25万吨每年型焦厂设计.docx
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25万吨每年型焦厂设计
中国矿业大学
本科生毕业设计
姓名：
年里珂学号：
06062583
学院：
化工学院
专业：
化学工程与工艺
设计题目：
榆林半焦为原料25万吨/a
铸造型焦生产线设计
专题：
捣鼓炼焦的发展
指导教师：
武建军职称：
教授
2010年6月徐州
中国矿业大学毕业设计（论文）任务书
院（系）化工学院专业年级化工06-1学生姓名年里珂
任务下达日期：
2010年3月1日
设计日期：
2010年3月22日至2010年6月10日
设计题目：
榆林半焦为原料25万吨/a铸造型焦生产线工艺设计
专题题目：
捣固炼焦的发展
设计主要内容和要求：
主要内容：
1完成《榆林半焦为原料25万吨/a铸造型焦生产线工艺设计》；
2撰写一篇与设计题目相关的专题论文；
3专题论文翻译。
要求：
1.设计内容技术要求
（1）充分了解非炼焦煤制铸造型焦的相关知识；
（2）设计内容包括：
总平面布置图，带控制点工艺流程图（机械联系图），生产线工艺布置，数质量流程图，立面布置图（剖面图），主要设备图（或设施结构图）等；
（3）设计图纸不少于9张（A1）；
（4）设计说明书包括：
综述、艺路线选择、建厂条件、工物料衡算与工艺计算、热量衡算、主要设备计算、劳动定员，安全环保和经济技术分析等；
（5）论文符合《中国矿业大学本科毕业设计撰写规范》，要求计算机打印。
2.专题论文要求
（1）论文内容必须与设计内容有关；
（2）论文字数在3000～5000之间；
（3）论文格式满足一般科技文献出版要求。
3.资料翻译
（1）完成不少于3000字的规定英文资料翻译；
（2）译文要求能够表达原意，语句通顺，文笔流畅。
4.所有设计文件均采用计算机绘制或打印，同时提供电子文档一份。
5.提交设计说明书、专题论文及专英翻译合订本一册。
院长（系主任）签字：
指导教师签字：
中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：
指导教师签字：
年月日
中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：
评阅教师签字：
年月日
中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩
答辩情况
提出问题
回答问题
正确
基本
正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答
答辩委员会评语及建议成绩：
答辩委员会主任签字：
年月日
学院领导小组综合评定成绩：
学院领导小组负责人：
年月日
摘要
我国煤炭储量与产量在全世界都是相当可观的，但可供直接炼焦的煤种即主焦煤、肥煤、瘦煤并不丰富。
而炼焦工业的发展中成型炼制焦炭，可称之为炼焦开源的新途径。
本设计采用冷压成型工艺。
产品铸造型焦是以半焦、焦煤、沥青和焦粉为原料，经过混合，由成型机加工压制成型，再经碳化工艺而得到。
生产工艺选用的主要设备有：
皮带输送机、电磁给料机、各种破碎机、定量给料机、卧式搅拌机、立式搅拌机、卸料机、成型机等。
根据生产实际情况，本设计对各种设备选型，确定数量，并作简要介绍。
整个生产线自动化程度较高，降低了劳动强度。
设计中对整个生产线进行简要的经济效益核算，总成本包括设备成本、基建成本、工资及福利、原料，铸造型焦按2000元每吨计算，整个生产线有较高销售利润，经济效益可观。
本设计在武建军老师指导下完成，包括设计说明书一份，设计图纸9张。
由于我知识有限，实践经验不足，设计中难免存在不足之处，望大家批评指正。
关键词：
铸造型焦；碳化；冷压成型
ABSTRACT
China'scoaloutputandreservesareconsiderableintheworld,butfordirectcokingcoal：
themaincoke,fatcoal,Coalisnotrich.Incokingindustry,thedevelopmentofmoldingrefiningcoke,tobecalledthecokingnewwaystoraiserevenue.
Thedesignusedcoldformingprocess.Foundrycoketypeproductsbasedonsemi-coke,themaincoke,petroleumcoke,asphaltandcokeforrawmaterials,aftermixing,bythesuppressionofmoldingmachine,andthenbecarbonationprocess.
Processselectionofmajorequipment:
beltconveyor,electromagneticfeeder,crusher,quantitativeFeeder,horizontalmixers,verticalmixers,dumpmachines,formingmachines.Accordingtoactualproduction,thedesignselectvariousequipment,exactquantity,andforabriefintroduction.Theentireproductionlinehigherdegreeofautomationandreducethelaborintensity.
Inthedesign,theentireproductionlinetomakeabriefaccountingoftheeconomicbenefits.Thetotalcost,includingequipmentcosts,infrastructurecosts,wagesandbenefits,rawmaterials,TypeFoundrycokeby1,500yuanpertonne,theentireproductionlinewillbehigherprofits,substantialeconomicbenefits.
thedesigncompletedunderWuJianjun，theguidanceofteacher.Includingadesignspecification,designdrawings10.SinceIhadlimitedknowledge,lackpracticeofexperience,therewillinevitablydesigndeficiencies,Ihopecriticizedcorrected.
Keywords:
TypeFoundrycoke,carbonation,forming
1绪论
1.1中国炼焦煤的基本情况
1.1.1中国总的煤炭资源
我国是以煤炭为为主的主要能源的国家，现已查明的煤炭资源量占我国化石能源资源的95%以上。
截止2004年底，查明的全国煤炭储量超过1900亿吨，资源量超过1亿吨，预测远景储量为5.5万亿吨以上，分别居世界第三位、第二位和第一位。
我国富煤、少油、缺气的能源资源条件决定了在可预见的未来，煤炭资源仍将是主要能源。
中国的煤炭资源仅次于美国而居世界第二。
2001~2004年中国的“查明资源储量”（相当于原储量表示方法的“A+B+C+D”级保有储量）一直徘徊在10100~10200亿吨左右。
其中，“储量”（相当于原来最高级别的A级可采储量）为1893亿吨，“基础储量”（相当于原来的A+B级高级储量）超过3343亿吨，资源量（相当于原来的C+D级低级储量）超过6868亿吨。
从各省、直辖市（自治区）的煤炭资源量分布情况来看，居前5位的依次是山西、内蒙古、陕西、新疆和贵州。
它们的“查明资源储量”为别为2650亿吨以上、2239亿吨以上、1660亿吨以上、982亿吨和490亿吨以上。
煤炭资源居第六~第十位的依次为宁夏、安徽、山东、云南和河南。
它们的查明资源储量相对较少，其中最多的宁夏回族自治区也仅有308亿吨以上，其他4省均只在240~255亿吨左右。
此外，“查明资源储量”超过200亿吨的还有黑龙江，其他各省除河北为150亿吨外，其余各省（区）均在100亿吨以下。
1.1.2中国的炼焦生产情况
近年来，我国焦炭产量持续增长，如2000年为12184万吨，到2005年已达2.43亿吨，比2004年的1.96亿吨增加了3700万吨。
预计今后几年将达到4亿吨左右。
在焦炭生产中以机焦为主，约占总产量的95%，改良焦为5%。
炼焦工业除了生产焦炭外还回收焦炉煤气和化工产品，从炼焦回收的化工产品中主要有焦油、粗苯、工业萘以及沥青。
中国炼焦工业分布于28个省、市和自治区，涉及钢铁、化工、城市煤气、煤炭、轻工、地方等六大行业部门。
全国有80%左右的焦炭是冶金部门生产的，化工系统和其他系统生产的约为20%。
从总体上看，我国焦化工业与世界先进水平相比还有很大差距，主要表现在焦化企业数量多、规模小、焦炉寿命短、环境污染严重，国内大型焦化厂的工艺技术和关键设备的国产化率较低等。
1.1.3我国焦炭消费情况
早在1999年，我国消耗焦炭已超过1亿吨，为1.05亿吨，是美、英、法、德、日、俄六个国家消耗焦炭的总和，也是日本消耗量的2.88倍，美国消费量的5.18倍。
到2005年我国焦炭的表观消耗量已达23043万吨，同比增长20.54%，以鞍钢为例，其8座高炉2005年的焦炭用量已接近500万吨，如正在建设中的新3号大容量高炉建成后其年消耗焦炭将近600万吨。
我国焦炭主要用于钢铁行业，占80%左右；其次是化学工业和机械工业，分别约占10%和2%左右。
下图（图1.1）是我国2005年焦炭在各行业应用的情况：
1.1.4焦炭出口情况以及国内外市场基本情况
我国焦炭出口从20世纪80年代末、90年代初的200万~300万吨/年已猛增至20世纪90年代末的1000万~1100万吨/年左右（1995年为886万吨，1996年为851万吨，1997年为1058万吨，1998年为1146万吨，1999年997万吨），2000年，我国的焦炭总出口量已增至1520万吨，成为名副其实的世界第一焦炭出口大国。
2001年以后，焦炭出口量有所减少，仍达到1384万吨。
2004年又回升至1501万吨，到2005年又降为1276万吨，全国平均出口价降至183.37美元/吨。
据世界能源专家预测，到2010年，我国的焦炭出口前景看好，出口量将由目前占世界焦炭贸易总量的60%升至80%以上，由此可以预测，在最近30年内我国优质焦炭出口市场的潜力是巨大的。
我国焦炭出口主要是供应美国、法国、德国、日本、巴西、韩国、意大利、印度以及东南亚诸国以及我国的台湾省。
如20世纪末，中国出口的焦炭供应美国和欧洲均在400万吨左右，供应印度的焦炭也在200万吨以上。
焦炭的主要用途是钢铁工业中的高炉炼铁，其次是化工系统作生产化肥的原料，而铸造焦则主要用于冲天炉（化铁炉）的画帖；有色金属冶炼、生产电石及金属制品等行业也都需要使用一定数量的焦炭。
在我国的钢铁工业的焦炭消耗量几乎占全国消耗量的3/4，化学工业所消耗焦炭也接近全国的10%，而其他个行业的焦炭消耗比较分散且数量都不很大。
1.2开发铸造型焦的背景
随着全球冶金工业特别是铸造业的复苏，使得对铸造焦的需求量大增对铸造焦的需求量的不断增长增加了对优质炼焦煤（低灰、低硫、强黏结性的煤）的依赖程度。
我国的炼焦煤中，气煤储量占54.7%，而肥煤、焦煤和瘦煤加起来的储量还不到炼焦煤储量的一半，且分布极不均匀，使一些地区的焦化厂炼制优质铸造焦存在一定困难。
为了扩大炼焦煤源，将弱粘结煤或不粘结煤用于炼焦。
适合于常规焦炉配煤炼焦的各种新技术（煤干燥、预热、选择粉碎、捣固、配型煤、配用人造粘结煤或抗裂剂等）已达到工业化水平，从而成为解决用较差的炼焦煤或非炼焦煤炼出优质焦炭的主要方法。
型焦作为广泛利用劣质煤的最有效方法，经过二十多年的试验和发展，世界上已有年产20-50万吨的工业性试验装置，这将成为今后发展冶金和非冶金用焦的重要方向。
由于炼焦煤需求量不断增加，粘结性烟煤的供应日趋紧张，价格不断上涨，同时，供给的原料煤质量也不断下降，使我国本来就硫份和灰份偏高的炼焦煤又雪上加霜，相对而言，弱粘结煤（无烟煤，贫煤，瘦煤，半焦等）质量好，且售价较低。
鉴于这种局面，就如何合理利用弱粘结煤资源，提高经济效益，我们在进行了大量的社会调查之后，对非粘结煤粉深加工作了长时间的研究、试验工作，提出了以低灰、低硫、弱粘结煤作主要原料、配制少量强粘结性煤以及少量添加剂，采用冷压成型工艺生产优质铸造型焦新产品，既解决了长期以来的煤炭资源不平衡问题，又为丰富弱粘结煤深加工找到了一条新路子，是一项经济效益显著，社会效益良好项目。
中国虽然是世界上煤炭储量最多，煤炭品种较齐全的国家之一。
但各煤种储量并不均一，尤其是炼焦所用的主焦煤、肥煤等优质炼焦煤储量较少。
同时，铸造行业对焦炭的性能要求很高，能满足其低灰、低硫等要求的炼焦煤资源越来越少。
焦炭是一种重要的工业原料，广泛应用于冶金、铸造、化工等行业。
中国也是世界焦炭生产大国，焦炭产量占世界焦炭总产量的36%左右，从1993年起产量一直居世界第一位。
中国是世界焦炭市场的主要供应商，焦炭出口量占世界焦炭出口贸易总量的50%以上。
但在炼焦煤生产中，焦煤和肥煤的比例不足，1/3焦煤和气煤过多，导致中国冶金焦的强度不高，多以2、3级焦为主。
冲天炉化铁是世界各国熔炼铸铁的主要生产方式。
冲天炉的作用是将生铁熔化,并尽可能提高铁水温度,进而提高铸件的质量。
焦炭在冲天炉内的主要作用就是提供热量，并对铁水进行渗碳。
因为冲天炉内不易脱硫，故要求铸造型焦的含硫量要低。
为了提高铁水温度，延长铸造型焦在冲天炉内高温过热区域的停留时间，所以要求铸造型焦的耐磨抗粉化性强、气孔率低，反应性低，块度大。
从国际和国内市场分析，国际市场每年需要数千万吨焦炭，1999年我国出口焦炭就达1300多万吨焦炭，随着传统炼焦方式所带来的环境压力增大，世界各国对焦炭的生产都采取了限制措施，而全球冶金工业的复苏，使焦炭的需求量大增，因此，型焦的国际和国内市场前景广阔。
近年来煤炭产量逐年增高，由2000年的9.99亿吨到2001年的11.06亿吨、2002年的13.93亿吨，2003年达到16.08亿吨，2005年达19.00亿吨，2006年达22.00亿吨。
炼焦煤产量也逐年增高，1999年产量4.99亿吨，2000年4.74亿吨，2001年和2002年分别为5.51亿吨和6.80亿吨，2003年为8.42亿吨,其中焦煤仅1.63亿吨，2004年为8.84亿吨。
2005年主焦煤和肥煤缺口达2000万吨，预计2010年缺口达4000万吨左右。
1.3开发铸造型焦的意义
我国从80年代初开始，进行铸造焦的研制与应用，取得了一定的经验。
但是到目前为止，铸造焦均采用常规炼焦方式生产，虽然生产的铸造焦在强度、块度、固定碳含量及硫含量等方面比冶金焦有了较大的提高，但在块度均匀性、投炉率等方面仍存在一些问题；受原料煤等条件限制，生产成本比较高。
开发应用铸造型焦，可认为是我国冲天炉理想的第三代燃料，其品质又上了一个新的台阶——其优势所在：
1）.型焦的块度均匀，对炉内燃烧气流分布、温度均匀分布十分有利，对提高铁水温度、降低元素烧损、保证炉况正常稳定起到决定性作用。
2）.型焦在运输、贮存及投炉过程中破损极少，提高了焦炭投炉率（型焦可达98%以上，铸造焦为90%左右，冶金焦为75%，土焦只有50%左右），这不仅降低了生产成本，且提高了燃料利用率。
3）.因每块型焦的大小和重量均匀，可使冲天炉机械化备料工作大大简化，原来的筛分工序可以不用，料仓及料斗的运行事故减少，甚至可以简化称量装置。
4）.冲天炉将向着大型化发展，要求铸造焦的块度也越大，型焦在生产上改变块度大小相对比较容易。
型焦拓宽了用煤资源：
铸造业对铸造焦的需求量的不断增长增加了对优质炼焦煤（低灰、低硫、强黏结性的煤）的依赖程度。
我国的炼焦煤中，气煤储量占54.7%，而肥煤、焦煤和瘦煤加起来的储量还不到炼焦煤储量的一半，且分布极不均匀，使一些地区的焦化厂炼制优质铸造焦存在一定困难。
铸造型焦采用的是目前储量大的无烟煤煤粉等，资源丰富，价格低廉。
而传统的现代室式焦炉装料煤所要求的是优质焦煤，我国焦煤储量并非丰富，长期开采，有的地区面临枯竭，所以目前优质炼焦煤供应紧张，焦炭售价不断提高。
采用型焦法几乎能用任何煤种：
贫煤、瘦煤、弱粘结煤、不粘结煤、半无烟煤以及无烟煤等可生产出完全符合冶金焦和铸造焦所要求的质量标准的优质型焦。
弥补炼焦煤的质量不足：
高硫（St>2%）的炼焦煤占全国炼焦煤资源的20%以上，而且煤的可选性也差，洗精煤的灰分普遍在10%～11%左右，因此优质炼焦煤远不能满足钢铁工业发展的需要。
选用无烟煤粉作为原料不仅硫含量较低，而且灰分较低，含碳量高。
型焦和焦炭的规格尺寸不同：
传统的焦炭块大、大小不均，根据用户要求，对其进行破碎，粉碎过程中产生大量粉焦，降低了售价。
可以改变型焦生产中使用的碳化炉的操作条件，生产出用户所要求的不同规格尺寸的型焦产品。
吨焦投资、生产成本等差异较大：
型焦装置的建设投资一般吨型焦投资为100元～150元.其他各项消耗指标、生产成本等诸多经济指标，远远低于常规炼焦生产工艺。
而型焦的质量和焦炭的质量相差无几，售价相近，型焦装置效益更好。
环境污染问题分析对比：
传统的焦化炉生产对环境污染严重，在装料出焦过程中会产生扬尘及废气，在煤气净化过程中会产生污水。
型焦生产中排放的污染物仅为传统炼焦工艺排放的污染物的20%，而且排放的污染物易于控制和回收处理，处理后达标排放。
型焦碳化炉在装料口和出料口均与外界密封隔绝，不会产生扬尘与废煤气，窑炉内产生多余的煤气由窑上部导管导出，入净化装置除尘，回收副产品后返回窑内或作为其他方面使用，熄焦水用量少，循环使用，无污水外排。
采用先进型焦生产技术及型焦生产设备，完全可以建成连续化、机械化操作的全封闭生产线而且能够设计比今天的室式焦炉法生产的更便于控制污染物排放的现代化型焦生产装置。
减少污染物的排放是促使国内外型焦工艺快速发展的重要原因之一。
型焦的发展前景：
通过对型焦和焦炭的对比分析可见，洁净型焦生产技术的优势必然使它在未来具有巨大的发展空间但我国对型焦技术的基础理论的研究一直不够重视，投入太少，尚有许多技术课题需要加快研究，如碳化窑内的气体流动分布、窑内温度调控、窑内维温时间、加热速率等，均与型焦配煤和产品质量及副产品产率有密切的关系。
这些课题的研究结果，必然会对型焦生产工艺技术的发展，以及新型型焦碳化设备的开发与研制，提供技术理论支持，我们相信在未来十几年内我国型焦工业将会有巨大的发展。
1.4铸造型焦的用途
铸造型焦用途广阔：
铸造高等级的机器、器械、军工、运输设备部件。
汽车工业铸造高等级的铸件等。
铸造型焦在国际上60年代就已开始使用，它具有比不成型焦炭有更高的热效应能力（高50－100℃），这样可大量节约我国少有的主焦煤，能大量的利用当地非粘结煤，从而使企业得到很高的经济效益，为铸造业提高产品质量开创了一个主要保证条件。
冲天炉化铁是世界各国熔炼铸铁的主要生产方式。
由于冲天炉适应性强，熔化率高，设备投资少，国外以铸造焦作燃料的冲天炉化铁量仍占有相当大的比例。
据资料介绍，美国占70%～80%，英国约占90%，日本占57%，德国约占63%。
这些国家使用铸造焦的共同特点是：
块度大、强度高、气孔率和反应性较低，灰分和硫分低。
使用铸造焦后，可得到1500℃左右的高温优质铁水，从而降低废品率，降低焦炭的消耗。
我国年产铸铁件在800万ｔ以上，即铸铁件生产过程中需熔炼1000～1200万ｔ铁水，这些铁水95%左右采用冲天炉来熔炼，在冲天炉熔炼过程中焦炭用量为铁料用量的15%左右，因而，国内外铸造行业对铸造焦的需求量非常大。
我国机械产品要在国际市场上站住脚，生产世界一流的铸件是基本条件之一。
而要生产第一流铸件，采用铸造焦是首要因素。
铸造厂使用铸造焦的主要目的，是在用冲天炉化铁的条件下，得到高温优质铁水。
要生产出质量优良的铸件，条件很多，但熔炼出高温铁水是最基本条件。
所谓高温，是指铁水出炉时温度达到1500～1560度。
使用铸造焦，使冲天炉能熔化出高温铁水，就显得十分必要了。
1.5铸造型焦的市场分析与预测
铸造型焦与冶金焦、铸造焦相比,对生产企业而言生产成本降低,其性能更具优越性；对用户而言,该产品可提高铸件质量,降低废品率,减少焦炭消耗。
因此在国内、外市场上,铸造型焦都具有很强的竞争力。
随着冲天炉向大型化发展,其优势将更加显示出来,市场前景更为广阔。
铸造型焦以无烟粉煤为主要原料,充分利用了粉煤资源,一方面缓解优质炼焦块煤供不应求的局面,同时也给大量积压的无烟煤粉煤销售市场带来生机,提高了煤炭综合利用的附加值。
铸造型焦采用低灰、低硫、低挥发分无烟粉煤、生产过程中没有副产品的后处理系统,生产设备及生产工艺大为简化。
铸造型焦具有低灰、低硫等特性,因而在冶金及投炉燃烧过程中,排入大气的污染物大为降低,保护了生态环境。
我国加入WTO,提高铸件质量,生产精良的机械设备,更好地参与国际竞争势在必行。
因此,改变目前铸造焦、冶金焦和改良土焦共存的状态,优胜劣汰,也是必然趋势。
1.5.1铸造焦市场预测
2005年以来,由于冶金焦需求活跃及价格上涨,使生产者加大冶金焦生产,而铸造焦产量相应削减;此外许可证短缺,刺激了铸造焦价格上涨,预计今后铸造焦出口形势将更加严峻。
2007年5月,我国国内运输能力不足,电煤运输需求增加,对火车超载的管理更加严格,我国97%～98%的蜂窝炼焦炉已经关闭,新型环保的炼焦炉被采用。
如果新型炼焦炉生产的焦炭品质低,那么铸造焦的出口肯定要减少。
运费的上升,也推高了我国铸造焦的离岸价格。
2005年国际煤炭海运运费上涨。
2005年12月中旬,从南非理查兹弯港至荷兰鹿特丹港的吨煤运费是23150美元,比2005年初吨煤运费增长了19美元。
预计这种高运费现象从2005年起至少要持续5～10年。
因此铸造焦的价格也随之高涨不下。
铸造型焦是一项投资少，见效快的洁净煤技术，既解决了长期以来的煤炭资源不平衡问题，又充分利用了无烟精煤资源，提高了煤炭综合利用的附加值，开拓了煤炭新市场，是项经济效益显著，社会效益良好的项目。
2成型机理与炼焦机理
2.1炼焦配煤
2.1.1配煤炼焦的意义
配煤炼焦就是将几种不同类别的炼焦用煤按一定比例配合作为加入炼焦炉炼焦的原料。
配煤炼焦在合理利用炼焦煤资源、保证炼焦生产的顺利进
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