的煤气和空气沿长向均匀分配；而且蓄热室的端部面积较小，因此辐射热损失较小；同时炭化室和蓄热室构成一个整体，炉体较坚固。,炼焦炉,在大型黏土砖蓄热室焦炉上，曾采用硅砖与黏土砖交界面设置滑动层和相互咬合砌筑两种方案。生产实践表明，前一种方案由于整个上层砌体及其它设备很重，未能实现滑动，结果使蓄热室墙头部拉成较宽的梯型裂纹；后一种方案，蓄热室隔墙虽然也出现了裂纹，但因相互咬合，裂纹分散且较窄，对生产影响不大。 蓄热室隔墙的炉头部位，因受外界大气温度的影响，温度

22、波动较大，硅砖砌成的炉头隔墙易产生一些裂纹，因此有些焦化厂的焦炉在蓄热室炉头部位也采用高铝砖直缝结构。,炼焦炉,4斜道区 连通蓄热室和燃烧室的通道称为斜道。它位于蓄热室顶部和燃烧室底部之间，用于导入空气和煤气，并将其分配到每个立火道中，同时排出废气。如图4-6为斜道区的结构图。 斜道区结构复杂，砖型很多，不同类型焦炉的斜道区结构有很大差异。一般来说，两分式火道焦炉的斜道区比双联火道焦炉的斜道区要简单；单热式焦炉的斜道区比复热式焦炉的斜道区简单。斜道区的布置、形状及尺寸决定于燃烧室的构造和蓄热室的型式。此外，还应考虑砌体的严密性，砌筑要简单，而且应保证煤气及空气在火道内沿着高度方向缓慢混合。,炼

23、焦炉,图4-6 58型焦炉斜道区结构,炼焦炉,燃烧室的每个立火道与相应的斜道相连，当用焦炉煤气加热时，由两个斜道送入空气和导出废气，而焦炉煤气由垂直砖煤气道进入。当用贫煤气加热时，一个斜道送入煤气，另一个斜道送入空气，换向后两个斜道均导出废气。 斜道口布置有调节砖，以调节开口断面的大小，并有火焰调节砖以调节煤气和空气混合点的高度。 斜道出口的位置、交角、断面的大小、高低均会影响火焰的燃烧。为了拉长火焰，应使煤气和空气由斜道出口时，速度相同，气流保持平行和稳定，为此两斜道出口之间设有固定尺寸的火焰调节砖（鼻梁砖）。,炼焦炉,在确定斜道断面尺寸时，一般应使斜道出口阻力占上升气流斜道总阻力的2/33

24、/4为好。这样可以保持斜道出口处调节砖的调节灵敏性。斜道总阻力应合适，阻力过大时，烟囱所需吸力增加，并增加上升与下降气流蓄热室顶的压力差，易漏气，而且上升气流蓄热室顶的吸力减小，烧高炉煤气时，容易引起废气盘正压，影响安全操作；阻力太小，对调节火道流量的灵敏度差。由于炉头火道散热量大，为了保证炉头温度，应使炉头斜道出口断面（放调节砖后）比中部大50%60，以使通过炉头斜道的气体量比中部多2546。由于炉头部位的炭化室装煤易产生缺角，因此希望炉头的火焰短些，一般炉头部位的调节砖比中部火道的薄一些。,炼焦炉,斜道的倾斜角一般不应低于30，否则坡度太小，容易积灰和存物，日久导致斜道堵塞。斜道断面逐渐缩

25、小的夹角一般应小于7，以减少阻力。对于侧入式焦炉，各烧嘴断面积之和约为水平砖煤气道断面的60%70为宜，太大则各烧嘴的调节灵敏性差，太小则增加砖煤气道内煤气压力，易漏气，且除碳空气不易进入，容易使砖煤气道堵塞。 斜道区膨胀缝多，排砖时各膨胀缝应错开，膨胀缝不要设在异向气流、炭化室底和蓄热室封顶等处，以免漏气。 总之，斜道区通道多，气体纵横交错，异型砖用量大，严密性、准确性要求高，是焦炉中结构最复杂的部位。,炼焦炉,5基础平台与烟道 基础位于炉体的底部，它支撑整个炉体、炉体设施和机械的重量，并把它传到地基上去。焦炉基础的结构型式随炉型和煤气供入方式的不同而异。焦炉基础有下喷式（图4-7）和侧喷式

26、焦炉（图4-8）。下喷式焦炉基础是一个地下室，由底板、顶板和支柱组成。侧喷式焦炉基础是无地下室的整片基础。,图4-7 下喷式焦炉基础结构 图4-8 侧喷式焦炉基础结构 1抵抗墙构架；2基础 1隔热层；2基础；3烟道,炼焦炉,整个焦炉砌筑在基础顶板平台上。浇灌顶板时，按焦炉膨胀后的尺寸埋设好下喷煤气管，烟道位于地下室的机、焦两侧，在炉端与总烟道相通。抵抗墙有平板和框架两种结构，考虑到节约材料和对支承负荷的合理性，现均采用框架式。抵抗墙与顶板间设有膨胀缝。下喷式焦炉地下室三面被烟道包围，一侧有墙挡住，使地下室温度在夏季高达 4050，通风不良。焦炉基础顶部受小烟道热气流的作用，正常生产时，顶板上表

27、面温度达85100，顶板下表面温度约5060。烘炉末期因受较高气流温度的作用，顶板温度要比上述高3050，如烘炉期拖得太长，尤其是高温下烘炉期太长、对基础强度不利。,炼焦炉,为了改善地下室的通风情况，降低地下室温度和基础顶板温度，近年来，一些焦化厂将焦炉机、焦侧烟道的标高降低，并在炉组两端敞开，烟道靠地下室侧镶砌一层隔热砖或涂抹一层隔热材料。有的厂将顶板减簿，增加其上的红砖厚度，小烟道不承重的通道部分，在黏土砖下设有隔热砖层，并在浇灌混凝土顶板的材料中配入部分隔热材料。由于基础顶板受温度的影响会发生一定程度的变形，支柱上下节点若采用固接形式，将使支柱产生很大的内应力，故近年设计的焦炉基础支柱中

28、，靠两侧烟道的边支柱做成上下端铰接节点；在焦炉纵向两端的几排中间支柱做成下端节点铰接形式；其余的支柱为增强刚性，仍采取固接形式，这样可以降低构件的内应力，既节省原料，又能适应温度的变化。,炼焦炉,大型焦炉的基础均用钢筋混凝土浇灌而成，小型焦炉的基础一般不需配筋，只有当地基的土质不均匀时，才配少量钢筋。为减轻温度对基础的影响，焦炉砌体的下部与基础平台之间均砌有46层红砖。整个焦炉及其基础的质量全部加在其下的地层上，该地层即地基。 焦炉的地基必需满足要求的耐压力，因此当天然的地基不能满足要求时，应采用人工地基。例如中、小型焦炉可采用砂垫层加强地基，提高耐压力；大型焦炉一般均采用钢筋混凝土柱打桩，即

29、采用桩基提高耐压力。,炼焦炉,为了保证地基土壤的天然结构不被破坏，要求地下水位在基础以下，并在施工中做好防雨排水。由于地基土质不同，因基础和砌体的承重，地基受压，焦炉基础会产生不同程度的沉降。为了防止产生不均匀沉降而拉裂基础，焦炉与分烟道、焦炉与贮煤塔等不同承重的基础处，一定要分开留缝沉降缝。此外当采用人工基础时，焦炉纵横向的倾斜不应超过千分之一。对焦炉基础的沉降应在施工和投产以后的前几年中注意观察和测量，并及时处理异常现象。,炼焦炉,6炉顶区 炭化室盖顶砖以上部位即为炉顶区，如图4-9。炉顶区砌有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟等。为减少炉顶区散热，改善炉顶区的操作条件，其不受压部位

30、砌有隔热砖。JN型焦炉看火孔盖下方设有挡火砖。为节省耐火砖，炉顶的实心部位可用筑炉过程中的废耐火砖砌筑，炭化室和燃烧室的盖顶砖用硅砖，其它部位大都用黏土砖，炉顶表面用耐磨性好，能抵抗雨水侵蚀的缸砖砌筑。,炼焦炉,烘炉孔是设在装煤孔、上升管孔等处连接炭化室与燃烧室的通道。烘炉时，燃料在炭化室两封墙外的烘炉炉灶内燃烧后，废气经炭化室，烘炉孔进入燃烧室。烘炉结束后，用塞子砖堵死烘炉孔。为了使废气沿燃烧室长向贯通，从而使热气流能进入各个立火道，以前设计的焦炉，在燃烧室上部设有与各烘炉孔连接的烘炉水平道。它的存在使焦炉在正常生产时，炉顶表面温度较高，而且荒煤气还容易经此串漏至燃烧室，破坏正常燃烧，加速炉

31、体损坏，因此新近设计的焦炉都取消了烘炉水平道。,炼焦炉,取消水平道后，每个燃烧室有4对立火道不通热气流，但由于依靠砌体传递热量，并不影响烘炉质量。为了提高砌体强度，炭化室的封顶大砖应厚些，一般为170210mm。炉顶层厚度也和砌体的静力强度有关，增加炉顶厚度，可以提高炉墙所能承受的极限负荷。炉顶厚度一般为9001200mm。为了装煤顺利，装煤孔呈喇叭状。炉顶还有纵横拉条沟和装煤车轨道，它们的位置应考虑热态膨胀尺寸，以便投产后不压看火孔，炉顶的实体部位也设有膨胀缝。此外，在多雨地区，炉顶最好有一定的坡度以供排水。,炼焦炉,图4-9 58型焦炉炉顶1装煤孔；2看火孔；3烘炉孔；4挡火砖,炼焦炉,7

32、炭化室中心距 焦炉砌体除受到自重及炉顶的垂直负荷外，燃烧室的砌体还受到炭化室内煤料在结焦过程中产生的膨胀压力及炉柱对砌体的加压，这些都属于水平负荷。砌体的强度必须足以承受所受到的负荷。焦炉砌体中最薄弱的部位是炭化室墙。要保证炉体有足够长的寿命，必须注意使炭化室墙所受负荷处于能承受的范围之内。其措施主要包括：一是降低所受负荷，主要是控制所用煤料的膨胀压力；二是提高炭化室墙的负荷能力即炉墙的极限负荷，它与焦炉的尺寸（包括炭化室高度、炉顶厚度、煤车负荷、立火道中心距、炭化室中心距、炭化室墙厚度和火道隔墙厚度等）有关。,炼焦炉,煤料在炼焦时的膨胀压力随煤的黏结性、装炉煤的堆密度、结焦速度、煤料水分、炭

33、化室宽度等因素不同而改变，一般不应大于1.47N/cm21.96N/cm2。但膨胀压力沿炭化室高向和长向并不相同。炭化室底部煤气外排的阻力最大，故膨胀压力也最大，而到炉顶则接近为零。此外，由于炉墙两侧均受侧压力，因此对炉墙产生弯曲的负荷应为两侧负荷之差。 增加炭化室的高度，砌体的荷重增大，而且由于炭化室容积加大后，装煤车负荷也加大，从而使砌体所受垂直应力增大。此外，炭化室高度和立火道中心距增加时，还使砌体的弯曲应力加大。为使砌体的应力在许可的范围内，当炭化室增高时，可通过增大炉墙厚度、火道隔墙和燃烧室高度等措施来实现。但加厚炉墙会影响焦炉传热，而火道隔墙加厚则有限，因此主要办法是加大燃烧室宽度

34、，在炭化室宽度一定的条件下，也即增大炭化室的中心距。 炭化室中心距随炭化室高度的增加而增大。从强度上说，炭化室中心距对中、小型焦炉来说是足够的，而对大焦炉当提高炭化室高度时，应进行强度核算。,炼焦炉,第二节 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

35、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4-10所示。,炼焦炉,图4-10 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,炼焦炉,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

36、，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。,炼焦炉,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

37、德国的斯蒂尔焦炉。,炼焦炉,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

38、杂，砖型多。双联式火道目前被我国大型焦炉广泛采用。,炼焦炉,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

39、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。,炼焦炉,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

40、长和产品产量、质量降低等不良后果。,炼焦炉,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。图4-11所示为炭化室中煤料的升温曲线。图中曲线B表示加热均匀时煤料升温曲线，当结焦时间达17h，焦饼全部成熟。曲线P和A表示加热不均匀时下部煤料与上部煤料的升温曲线。曲线A达到结焦终了温度的时间比曲线P晚6h。,图 4-11 炭化室中煤料升温曲线,炼焦炉,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

41、4-12。,图4-12 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,炼焦炉,（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。,炼焦炉,（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

42、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。,炼焦炉,（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

43、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。,炼焦炉,图4-13 各种废气循环方式,炼焦炉,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

44、富煤气入炉多采用侧入式；国外一些大中型焦炉也采用煤气侧入式，如卡尔斯蒂尔焦炉、BP焦炉等。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。,炼焦炉,2下喷式 下喷式焦炉加热用的富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。如58-型、JN60-82型等炉型均采用此法。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

45、。,炼焦炉,第三节 炉型举例 我国使用的焦炉炉型，在建国初期1953年以前主要是恢复和改建解放前遗留下来的奥托式、考贝式、索尔维式等老焦炉。1958年以前建设了一批原苏联设计的BP和K型焦炉。1958年以后，我国自行设计建造了一大批适合我国实际情况的各种类型的焦炉。主要有： 大型的双联火道焦炉：JN43-83、JN60-82、JN60-87及高5.5m的大容积焦炉，58-I型和58-型焦炉；中型焦炉：两分下喷复热式焦炉； 小型焦炉：66型、70型及红旗3号等炉型。,炼焦炉,形成了大、中、小型的焦炉系列。改革开放以来我国又引进和自行设计建造了一批具有世界先进水平的新型焦炉，它们是由日本引进的新日

46、铁M型焦炉（上海宝钢焦化厂），鞍山焦耐院为宝钢二期工程设计的6m高的下调式JNX60-87型焦炉及58型焦炉的改造型下调式JNX43-83，以及1982年设计的6m高焦炉JN60-82型捣固焦炉等。,炼焦炉,一、66型焦炉 66型焦炉是我国自行设计的年产10万t冶金焦的焦化厂推荐炉型，目前已发展到66-5型，其结构如图4-14。其结构特点是两分式火道，横蓄热室，焦炉煤气侧喷，加热系统为单热式的焦炉。目前，为使更多的焦炉煤气供作城市煤气，加热系统已有改成复热式。 （1）炭化室 炭化室的平均宽为350mm，锥度为20mm，炭化室全高为2520mm。装煤时上部留有150200mm的空间，为荒煤气排出

47、的通道，其装煤高度称为炭化室的有效高，高度为2320mm。炭化室全长7170mm，其装煤长度称为有效长度，为6470mm。炭化室的有效容积（炭化室的有效高、有效长和平均宽度三者的乘积）为5.25m3。,炼焦炉,（2）燃烧室 燃烧室用横隔墙分隔成14个立火道，与其上部的通长水平集合烟道相连，在结构上使一侧7个火道为上升气流时，另一侧7个火道为下降气流。为避免干馏产物在炉顶空间因温度过高而热解损失，并生成大量石墨，造成推焦困难，66型焦炉的加热水平高度为524mm。水平集合烟道的断面形状为矩型，平均断面为289308（298318）mm2。立火道高为1600mm，平均断面为328340mm2，火道

48、之间的横隔墙厚度为130mm。 66型焦炉的炉体结构提供了使用高炉煤气或其它贫煤气加热的可能，因此，每个立火道底部有两个斜道口，分别与两个相邻的蓄热室相连，一个为空气斜道口，另一个为煤气斜道口，分别在燃烧室中心线的两侧。当使用焦炉煤气时，该两个斜道均为空气斜道。,炼焦炉,图4-14 66型焦炉炉体断面图,炼焦炉,斜道口放有调节砖（牛舌砖），通过拔动其位置或更换不同厚度的调节砖，可以调节进入火道的气体量，火道底部还有烧嘴，位于燃烧室的中心线上，它与进焦炉煤气的水平砖煤气道相连，更换不同直径的烧嘴，可以调节进入火道的焦炉煤气量。燃烧室是焦炉结构的主要部分，又是温度最高的地方，故采用硅砖砌筑。为使砌

49、体严密，以防炭化室和燃烧室互相串通，又要使砌体稳固，并传热良好，故炭化室与燃烧室间的炉墙采用厚度为100mm带舌槽的异型砖砌筑。,炼焦炉,（3）蓄热室 66型焦炉的蓄热室与炭化室平行布置，即为横蓄热室。每个炭化室下部有一个宽蓄热室（628mm），顶部有左右两排斜道，分别与其上部炭化室两侧的燃烧室相连。炉组两端的边蓄热室是窄蓄热室，宽度只有302mm，顶部只有一排斜道与上面的边燃烧室相连。宽蓄热室内放有两排九孔薄壁式格子砖，窄蓄热室内仅放一排格子砖。 蓄热室隔墙厚250mm，因系同向气流，压差较小，用标准黏土砖砌筑。蓄热室的中心隔墙由于两侧气流方向相反，压差较大，故隔墙较厚，为350mm。封墙用

50、黏土砖砌筑，中间砌一层隔热砖，墙外抹以石棉和白云石混合的灰层，以减少散热和漏气。,炼焦炉,（4）斜道区 斜道区高850mm，其中还设有水平砖煤气道，焦炉煤气经此水平道分配到各立火道。砖煤气道由黏土砖砌成。为防止炉头温度过低，将炉头两个火道（1、2与13、14号）处的水平砖煤气道的断面加大，以增加进入边火道的煤气量。 （5）燃烧系统气体流动途径 (如图4-15) 焦炉煤气由焦炉一侧的焦炉煤气主管 4经水平砖煤气道5，通过各直立的煤气道和可更换的烧嘴，进入同侧所有立火道6。空气由该侧的所有废气盘经小烟道2进入蓄热室3，被预热到1000左右，然后经斜道送入立火道与焦炉煤气混合燃烧，燃烧产生的废气上升