第四章-炼焦炉及其设备

第四章第四章 炼焦炉及其设备炼焦炉及其设备第一节第一节 炼焦炉炼焦炉一、焦炉的发展：经历了堆式干馏与窑、倒焰炉、废热式焦一、焦炉的发展：经历了堆式干馏与窑、倒焰炉、废热式焦炉、现代蓄热式焦炉炉、现代蓄热式焦炉 堆式干馏：堆式干馏：1735年年 倒焰炉：倒焰炉：1840年年 废热式焦炉：废热式焦炉：1881年年 现代蓄热式焦炉：现代蓄热式焦炉：1884年年二、现代蓄热式焦炉的基本构成二、现代蓄热式焦炉的基本构成 炉体由：炉体由：炭化室、炭化室、燃烧室、燃烧室、斜道区、斜道区、蓄热室、蓄热室、炉顶区炉顶区 五大部位组成。五大部位组成。1、炭化室和燃烧室、炭化室和燃烧室 炭化室是煤料隔绝空气进行炭化的地方。燃烧室炭化室是煤料隔绝空气进行炭化的地方。燃烧室煤气燃烧向炭化室供给热量的地方。二者相间排煤气燃烧向炭化室供给热量的地方。二者相间排列。列。锥度锥度为了推焦的方便，炭化室的水平截面呈梯为了推焦的方便，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。化室的平均宽度。加热水平（高度）加热水平（高度）为了焦饼上下均匀成熟，炭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）。炉的加热水平（高度）。H=h+h+(200300)H=h+h+(200300)式中：式中：h 煤线距炭化室顶的距离（炭化室顶部空间高度，煤线距炭化室顶的距离（炭化室顶部空间高度，mm h装炉煤炼焦时产生的垂直收缩量（一般为装炉煤炼焦时产生的垂直收缩量（一般为 有效高度的有效高度的57%），），mm 200300考虑燃烧室的辐射传热允许降低的燃烧室高考虑燃烧室的辐射传热允许降低的燃烧室高 度，度，mm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。立火道的连接方式有双联式、二燃烧室分成各个立火道。立火道的连接方式有双联式、二分式、四分式、跨顶式等。分式、四分式、跨顶式等。改善高向加热均匀性的措施：废气循环、高低灯头、分段加改善高向加热均匀性的措施：废气循环、高低灯头、分段加热、不同炉墙厚度等热、不同炉墙厚度等2、斜道区、斜道区 位于燃烧室和蓄热室之间，是连接燃烧室和蓄热室的通道。位于燃烧室和蓄热室之间，是连接燃烧室和蓄热室的通道。结构复杂。结构复杂。3、蓄热室、蓄热室 位于焦炉的下部，是回收废气中的废热并用来预热上升位于焦炉的下部，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。的空气和高炉煤气的地方。内填格子砖作为热交换的介质。下部设小烟道，顶部设蓄热室顶部空间。下部设小烟道，顶部设蓄热室顶部空间。单墙同向气流之间的蓄热室隔墙。主墙逆向气流之间的蓄热室隔墙。中心隔墙将蓄热室分为机、焦侧隔墙。4、炉顶区、炉顶区位于焦炉的顶部，炭化室盖顶砖以上部分称为炉顶区。内设位于焦炉的顶部，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。装煤孔、看火孔、上升管孔、烘炉孔和拉条沟等。5、烟道和基础、烟道和基础蓄热室下部设分烟道，汇集来自蓄热室的废气，分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。烟道汇于总烟道，再接至烟囟。焦炉基础包括基础结构和抵抗墙两部分。焦炉基础包括基础结构和抵抗墙两部分。三、焦炉结构类型三、焦炉结构类型1、装煤方式、装煤方式 顶装（散装）焦炉顶装（散装）焦炉 侧装（捣固）焦炉侧装（捣固）焦炉 差异：差异：捣固焦炉锥度小，炉顶区不设装煤孔捣固焦炉锥度小，炉顶区不设装煤孔2、加热煤气和空气供入方式、加热煤气和空气供入方式 下喷式焦炉：焦、高炉煤气下喷式下喷式焦炉：焦、高炉煤气下喷式 侧入式焦炉：焦、高炉煤气下喷式侧入式焦炉：焦、高炉煤气下喷式3、燃烧室火道形式、燃烧室火道形式水平火道焦炉水平火道焦炉直立式火道焦炉：直立式火道焦炉：二分式焦炉二分式焦炉 四分式焦炉四分式焦炉 跨顶式焦炉跨顶式焦炉 双联式焦炉双联式焦炉4、高向加热均匀方式、高向加热均匀方式 高低灯头焦炉高低灯头焦炉 不同炉墙厚度焦炉不同炉墙厚度焦炉 分段加热焦炉分段加热焦炉 废气循环焦炉废气循环焦炉5、气流调节方式、气流调节方式 上部调节式焦炉上部调节式焦炉 下部调节式焦炉下部调节式焦炉6、加热煤气种类、加热煤气种类 单热式焦炉单热式焦炉 复热式焦炉复热式焦炉四、主要炉型四、主要炉型1、二分式焦炉、二分式焦炉 66型、型、70型、二分下喷式焦炉、卡尔型、二分下喷式焦炉、卡尔斯蒂尔斯蒂尔焦炉等焦炉等2、过顶式焦炉、过顶式焦炉 考伯斯考伯斯贝克式焦炉、贝克式焦炉、焦炉等焦炉等3、双联式焦炉、双联式焦炉 奥托式焦炉、奥托式焦炉、型焦炉、日铁式型焦炉、日铁式M型焦炉、型焦炉、JN焦炉焦炉 我国主体焦炉的结构特点我国主体焦炉的结构特点我国的主体焦炉为我国的主体焦炉为JN焦炉，其结构特点为：焦炉，其结构特点为：双联火道双联火道 废气循环废气循环 焦炉煤气下喷焦炉煤气下喷 复热式。复热式。JN式焦炉的结构简图式焦炉的结构简图第二节第二节 焦炉机械焦炉机械焦炉机械常称为四大车，用以完成焦炉的装煤、出焦、熄焦焦炉机械常称为四大车，用以完成焦炉的装煤、出焦、熄焦等。等。1）装煤车：置于炉顶，用于从煤塔取煤并装入炭化室。）装煤车：置于炉顶，用于从煤塔取煤并装入炭化室。2）推焦车：位于焦炉的机侧，用以完成启闭机侧炉门、推）推焦车：位于焦炉的机侧，用以完成启闭机侧炉门、推焦、平煤、清扫机侧炉炉门框等。焦、平煤、清扫机侧炉炉门框等。3）导焦车：位于焦侧操作台上，用于启闭焦侧炉门、导焦、）导焦车：位于焦侧操作台上，用于启闭焦侧炉门、导焦、清扫焦侧炉炉门框等。清扫焦侧炉炉门框等。4）熄焦车：位于焦侧，用于接收红焦并送至熄焦塔下将其）熄焦车：位于焦侧，用于接收红焦并送至熄焦塔下将其熄灭，然后放在凉焦台上。熄灭，然后放在凉焦台上。采用干法熄焦时没有熄焦车，代之焦罐车。采用干法熄焦时没有熄焦车，代之焦罐车。第三节第三节 护炉设备护炉设备一、护炉设备的主要作用一、护炉设备的主要作用是利用可调节的弹簧势能，连续不断地向砌体施加数量足够、是利用可调节的弹簧势能，连续不断地向砌体施加数量足够、分布合理的保护性压力，使砌体在自身膨胀和外力作用下分布合理的保护性压力，使砌体在自身膨胀和外力作用下仍能保持完整、严密，从而保证焦炉正常生产。仍能保持完整、严密，从而保证焦炉正常生产。此外，护炉设备还有支撑机焦侧操作台、集气管的作用。此外，护炉设备还有支撑机焦侧操作台、集气管的作用。保护板、炉门框和炉门之间的配合，完成焦炉的密封，防止保护板、炉门框和炉门之间的配合，完成焦炉的密封，防止荒煤气外漏，造成冒烟冒火。荒煤气外漏，造成冒烟冒火。二、护炉设备的组成二、护炉设备的组成护炉设备又称为所炉铁件。护炉设备又称为所炉铁件。包括：包括：横向有：炉柱（钢柱）、保护板、炉门框、横向有：炉柱（钢柱）、保护板、炉门框、大小弹簧、横拉条、炉门等；大小弹簧、横拉条、炉门等；纵向有：抵抗墙、纵拉条等。纵向有：抵抗墙、纵拉条等。第四节第四节 煤气设备煤气设备 煤气设备包括干馏煤气导出设备和加热煤气供入设备两套煤气设备包括干馏煤气导出设备和加热煤气供入设备两套系统。系统。一、干馏煤气导出设备一、干馏煤气导出设备1、干馏煤气（俗称荒煤气）导出设备的作用是：、干馏煤气（俗称荒煤气）导出设备的作用是：一是将荒煤气顺利导出，不致因炉门刀边附近煤气压力过高一是将荒煤气顺利导出，不致因炉门刀边附近煤气压力过高而冒烟冒火，但又要使全炉各炭化室在结焦过程中始终保而冒烟冒火，但又要使全炉各炭化室在结焦过程中始终保持正压；持正压；二是将荒煤气适度冷却，不致因温度过高引起设备变形、阻二是将荒煤气适度冷却，不致因温度过高引起设备变形、阻力升高和鼓风、冷凝的负荷增大，但又要保持焦氨水的良力升高和鼓风、冷凝的负荷增大，但又要保持焦氨水的良好的流动性。好的流动性。其流程和设备如图所示。其流程和设备如图所示。流程：上升管流程：上升管桥管桥管水封阀水封阀集气管集气管门型管门型管吸气管吸气管气液分离器气液分离器回收车间回收车间二、加热煤气供入设备二、加热煤气供入设备对于单热式焦炉只配备一套加热煤气管系，复热式焦炉配备对于单热式焦炉只配备一套加热煤气管系，复热式焦炉配备高炉煤气和焦炉煤气两套管系。高炉煤气和焦炉煤气两套管系。三、废气导出及换向开闭器（废气盘）三、废气导出及换向开闭器（废气盘）换向开闭器是既能供入煤气和空气，又能排出废气，还能调换向开闭器是既能供入煤气和空气，又能排出废气，还能调节气体流量的装置，俗称废气盘。节气体流量的装置，俗称废气盘。焦炉加热用的空气和高炉煤气经过废气盘调节流量后进入蓄焦炉加热用的空气和高炉煤气经过废气盘调节流量后进入蓄热室，蓄热室中废气经废气盘调节流量后进入分烟道。热室，蓄热室中废气经废气盘调节流量后进入分烟道。四、交换系统与交换过程四、交换系统与交换过程交换系统由交换机、拉条、交换考克、废气盘等组交换系统由交换机、拉条、交换考克、废气盘等组成。成。交换过程：关煤气交换过程：关煤气空气与废气交换空气与废气交换开煤气开煤气第二节第二节 筑炉材料筑炉材料1、砌筑焦炉用耐火材料的基本要求、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；）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；）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；）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）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。热能力。2、耐火砖的性能与焦炉砖的选择、耐火砖的性能与焦炉砖的选择（1）耐火度）耐火度指耐火材料在高温下抵抗熔融性能的指指耐火材料在高温下抵抗熔融性能的指标，但不是熔融温度。标，但不是熔融温度。试验方法：示温熔锥，当锥角与底盘接触时的温度。试验方法：示温熔锥，当锥角与底盘接触时的温度。一般规定：耐火度在一般规定：耐火度在1580以上者为耐火材料。以上者为耐火材料。（2）荷重软化温度）荷重软化温度指在一定荷载下产生软化变形时的指在一定荷载下产生软化变形时的温度。温度。试验方法：试验方法：3、高温体积稳定性、高温体积稳定性 是指耐火制品长期在高温下使用时，体积发生不可是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。逆变化的性能。耐火砖在制造、烧成过程中由于反应不充分以及晶型转耐火砖在制造、烧成过程中由于反应不充分以及晶型转化不完全，当其在高温下长期使用时，由于反应的进一步发化不完全，当其在高温下长期使用时，由于反应的进一步发生和晶型的进一步转化，引起的残余变形量作为评价高温体生和晶型的进一步转化，引起的残余变形量作为评价高温体积稳定性的标志。积稳定性的标志。试验：将体积为试验：将体积为V0的试样，加热到的试样，加热到12001500保温保温2小时，冷却至室温后测定其体积小时，冷却至室温后测定其体积V，则定义：，则定义：高温体积稳定性高温体积稳定性=（V-V0）/V 100，%正值为残余膨胀，负值为残余收缩，也叫重烧膨胀正值为残余膨胀，负值为残余收缩，也叫重烧膨胀和重烧收缩。和重烧收缩。4、热膨胀性、热膨胀性 是指耐火制品随温度升高发生的热膨胀性能。是指耐火制品随温度升高发生的热膨胀性能。通常用线膨胀率通常用线膨胀率或体积膨胀率或体积膨胀率 表示：表示：=100（lt-l0)/l0，%=100（Vt-V0)/V0，%式中：式中：l0、V0室温下试样的原始长度和体积；室温下试样的原始长度和体积；lt、Vt升温至升温至t时试样的长度和体积。时试样的长度和体积。5、抗急冷急热性（温度急变抵抗性）、抗急冷急热性（温度急变抵抗性）指耐火材料在温度急剧变化时不开裂、不剥指耐火材料在温度急剧变化时不开裂、不剥落的性质。落的性质。试验：将耐火砖加热至试验：将耐火砖加热至850850，然后放入流动的，然后放入流动的凉水中，如此反复，直至碎裂、剥落下来的部分凉水中，如此反复，直至碎裂、剥落下来的部分达到达到20%20%，其次数作为抗急热冷性指标。，其次数作为抗急热冷性指标。硅砖：硅砖：1212次；次；粘土砖：粘土砖：10201020次；次；粗粒粘土砖：粗粒粘土砖：2510025100次。次。而在而在600600以上，硅砖具有良好的抗急冷急热性能。以上，硅砖具有良好的抗急冷急热性能。6、密度与孔隙、密度与孔隙 表示方法：表示方法：优质硅砖就是真密度低、体积密度高、气孔率低优质硅砖就是真密度低、体积密度高、气孔率低的硅砖，即：致密硅砖或高密度硅砖。其耐压强度的硅砖，即：致密硅砖或高密度硅砖。其耐压强度和导热性能均优于普通硅砖。和导热性能均优于普通硅砖。7、热导率、热导率与热扩散率与热扩散率 热导率热导率表示耐火制品导热能力的大小；表示耐火制品导热能力的大小；热扩散率热扩散率耐火制品在导热过程中温度变化的能力，它耐火制品在导热过程中温度变化的能力，它影响耐火制品内层温度分布的均匀性。影响耐火制品内层温度分布的均匀性。8、抗蚀性、抗蚀性 指耐火制品在高温下抵抗灰分、气体等侵蚀的能力。指耐火制品在高温下抵抗灰分、气体等侵蚀的能力。9、焦炉各部位用砖、焦炉各部位用砖 基于以上讨论，现代焦炉的炭化室部位采用荷重软化温度高、导热性基于以上讨论，现代焦炉的炭化室部位采用荷重软化温度高、导热性能好、抗蚀性强、能好、抗蚀性强、600抗急冷急热性能好的硅砖。斜道区和蓄热室墙抗急冷急热性能好的硅砖。斜道区和蓄热室墙的的温度虽然低些，但要求砌体严密、负重大，故也采用无残余收缩、荷重温度虽然低些，但要求砌体严密、负重大，故也采用无残余收缩、荷重软化温度高、与炭化室热膨胀性一致的硅砖。软化温度高、与炭化室热膨胀性一致的硅砖。燃烧室头部温度变化较大，可降低到燃烧室头部温度变化较大，可降低到600以下，还要经受护炉铁以下，还要经受护炉铁件件所施加的压力，宜采用抗热震性好、耐磨性强的高铝砖。所施加的压力，宜采用抗热震性好、耐磨性强的高铝砖。格子砖、篦子砖、小烟道衬砖、砖煤气道第一层衬砖、炉顶用砖、格子砖、篦子砖、小烟道衬砖、砖煤气道第一层衬砖、炉顶用砖、以以及炉门衬砖、上升管衬砖等应具有良好的热稳定性，而对荷重软化温度及炉门衬砖、上升管衬砖等应具有良好的热稳定性，而对荷重软化温度要求不高，故采用粘土砖。要求不高，故采用粘土砖。三、三、SiO2晶型转变与硅砖特性晶型转变与硅砖特性硅砖含硅砖含SiO2 93%以上。以上。SiO2具有多种晶型。其性具有多种晶型。其性质各异。质各异。四、粘土砖、高铝砖四、粘土砖、高铝砖 粘土砖是含粘土砖是含Al2O3 35%48%，SiO2 5265%铝硅质耐火材料。铝硅质耐火材料。高铝砖是含高铝砖是含Al2O3 48%以上铝硅质耐火砖。以上铝硅质耐火砖。