炼焦技术ppt

中国炼焦煤煤种分类资源分布 配煤成本比较 单位：元/吨
型煤炼焦技术 Briquetted Coal Blending Coking Technology
国内采用配型煤炼焦工艺以宝钢为代表。武 钢焦化厂、水城焦化厂等采用配入焦油渣的 型煤炼焦技术，能够有效处理和利用焦油渣
2. 配型煤炼焦
机理：（1）提高装炉煤的堆密度。 散装煤0.7~0.75 t/m3 ，型煤1.1~1.2 t/m3 ，配30%型煤装炉煤0.8 t/m3 以上；
3） 对同样规模的焦化厂，巨型炼焦反应器的出炉数较少 ，相关费用可降低25%~35%。
4）可提高原料煤中弱粘煤的比例，焦炭质量好； 5）有利于环境保护和工业安全与卫生，有关费用可降低 40% ~ 60%； 6）同时生产焦炭和氢气，用于冶炼生铁和海绵铁。
制约：
1) 随着单个巨型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，这样将会大幅度 增加该机械重量；
2) 随着煤预热装置能力的大幅度提高对系统的 可靠性要求也随之提高；
3) 干熄焦与煤预热联合的大型生产装置还有待 于进一步开发。
SCS的经济可行性 与传统的MCS焦炉相比，SCS要增设每个单元模块的侧向钢柱结构和抵
抗墙，同时炉高和炉长的增大会引起焦炉机械重量的大幅度增加。这些都 是导致投资增加的因素。但与此同时，SCS又有以下有利于降低投资的因 素:
2. 2. 对炭化室结焦过程的影响。提高堆密度和炭化室高 向均匀；炉料温度梯度减小，胶质层厚度增加
效果： 1.改善焦炭质量或提高气煤用量；2. 提高焦炉生产能 力； 3. 降低耗热；4. 炉墙温度剧变小，延长炉龄。
工艺
5.添加粘结剂和瘦化剂炼焦（Addition of Binder and Leaner)
1)由于炭化室高度和长度的增大以及可采用预热煤炼焦，单位炉容和每 个炭化室的生产率大大提高。与目前世界最先进的德国凯撒斯图尔200万t/a 焦化厂的焦炉相比，单位炉容焦炭产率可由36 kg/m3.h提高到45 kg/m3.h， 每个炭化室的年产焦量可由16. 7kt/孔.a提高到53. 6kt/孔.a。从而炉孔数可由 2×60孔减到1×37孔，耐火砖量大大减少，焦炉占地面积可由6 600 m2减 至3 200m2。
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2020年7月19日星期日
焦炉内气体流动原理
1.焦炉内气体伯努利方程
对流体： 当以压力形式表示 （对断面1，2间）：
，J/kg
（1） ， Pa （2）
Kg/m3，调和平均密度，
K，平均温度
可导出：
，式中
为断面1处（T1，K）的气体密度
w1， w2 为气体在T1和T2温度下流速，m/s，任意温度下流速：
M40可提高1~6%，M10降低2~4%，CSR提高 1~6%，生产能力提高10%。
由于我国主焦煤的短缺，已经成为一些地区 焦化发展的首选。云南维维集团有限公司55孔 5.5m捣固焦炉已于06年底投产，每孔装煤量超 过35t，已接近世界先进水平，为我国捣固炼焦 技术的发展奠定了基础。２００６年６.２５ｍ 捣固开始设计 ．
2)由于SCS为可扩展的模块结构，每个模块可视为一个独立单元，因而可 进一步提高炉体设计的标准化程度、减少砖型。
3)由于炉孔数减少，相应炉门、炉框、保护板和加热设备数量减少。同 时焦炉的泄漏点也减少，有利于环保的控制。
据德国资深炼焦专家测算，对于200万t/a规模，将煤预热系统包括在内的 SCS与凯撒斯图尔焦化厂的2×60孔焦炉相比，当SCS的炭化室宽度为 450mm时，两者投资相同；当炭化室宽度为600mm时，SCS投资约高17%。 由于SCS预热煤炼焦可多配用低价非炼焦煤，增加的投资有望在短期内得 以回收。
原理：将装炉煤入炉前预先使水分降至6%以下，减少了煤 粒表面水膜的表面张力，空隙易于添满，提高堆密度；缩 短炼焦时间，提高加热速率，改善焦炭质量。 如日本福冈钢铁厂，煤干燥由水分8%降至4.5%，炭化室装 煤增加7%，结焦时间缩短2~3%，合计生产能力提高9.2%， 焦炭强度DI1530提高0.54%。
阻力计算：
2.伯努利方程在焦炉中应用
①上升气流公式 对1-1 ~2-2截面列伯努利方程有：
通道外冷空气可视为静止，则有： （3）-（4） 得：
，K为阻力系数
（3） （4）ຫໍສະໝຸດ 因h1-2 = Z2-Z1，则有
分别为始点和终点的相对压强（-a定义为吸力） 。
上升气流图
下降气流图
循序上升、下降气流图
因动压差
6. SCOPE 21
(Super Coke Oven for Productivity and Environment enhancement toward the 21st century )
目标：
1）提高煤炭资源的有效利用，非、弱粘结煤的使用 比例由原来的20%提高到50%。
2）大幅度提高单炉生产率，其生产率提高3倍。
工艺：日本兰室焦化厂煤调湿工艺（ CMC，Coal Moisture Control）
4.预热煤炼焦(Pre-heating coal)
将煤预热至150~250 0C（热分解开始前温度）再装炉炼焦
影响：
1. 提高加热速率对煤料性质的影响。塑性温度区间加宽 ，提高胶质体的流动性，有利于中间相转化，改善煤 的粘结性；
大型焦炉
7.63m焦炉炉体结构参数
焦炭质量对比
注：4.3m焦炉结焦时间18小时36分；7.63m焦炉结焦时间27小时。
JN7m焦炉炉体主要参数
8. 无回收焦炉
特点:
1)均有炉底火道和较大空间。煤料结焦所需热量除由炉底 火道供给外，还由荒煤气在炉顶空间燃烧以及表面层煤料燃 烧供给。
2)在一定的火道燃烧温度条件下的结焦时间主要决定于装 煤厚度，通常为24 ~ 48 h.
装炉煤的水分均控制在5～6%的范围
我国第一套CMC装置于1996年在重庆钢铁（集 团）实施。本世纪初叶，受炼焦煤资源和能源 紧缺的影响，干燥煤炼焦工艺在我国受到重视 并推广使用。辽宁本溪钢铁公司焦化厂、河南 平顶山天宏焦化公司、绍兴钢铁公司焦化厂、 湘潭钢铁公司焦化厂等在煤料预处理工艺中相 继采用了干燥煤炼焦工艺，并在原有工艺基础 上进行了改进，发展成煤调湿工艺。
风门断面减小，加热系统温度变化不大，故浮力变化不大，因此
基本
保持不变，而总阻力由1-2，2-3，…6-7各断之和，风门断面减小时
增加
，故
必然减小，K不变，则2-7气体流量必减小。
压力变化：a2突然减小，a7保持不变，由于3-7各断阻力减低，分列各断的伯努 利方程可知，a3，a4，a5，a6均减小，越接近7点，下降的越小。
巨型炼焦反应器
(Jumbo Coking Reactor简称JCR)
JCR的技术特点
1) 由于炭化室、燃烧室、隔热层和H钢刚性侧墙形 成了一个具有弹性的整体结构，因此可加大炭化室容 积和采用热煤炼焦，并较好地解决了炉墙变形问题；
2) 由于炭化室较宽，加之煤经过预热，煤料堆密度 可达860 kg/m3，炼焦炉生产率、焦炭机械性能、孔 壁强度、气孔率等大大提高，且可扩大煤源基地；
项与其它项相比很小，可以忽略，有
式中右边第二项
为气柱的热浮力
对静止气体，
则a2-a1 = 浮力
②下降气流公式
同理可以导出： 对下降气流热浮力成为气流的阻力。
③循序上升与下降气流公式
例：焦炉调火中，用废气开闭器进风口断面开度或废气开闭器翻板 调节燃烧系统流量时，系统中各点流量和相对压力的变化。
解：如图，当废气盘进风门断面减小时a1=0，分烟道相对压力a7也基本不变：
单室炉系统（Single Chamber System简称SCS） 多室炉系统（Multi Chamber System简称MCS）
优点:
1）每个反应器的产焦量，达100t以上，连同考虑堆密度 和采用预热煤等因素，生产率可提高70%；
2）反应器加热根据炼焦过程的需要采用程序控制，综合 干熄焦等因素，热效率可由目前的38%提高到70%；
（2）煤料性质；（3）非粘结煤的配合效果，最佳配比 不同和对焦炭质量的影响不同。
工艺：
技术关键： （1）解决价廉、 来源广、效果好 的粘结剂；（2） 煤料与粘结剂的 充分混捏；（3） 操作可靠的压球 机；（4）型球的 冷却、输送和防 破碎。
煤调湿技术（Coal Moisture Control ,CMC )
技术发展的关键：（1）缩 短捣固、装煤和推焦时间 （30min）。因捣固机在煤 塔下，同装煤、推焦不能同 时作业；（2）提高煤饼高 宽比。一般〈9：1，故炭化 室高〈4m，大 容积受限制 ；（3）改善环境。装煤饼 时炉门敞开。
捣固炼焦技术 (Interlocking Coke-making Technology）
3. 3. 烟囱的原理与设计
1）工作原理 烟囱的作用在于根部可产生足够的吸力 烟囱内为上升气流：
烟囱根部的吸力应足以克服由废气盘进风门至烟囱根部各区断阻力和及 下降气流的热浮力：
对风门a进=0，
烟囱根部吸力等于加热系统的总阻力及下降段气流的浮力与上升段气体浮力之差 。
2）烟囱的计算
，
烟囱所产生的热浮力必须保证其根部有足够的吸力（-a根），以Z1表示，并 足以克服烟囱自身的总阻力，以Z2表示，还要有必要的储备吸力，Z3
1)蓄热室下部布置方案更有利于模块结构的扩展 。
2)为提高单位炉容产量，节省投资，炭化室宽度 仍以450~610 mm为宜。原JCR的炭化室宽度为 850mm，在装预热煤情况下，结焦时间为24h，其优 点是保持装煤、出焦操作均在白班，缺点是在同样 产量下，投资比炭化室宽度450~610mm时高20% ~ 30%，经济不甚合理。因此确定SCS炭化室的基本 参数为：长19m，高9.5m，宽450~610 mm。