4.第四章炼焦炉及其设备

格子砖砌于篦子砖之上、 下降气流时用来吸收热废气的热量 上升气流时，将储热量传给贫煤气或者空气 采用薄璧异型结构，扩大传热面积 安装时上下各层格子砖孔要对准，降低阻力
4、炉顶区(top zone of battery)
位于焦炉的顶部，炭化室盖顶砖以上部分称为炉顶区。 内设装煤孔、看火孔、上升管孔、烘炉孔和拉条沟等。
代表性焦炉：66型和70型
66-3型焦炉：单用焦炉供气加热侧入式焦炉 66-4型焦炉：二分、下喷复热式焦炉 66-5型焦炉：二分、侧入复热式焦炉
燃烧室和斜道区用硅砖
蓄热室用黏土砖
每个炭化室下面有蓄热室 蓄热室顶部左右两排斜道分别 于炭化室两侧的燃烧室相连
焦炉煤气经一侧主管道（4） 经过斜道区的水平砖煤气道 （5）和个分支砖煤气道进入 立火道，空气由废气盘（1） 经过蓄热室（3）、斜道进入 立火道，两者混合燃烧
“立”火道：
控制燃烧室长向的温度从机侧到 焦侧逐渐升高； 中心距大概相同； 随炭化室长度增加而增多； 随炭化室中心距增大而加宽；
底部
斜道出口 通煤气蓄热室 在火道 内燃烧 贫煤气 空气 与
斜道出口 通空气蓄热室 空气 空气
砖煤气出口 通焦炉煤气管砖
焦炉煤气
立火道的连接方式有双联式、二分式、四分式、跨顶式等。
堆式干馏（beehive coke oven）：1735年
炼焦工业开始发展的第一年 将煤成堆干馏，砖砌窑 特点：成焦和加热合在一起，干馏煤气和部分煤燃烧将煤 直接加热而干馏成焦炭 缺点：焦炭产率低、灰分高、成熟度不够
倒焰炉（flame coke oven）：1840年
窑炉用墙将炭化室和加热室隔开 特点：炭化室内干馏气+炉顶通入空气 在隔墙上部通 道自上而下边流动边燃烧，燃烧室将热传给炭化室 缺点：粗煤气中化学产品无法提出
2、按加热煤气和空气供入 方式分类
侧入式：
空气和贫煤气从废气盘和小烟 道有焦炉侧面进入炉内；
Biblioteka Baidu下喷式：
煤气或者空气由焦炉下部垂
直地进入炉内
3、按燃烧室火道形式分类
水平式（很少用）
两分式 四分式
直立式
根据上升气流和 下降气流的组合 方式进一步区分
过顶式 双联式
4、按高向加热均匀方式分类
焦炉高向加热均匀方式主要有： 高低灯头：
相邻火道不同高度的煤气灯头，使火道内 燃烧点高度变化，从而使高向加热均匀
不同炉墙厚度
炉墙自下而上从厚到薄，使高向加热均匀
分段加热
贫煤气和空气盐火道隔墙中的孔道从不同 高度进入火道，使燃烧分段；
废气循环
燃烧废气通过下降立火道下部循环孔抽回 上升立火道，稀释煤气和降低氧气，减缓燃烧 速度，使高向加热均匀
第二节 筑炉材料(building material for cokeoven)
一、砌筑焦炉用耐火材料的基本要求 （1）荷重软化温度高于所在部位的最高温度； （2）在所在部位温度变化范围内，具有抗温度急变 性能； （3）能抵抗所在部位可能遇到的各种介质的侵蚀； （4）炭化室墙具有良好的导热性能，格子砖具有良 好的蓄热能力。
荷重软化温度：开始变形温度 常用耐火砖的基本性能见表4-4
（3）高温体积稳定性 ——指耐火制品长期在高温下使用时，体积发生不可 逆变化的性能。 Q 试验方法：
V V0 高温体积稳定性 100% V0
1200~1500℃
正值：残余膨胀（重烧膨胀） 负值：残余收缩（重烧收缩）
（4）热膨胀性 ——指耐火制品随温度升高发生的热膨胀变形性能。 线膨胀率： l l
5、烟道和基础(waste gas flus and foundation)
蓄热室下部设分烟道，汇集来自蓄热室的废气，分烟道汇于总烟道， 再接至烟囟。
储热室下部的分 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 侧或者焦侧分烟道， 进而在炉组端部的总 烟道汇合后导向烟囱 根部，借烟囱抽力排 入大气。
1、斜道区：连接蓄热室和燃烧室的通道
内部有众多通道（斜道、砖煤气道等）
为了吸收热膨胀，各砖层预留膨胀缝
斜道倾斜角>30°以免积灰堵塞
斜道
蓄热室
3、蓄热室(regenerator )
位于焦炉的下部 上接燃烧室，下接废气盘分别 同分烟道、贫煤气管和大气相通 是回收废气中的废热并用来预 热上升的空气和高炉煤气的地方。 内填格子砖作为热交换的介质。 自下而上分别为小烟道，篦子 砖、格子砖和顶部空间 相同气流储热室之间的隔墙为 单墙；异向气流储热室隔墙称主墙 小烟道与废气盘相连，相蓄热 室交替导入冷煤气、空气或者排除 热废气，砌有篦子砖
焦炉基础包括基础结构和抵抗墙构架两部分
基础结构根据加热煤气引入方式分为下喷式和侧喷式
下喷式
和
侧喷式
有地下室
无地下室
分烟道均在基础结构的两侧
分烟道均在内侧的基础结构举例：
基础结构支撑着整个炉体、设备、炉料和 车辆的荷载，受力复杂； 基础结构升温将使钢筋及混凝土的强度和 弹性模量均有明显的削弱作用，因此在工艺和 土建均要采取措施降低基础温度。 基础的下面是地基，需满足地耐力的要求； 要求地下水位应在基槽一下，并做好排水防雨。 抵抗墙对炉体的纵向膨胀起一定约束作用， 用以克服膨胀缝各层砖间滑动面的摩擦力。由 此炉体对抵抗墙侧产生水平推力，使其呈现向 外倾斜的弯曲变形，以纵拉条来限制炉体纵向 膨胀、约束抵抗墙柱顶位移；此外，水平梁增 大抵抗墙抗弯曲能力。
具有废热回收装置 特点：所产煤气只有一半用于自身加热；或者用贫煤气加 热，焦炉煤气全部作为产品（供冶金、化工的燃料或原料）
1884年以后：
焦炉总体上没有太大变化 改进：筑炉材料、炉体构造、装备技术 缩短结焦时间、延长炉龄 均匀加热提高焦炭质量 保持适宜炉顶空间提高萘产率
20世纪80年代以来
常规多室焦炉技术达到顶峰
horizontal flue Cross flue
Bi-cross flue
Crossover flue
Hairpin flue
加热水平（高度）——为了焦饼上下均匀 成熟，炭化室高度要高于燃烧室，二者的 高度差，称为焦炉的加热水平（高度）。
改善高向加热均匀性的措施：废气循环、 高低灯头、分段加热、不同炉墙厚度等
t
t
0
l0
100%
体积膨胀率：
式中：l0、V0——精通温下试样的原始长度和体积； lt、Vt——温度升至t℃的长度和体积。
V tV0 t 100% V0
（5）温度急变抵抗性（抗急冷急热性） ——在温度急剧变化时不开裂、剥落的性能。 试验方法：
850℃ 冷水
以碎裂、剥落部分的重量达到试样初重的20%时 次数为指标。 硅砖：1~2次 普通粘土砖：10~20次 粗粒粘土砖：25~100次
20世纪90年代
巨型炼焦反应器：每个炭化室（长和宽都10m）自 成体系，两边各有一个燃烧室、隔热层和抵抗墙， 与装炉煤预热、干熄法相结合
当前炼焦炉发展方向：扩大容积、用硅砖、减
薄炭化室、提高火道温度
二、现代蓄热式焦炉的基本构成 炭化室（chamber） 燃烧室（flues） 斜道区（slope flue zone/port zone） 蓄热室（regenerator） 炉顶区（top zone） 烟道与基础（waste gas flue and foundation）
产生的废气经立火道上部的水平烟道混合，从另一侧立 火道下降，经过该侧斜道区、蓄热室、废气盘、分烟道、总 烟道和烟囱排出，另册定时换向
6、我国主体焦炉的结构特点
我国的主体焦炉为JN焦炉，其结构特点为：双联火 道(hairpin vertical flue)、废气循环(exhaust gas circulation)、焦炉煤气下喷(COG underjet)、复热式 (combination)。
废热式焦炉（non-regenerative coke ）：1881年
炭化室和燃烧室完全隔开 炭化室内粗煤气先抽走提出化学产品 成为净煤气后进入燃烧室燃烧 特点：出现了炼焦炉组、燃烧产生高温废气直接从烟囱排入 大气 缺点：废气所带大量热量被浪费、所产煤气几乎全部用于自 身加热
现代蓄热式焦炉（modern regenerative coke oven）：1884年
第四章 炼焦炉及其设备 Coke oven and its equipment
本章内容： 第一节 炼焦炉 第二节 筑炉材料 第三节 护炉设备 第四节 煤气设备 第五节 焦炉的砌筑、烘炉、开工和修理 第六节 焦炉的大型化和高效 安排：6学时
第一节 炼焦炉(coke oven)
一、炼焦炉的发展（evolution of coke oven） 焦炉的发展经历了如下四个阶段: 堆式干馏（beehive coke oven）：1735年 倒焰炉（flame coke oven）：1840年 废热式焦炉（non-regenerative coke ）：1881年 现代蓄热式焦炉（modern regenerative coke oven）： 1884年 巨型反应器
（6）密度与孔隙 真密度：优质硅砖真密度要小，鳞石英要多 体积密度：优质硅砖体积密度要大，气孔率要低
（7）导热率与热扩散率 导热率λ——制品导热能力的大小 热扩散率a——制品在传热过程中温度变化的能力， 它影响制品内层温度分布的均匀性。
1、炭化室和燃烧室(chamber and flues)
炭化室是煤料隔绝空气进行炭化的地方 燃烧室是煤气燃烧向炭化室供给热量的地方
（提高结构强度）
二者相 间排列
炉墙用带舌槽的 异型硅砖砌筑
透气性低—防漏煤气 燃烧室墙面温度 1300℃ 炭化室温度 1100℃ 导热好 荷重软化温度高—抵 抗炉顶机械和上部砌 体重力 高温抗腐蚀性—抵抗 煤气和灰渣腐蚀 经受炉料膨胀压力和 推焦侧压力
7、 7.63m焦炉结构及特点
1、焦炉结构特点 7.63m焦炉为德国伍德公司设计开发的既 有废气循环又有分段加热的“组合火焰型 （COMBIFLAME）”焦炉。 其结构特点为： 双联火道；废气循环；分段加热；两格蓄 热室，长向、横向均分格；焦炉煤气下喷下调； 高炉煤气和空气侧喷下调；单侧分烟道；加热 微调（双跨越孔）；复热式。 燃烧室由18对36个立火道组成；分三段 供入空气分段燃烧构成三段加热；双跨越孔可 改善炉顶空间温度；蓄热室长向分36格、横向 分2格；采用金属喷嘴板下部调节。
锥度(taper)——为了推焦的方便，炭化室的水
平截面呈梯形，焦侧宽机侧窄，焦侧与机侧的 宽度差，称为炭化室的锥度。机、焦侧宽度的 平均值，称为炭化室的平均宽度。
注意：锥度一般指顶装煤焦炉，捣固焦炉机焦
侧宽几乎相同，锥度几乎为零
为了燃烧室长向加热的均匀性和提高炭化室的结构强度，将燃烧室分成各个立火道
顶装煤
Larry car
guide
Coke pushing machine
Coke oven
Quenching car
Top zone Slope flue zone
Flues
regenerator
stack
COG main
Bus
Foundation waste gas flue Total waste gas flue
废气循环
根据火道形式不同分类：
5、按气流调节方式进行分类
上部调节式：
从炉顶更换立火道底部烧嘴调节富 煤气量
下部调节式：
从炉底部跟换煤气支管上的喷嘴
四、主要炉型
1、二分式焦炉 2、过顶式焦炉 3、双联式焦炉 4、巨型炼焦炉反应器
1、二分式焦炉
（1）中国的小焦炉 特点：结构简单、砖型少、造价低、易于建设。 均采用二分火道、侧入式和上部调节式
二、耐火砖的性能与焦炉砖的选择
1、耐火砖的性能 （1）耐火度 ——指耐火材料在高温下抵抗熔融性能的能力或 指标。是熔锥熔融现象发展到软化弯倒的温度。 耐火材料——耐火度大于1580℃的材料。 试验方法：示温熔锥，当锥角与底盘接触时的温 度。
（2）荷重软化温度 ——指在一定荷载下产生软化变形时的温度。 试验方法： 0.2MPa 开始变形温度： 变形0.6% 变形终了温度： Q Q 变形40%
三、焦炉结构类型
1、按装煤方式分类 2、按加热煤气和空气供入方式分类 3、按燃烧室火道形式分类 4、按高向加热均匀方式分类 5、按气流调节方式进行分类
1、按装煤方式分类
顶装（散装）焦炉 侧装（捣固）焦炉 捣固焦炉为适应煤饼侧装的要求： （1）炭化室锥度小 （2）煤饼高宽比有限制，炭化室不 超过4m （3）煤托板对炭化室底磨损严重， 因此炭化室第一层炉墙砖特别加厚