第三章 炼焦炉及生产过程

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第三章 炼焦炉及生产过程
第一节 焦炉炉体结构与设备 第二节 焦炉炉型介绍 第三节 焦炉的生产能力和发展方向 第四节 炼焦炉生产操作 第五节 焦炉的热工评定
第一节 焦炉炉体结构与设备
一、焦炉的主要结构 二、焦炉炉型划分 三、焦炉筑炉材料 四、焦炉设备
一、焦炉的主要结构
炼焦炉的结构可划分为炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区和炉顶区等 几部分,蓄热室以下的部位为焦炉的基础(图3-1)。
1、炭化室和燃绕室
焦炉的炭化室是一个带锥度的长方形空间。炭化室的 顶部有加煤孔和荒煤气出口,炭化室的两端装有可打开的 炉门。为了减少推焦的阻力,防止损坏炉墙,炭化室的焦 侧比机侧略宽,此宽度差称为炭化室的锥度。为了使荒煤 气顺利导出,炭化室内的装煤高度(由平煤杆拉平的煤线 至炭化室底面距离)低于炭化室的总高,装煤高度称为炭 化室的有效高度。
焦炉的加热系统若只能使用富煤气加热,这种焦炉称为 单热式焦炉。加热系统既可用富煤气加热,又可用贫煤气加 热,这样的焦炉称为复热式焦炉。复热式焦炉有两套煤气供 入系统,分别提供焦炉煤气和贫煤气。当采用贫煤气加热时, 煤气须经蓄热室预热。国内的大中型炼焦厂在建设焦炉时, 一般选择建设复热式焦炉,通过向焦炉提供低热值煤气加热, 顶替出焦炉煤气,增加城市煤气供应。对于冶金企业焦化厂, 为了回收利用高炉煤气加热,同样推荐建设复热式焦炉 。
2、蓄热室
由于主墙分隔异向气流,主墙两侧的静压差大,煤气 容易串漏,而且主墙还是焦炉下部的承重墙,这就要求主 墙具有足够的强度,气密性好。单墙的作用是将蓄热室分 成两个窄的蓄热室,分别用于预热空气和煤气,因为煤气 和空气属同向气流,压差小,因此对单墙的密封要求比对 主墙的要求略低,且不要求单墙承重。对于单热式焦炉或 两分火道结构的焦炉,蓄热室不设单墙。蓄热室机侧和焦 侧的两端是封墙,封墙的作用是密封和隔热,焦炉生产时, 蓄热室内为负压,若封墙不严会导致空气漏入蓄热室。
图3-1 JN型焦炉及其基础断面示意图
1-装煤车;2-磨电架线;3-拦焦车;4-焦侧操作台;5-熄焦车;6-变换开闭 器;7-熄焦车轨道基础;8-分烟道;6-仪表小房;1O-推焦车;11-机侧操作 台;12-集气管;13-吸气管;14-推焦车轨道基础;15-炉拄;16-基础构架; 17-小烟道;18-基础顶扳;19-蓄热室;20-炭化室;21-炉顶区;22-斜道区
4、炉顶区
图3-5 JN型焦炉炉顶区构造图 1-装煤孔;2-看火孔;3-烘炉孔;4-挡火砖
5、焦炉基础和烟道
焦炉的基础位于炉体的底部,支承整个炉体、炉体设备 和焦炉机械的重量,并把重量传到地基上。焦炉基础的结构 形式随炉型和加热煤气供入方式而不同,下喷式焦炉的基础 有地下室(参见图3-1),它是由底板、顶板和支柱组成, 整个焦炉砌在焦炉顶板平台上。浇顶板时,按焦炉膨胀后的 尺寸埋设好下喷煤气管接口。
烟道位于地下室的机焦两侧,在炉端与总烟道相通,再 汇人烟囱根部。在分烟道和总烟道汇合处,设有吸力调节翻 板。
5、焦炉基础和烟道
焦炉的两端设有抵抗墙,其作用是约束焦炉组的纵 向膨胀,在烘炉过程中,由于抵抗墙的制约,当砖体膨 胀时,膨胀缝发挥“吸收”作用。抵抗墙有平板式和框 架式两种结构,现多采用框架式。焦炉的纵向膨胀在实 体的部位产生,温度较高的斜道区膨胀产生的推力最大。 为此在抵抗墙的结构上,在炉项区和斜道区设有水平粱, 增大抵抗墙的抵抗能力。在焦炉顶部设有纵拉条,加强 抵抗墙的抗弯曲能力,约束抵抗墙的柱顶的位移。
焦炉的基础与相邻的构筑物之间留有沉降缝,以防止 因地基承压力不同,各部位的承重差异导致产生沉降差, 拉裂基础平台。
二、焦炉炉型划分
现代焦炉炉型可以按多种方法加以划分,不同结 构的焦炉其主要区别在于下列几方面:燃烧室火道 结构、对加热用煤气种类的适应性、加热煤气供入 方式、蓄热室的布置方式和改善高向加热均匀性的 措施等。
2、蓄热室
图3-3 JN型焦炉的蓄热室(小烟道) 1-主墙;2-小烟道粘土衬砖;3-小烟道;4-单墙; 5-蓖子砖;6-隔热砖
2、蓄热室
蓄热室主要靠格子砖交替地吸热和放热起到回收热量 的作用。当蓄热室内通入下降的高温废气时,格子砖被废 气加热,下一个周期,改变蓄热室内的气流方向,变成上 升气流,通入空气或煤气,这时被加热了的格子砖又对空 气或煤气进行加热,使其温度达1000℃以上,这样,一座 焦炉必须是半数蓄热室处于下降气流,半数蓄热室处于上 升气流,每隔20~30min进行一次气流交换。处于下降气 流的蓄热室压力小于处于上升气流的蓄热室压力,这就要 求分隔异向气流蓄热室的隔墙必须严密,对于两分式火道 结构的焦炉,该隔墙是中心隔墙,而对于双联火道结构的 焦炉,主墙是分隔异向气流的隔墙。
3、斜道区
斜道区的温度达1000~1200℃,所以在设计和砌筑斜道区时,必须考虑 硅砖的热膨胀性,在每层砖内都留有膨胀缝,缝的方向平行于抵抗墙(砌炉 时缝内应充填可燃尽材料),当焦炉烘炉开工时,靠膨胀缝吸收焦炉斜道区 的纵向热膨胀。图3-4JN型焦炉斜道区构造示意图。
图3-4 JN型焦炉斜道区构造图
1、按燃烧室火道结构形式划分
按火道结构型式划分,焦炉分为水平火道和立火道两大 类,水平火道在现代焦炉中已基本不再采用。
立火道焦炉又分为两分式、四分式、跨顶式、双联式等 类型,其中以两分式和双联式火道结构的焦炉应用最广,也 是国内的主要焦炉炉型。
两分式焦炉的特点是在立火道上方砌有水平集合焰道 (图3-6b),燃烧室的立火道分成机侧和焦侧两组,并由顶部 水平集合焰道连接。在一个交换周期内,一组立火道供空气 和煤气加热,另一组立火道排废气,交换后气体流动方向变 换。
目前国内建设的焦炉,火道主要采用双联和两分结构。 大型焦炉均采用双联火道结构。
2、按对加热用煤气种类的适应性划分
焦炉加热用的煤气通常分成两大类:富煤气即焦炉煤气 和贫煤气。贫煤气主要包括高炉煤气、发生炉煤气等。焦炉 煤气的热值高,供焦炉加热时不需经蓄热室预热。而高炉煤 气或发生炉煤气加热焦炉时,必须经蓄热室预热。
跨顶式焦炉(图3-6d)的特点是,相邻的两个燃烧室由跨 过炭化室顶部的大焰道相连,跨顶焰道两则由3~4个立火道 为一组的上部短集合焰道连接。在一个交换期内,一个燃烧 室的所有立火道进行加热,而相邻燃烧室的所有立火道排出 废气。交换以后改变气流方向。对于整个焦炉来说,始终有 一半燃烧室在加热,另半数燃烧室排废气。
1、按燃烧室火道结构形式划分
图3-6 焦炉火道结构型式示意图 a-水平式;b-两分式;c-四分式;d-双联式
1、按燃烧室火道结构形式划分
四分式焦炉(图3-6c)燃烧室用隔墙分成两半,这样每个 燃烧室有两个水平焰道。在一个交换周期内,外边两组立火 道进行加热,里边两组立火道走废气,交换后,里面的两组 立火道加热,而外边的两组立火道走废气。
燃烧室与炭化室之间的隔墙称炉墙,焦炉在生产时,炉墙燃 烧室侧的平均温度约1300℃,炭化室侧的墙面可达1100℃以上。 在此高温下,墙体还要承受一定的侧向推力和上部的重力,要求 墙体结构上要防止干馏煤气泄漏、导热性能要好,整体结构强度 要高,为此现代焦炉的炉墙普遍采用带舌槽的异型硅砖砌筑。
燃烧室与炭化室处的砖结构示意见图3-2。
4、炉顶区
炭化室盖顶砖以上部位为炉顶区(图3-5),该区砌有装 煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔以及拉条沟等。为减少炉 项散热,炉顶不受压部位砌有隔热砖。炉顶区的实体部位设 置平行于抵抗墙的膨胀缝,烘炉孔在焦炉转为正常加热投产 时用塞子砖堵死。为防止雨水对焦炉表面的侵蚀,炉顶表面 用耐磨性好的缸砖砌筑。
5、焦炉基础和烟道
为了降低基础顶板的温度。在焦炉砌体与基础顶板之 间,一般砌有4~6层红砖隔热,由于焦炉砌体没有预留横 向的膨胀缝,这样当焦炉烘炉时,顶板上的焦炉砌体必然 向两侧膨胀而产生滑动,为了利于这种膨胀产生的滑动, 在砌筑焦炉之前,在隔热层上沿机焦两侧向中心铺置一定 宽度的滑动层,然后再进行炉体砌砖。
3、斜道区
由于斜道倾斜,为防止积灰造成堵塞,斜道的倾斜角 应小于30°。斜道的断面收缩角一般应小于7°,以减少其 阻力。同一火道内两个斜道出口的中心线交角应尽可能小, 以利于气流平稳拉长火焰。对于靠改变斜道口的调节砖的 位置或改变调节砖厚度来改变出口断面大小,调节贫煤气 量和空气量的炉型,斜道的出口收缩,使上升气流时斜道 口阻力占整个斜道阻力的75%,这样可增加调节的灵敏性。
3、斜道区
斜道区位于蓄热室和燃烧室之间,斜道是连接燃烧室 立火道与蓄热室的通道,不同结构类型的焦炉斜道区结构 差异很大。燃烧室的每个立火道都与两个斜道和一个砖煤 气道相连。下喷式砖煤气道从蓄热室主墙经斜道区进入火 道,侧入式焦炉是在斜道区设有水平煤气道,煤气分别由 机焦两侧引入分配到各个火道。对于双联火道结构的焦炉, 每个燃烧室需要与下方的4个蓄热室相连接,故斜道区复 杂,是焦炉使用砖型最多的区域。
1、按燃烧室火道结构形式划分
双联式火道结构的焦炉(图3-6e),其特点是,燃烧室中 每个单数火道与相邻的下一个双数火道联成一对,形成所谓 的双联。在每对双联的立火道隔墙上部有一个跨越孔相通, 在一个交换周期内,如果某个燃烧室的双数立火道加热,则 单数立火道排废气,换向改变加热方向后,变成该燃烧室的 单数立火道加热,而双数立火道排废气。
3、按加热煤气供入方式划分
焦炉的炭化室与燃烧室相间排列,燃烧室长度与炭化 室相同,在宽度上具有与炭化室锥度大小相同方向相反的 锥度,即燃烧室的机侧宽度比焦侧宽度大,这样炭化室机 焦两侧的中心距是相同的。
燃烧室内的顶端空间高度低于炭化室顶的高度,二者 间的差值称为加热水平高度。焦炉设置加热水平的目的是 防止对炭化室顶部空间加热过度,在保证焦饼上下均匀成 熟的前提下,控制煤干馏热解产物的二次热解,提高化学 产品的质量和产率。加热水平高度H与煤线距炭化室顶距 离h(大型焦炉取300mm)、煤料垂直收缩量Δh(一般为炭化 室有效高度的5%~7%)有关,可用下面经验公式确定。
2、蓄热室
蓄热室的底部是小烟道,其作用是将的空气或煤气均 匀分配进入蓄热室和汇集并排出从蓄热室下降的废气。由 于此处的温度变化剧烈,硅砖小烟道内一般衬以粘土砖。 在小烟道的顶部是篦子砖,其作用是支撑蓄热室内的格子 砖,并通过篦子砖上的分配孔将气流沿蓄热室长向均匀分 布。蓄热室内放置的格子砖分条形和异形两种,现代焦炉 都采用薄壁异型多孔格子砖。焦炉使用高炉煤气加热时, 含尘量应控制在15mg/m3以下,并定期使用压缩空气在蓄 热室处于下降气流时进行吹扫。蓄热室的温度变化大,格 子砖采用粘土砖。
图3-2 燃烧室与炭化室的结构 1-炭化室;2-炉头;3-隔墙;4-立大道
2、蓄热室
蓄热室的作用是回收高温废气的废热,预热燃烧所用 空气或煤气。蓄热室位于焦炉炉体的下部,现代焦炉几乎 都采用横蓄热室,横蓄热室与炭化室和燃烧室平行,内部 一般都设置中心隔墙,将每个蓄热室分成机侧和焦侧两部 分。蓄热室由顶部空间、格子砖、蓖子砖、小烟道以及主 墙、单墙和封墙构成(图3-3),对于下喷式焦炉,主墙内 设有垂直砖煤气道。
Leabharlann Baidu
H =h + Δh +(200~300)mm
(3-1)
1、炭化室和燃绕室
现代焦炉的燃烧室由若干垂直的立火道组成, 立火道底部 有供煤气或空气的入口(或废气出口)。为了便于观察、测温和调 火,每个立火道都有一个看火孔引向炉顶。立火道之间的相互连 接方式有多种类型,立火道始终是分成两大组,当一组立火道供 煤气和空气燃烧时,另一组立火道则排燃烧产生的废气,每隔一 定的时间,两组立火道的气流进行交换以维持加热的均匀,同时 也满足焦炉设置蓄热室的要求。
炭化室在长度方向上,由于炉门衬砖伸入炉内,使实 际装煤空间的长度(即有效长度)比炭化室的全长略小。 炭化室的有效容积为有效长、平均宽和有效高度三者的乘 积。在焦炉的实际命名中,往往以炭化室的高度尺寸反映 炭化室的大小及焦炉的规模,如我国的JN43-80型焦炉,其 炭化室总高度尺寸为4.3m。
1、炭化室和燃绕室
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