100万吨年冶金焦的炼焦工艺设计指导书.doc

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100万吨/年冶金焦的炼焦工艺设计

摘要

本设计参照鞍山钢铁集团公司化工总厂成熟的炼焦工艺，结合目前国内外炼焦技术的发展现状，以改善焦炭质量、提高焦炭产量、减少环境污染为宗旨，进行了年产量为100万吨的冶金焦的工艺设计。

主要内容包括：

厂址选择、炼焦用煤的选择、炉型的选择、工艺流程的确定以及环保措施的制定，并重点针对所选炉型进行了焦炉的物料衡算、热量衡算、煤气的燃烧计算、炉体各点压力计算、加热系统各部位浮力与压力计算和烟囱高度的确定，同时还完成了相关图纸的绘制：

设备连接图、焦炉炉体结构图、焦炉蓄热室结构图。

关键词：

冶金焦，炼焦，工艺设计

II

目录

1文献综述 1

1.1概述 1

1.2炼焦用煤准备 1

1.2.1原料煤的接受与贮存 1

1.2.2配煤与粉碎 2

1.2.3装炉煤的干燥和预热 3

1.2.4添加改质粘结剂及瘦化剂 4

1.3炼焦生产 4

1.3.1炼焦炉及其辅助设备 4

1.3.2焦炉生产操作 7

1.4炼焦新技术 9

1.5发展前景 10

1.5.1世界焦炭生产发展趋势 11

1.5.2我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望 11

1.6本次设计要完成的任务 12

2炼焦工艺的设计与计算 13

2.1厂址选择 13

2.1.1厂址选择基本要求 13

2.1.2设计选址 14

2.2入炉煤的选择 14

2.3焦炉炉型选择 16

2.4工艺流程的选定 18

2.5加热用煤气相关计算 19

2.6煤气燃烧计算 20

2.7焦炉的物料平衡与热量平衡计算 23

2.7.1原始数据的处理与计算 24

2.7.2物料平衡计算 25

2.7.3热量平衡计算 28

2.7.4焦炉热效率 44

2.7.5炼焦耗热量 44

2.8炉体水压计算 45

2.8.1炉内各点压力计算 45

2.8.2加热系统各部位浮力计算 57

2.8.3加热系统各部位压力计算 60

2.9烟囱高度计算 61

3环境保护 70

4结论 72

参考文献 73

致谢 74

1文献综述

1.1概述

煤在焦炉内隔绝空气加热到1000℃左右，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制得焦炭，这一过程称为高温干馏或高温炼焦。

人类生产和使用焦炭渊源甚早，但具有工业意义的大规模生产，是在18世纪初用焦炭代替木炭炼铁成功以后开始的。

到18世纪末，欧洲大部分高炉都已使用焦炭炼铁，从此推动了炼焦生产的发展。

此后又经历了漫长的发展道路，直到20世纪20年代才形成了现代炼焦技术。

20世纪20年代以后几十年是世界炼焦技术深入发展的阶段。

由高温炼焦得到的焦炭可用于高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门作为燃料或原料；炼焦过程中得到的干馏煤气经过回收、精制得到各种芳香烃和杂环化合物，可供合成纤维、染料、医药、涂料和国防等工业作为原料；经净化过的焦炉煤气既是高热值燃料，又是合成氨、合成燃料和一系列有机合成工业的原料。

因此，高温炼焦是煤综合利用的重要方法之一。

1.2炼焦用煤准备

焦炭质量取决于炼焦煤的质量、预处理工艺和炼焦过程等三个方面，当炼焦配合煤既定的情况下，炼焦煤料的预处理对改善焦炭质量，节约优质炼焦煤，确保高炉用焦质量具有重要意义。

炼焦煤入炉前的预处理包括来煤接受、贮存、倒运、粉碎、配合和混匀等工序。

若来煤是灰分较高的原煤，还应包括选煤、脱水工序。

为扩大弱粘煤用量，可采取干燥、预热、捣固、配型煤、配添加剂等预处理工序。

北方地区的工厂，还有解冻和冻块破碎等工序。

炼焦煤的预处理基本流程见图1-1。

1.2.1原料煤的接受与贮存

原料煤的接受通常在贮煤场进行。

焦化厂设置贮煤场的目的：

一是要保证

洗选干燥

解冻

煤场捣固

来煤接受干燥，预热

与卸煤配煤槽粉碎部分成型煤仓装炉

配添加剂

煤槽粉碎配合混合

图1-1炼焦煤的预处理基本流程

焦炉的连续性生产；二是要稳定装炉煤质量，因为各种牌号的煤由于矿井和矿层的不同，可以表现为不同的结焦性能，此外各煤矿的可洗性不同，故洗精煤的灰分和硫分也有不同，同一洗煤厂来的精煤，也因不同时期入洗煤的矿井和矿层不同，使同一牌号洗精煤的质量波动；此外，多数洗煤厂有浮选后的煤泥，它与洗精煤灰分、水分也有明显差异。

上述原因常使来煤质量有很大波动，为此来煤应通过贮煤场进行混匀作业，使经过贮煤场的煤质量稳定，还能起到脱水的作用。

贮煤场由卸煤机械、倒运机械、转运皮带和受煤斗槽以及贮煤场地等组成。

1.2.2配煤与粉碎

（1）配煤

随炼焦工业的发展，焦煤的储量开始感到不足，而且还存在着炼得的焦饼收缩小，推焦困难；焦炉膨胀压力很大，容易胀坏炉体；焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小等缺点。

为克服这些缺点，采用了配煤炼焦。

配煤系统有两种，一种是配煤槽，靠其下部的定量给料设备进行配煤，这种系统精确度高，但设备多、投资高。

另一种是采用配煤场代替配煤槽进行的配煤系统，各种煤由贮煤场一端的中间槽按规定量依次用皮带机送至粉碎机，粉碎后的煤通过皮带送至配煤场按比例用堆煤机薄层铺堆。

配好后用斗轮取煤机回取配合煤，经混匀后送往煤塔。

（2）粉碎

煤料的细度和粒度分布对焦炭质量及焦炉操作有很大影响，为此装炉煤必须粉碎。

常用的粉碎机有反击式、锤式和笼式等几种形式。

粉碎工艺根据煤种和岩相的不同可分为先配后粉流程、先粉后配流程、部分硬质煤预粉碎流程、分组粉碎流程、选择粉碎流程等。

1.2.3装炉煤的干燥和预热

（1）装炉煤的干燥

将装炉煤入炉前预先使水降至6%以下，然后装炉炼焦，有稳定焦炉操作、提高焦炉产量、改善焦炭质量和降低炼焦耗热量等效果。

煤的干燥工艺一般由煤干燥器、除尘装置和输送装置等组成，煤的干燥工序可以设在配合和粉碎工序之前，即对单种煤进行进行干燥后再配合、粉碎，由于煤干燥配合、粉碎时有大量粉尘逸出，故一般均设在配合和粉碎之后，即对配合煤进行干燥。

常用的煤干馏器有转筒干燥器、直立管气流式干燥器和流化床干燥器。

（2）装炉煤的预热

装炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到热分解开始前温度（150～250℃），然后再装炉炼焦称为预热煤炼焦。

对煤进行预热可以增加气煤用量，提高焦炉生产能力，改善焦炭质量，降低热耗，是扩大炼焦煤源的重大方法，但这种方法对装炉技术要求高、难度大，投资也多。

煤的预热一般采用流态化装置进行，工艺比较成熟。

但预热煤贮运过程必须密封和充惰性气体以防煤粒氧化、甚至发生爆炸的可能。

预热煤装炉时会产生大量烟尘，煤气瞬时发生量可达湿煤装炉时的1倍以上，煤气中夹带的煤尘量约为湿煤装炉时的4～9倍，因此必须解决专门的装炉技术。

此外，装炉时随粗煤气带入集气管的大量煤尘，使集气管焦油、氨水中的焦油渣含量大为增加，据统计可达到装炉煤的0.6%～1.5%，一方面容易引起集气管堵塞，同时增加焦油随焦油渣的损失。

因此焦炉应设置单独的装炉用集气管，煤气净化车间应配备高效的除焦油渣并回收其中焦油的设施。

为解决热煤装炉，目前工业上有三种方法：

一种是由英国奥托—西姆卡夫公司提出的装煤车装炉，第二种是由美国阿赖德化工公司开发的管道装炉法，第三种是由德国煤矿联营公司和迪第公司开发的煤刮板装炉法。

近年来国外还开发了干熄焦煤预热相结合的工艺，即将干熄焦获得的废热用作煤预热的热源。

1.2.4添加改质粘结剂及瘦化剂

当配合煤中由于缺少强粘结煤而流动不足时，可以通过添加适当的粘结剂或人造粘结煤来补充低流动度配合煤的粘结性，从而提高焦炭质量，此种粘结剂称为煤改质粘结剂。

在煤结焦过程的收缩阶段，随温度升高，挥发分析出，固态半焦发生收缩，当收缩应力大于焦炭材料强度时，将在焦炭中产生裂纹。

收缩系数越大，裂纹越多越宽，故为了减小收缩系数可在焦炭中添加瘦化剂，而且还可以减少层间的收缩差，降低层间应力。

1.3炼焦生产

1.3.1炼焦炉及其辅助设备

（1）焦炉分类

a.按照装煤方式可分为顶装焦炉和侧装焦炉；

b.按照加热用煤气种类可分为复热式焦炉和单热式焦炉；

c.按空气和加热用煤气的供入方式可分为侧入式焦炉和下喷式焦炉；

d.按气流调节方式可分为上部调节式焦炉和下部调节式焦炉；

e.按拉长火焰方式可分为多段加热式焦炉、高低灯头式焦炉、废气循环式焦炉。

（2）炉体结构

现代焦炉炉体最上部是炉顶，炉顶之下是相间配置的燃烧室和炭化室，炉体下部是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通道通过交换开闭器与烟道相连。

烟道设在焦炉基础或基础两侧，烟道末端通向烟囱。

a.炭化室与燃烧室：

炭化室是煤隔绝空气干馏的地方；燃烧室是煤气燃烧的地方，两者依次相间，其间的隔墙面平均温度为1300℃，炭化室平均温度为1100℃，局部区域还要高些。

在此温度下，墙体承受炉顶机械和上部砌体的重力，还要经受干馏煤气和灰渣的侵蚀，以及炉料的膨胀压力和推焦侧压力，因此要求墙体透气性低、导热性好、荷重软化温度高、高温抗蚀性强、整体结构强度高。

b.斜道区：

位于蓄热室与燃烧室之间，它是连接燃烧室和蓄热室的通道。

焦炉生产时斜道区温度为1000～1200℃，在设计和砌筑时必须考虑耐火砖的热膨胀性。

斜道的倾斜角应小于30º，以免积灰造成堵塞。

斜道的断面收缩角一般小于7º，以减小阻力。

斜道区还需设膨胀缝，缝的方向平行于抵抗墙，以供砌体受热膨胀时，靠膨胀缝吸收。

c.蓄热室：

位于焦炉炉体下部，其上经斜道同燃烧室相连，其下经废气盘分别同分烟道、贫煤气管道以及大气相通。

蓄热室构造包括顶部空间、格子砖、篦子砖、小烟道以及主墙、单墙、和封墙。

蓄热室在下降高温废气时，由内装的格子砖将大部分热量吸收并积蓄起来，使废气温度由1200℃左右降到400℃以下；当上升贫煤气或空气时，格子砖将所蓄热量传递出去，使贫煤气或空气预热到1000℃以上。

蓄热室内温度变化大，故格子砖采用粘土砖，小烟道需设粘土衬砖以保护硅砖砌筑的隔墙受温度变化的冲击。

d.炉顶区：

炭化室盖顶砖以上部位称炉顶区，设有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟。

炉顶区高度关系到炉体结构强度和炉顶操作环境，一般为1100～1200毫米，并在不承受压力的实体部位用隔热砖砌筑。

炉顶区的实体部位也需设置平行于抵抗墙的膨胀缝。

e.烟道与基础：

蓄热室下部设有分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经各废气盘，分别汇集到机侧或焦侧分烟道。

烟道用钢筋混凝土浇灌成，内砌粘土衬砖，分烟道与总烟道衔接部之前设有吸力自动调节翻版，总烟道与烟囱根部衔接之前设有闸板，用于分别调节吸力。

焦炉基础包括基础结构和抵抗墙构架结构。

（3）护炉设备

护炉设备包括炉柱、小炉柱、保护板、纵横拉条、弹簧、机焦侧操作台等。

护炉设备的作用是对砌体施加保护性压力，使砌体在烘炉及生产过程中保持整体性，避免在温度及机械冲击下产生破坏。

（4）煤气设备

煤气设备包括干馏煤气导出设备和加热煤气供入设备两套系统。

干馏煤气导出设备包括上升管、集气管、吸气管以及相应的喷洒氨水系统，用以将出炉粗煤气冷却、导出，并保持和控制炭化室在整个结焦过程中为正压，又防止炭化室因压力过高而泄漏煤气至环境，甚至冒烟点火。