大型捣固焦炉分段加热的建设纪实

建设纪实I中華建圾

大型捣囲焦炉分段加热

的建设纪实

传统大型捣固焦炉在炼焦过程中会排放大量氮氧化物，威胁大气环境。对此设计大型捣固焦炉分段加热技术。重新设计大型捣固焦炉内在结构，设立下降火道和上升火道，控制立火道中心温度分布状况，以优化后的捣固焦炉为核心,

重新设计焦炉机械配置，增设煤饼顶部表面处理机制，随时刮平焦炉浮煤，安装炉门密封框，保证捣固焦炉倒烟孔的

密封性，保证炉内煤气和空气有效分流，实现焦炉分段燃烧，降低氮氧化物排放量。实验证明，采用新设计的大型捣

固焦炉分段加热技术，煤焦燃烧更充分，一氧化氮排放量明显降低。

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现代工业的发展，使我国焦炉不断向大型化和高效能方向转变，焦炉燃烧过程中有害气体的排放量也逐渐增多。研究发现，有害气体的排放，与捣固焦炉炼焦时煤焦燃烧不充分有直接关联。为此，我国开发出多种新型燃烧技术，通过控制炉温，均匀加热煤焦,但是效果并不理想。对此，设计了大型捣固焦炉分段加热技术，通过在传统大型捣固焦炉内设计多重火道结构，控制火道内煤气和空气的攻入量，降低焦炉内燃烧强度与温度，实现煤焦分段加热，在保证煤焦燃烧更充分的同时，有效降低氮氧化物的排放。实验研究表明，与传统捣固焦炉相比，多重火道捣固焦炉可以有效提高煤焦燃烧效率和充分性，降低有害气体的排放量。

大型捣固焦炉分段加热技术设计

捣固焦炉分段式结构设计

传统大型捣固焦炉大多为6.5m单控室焦炉，两个炉组之间设置多项曲线塔槽，通过卸料输送带随时输送捣固所用煤料。虽然在一定程度上简化燃料运送过程中的漏料问题，但进入焦炉后，因无法有效分离燃料中的煤气和空气，也无法保证煤料充分燃烧。研究发现，对于现阶段燃料的燃烧，因各自属性不同，无法根本上统一环境充分燃烧，必须分段处理，保证燃烧层充分。因此对传统大型捣固焦炉内部结构重新设计，如图1所示。

图1捣固焦炉分段式结构设计

核心理念是分段式火道结构的组合使用。通过设计分段火道，可控制煤气和空气的流向，对炭化室内的煤焦进行分段式燃烧。可以对不同特征的燃料气体进行有效分层处理，煤气和空气通过响应入口进入炭化室内，与下降火道内的煤焦第一阶段接触燃烧，因内部牵引动力进入到预设的上升火道，与空气在上升火道内部进行第二阶段燃烧，最终煤气和空气的混合气体进入立火道。之前燃烧操作所产生的废气会从预测的捣固焦炉废气出□排出，残存的煤气和空气会与煤焦在立火道进行第三段燃烧。详细过程如图2所示。

第一段第二段第三段

图2焦炉分段加热流程示意图

经过研究发现，传统焦炉对于可燃气体或煤焦加热工艺不适合分段式焦炉结构，为了适应新设计的捣固焦炉分段式结构，需改进传统捣固焦炉的加热工艺，使其与现阶段新设计的分段式捣固焦炉结构匹配。首先增强捣固焦炉墙体负荷，以6.25m捣固焦炉为例，对于该类型捣固焦炉墙体极限侧负荷需控制在12kpa 以上，以保证焦炉内实际气压强度。为提高焦炉内煤炭除尘效果，在捣固焦炉的内芯层中设置多个焦炉管道。此外，增加焦炉炭化室地砖厚度，提高焦炉底部耐磨性，必要时可将焦炉炭化室整体锥度设计为40毫米，减小炼焦时煤焦运输组距。最后将焦炉设置的导演车轨道放在燃烧室内，可以避免炭化室顶部被压断，更方便焦炉排水。

分段式捣固焦炉机械配置改进

为了配合重新设计的捣固焦炉分段式结构，还需要改进焦炉应用机械配置，保证煤焦可以在捣固焦炉内充分燃烧，降低有害气体的排放。首先，在捣固焦炉顶部进行煤焦表面处理，保证煤饼顶面平整，可以通过在捣固焦炉顶部设置预栏杆实现。预栏杆可以作为焦炉顶部煤焦的核心划分机械，在煤焦进入到焦炉内部前，刮平焦炉表面煤焦。在分段式捣固焦炉前段设置安全档、导向银、提锤和停锤等装置，对焦炉中央集成电力控制系统全权控制，不需要设置其他电力份线。对煤焦的捣固设备至少设置8组，各捣固设备通过水平销轴相连，相连过程中的连接链需要预设卡槽，根据实际需要自由变换位置。此外，对未加工的每个煤饼的锤捣时间不能小于3分钟，以保证煤焦入炉形态。

在新设计的大型捣固焦炉内，需要安装大量炉门密封框，保证焦炉内空气的密闭性。尤其是各火道内，

建设纪实I中華建圾|在运煤过程中，必须通过密闭装置，保证煤饼内部密

封性，废气出□采用水封结构，提高烟孔严密性。在煤炭加热过程中，需要使用电力制动装置或者高压水泵，提高亚胺水喷射的抽吸力，使整个炭化室内的煤气和烟气均只能通过火道，传输到废气出□内，并集中进入出□管。这样的配置设计，不仅可以有效控制有害气体的排放，更能保证炉内煤气和空气有效分流，并在上升火道相遇燃烧，实现焦炉分段燃烧。

实验数据分析

首先对设计的捣固焦炉和传统焦炉结构火道生成的一氧化氮生成量进行对比。利用计算机绘图软件绘制立火道内部的一氧化氮浓度分布。根据绘制图可以看出，高度的零点基准取值为立火道结构的底部。经过试验分析可以发现，立火道内的一氧化氮生成区域主要集中在立火道的底部与二段气流的出□处。相关研究表明，当焦炉内温度超过1600摄氏度时，具有热力型效应的一氧化氮对温度的依赖性会明显增强。此时，焦炉内温度的变化会直接影响一氧化氮的生成量，从对一氧化氮温度控制研究获取的结果可以认定。设计的捣鼓焦炉立火道内的高温区主要位于火道中部和二段气流下部。

也就是立火道内的一氧化氮主要生成区域是与高温区相互对应的。因为传统捣固焦炉没有明显分段燃烧结构，立火道在该区域的温度明显低于设计的捣固焦炉。

经过实际测算，并考察立火道出□—氧化氮的排放量可以确定：传统无分段燃烧结构的立火道计算结果为335ppm,其中出□氧气含量为7%；而采用分段燃烧结构以后，其一氧化氮排放量下降至195ppm,同比降低了约40%左右。经过试验数据验证可以确定，在一氧化氮排放方面，设计的分段式捣固焦炉因为火道燃烧充分，可以明显降低其排放量。

为了进一步验证设计的大型捣固焦炉分段加热技术与传统单仓加热炉相比是否具有其优越性，进行对比实验。利用第三方软件，详细模拟其燃烧数值，其

表］燃烧数据表

结果如表1所示。

传统焦厂分段焦炉过量空气系数 1.212337k

最高燃烧温度 1.02205k

对比发现，传统焦炉未采用分段燃烧结构，所有燃烧过程均在炉内底部，根据其煤气和空气量进行测算，整体过量空气系数达到1.21,已经构成富氧燃烧条件，且整体燃烧温度达到2337K O采用分段燃烧结构后，过量空气系数为1.0,燃烧强度明显降低，且最高温度仅为2205K o可以确定，采用分段燃烧结构以后，炉内火道燃烧强度明显降低，燃烧温度下降，加热均匀性明显改善。

此外实验考量了两种燃烧结构二氧化氮的生成量，未采用分段式燃烧结构会导致炉内高温，所以一氧化氮生成量较高，通过对废气□排放气体检测，可以得知，无分段燃烧结构排放结果为1355PPM,而采用分段式燃烧结构后，二氧化氮排放量降低了了875PPM,下降比例达到67%左右。

结语

通过设计的大型捣固焦炉分段式燃烧技术。可改进炭化室结构，增设上火道和下火道，将燃烧过程进行分段，保证炉内燃烧充分性。

此外通过优化捣固焦炉机械配置，有效处理捣固焦炉顶部煤焦表面，并通过安装大量炉门密封框，保证煤饼内部密封性，实现炉内煤气和空气有效分流，并在上升火道相遇燃烧。未来需要进一步采用数学模型和逻辑计算法提高对焦炉燃烧室立火道情况仿真数据的可靠性。此外经过研究发现，采用分段式燃烧结构后，焦炉内立火道的燃烧强度明显降低，燃烧温度下降，燃烧率明显提高。通过合理优化焦炉内设置的分段燃烧结构，以及对各火道气流流量分配，可以有效控制焦炉加热的均匀性，降低二氧化氮和相关有害气体的排放。

（作者单位：中冶天工工业安装炉窑分公司

）