炼焦炉的结构

2020/3/26
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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。
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表4-1 炭化室宽度与结焦速度的关系
炭化室平均宽度/ mm
500
450
407
350
300
结 焦 时 间/ h
22
18
16
12.5
10
结 焦 速 度/(mm / h)
2.27
2.5
2.55
2.8
3.0
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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：
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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，Baidu Nhomakorabea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。
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（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：
① 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。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202使0/3/2质6 量和产率降低，而且使粉焦量显著增加。
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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
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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。
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3．蓄热室 从燃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。
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150～200mm；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200～ 300mm（大焦炉）或100～150mm（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 900202m0/3/m26 （1005mm），58型焦炉为600～800mm
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。
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①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。
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②高温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。
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② 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。
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（3）炭化室高度 大型焦炉一般为4～6m，增加炭化室 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。
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（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 1300～1350℃）。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。
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，因此不能脱离实际，片面的追求焦炉炭化室 的大型化。
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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 26～32个立火道，中小型焦炉仅为12～16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，从而有利于辐 射传热。 2020/3/26
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。
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（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。
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2、020/炉3/26顶区和基础部分。
图 焦 炉 炉 体 结 构 模 型 图
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4 –1
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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， 顶部有3～4个加煤孔，并有1～2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20～ 70mm，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400～550mm之间，宽度 减20小20/3，/26 结焦时间能大大缩短，但是一般不小于350mm。
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。
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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。
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42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7～10kPa。因此当装炉煤的膨胀压力偏高时宜采 用宽炭化室。
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③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。
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直立砖煤气道
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蓄热室小烟道
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图4-3 焦炉蓄热室结构
1—主墙；2—小烟道黏土衬砖； 3—小烟道；4—单墙； 5—蓖子砖；6—隔热砖
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图4-4 蓖子砖和砖煤气道 1—扩散型蓖子砖；2—直立砖煤气道
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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13～16m，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4～6m（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21～40m3，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50～80m3。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。
焦炉的发展趋势应满足下列要求： （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。