炼焦工艺

大容积高效焦炉指的是这样的焦炉，它采用了高导热性能 的炉墙砖，减薄炉墙砖的厚度以及采用较高的火道温度， 从而使生产能力提高。 1、降低炭化室炉墙的厚度 试验结果表明，70mm厚的炉墙完全能满足焦炉的稳固性。 薄壁炉墙焦炉优点： 结焦时间缩短，耗热量降低，废气中氮氧化物减少， 节省材料，投资降低。
2、研制高比换热面积的格子砖 这种高比换热面积的格子砖具有单位体积换热面积大，蓄 热效率高的特点。
因此，也可以说焦炉是由三室两区组成，即
炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区和炉顶区。
1、炭化室
炭化室是接受煤料，并对装炉煤隔绝空气干馏制焦炭的炉室。 一般由硅质耐火材料砌筑而成，它的顶部有三到四个加煤 孔，煤从炉顶加入，并有1~2个导气孔。
整座焦炉靠推焦车的一侧为机侧，另一侧为焦侧。 为顺利推焦，炭化室水平面呈梯形，焦侧宽度大于机侧，宽 度之差称为锥度，一般为20~70mm，炭化室越长锥度越大。
二、解决高向加热均匀性的方法
当火道中煤气在正常条件下燃烧时，炭化室沿高度方 向的温差一般在50~200℃之间，高度越高，加热均匀 性越难达到，这将影响焦炭的质量。
为确保沿炭化室高度方向加热均匀，即实现燃烧室纵 向加热均匀性，在不同结构的焦炉中，采取了不同的
措施，如高低灯头、分段燃烧、调整炉墙厚度、 废气循环等手段。其中废气循环是使燃烧室纵向加热
第四章 炼焦炉
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。 炼焦炉的发展大致经过了四个阶段，即土法炼焦、倒焰式焦 炉、废热式焦炉、蓄热式焦炉。
我国早在明代就出现了简单的炼焦工业，将煤置于地上或地 下的窑中，依靠干馏产生的煤气和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。
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4、斜道区
连通蓄热室和燃烧室的通道称为斜道，用于导入空气和煤 气，并将其分配到每个立火道中，同时排出废气。
燃烧室的每个立火道与相应的斜道相连。 斜道的倾斜角一般大于30℃，因为坡度太小，容易积灰，存 物，导致斜道堵塞。
5、炉顶区 炭化室盖顶砖以上部位即为炉顶区。 炉顶区砌有装煤孔、上升管孔、看火孔等。
发展了可以回收废热的蓄热式焦炉。
近年来，焦炉向大型化、高效化发展。目 前，一些技术较发达的国家，焦炉高多为 6~7.5米。
现代焦炉的发展应满足下列要求：
1、生产优质产品。 2、生产能力大 3、热工效率高，能耗低。 4、炉体坚固，使用寿命长。 5、劳动条件好。
二、现代焦炉炉体主要部位
现代焦炉最上部是炉顶，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 下部的小烟道通过交换开闭器与烟道相连。
除硅质材料，比较有前途的还有刚玉砖和镁砖。 刚玉砖，含Al2O3 97.6%，它的导热性和热稳定性比硅砖好，导热系数是硅 砖的1.7~2.5。
镁砖，主要成分MgO，试验表明镁砖焦炉的结焦时间可以缩短4小时，但由 于镁砖的膨胀率较大，因此它的使用前景不如刚玉砖。
四、研制节能焦炉
现代炼焦，在整个结焦周期内，是用同样的煤气量在加热， 即“恒定加热”。
均匀最简单而有效的方法，被广泛采用。
三、煤气入炉方式
煤气入炉方式有侧入式和下喷式两种。
侧入式焦炉，加热用煤气由焦炉侧面引入炉内。 这种煤气入炉方式，由于无法调节进入每个立火道的煤 气量，而不利于横向加热。
下喷式焦炉加热用煤气由炉体下部通过下喷管垂直进入 炉内。 采用下喷式可调节进入每个立火道的煤气量，有利于实 现加热均匀性。
基础平台与烟道 焦炉的基础平台位于炉体的底部，它支撑着整个炉体重量， 大型焦炉的基础一般采用钢筋混凝土浇灌而成。
第二节 炉型特性
一、火道形式
燃烧室是焦炉加热系统的主要部分，其加热 是否均匀对焦炉生产影响很大。
现代焦炉大多采用直立火道式，根据组合方 式不同，分为两分式、四分式、过顶式、双 联火道式和四联火道式5种。
1、装煤后3h，供热量为恒定供热量的170%。
2、第3~4h阶段，中断加热。 使从炉墙到炭化室中心的煤料温度趋于平衡。
3、第4~8h阶段，以恒定供热量的120%供热。 该阶段耗热量为耗热总量的40%。
4、第8~12h阶段，停止加热。 主要是利用焦炭的放热效应产生的热量。
5、最后2h，供入少许热量，使焦炭完全成熟。
土法炼焦的焦炭质量差，结焦时间长，化学产品不能回 收，而且造成了环境污染。
为了克服以上缺点，19世纪中叶出现了将炭化室和燃烧室分 开的焦炉，但隔墙设有通道，炭化室内煤干馏产生的煤气流 入燃烧室，同来自燃烧室炉顶的空气混合，自上而下边流动
边燃烧，故称为倒焰式焦炉，燃烧室的热量又经炉墙传给
炭化室供煤料干馏。
3、蓄热室
蓄热室位于炭化室的正下方，其上经斜道同燃烧室相连，下 经交换开闭器分别与烟道、贫煤气管道和大气相通，其作用 是利用、蓄积废气的热量来预热燃烧所需的空气和贫煤气。
当下降废气通过蓄热室时，将热量传给格子砖，废气温度有 1200~1300℃降到300~400℃，然后经烟道排出，再经交换 开闭器换向，冷空气和贫煤气进入蓄热室，吸收格子砖蓄积 的热量，并将气体预热到1000~1100℃后进入燃烧室燃烧， 这样就有效地利用了废气的显热，提高了焦炉的热效率。
炭化室宽度一般在400~550mm之间，宽度减小，结焦时间 缩短，但不小于350mm,因为宽度太窄会使推焦困难； 炭化室长度通常为13~16m，高度一般为4~6m，增加长度和 高度，可增加生产能力，但受到长向、高向加热均匀性的限 制。
2、燃烧室
燃烧室位于炭化室两侧，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。 燃烧室的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。 燃烧室用横墙分隔成若干个立火道，一般大型焦炉有26~32 个，中小型焦炉12~16个，燃烧室墙面温度高达300~1400℃. 燃烧室顶部空间低于炭化室顶部，二者之差称加热水平高 度，这是为了保证炭化室顶部空间温度不至于过高，防止二 次裂解过度，影响化学产品的产率。
第四节 焦炉结构的发展方向
今后焦炉的发展方向，主要趋向以下几方面： 增大炭化室的几何尺寸，采用下喷及下调式
焦 炉结构，研制大容积高效焦炉，研制节能焦
炉。
一、增大炭化室的几何尺寸
焦炉大型化优点： 1、基建投资省 2、劳动生产率高 3、占地面积少 4、维修费用低
5、热效率高 6、提高焦炭质量 7、减少环境污染
随着化学工业的发展，要求从干馏煤气中回收化学产品。 1881年德国建成了第一座回收化学产品的焦炉，就是将炭化 室和燃烧室完全隔开，炭化室内产生的荒煤气送回收车间回 收化学产品后，净煤气在送燃烧室燃烧。由于燃烧产生的高
温废气直接排入了大气，故称为废热式焦炉。
由于废热式焦炉，高温废气带走的热量相当可观， 为了回收这部分热量，使能源利用更加合理，后又
3、研制高导热性能的炉墙砖 该研究工作主要集中在致密硅砖以及镁砖和刚玉砖在焦炉上的应用。
致密硅砖又称高密度硅砖，美国研制出一种含2%CuO的致密硅砖，密度 为1.93 t/m3(普通硅砖密度1.7~1.8 t/m3 )，其导热系数是普通硅砖的128%； 我国研制了含Fe2O3 2.22%的硅砖，比普通硅砖焦炉的结焦时间缩短了 40~60min，生产能力提高10~12%.
但是焦炉大型化，并不意味着焦炉结构可以任意扩 大，必须是从工艺实践，经济效益等方面全面衡量 后的合理扩大。
二、采用下喷及下调式焦炉结构
在研究发展大容积焦炉的同时，必须解决 焦炉高向、长向加热均匀性的问题。
采用下喷和下调式焦炉结构是改善焦炉长 向和高向加热均匀性最有前途的办法。
三、研制大容积高效焦炉
但实际上在整个结焦周期内，煤料所需的热量是变化的。 在装煤后最初的2~3小时内，湿冷的煤料所需的热量大于 供给的热量；之后煤料所需的热量与炉墙供给的热量大致、、 平衡；到结焦末期，由于焦炭的放热效应，传入煤料的热 量比煤料所需的热量多，常使生成的焦炭过火。
如果按照煤料实际所需热量的变化情况来供热，可以节省相 当部分的热量。 德国首先在这方面进行了研究试验，将整个结焦过程分为5 个加热阶段，称为“程序加热”。