年產(chǎn)70萬噸干全焦的煉焦車間設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

摘要隨著煉鐵和其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，焦炭的需求量也越來越大，焦化廠的建設(shè)正在突飛猛進。因此，進行煉焦車間設(shè)計具有重要的意義。首先，根據(jù)我國煤種的特點，選擇了相應(yīng)煤種以及配煤比，并對備煤工藝進行了初步的設(shè)計。本設(shè)計的重點是武漢某地某焦化公司擬新建一組年產(chǎn)量為70萬噸干全焦的焦爐的工藝設(shè)計。根據(jù)實際情況，通過焦爐爐型和炭化室尺寸的選擇及論證，在國家產(chǎn)業(yè)政策規(guī)定范圍內(nèi)，對炭化室孔數(shù)計算后，選取一組2×52孔4.3mJN43型焦爐。這種焦爐為雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、焦爐煤氣下噴、高爐煤氣側(cè)入式焦爐。同時，對焦爐的物料平衡、熱量平衡、蓄熱室、爐體水壓以及煙囪高度進行了工藝計算；計算得出，蓄熱室高度為2.16米，煙囪高度為80米；另外，合理選擇了爐間臺和爐端臺尺寸，并對各層空間的利用進行了分布布置。對焦爐設(shè)備以及輔助設(shè)備等進行了選型；對主要的技術(shù)操作和生產(chǎn)控制技術(shù)進行了說明，并編制了循環(huán)推焦圖表。最后，對生產(chǎn)的一些輔助設(shè)施進行了介紹。關(guān)鍵詞：煤炭；煉焦；焦爐；焦炭AbstractWiththeiron-makingandotherrelativeindustriesdevelopment,thecokedemandisgrowingandthecokingplantisconstructedbyleapsandbounds.Thus,CokingWorkshopdesignisofgreatsignificance.First,accordingtothenatureofcoalinChina,thecoalblendingratiowasselectedandcoalpreparationtechnologywasalsodesigned.Thefocusofthisdesignwastodevelopawholeprocessofcokingforacokingplantwithanannualoutputof700,000tonsofdrycokeinWuhan.Basedonfeasibilitystudiesandthenationalindustrialpolicy,andaccordingtothecalculationofcokechambersize,agroupof2×52holesand4.3mcokeovenwasdevisedinthisdesign.ThisCokeOvenhasdouble-fire,theexhaustcycle,cokeovengasunderspraying,blastfurnacegasblows-intoaside.TheMaterialbalance,heatbalance,regenerator,hydraulicpressureandtheheightofthechimneywerecalculatedforthecokeoven.Theregeneratorheightwas2.16m,thechimneyheightwas80m.Inaddition,thesizeoftheplatformbetweenandonthetopofthefurnacewasproperlyselected,andfloorspacedistributionandusagewasarranged.TheCokeOvenequipmentsandancillaryequipmentswereselected;themaintechnicaloperationsandproductioncontroltechniquesweredescribedandcyclepushingCokechartwasdeveloped;Someancillaryproductionfacilitieswereintroducedintheend.Keywods:Coal;Coking;Cokeoven;Coke目錄1緒論 11.1煉焦的意義 11.2國內(nèi)外煉焦技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 11.3設(shè)計依據(jù) 31.4設(shè)計總說明 52原料與產(chǎn)品 62.1我國煉焦煤資源與煤質(zhì)特點 62.2配煤方案 62.3選用的原料煤性質(zhì)以及相應(yīng)的配合煤質(zhì)量 82.4原料煤、蒸汽、電、水、煤氣的年耗量 82.5焦炭質(zhì)量估計，全焦及各級焦炭年產(chǎn)量 102.6出爐煤氣組成與凈煤氣年產(chǎn)量 103煉焦車間工藝方案 123.1煉焦生產(chǎn)工藝選擇 123.2煉焦爐爐型和炭化室尺寸的對比、論證及選擇 133.2.1焦爐爐型的選擇 133.2.2炭化室尺寸的選擇 153.3各專業(yè)車輛的臺數(shù)及配置 153.4爐組布置，爐間臺、爐端臺的尺寸及各層空間的利用 173.4.1爐組布置 173.4.2爐間臺、爐端臺的尺寸以及各層空間的利用。 183.5管道布置以及煙道和煙囪位置討論 203.6焦爐輔助設(shè)施 204工藝計算 214.1炭化室的物料衡算 214.2煉焦爐的熱量衡算 254.3焦爐的蓄熱室計算 304.4焦爐爐體水壓計算 354.5煙囪計算 475焦爐機械設(shè)備及附屬設(shè)備的選擇、計算 545.1各專業(yè)車輛、交換機、篩分設(shè)備、空氣壓縮機的特性及主要技術(shù)參數(shù) 545.2護爐設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式以及規(guī)格 555.3集氣系統(tǒng)以及輔助管道的作用，結(jié)構(gòu)形式及集氣管徑的計算和選擇 575.4加熱煤氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)及管徑的計算、選擇 605.5廢氣設(shè)備和交換傳動裝置的結(jié)構(gòu)形式 626主要技術(shù)操作與生產(chǎn)控制技術(shù) 646.1推焦串序的決定及本車間的循環(huán)推焦表 646.2焦爐的加熱制度 656.3焦爐正常操作中的主要規(guī)定 666.4焦炭質(zhì)量檢查項目及取樣地點 676.5煉焦爐所用儀表及自動調(diào)節(jié)裝置 677生產(chǎn)輔助設(shè)施 697.1總圖運輸 697.2建筑與結(jié)構(gòu) 707.3通風(fēng) 717.4熱力 717.5給水排水 717.6電力及電訊 727.7儀表自動化 727.8工程概算 727.9環(huán)境保護 737.10焦爐節(jié)能 738結(jié)束語 75參考文獻 76致謝 771緒論1.1煉焦的意義由高溫煉焦得到的焦炭用于高爐冶煉、鑄造、氣化和化工等工業(yè)部門作為燃料或原料；煉焦過程中得到的干餾煤氣經(jīng)回收、精制得到各種芳香烴和雜環(huán)化合物，供合成纖維、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)作原料；經(jīng)凈化后的焦爐煤氣既是高熱值燃料，又是合成氨的、合成燃料和一系列有機合成的工業(yè)原料[1]。高爐的大型化和高壓噴吹技術(shù)的發(fā)展，對焦炭質(zhì)量的要求日益嚴格。隨著人們對高爐內(nèi)焦炭行為的了解，傳統(tǒng)的冷態(tài)強度、化學(xué)成分、和篩分組成等指標已不足以全面評定焦炭的質(zhì)量。另一方面由于世界優(yōu)質(zhì)煉焦煤明顯短缺，優(yōu)質(zhì)煤炭與低質(zhì)煤炭間的矛盾日益尖銳。他們推動著配煤煉焦和非煉焦煤煉焦技術(shù)的發(fā)展。1.2國內(nèi)外煉焦技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢我國焦化工業(yè)的現(xiàn)狀概括起來是：在主要技術(shù)環(huán)節(jié)上，取得了可喜的成就，在很多方面趕上和接近世界先進水平。但由于多種原因，在總體上說，我國焦化工業(yè)與國外比還有不少差距[2]。主要技術(shù)環(huán)節(jié)取得了可喜成就：（1）焦爐技術(shù)的掌握上已進入世界先進行列。對炭化室高8米的焦爐已于80年代完成了工業(yè)生產(chǎn)試驗，我國已有能力進行炭化室高8米大容積焦爐的設(shè)計，寶鋼焦化廠和浦東煤氣廠建成了干熄焦裝置；（2）焦爐放散物控制有了良好的開端，污水處理技術(shù)特別是焦化污水生物脫氮技術(shù)已走到世界前列；（3）備煤工藝的機械化和自動化水平有了很大的提高。煤料的卸、貯、運的生產(chǎn)線在設(shè)備和工藝上已形成系列；自動配煤已有了比較可靠穩(wěn)定的系統(tǒng)；高效節(jié)能的粉碎設(shè)備已在應(yīng)用；檢測和控制系統(tǒng)有了較大的提高；（4）對型焦進行了多年的研究和技術(shù)儲備，在西北已建成投產(chǎn)一套熱壓型焦的工業(yè)裝置，另一套基本相同的裝置也正在另一地區(qū)籌建中，這是我國焦化界的新成就；（5）焦化工業(yè)是以煤的熱裂解工藝為核心的，近幾年來，通過開發(fā)煤的快速熱裂解產(chǎn)生接近焦爐煤氣的熱裂解氣和半焦新工藝，大連理工大學(xué)在遼寧平莊煤礦建成了日處理褐煤150噸的工業(yè)裝置，該裝置已經(jīng)過國家驗收，開辟了褐煤利用的新途徑。經(jīng)過改進的不同類型的連續(xù)直立爐干餾工藝，已在一些煤氣廠建成并運行，所生產(chǎn)的低灰低硫焦炭可作為鐵合金用焦；（6）焦化工業(yè)自動化水平有了很大提高。各企業(yè)對提高生產(chǎn)工藝自動化更加重視，基礎(chǔ)自動化水平有了較大的發(fā)展，PS和DCS系統(tǒng)已在新建和改建的焦化廠中廣泛應(yīng)用，并掌握了組態(tài)、編程以及信號傳輸?shù)燃夹g(shù)；總體（電控、儀表及計算機）控制水平有了大幅度提高；有些企業(yè)已向計算機管理方向發(fā)展，如生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集和整理等；焦爐加熱用計算機控制和調(diào)節(jié)已取得了進展[2]。我國焦化工業(yè)與世界先進水平的差距我國焦化工業(yè)與世界先進水平的差距主要表現(xiàn)在焦炭質(zhì)量差、環(huán)境污染較重、焦爐爐齡較短、小型焦化廠偏多、工藝技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化不夠。焦化企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模??；煉焦工藝與煤炭資源不適應(yīng)。我國高揮發(fā)分弱粘結(jié)煤的貯量很大，搗固煉焦工藝和配型煤工藝對增加弱粘煤用量是行之有效的，而我國搗固焦爐甚少，只占焦炭生產(chǎn)能力的1.8%，而且炭化室都比較小，配型煤工藝也只有寶鋼一家應(yīng)用。由于煉焦工藝與煤炭資源的不適應(yīng)，也在一定程度上影響了焦炭質(zhì)量；環(huán)境污染較嚴重。焦化工業(yè)是污染環(huán)境的大戶，其污染物包括粉塵、有害氣體和污水，而焦爐又是散發(fā)污染物的重點。裝煤放散物控制，雖然大型焦爐都裝設(shè)了高壓氨水抽吸裝置，但相當多的焦爐由于種種原因效果不佳。設(shè)有地面站的裝煤放散物控制裝置的焦化廠只有寶鋼一家。在污水處理方面，80年代以來，新建和擴建的大中型焦化廠中建成了幾十套污水處理裝置。一般說來，對酚的脫除已達到標準，但對氰和COD的脫除，不少焦化廠與國家標準還有距離。氨氮脫除還剛剛開始。至于大量的小型焦化廠，由于工藝不完善，煙塵、有害氣體和污水對環(huán)境的污染狀況仍相當嚴重；焦爐容積偏小，運轉(zhuǎn)設(shè)備的性能差。我國焦爐最高炭化室為6米，最大的容積是38.5m3，但生產(chǎn)能力只占全國機焦產(chǎn)量的14%左右，國外這樣的焦爐只能算作中型焦爐。由于焦爐容積偏小，在相當程度上也加重了焦爐對環(huán)境的污染；焦爐爐齡短。我國焦爐的一代爐齡平均為24～25a，少數(shù)的長壽爐爐齡為30a，有的幾年或十幾年就嚴重損壞。而國外的焦爐爐齡大多數(shù)在30a以上，甚至達40a隨著世界煉焦技術(shù)的發(fā)展,焦爐逐步向大型化發(fā)展。目前世界上最現(xiàn)代化的室式頂裝焦爐已在德國的斯威爾根焦化廠建成,該焦爐代表了當今世界室式煉焦技術(shù)的最高水平。該焦爐有雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、復(fù)熱式、分段加熱的特征,單孔焦炭產(chǎn)量大,一組2×70孔的7.63米焦爐年產(chǎn)焦炭250萬噸。7.63米焦爐采用了諸多成效顯著的環(huán)保措施,焦爐生產(chǎn)對環(huán)境基本無污染,可以很好地滿足日益嚴格的環(huán)境保護法規(guī)的要求。具有世界領(lǐng)先技術(shù)的7.63m大容積焦爐在環(huán)保方面有著國內(nèi)煉焦技術(shù)不可比擬的先進性：(1)焦爐護爐鐵件/爐體密封系統(tǒng)的改進、集氣管負壓/炭化室壓力單孔調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用,可有效地減少爐門和裝煤孔的煙塵逸散；(2)工藝過程采用計算機控制技術(shù),能使煉焦耗熱量降低,大幅度降低煙道廢氣中的NOx含量,同時也使焦炭更加成熟,使煉焦生產(chǎn)在經(jīng)濟和環(huán)保方面均達到最佳狀態(tài)[3]。綜上所述,可以看出我國焦爐生產(chǎn)環(huán)保技術(shù)上還有許多亟待改進的地方。面對與世界先進技術(shù)的巨大差距,為提高我國煉焦技術(shù)水平和環(huán)境保護水平,在今后的焦爐建設(shè)中,需要我國技術(shù)人員加強學(xué)習(xí),積極汲取國外的先進技術(shù),應(yīng)用到我國焦爐建設(shè)中,不斷提高我國的煉焦技術(shù)及環(huán)保水平,為人類創(chuàng)造一個潔凈的生活環(huán)境。近年來，焦化行業(yè)的技術(shù)發(fā)展迅速，除了傳統(tǒng)的煉焦工藝正向著大型化、智能化方向發(fā)展之外，德國的巨型化反應(yīng)器、美國的熱回收焦爐、日本的21世紀SCOPE都得到較快發(fā)展[4]。（1）超大型焦爐組出于環(huán)保和經(jīng)濟的原因，德國蒂森·克虜伯鋼鐵公司（MNC）決定在萊茵河畔的史威爾根建設(shè)一個260萬噸的新焦化廠取代原奧克斯特—蒂森焦化廠。該工程由蒂森—克虜伯的能源—焦化工程公司負責設(shè)計。該工程將采用世界上容積最大，炭化室高度最高的超大型焦爐組，其主要設(shè)計參數(shù)如下：爐孔數(shù)2×70=140孔炭化室尺寸：20.8m×0.6m×炭化室有效容積93m結(jié)焦時間24.9h裝煤量（濕）79t每孔推焦量54t焦炭產(chǎn)量7250t/d采用超大型焦爐的效益主要體現(xiàn)在以下方面：裝煤堆密度提高，改善焦炭質(zhì)量。環(huán)境效益好。勞動生產(chǎn)率提高。（2）SCOPE21煉焦新技術(shù)SCOPE21的含義是“面向21世紀的高效生產(chǎn)與環(huán)保的超級焦爐”其開發(fā)目標是：煉焦利用弱粘性劣質(zhì)煤的比例從20%提高到50%；使焦爐的生產(chǎn)效率提高3倍，以降低建設(shè)投資；使焦爐加熱燃燒產(chǎn)生NOx量減少30%，并實現(xiàn)全密閉無煙無塵生產(chǎn)；節(jié)能20%,相應(yīng)減少CO2排放量。該項技術(shù)的優(yōu)點和預(yù)期的效益如下：由于干煤裝爐和粉煤成型工藝結(jié)合，可使裝煤堆密度由通常的750kg/m3提高至850kg/m3。相應(yīng)劣質(zhì)煤用量可以從20%提高到35%；由于煤預(yù)熱的作用，劣質(zhì)煤用量可由35%進一步提高至50%；由于煤預(yù)熱、高密度硅磚的應(yīng)用以及中溫干餾所需較低的推焦溫度三種因素的復(fù)合，焦爐結(jié)焦時間大幅度縮短，生產(chǎn)能力可提高至原來的3倍；由于煤預(yù)熱與干熄焦技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)能效益明顯[5]。（3）熱回收焦爐新一版熱回收焦爐的設(shè)計將重點在以下方面進行改進加大熱煙氣管與廢熱鍋爐，消除因鍋爐停產(chǎn)而放散；熱量回收與煙氣處理系統(tǒng)能力要適應(yīng)成焦率為72%時每孔42t的裝煤量（現(xiàn)為38t）；每臺廢熱鍋爐能力能與20t孔爐相配套；鍋爐的爐管與翅片設(shè)計改進；進一步減少爐體表面熱損失，改進爐門結(jié)構(gòu)以及儀表和控制系統(tǒng)[6]。1.3設(shè)計依據(jù)為了防止焦化產(chǎn)業(yè)盲目擴張產(chǎn)能重傷焦炭行業(yè)，國家發(fā)改委第九部委于2004年5月27日發(fā)布《關(guān)于清理規(guī)范焦炭行業(yè)的若干意見》。其目的在于要求各地全面清理整頓焦炭行業(yè)，對焦炭生產(chǎn)實行總量控制，根據(jù)國家資源狀況和市場需求對各地的焦炭生產(chǎn)實行總量控制，抑制盲目擴張，同時要求各地要嚴格管理，加強規(guī)范和引導(dǎo)。但是《意見》沒有得到很好的執(zhí)行，但為遏制焦化行業(yè)低水平重復(fù)建設(shè)和盲目擴張趨勢，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，規(guī)范市場競爭秩序，國家發(fā)改委依據(jù)國家有關(guān)法律法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策要求，按照“總量控制、調(diào)整結(jié)構(gòu)、節(jié)約能（資）源、保護環(huán)境、合理布局”的可持續(xù)發(fā)展原則，于2004年12月16日特制定《焦化行業(yè)準入條件》。隨后國家發(fā)改委于2006年7月7日通過發(fā)布《關(guān)于加強煤化工項目建設(shè)管理促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》對焦化產(chǎn)業(yè)的準入政策給出了明確、詳細的規(guī)定。國家發(fā)改委在2006年3月22日發(fā)布《關(guān)于加快焦化行業(yè)調(diào)整的意見》。并且中國環(huán)境保護行業(yè)標準對焦化產(chǎn)業(yè)作了一定的限制。焦爐準入規(guī)模：《關(guān)于清理規(guī)范焦炭行業(yè)的若干意見》和《行業(yè)準入條件》提出煉焦爐炭化室的高度大于或等于4.3米，年產(chǎn)焦炭大于60萬噸。并且同步配套建設(shè)：干熄焦、裝煤、推焦除塵裝置；廢水處理設(shè)施；焦爐煤氣回收、凈化和綜合利用等。焦化廠要嚴格執(zhí)行“三同”（同時設(shè)計、同時施工、同時投產(chǎn)），并對焦油、粗笨和精苯采取集中加工和深加工?！蛾P(guān)于加快焦化行業(yè)調(diào)整的意見》提出全國在2007年末淘汰煉焦爐炭化室的高度小于4.3米的焦爐（3.2米以上的搗固焦爐除外），但西部可延長到2009年底。生產(chǎn)企業(yè)布局：《關(guān)于清理規(guī)范焦炭行業(yè)的若干意見》和《焦化行業(yè)準入條件》規(guī)定：新建和改擴焦化廠廠址要靠近焦炭用戶和原料基地，同時要符合各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）焦化行業(yè)發(fā)展規(guī)劃。新建和改擴焦化廠廠址要在城市規(guī)劃區(qū)邊界處2千米以內(nèi)，主要河流、公路干道兩旁，居民聚居區(qū)和其他嚴防污染的食品、藥品等企業(yè)周邊1千米以內(nèi)。生態(tài)保護區(qū)、自然保護區(qū)、風(fēng)景旅游區(qū)、文化遺產(chǎn)保護區(qū)以及飲用水水源保護區(qū)內(nèi)不得建造焦化生產(chǎn)企業(yè)。工藝技術(shù)裝備：《焦化行業(yè)準入條件》規(guī)定新建和改擴焦爐，原則上（缺水或鋼鐵企業(yè)）需同步配套建設(shè)干熄焦裝置。新建或擴建焦爐，焦爐煤氣必須全部回收利用，不得直接排放或點火炬。資源、能源消耗及副產(chǎn)品綜合利用：指標有（1）噸焦消耗精煤≤1.33t（全焦率≥75%）；（2）煉焦工序能耗≤170千克標準煤/噸焦；（3）煉焦耗熱量：焦爐煤氣加熱≤2250千焦/千克煤（7%含水折算）；高爐煤氣加熱≤2550千焦/千克煤（7%含水折算）；（4）噸焦耗新水≤3.5噸；（5）噸焦耗電量≤35千瓦時；（6）焦爐煤利用率≥95%；（7）水循環(huán)利用率≥85%?！督够袠I(yè)準入條件》指出新建或擴建焦化生產(chǎn)企業(yè)各種污染物指標不得超過煉焦行生產(chǎn)標準；焦化企業(yè)廢渣（配煤、推焦、熄焦及篩焦工段回收的煤塵，焦油渣，粗笨再生渣以及剩余污泥等）均在廠內(nèi)利用，不得排放；焦化生產(chǎn)企業(yè)新建或擴建，各種污染物排放不得突破該地區(qū)環(huán)境允許排放量。安全生產(chǎn)和危險化學(xué)品管理：《危險化學(xué)品生產(chǎn)儲存建設(shè)項目安全審查辦法》規(guī)定對危險化學(xué)品生產(chǎn)、儲存實行統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局和嚴格控制。安全防護距離：《焦化安全規(guī)程》規(guī)定焦化廠應(yīng)位于居民區(qū)夏季最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，廠區(qū)邊緣與居民區(qū)邊緣的距離不小于1千米。1.4設(shè)計總說明本設(shè)計是設(shè)計一個年產(chǎn)70萬噸干全焦的煉焦車間，一次建成全部投產(chǎn)，共分一組兩座焦爐，擁有104個炭化室，即2×52孔。炭化室有效容積為13280×4000×450m3本設(shè)計需要解決的問題是煤準備方案、焦爐爐型選擇、車間平面布置、熄焦方式、焦爐環(huán)保和煉焦新技術(shù)等。焦化廠是由備煤、煉焦、回收、焦油、精苯和環(huán)保這幾個車間組成。煉焦車間包括：受煤、煤場、配煤、粉碎等工段組成。煉焦車間包括：焦爐、篩焦、貯焦等工段。2原料與產(chǎn)品2.1我國煉焦煤資源與煤質(zhì)特點截止1999年底，我國煤炭資源儲量總數(shù)為10062.5億t。全國煤炭資源儲量中，煉焦用煤有2645.11億t，占資源/儲量的26.3%。其中氣煤1223.22億t，占煉焦用煤總數(shù)的46.3%；肥煤330.34億t，占12.5%；焦煤616.84億t，占23.3%；瘦煤421.23億t，占15.9%；屬于煉焦用煤而未分小類的53.48億t，占2%。上述數(shù)據(jù)表明，我國煉焦用煤在資源/儲量中比例較少，只占1/4，且其中一半是氣煤，而強粘結(jié)的肥煤、焦煤只占煉焦用煤的1/3，煉焦用煤還受灰、硫、磷等有害成分及可選性影響，煉焦用煤資源/儲量中真正可作煉焦配煤的不足1/2。在地理分布上更為不均衡，煉焦用煤主要分布在晉陜蒙和華東區(qū)，兩區(qū)占全部煉焦用煤75.6%。其中山西、安徽、山東、貴州、黑龍江、河北、河南等七省有2222.09億t，占煉焦用煤總量的84%。各大區(qū)中煉焦用配煤的煤類賦存也很不匹配，如東北就缺肥煤和瘦煤，華東缺焦煤和瘦煤，中南缺氣煤和肥煤，西南缺氣煤和肥煤，甘肅、寧夏、青海、新疆缺肥煤和瘦煤。我國煉焦用煤的灰分多在20%以上，以中灰煤居多，低灰煤很少，基本無特低灰煤。煤中硫分以中硫居多，硫分高于2%的約占1/5，低硫和特低硫很少。同時為低灰、低硫者則更少，因此，作煉焦用煤，均須經(jīng)過洗選和脫硫。我國煉焦用煤往往硫分越高粘結(jié)性越強，大部分肥煤硫分在2%以上，硫分低時而灰分則高，其可選性又較差。煉焦用煤中，氣煤幾乎要占一半，且易選煤居多。所以焦化廠在實際配比中，氣煤占的比重最大，降低焦炭中的有害成分多用優(yōu)質(zhì)氣煤來加以調(diào)控[7]。2.2配煤方案焦煤雖然可以單獨煉出強度高，耐磨好的冶金焦，但是在世界各地象焦煤這樣的優(yōu)質(zhì)煉焦煤，其儲量是不算多的，分布也不平衡，化學(xué)成分也有優(yōu)劣，單用焦煤煉焦，必須把部分黏結(jié)性好的優(yōu)質(zhì)煉焦煤和其他中等的或弱的黏結(jié)性煤配合一起煉焦，以擴大各種不同牌號的煙煤的利用。至于其他牌號的煙煤在通常煉焦爐內(nèi)大多不易單獨煉出機械強度較高的優(yōu)質(zhì)冶金焦，個別煤種即使能煉出機械強度較好的焦炭，但其膨脹壓力較大，容易脹壞爐室；還有些煉焦煤因為含灰，硫等有害雜質(zhì)，鑄造及其他工業(yè)對焦炭質(zhì)量也有不同的要求。另一方面，大、中、小高爐，鑄造及其他工業(yè)對焦炭質(zhì)量也有不同的要求，都不是憑單種煤煉焦所能解決的。因此，必須把不同牌號的煤進行配合使用，才能取長補短，煉出各種質(zhì)量合格的焦炭，以適應(yīng)各種不同的需要。有的還可以加入廢舊塑料配煤煉焦[8]。我國地區(qū)廣大，資源豐富，各地區(qū)煤質(zhì)情況各不相同，灰、硫含量亦有差別，因此結(jié)合個地區(qū)的特點，采用不同煤種配合，不但擴大了資源的有效利用，并且可以調(diào)整焦炭中的灰、硫含量，以滿足冶金工業(yè)對焦炭質(zhì)量和數(shù)量的要求。解放以來，煉焦工業(yè)的生產(chǎn)實踐證明：配煤煉焦對煉焦工業(yè)的發(fā)展有重大影響。配煤原理是建立在結(jié)焦原理基礎(chǔ)上的，迄今為止結(jié)焦原理可大致歸納為三類：①塑性成焦原理；②表面結(jié)合成焦原理；③中間相成焦原理。與此相對應(yīng)，派生出三種配煤原理：①膠質(zhì)層重疊原理；②互換性原理；③共炭化原理[9]。在前面已經(jīng)提到了配煤煉焦的優(yōu)點，所以目前我國基本上所有的焦化企都進行配煤煉焦。一個焦化企業(yè)，它的配煤方案的確立主要依據(jù)以下三個原則：（1）各種可能利用的煤的貯量，開采進度和擴建規(guī)模以及運輸條件，運輸距離等，由此評定各種近期和遠期供應(yīng)的可能性。（2）各有關(guān)單位商定，并經(jīng)過領(lǐng)導(dǎo)部門批準的對焦炭質(zhì)量的要求和對化學(xué)產(chǎn)品的要求，以及焦化廠備煤車間條件、焦爐爐體狀況等。（3）各種煤的牌號、黏結(jié)性、結(jié)焦性、灰分、硫分和可選性等，由此評定各種煤對煉焦的適用程度，進而考慮的配用量。配煤方案的選擇（1）焦炭質(zhì)量應(yīng)達到規(guī)定的指標，滿足使用部門的要求。（2）最大限度的符合區(qū)域配煤的原則，根據(jù)本區(qū)域煤資源的近期平衡和考慮遠景規(guī)劃，充分利用本區(qū)域的黏結(jié)煤和弱黏結(jié)煤。（3）不會產(chǎn)生對爐墻有危險的膨脹壓力和引起推焦困難。（4）在滿足焦炭質(zhì)量的前提下，有較高的化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。（5）合理調(diào)整煉焦用煤的運輸流向和盡量防止對流，并盡可能縮短平均運距。表2.1配煤比配煤成分氣肥煤1/3焦煤焦煤瘦煤比例15％35％30％20％表2.2煤源以及單種煤的工業(yè)分析煤種來源配煤比工業(yè)分析項目W（%）MadAadVdafVadSt，adGy氣肥煤(QF)山東新汶15%2.2511.740.835.081.6286.8231/3焦煤(1/3JM)山東田莊35%2.539.2031.127.450.4482.420焦煤(JM)河北峰峰30%1.439.5026.423.510.4284.815瘦煤(SM)陜西韓城20%2.949.8016.914.740.4034.49配合煤——2.249.7928.324.870.6074.216.8因為本設(shè)計擬建武漢地區(qū)某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化廠的一組70萬噸4.3m焦爐。故根據(jù)此鋼鐵集團對焦炭質(zhì)量的要求，以及武漢周邊地區(qū)的各種煉焦煤的分布特點進行模擬試驗焦爐試驗，最終確定的配煤比如表2.1~2.3[10]。表2.3煤種以及元素分析煤種元素分析項目W（%）St，adSdafCadCdafHadHdafNadNdaf氣肥煤（QF）1.620.572.41821.51/3焦煤(1/3JM)0.440.778.09864.905.41.451.6焦煤(JM)0.421.178.74874.535.01.271.4瘦煤(SM)0.400.880.28894.334.81.351.5配合煤0.600.8177.8786.34.715.221.361.512.3選用的原料煤性質(zhì)以及相應(yīng)的配合煤質(zhì)量原料煤的性質(zhì)是：①肥煤：變質(zhì)程度較氣煤高，揮發(fā)分范圍廣，膠質(zhì)層厚度大于25毫米。受熱時產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，其流動性大，熱穩(wěn)定性較氣煤膠質(zhì)體好，所生成的焦炭特點是熔融良好，橫裂紋多，焦炭氣孔率高，焦根部（靠焦餅中心）有蜂窩焦。因為它具有很強的黏結(jié)能力，所以肥煤是配煤中重要成分，并可以多配弱黏結(jié)性煤而煉成機械強度較好的冶金焦炭。但揮發(fā)分高的肥煤，黏結(jié)性較差，煉焦配煤中使用此種煤時，配合煤中氣煤的用量就要減少。②焦煤：焦煤具有中等揮發(fā)分與中等膠質(zhì)層厚度。大多數(shù)焦煤單獨煉焦時能形成熱穩(wěn)定性很好的的膠質(zhì)體，能得到塊大，裂紋少、耐磨好的焦炭。在配煤煉焦中焦煤可以起到提高焦炭機械強度的作用。③瘦煤：瘦煤的變質(zhì)程度較高，揮發(fā)分低，在加熱時產(chǎn)生的膠質(zhì)體量少。不同瘦煤單獨煉焦時，焦炭的強度和耐磨可以有很大的差別。大多數(shù)瘦煤焦炭塊度大，裂紋少，熔融性較差，有顆粒物存在，焦炭不大耐磨。這種煤加到配煤中可以提高焦炭的塊度。有些黏結(jié)性好的瘦煤具有很大的膨脹壓力。④1/3焦煤：性質(zhì)介于焦煤、氣煤和肥煤之間,具有較高的揮發(fā)分(類似于氣煤),較強的粘結(jié)性(類似于肥煤)和很好的煉焦性(類似于焦煤),這也是它被稱為1/3焦煤的原因。1/3焦煤由于其產(chǎn)量高而主要用于煉焦和發(fā)電。配合煤質(zhì)量：根據(jù)廣東韶關(guān)鋼鐵集團有限公司焦化廠程啟國工程師在《煉焦最佳配合煤質(zhì)量指標的確定》中論證的配合煤最佳指標是：可燃基揮發(fā)分Vdaf在20.0%～28.0%或Rmax在1.2%～1.4%；粘結(jié)指數(shù)G=76～85；Y值在15.5～18.5mm；根據(jù)表3.2配合煤的性質(zhì)參數(shù)得：Vdaf=28.30%，G=74.18，Y=16.7可以看出，以上配合煤參數(shù)較好的符合了程啟國工程師提出的配合煤最佳指標[11]。2.4原料煤、蒸汽、電、水、煤氣的年耗量（1）原料煤的年耗量①焦爐炭化室孔數(shù)的確定[12]干全焦年產(chǎn)量計算公式：（2.1）G—干全焦的年產(chǎn)量，70萬噸/年；n—炭化室孔數(shù)，孔；V—炭化室有效容積，因為本設(shè)計選擇的是58－Ⅱ型焦爐（在后面論證），V=有效長×有效高×平均寬=13.28×4×0.45=23.9米3/孔；γ—干煤堆比重，取0.8噸/米3；τ—焦爐周轉(zhuǎn)時間，取18小時；—入爐煤的干燥基全焦率，根據(jù)物料衡算得到，=77.41%。擬定全焦率K=75％；根據(jù)上面的公式可得：（2.2）==102.3孔N取整為104孔，則：=71.17萬噸②原料煤的年耗量的確定年消耗干煤量=23.9×104×0.8×365×24÷18=96.77萬噸設(shè)定原料煤的水分為8%，則原料煤的年耗量為：96.77÷（100－8）%=105.18萬噸（2）蒸汽，電，水，煤氣的年耗量根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準清潔生產(chǎn)標準煉焦行業(yè)》①蒸汽的年耗量擬定噸焦耗蒸汽量0.25t/t焦，故蒸汽的年耗量為0.25×71.17萬噸=17.55萬噸。②電的年耗量擬定噸焦耗電量35kW·h/t焦，故電的年耗量為35×71.17×104=2.46×107kw.h/t焦。③水的年耗量擬定水耗量為噸焦耗新水量為2.5m3/t焦，故新水的年耗量為2.5×71.17×104=1.76×10④煤氣的年耗量本設(shè)計采用焦爐煤氣加熱，根據(jù)同類型焦爐的煤氣流量，本設(shè)計設(shè)焦爐煤氣流量為V==12339.9立方米。加熱煤氣成分如表3.4。表2.4焦爐煤氣參數(shù)組成CO2O2COH2CH4N2H2OCmHn體積（%）干態(tài)2.400.406.0059.525.54.0002.20濕態(tài)2.350.395.862.352.152.5焦炭質(zhì)量估計，全焦及各級焦炭年產(chǎn)量根據(jù)謝海深等在《焦炭質(zhì)量預(yù)測模型的研究》中提出的用配合煤質(zhì)量預(yù)測焦炭質(zhì)量的公式:[13]=－2.23875+1.57222(煤)（2.3）=0.047597+0.755182(煤)（2.4）=66.8343－0.563862+0.455154G（2.5）=15.3568+0.316589－0.233651G（2.6）配合煤：=10.01%；=0.61%；=28.30%；G=74.18焦炭：=－2.23875+1.57222(煤)=－2.23875+1.57222×10.01=13.50%=0.047597+0.755182(煤)=0.047597+0.755182×0.61=0.51%=66.8343－0.563862+0.455154G=66.8343－0.563862×28.30+0.455154×74.18=84.64=15.3568+0.316589－0.233651G=15.3568+0.316589×28.30－0.233651×74.18=6.98計算結(jié)果表明，達二級高爐焦質(zhì)量標準，、、達一級高爐焦質(zhì)量標準。（1）焦炭質(zhì)量估計：①全焦年產(chǎn)量因本設(shè)計采用的是濕法熄焦，擬定焦炭水分為5％全焦年產(chǎn)量為71.17/（100%－5%）=74.92萬噸②各級焦炭年產(chǎn)量：根據(jù)《焦化設(shè)計參考資料》表2.5各級焦炭產(chǎn)率分級范圍產(chǎn)率，%水分，%備注全焦74～764.6對干煤>80毫米204對干全焦>40毫米864同上40～25毫米74同上25～10毫米2.510同上10～0毫米4.514同上根據(jù)上表可得各級焦炭年產(chǎn)量為：>80毫米：71.17×20%=14.23萬噸；>40毫米：71.17×86%=61.21萬噸；40～25毫米：71.17×7%=4.98萬噸；25～10毫米：71.17×2.5%=1.78萬噸；10～0毫米：71.17×4.5%=3.20萬噸。2.6出爐煤氣組成與凈煤氣年產(chǎn)量表2.6出爐煤氣組成組成H2CH4CnHmOCO2O2N2焦油氣粗苯氨硫化氫體積（%）54%28%2%5.5%2.6%0.7%5%0.02g/m345g/m316g/m34g/m3凈煤氣年產(chǎn)量每噸煤可以產(chǎn)生凈煤氣300～400m3，本設(shè)計擬定每噸煤可產(chǎn)生凈煤氣350m3，則：凈煤氣的年產(chǎn)量為=1.29×1063煉焦車間工藝方案3.1煉焦生產(chǎn)工藝選擇煉焦生產(chǎn)工藝選擇：①根據(jù)目前煉焦行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，采用配煤煉焦能很好的提高焦炭質(zhì)量，對不同煤種進行綜合利用，故本設(shè)計采用配煤煉焦。②本設(shè)計采用頂裝焦爐煉焦。③由于本設(shè)計為單獨一個煉焦車間，沒有與鋼鐵企業(yè)聯(lián)合，所以焦爐加熱形式采用焦爐煤氣加熱。④由于設(shè)計的焦爐產(chǎn)量為70萬噸，不足于使用干熄焦法熄焦，所以本設(shè)計選用的是水熄焦。煉焦車間與其他車間的相對布置：貯煤場適宜布置在廠區(qū)的邊緣地帶，以利于煤場的擴建和改建；為了使貯煤場到煤塔的膠帶輸送機達到最短，備煤車間布置在焦爐的焦側(cè)；化產(chǎn)車間放在焦爐的機側(cè)。煉焦車間工藝布置要點：煉焦車間的工藝布置根據(jù)選定的焦爐爐型，爐孔組成和機械設(shè)備的配置等確定。布置應(yīng)確保焦爐安全持續(xù)正常生產(chǎn)，滿足施工要求，認真做好環(huán)境保護，注意節(jié)約用地和基建投資，并考慮有分期建設(shè)或擴建的可能；焦爐基礎(chǔ)要求有良好的地質(zhì)條件，以防焦爐產(chǎn)生不均勻沉降；焦爐盡量避免建在滯水地帶，當?shù)叵滤缓芨咔也扇煹琅潘荒芙鉀Q問題時，應(yīng)在焦爐基礎(chǔ)范圍內(nèi)采取降低水位的措施；煉焦車間一般由兩座焦爐組成一個爐組，在兩座焦爐之間設(shè)一個煤塔。同一個爐組的焦爐應(yīng)布置在同一個中心線上；焦爐區(qū)域采用同一個平土標準；焦爐的布置盡量避免炭化室中心線與主導(dǎo)風(fēng)向平行，以防“穿堂風(fēng)”造成出焦操作困難和降低鹵溫；一般兩座焦爐配備一套熄焦設(shè)施，熄焦設(shè)施布置在爐組端部。熄焦塔中心與爐端炭化室中心的距離，大，中型焦爐一般不少于40米，小焦爐不小于30米。熄焦泵房和粉焦沉淀池一般與焦臺布置在同一側(cè)，當受地形條件或其他因素限制時，也可以布置在焦爐爐端臺的端部。熄焦塔與焦臺之間的距離不得小于一臺熄焦車的長度；焦爐煙囪的位置根據(jù)地形特點和焦化廠總體布置景況而定。可布置在焦爐的機側(cè)或焦側(cè)。當布置在機側(cè)時，必須在建筑物邊界線之外，并應(yīng)錯開煤塔上煤的膠帶機通廊和轉(zhuǎn)運站。當布置在焦側(cè)時，應(yīng)與焦臺、運焦膠帶機通廊以及鐵路運輸線統(tǒng)一考慮；焦爐爐組的兩端應(yīng)設(shè)爐端臺。爐端臺的長度應(yīng)滿足裝煤車在爐端炭化室操作時，端部還要檢修另一臺裝煤車的位置；焦爐與煤塔之間應(yīng)設(shè)煤塔爐間臺。其長度一般根據(jù)交換機和交換傳動裝置、加熱煤氣管道、余煤提升機、煙道等的布置需要而定；當四坐焦爐布置在同一中心線上，且為兩個煤塔，兩套機械操作時，則在二號和三號焦爐之間設(shè)爐間臺。其長度應(yīng)考慮在焦側(cè)操作臺上停放一臺備用攔焦機時，不影響二號和三號焦爐的攔焦機同時在爐端炭化室的出焦作業(yè)；機側(cè)操作臺的端部長度一般與爐端臺的長度相等。焦側(cè)操作臺的端部長度應(yīng)考慮爛焦機能在焦爐臺的清掃爐門修理架上更換爐門時，其外端還能停放一臺要檢修的攔焦機位置。機、焦側(cè)操作臺的寬度主要根據(jù)蓄熱室的走廊的布置需要而定，焦側(cè)操作臺還必須滿足攔焦機軌距的需要；推焦機軌道的端部長度應(yīng)根據(jù)有無推焦桿和平煤桿更換站而定；當爐端臺設(shè)有推焦桿和平煤桿時更換站時，應(yīng)考慮當一臺推焦機更換推焦桿和平煤桿時，起外端還有停放一臺推焦機的位置；當無推焦桿和平煤桿更換站時，則僅考慮推焦機在爐端炭化室或在爐端臺更換爐門操作時，其外端有一臺推焦機的停放位置；平面布置應(yīng)考慮工藝管道與外部管道的接點位置。吸氣管一般在焦爐機側(cè)中部架空引出；加熱用焦爐煤氣管道和高爐煤氣管道一般在煤塔和煤塔爐間臺分別有機、焦側(cè)架空引出；壓縮空氣管、蒸汽管和氨水管可沿主要管道或橋架鋪設(shè)。工業(yè)水管可在爐端部位或爐間臺部位從地下引人；爐門修理設(shè)施一般布置在煤塔爐間臺內(nèi)。當焦爐需要設(shè)置兩套以上爐門修理站時，除布置在兩個煤塔爐間臺外，還可布置在爐間臺或爐端臺內(nèi)；關(guān)于爐門修理站，推焦桿和平煤桿修理站，余煤提升機，懸臂起重機等設(shè)備的布置，應(yīng)盡量使其與第一座焦爐同時建成。一般靠近一號焦爐的煤塔爐間臺布置爐門修理站，靠近二號焦爐的煤塔爐間臺布置余煤提升機；煉焦車間應(yīng)配置辦公室，浴室，更衣室，耐火材料倉庫，設(shè)備維修間及其備品材料庫和少量油品貯藏室等公用設(shè)施及輔助設(shè)施；為了人身和設(shè)備的安全，焦爐設(shè)備與建筑物間應(yīng)保持適當距離。3.2煉焦爐爐型和炭化室尺寸的對比、論證及選擇3.2.1焦爐爐型的選擇幾種焦爐爐型35m3大容積焦爐：此焦爐為雙聯(lián)下噴廢氣循環(huán)復(fù)熱式焦爐，爐頭為直逢結(jié)構(gòu)；為提高焦爐的熱工效率，采用了薄壁格子磚。用加大廢氣循環(huán)量的辦法，解決高向均勻加熱問題。生產(chǎn)實踐證明，該焦爐調(diào)節(jié)方便，熱工效率高，加熱均勻性好。據(jù)標定，以高爐煤氣加熱，當結(jié)焦時間為17小時30分的時候，焦餅中心高向溫度為－30℃（頂部高于底部）；以焦爐煤氣加熱，當結(jié)焦時間為18小時的時候，焦餅中心高向溫差為70℃～80℃[12]58－Ⅱ型焦爐：此焦爐為雙聯(lián)下噴廢氣循環(huán)復(fù)熱式焦爐，爐頭為直縫結(jié)構(gòu)，爐頭采用高鋁磚；此焦爐增大了邊斜道口端面，取消邊火道循環(huán)孔；除爐頭火道外，中間火道的燈頭出口位于剛過循環(huán)孔上緣的地方。為避免因多配氣煤而導(dǎo)致爐頂空間溫度過高，所以加熱高度采用800mm。此焦爐采用了薄壁格子磚和擴散式蔑子磚。據(jù)標定，以高爐煤氣加熱，當結(jié)焦時間為16小時的時候，焦餅中心高向溫度差為20～30℃；以焦爐煤氣加熱，當結(jié)焦時間為16小時的時候，焦餅中心高向溫度為60～80℃。雙聯(lián)下噴搗固焦爐：此焦爐為雙聯(lián)下噴廢氣循環(huán)搗固式焦爐，爐頭為直縫結(jié)構(gòu)，小煙道區(qū)的蓄熱室主墻用黏土磚砌筑，小煙道區(qū)以上用硅磚砌筑，這兩種磚連接處不設(shè)滑動層，直接用灰漿砌住。由于這種焦爐多為富煤氣加熱的單熱式爐子，因此，這樣的連接方式完全能滿足生產(chǎn)要求。兩分下噴式焦爐：此焦爐為兩分下噴復(fù)熱式焦爐，爐頭為直縫結(jié)構(gòu)。機側(cè)有11個火道，焦側(cè)有10個火道，機、焦側(cè)溫差容易調(diào)節(jié)。據(jù)測定，以焦爐煤氣加熱，當結(jié)焦時間為17小時30分的時候，焦餅中心高向溫差為90～100℃。66－Ⅲ型焦爐：此焦爐為兩分側(cè)噴單熱式焦爐，爐頭為直縫結(jié)構(gòu)，蓄熱室墻以黏土磚砌筑。據(jù)測定，以焦爐煤氣加熱，當結(jié)焦時間為11小時30分的時候，焦餅中心高向溫差為20℃。70型焦爐：此焦爐為兩分側(cè)噴單熱式焦爐，空氣、廢氣在分煙道出集中交換，燃燒室部位用黏土磚砌筑。焦爐爐型分類按加熱用煤氣供入方式分：由爐底供入的稱下噴式，由斜道側(cè)面供入的稱側(cè)入式；按加熱煤氣使用的種類分：既可用貧煤氣（高爐煤氣，發(fā)生爐煤氣等），也可用富煤氣（焦爐煤氣，脫氫焦爐煤氣等）加熱的稱復(fù)熱式，只能用貧煤氣或只能用富煤氣加熱的稱單熱式；按火道配置方式分：雙聯(lián)火道式，兩分火道式，上跨式；安裝煤方式分：頂裝煤式，搗固式。焦爐爐型的選擇。①裝煤方式：焦爐的裝煤方式有頂裝和側(cè)裝（搗固）兩種，兩種焦爐的爐體結(jié)構(gòu)沒有原則上的差別。本設(shè)計采用頂裝焦爐。②加熱煤氣和空氣供入方式：焦爐加熱煤氣和空氣供入方式有側(cè)入式和下噴式兩類。下噴式焦爐加熱用的煤氣（或空氣）由焦爐下部垂直地進入爐內(nèi)。側(cè)入式的供氣方式較為復(fù)雜，且對焦爐的爐體的砌筑要求更高，故本設(shè)計采用下噴式的加熱煤氣和空氣側(cè)入方式。③燃燒室火道型式：燃燒室立火道型式有水平式和直立式兩大類，但是現(xiàn)在水平式火道已經(jīng)很少采用了，所以本設(shè)計采用直立火道型式。直立火道按上升氣流和下降氣流的組合方式，可分為兩分式、四分式、過頂式和雙聯(lián)式。本設(shè)計采用雙聯(lián)火道型式。④高向加熱均勻方式：焦爐高向加熱均勻性的方式主要有高低燈頭、不同爐墻厚度、分段加熱和廢氣循環(huán)等四種方式。高低燈頭通過相臨火道不同高度的煤氣燈頭，以改變火道內(nèi)燃燒點的高度，從而使高向加熱均勻，此法僅限于富煤氣加熱，且由于高燈頭高出火道底面一段距離送出煤氣，自斜道來的空氣易將高燈頭下部磚縫中沉積炭燒掉，造成串漏；采用不同厚度的爐墻，即靠加厚炭化室下部爐墻的厚度，向上逐漸減薄爐墻的辦法，影響上下的傳熱量以實現(xiàn)高向加熱均勻，這種辦法使爐墻的砌筑較為復(fù)雜；分段加熱是將貧煤氣和空氣沿立火道隔墻中的孔道，在不同高度處進入火道，使燃燒分段，這種措施可使火焰拉得長，并通過孔道出口的斷面調(diào)整高向加熱，但火道的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；廢氣循環(huán)是將下降火道的部分燃燒廢氣，提高立火道隔墻下部的循環(huán)孔，抽回上升立火道，形成爐內(nèi)循環(huán)，以稀釋煤氣和降低氧的濃度，從而減緩燃燒速度，拉長火焰，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，且有按加熱煤氣的進入量自動調(diào)節(jié)循環(huán)廢氣量的功能。比較以上幾種方式，本設(shè)計采取結(jié)構(gòu)更為簡單的廢氣循環(huán)的措施。⑤氣流調(diào)節(jié)方式：焦爐加熱氣流的調(diào)節(jié)方式有上部調(diào)節(jié)式和下部調(diào)節(jié)式。相比來看，下部調(diào)節(jié)方便、且操作環(huán)境較好，故本設(shè)計采用下部調(diào)節(jié)方式。綜上所述，本設(shè)計采用的焦爐爐型為雙聯(lián)下噴廢氣循環(huán)復(fù)熱式頂裝焦爐。國內(nèi)目前為止符合該爐型、裝備水平最高、技術(shù)成熟可靠的是JN43型焦爐[14]。3.2.2炭化室尺寸的選擇①炭化室寬度炭化室寬度主要決定于煤料的結(jié)焦性能，焦炭的用途等。煤料粘結(jié)性較強，或需生產(chǎn)的塊度較大的焦炭，一般采用寬炭化室。煤料的粘結(jié)性較差，需快速煉焦，則采用窄炭化室。國內(nèi)大，中型焦爐的炭化室一般采用400～450毫米；小型焦爐采用300～350毫米。因年產(chǎn)70萬噸為大型焦爐，故本設(shè)計擬定炭化室寬度為450毫米。②炭化室長和有效長本設(shè)計擬定炭化室長度為14080mm。炭化室長度減去機焦側(cè)爐門磚深入的距離為有效長度，擬定機焦側(cè)爐門磚深入的距離為400mm，則有效長度為14080－2×400=13280mm。③炭化室有效高炭化室高度減去炭化室頂部空間高度，即裝煤線高度，稱為有效高度，擬定炭化室頂部空間高度為300mm，則有效高度為4300－300=4000mm。我國大型頂裝焦爐的錐度一般為50～70mm，這里我們?nèi)√炕业腻F度為60mm，則炭化室機側(cè)寬度為420mm[15]。表3.1焦爐主要尺寸項目參數(shù)炭化室全長，mm14080炭化室有效長，mm13280炭化室全高，mm4300炭化室有效高，mm4000炭化室寬機側(cè)425焦側(cè)475平均450炭化室中心距，mm1143立火道中心距，mm480加熱水平高度，mm700炭化室有效容積，m323.9周轉(zhuǎn)時間，h183.3各專業(yè)車輛的臺數(shù)及配置根據(jù)《焦化設(shè)計參考資料》，焦爐機械的操作及備品數(shù)量表和焦爐機械的備件數(shù)量表，如表3.2。表3.2焦爐機械的操作及備品數(shù)量表機械名稱兩座25孔四座25孔兩座32孔兩座36～42孔四座36～42孔兩座65孔四座65孔操作備用操作備用操作備用操作備用操作備用操作備用操作備用推焦機1211224裝煤車1211224攔焦機11211111222142熄焦車11221111211122電機車1111211122表3.3焦爐備件數(shù)量表名稱單位兩座25孔四座25孔兩座32孔兩座36～42孔四座36～42孔兩座65孔四座65孔推焦機用備件平煤桿根1111112推焦桿（包括桿頭）根1111112推焦用電動機臺1111111走行電動機臺1111111走行輪組組2211222平煤用電動機臺1111111空氣壓縮用電動機臺11111空氣壓縮機臺11112擰螺絲機構(gòu)（包括攔焦機用）套1222448推焦桿傳動齒輪個1111111油壓泵及電動機套12裝煤車用備件走行電動機臺1111111走行輪組組2222222機械交換機用備件防暴電動機臺11111液壓交換機用備件電磁換向閥個1211212流量控制閥個1211212由上面的圖表，我們確定本設(shè)計焦爐（2×50孔）的焦爐機械的操作及備品數(shù)量和焦爐機械的備件數(shù)量如表3.4和3.5。表3.4焦爐機械的操作及備品數(shù)量機械名稱推焦車裝煤車攔焦機熄焦機電機車臺數(shù)操作22211備用00111表3.5焦爐機械的備件數(shù)量名稱配置單位數(shù)量推焦機平煤桿根1推焦桿（包括桿頭）根1推焦用電動機臺1走行電動機臺1走行輪組組2平煤用電動機臺1空氣壓縮機用電動機臺1空氣壓縮機臺1擰螺絲結(jié)構(gòu)（包括攔焦車用）套4推焦桿傳動齒輪個1油壓泵及電動機套裝煤車走行電動機臺1走行輪組組2機械交換機防暴電動機臺1液壓交換機電磁換向閥個1流量控制閥個13.4爐組布置，爐間臺、爐端臺的尺寸及各層空間的利用3.4.1爐組布置表3.6焦爐中各層空間的利用名稱數(shù)值推焦機與機側(cè)操作臺的凈空距離150推焦桿頭與焦爐正面線的距離1500推焦機在行走時，前面突出部分與余煤提升外緣的凈空距離100推焦機小爐門開啟裝置與吸氣管橋架托架間的高度150推焦機與吸氣管橋架下弦的凈空高度250推焦機的推焦桿后端與建筑物邊界線的距離450操作臺部推焦機滑觸線保護網(wǎng)的凈空高度1900裝煤車平臺下部距爐頂?shù)膬艨崭叨?900裝煤車漏斗套筒提升后與爐砌體面的高度200裝煤車漏斗頂部與煤塔放煤閘門的高度200裝煤車漏斗頂部與煤塔前檐的高度200裝煤車與煤塔內(nèi)操作臺的距離100裝煤車與爐頂工人休息室間的距離750裝煤車與上升管隔熱板的凈空距離750攔焦機與爐柱及爐門突出部分的距離100導(dǎo)焦槽遮蓋熄焦車上部邊緣的水平距離250導(dǎo)焦槽遮蓋熄焦車上部邊緣的垂直距離100熄焦車與焦側(cè)操作臺的凈空距離100熄焦車底板與焦臺上部邊緣之間的凈空高度250熄焦車底板遮蓋焦臺上部邊緣的距離200電機車車與導(dǎo)焦槽的水平距離150熄焦車與熄焦塔的噴灑的凈空高度650吸氣彎管與集氣管走臺面凈空高度1900兩側(cè)煙道走廊的通路凈寬700焦爐地下室走梯的寬度1000焦爐地下室煤氣分配管的凈空高度1800兩側(cè)操作臺梁底與蓄熱室測溫空的中心距離190交換機與抵抗墻間的凈空距離100帶地下室的焦爐基礎(chǔ)頂板的機、焦側(cè)邊梁底高于兩側(cè)煙道面的距離1003.4.2爐間臺、爐端臺的尺寸以及各層空間的利用。①根據(jù)上述對爐端臺和爐間臺的布置要求，本設(shè)計焦爐的爐端臺、爐間臺及煤塔爐間臺的主要尺寸（m）見表3.7。表3.7爐間臺、爐端臺的主要尺寸（m）名稱JN43型爐端臺長14.2寬14.28標高底層0.35二層4.55爐頂層10.50爐間臺長30.00寬14.48標高底層0.35二層4.55爐頂層10.50煤塔爐間臺長12.50寬二層14.48爐頂層14.68標高底層0.35二層4.55爐頂層10.50②各層空間利用圖3.1爐頂空間利用示意圖圖3.2中層空間利用示意圖1—1、2號焦爐調(diào)火工休息室2—工具房3—值班室4—廢氣分析室5—電氣控制站6—辦公室圖3.3底層空間利用示意圖3.5管道布置以及煙道和煙囪位置討論焦爐煤氣管道包括導(dǎo)出荒煤氣設(shè)備和加熱煤氣設(shè)備（1）加熱煤氣管道的布置。加熱煤氣管道是以輸送和調(diào)節(jié)加熱用煤氣、空氣和廢氣。本設(shè)計采用焦爐煤氣加熱系焦爐煤氣管道因爐型不同有兩種形式，一為下噴式，另一為側(cè)入式。我們所用的是下噴式58型焦爐。由焦爐煤氣總管來的煤氣，在地下室一端經(jīng)煤氣預(yù)熱器進入地下室中部的焦爐煤氣主管。由于焦爐煤氣中有萘和焦油等冷凝物析出，當氣溫降低時尤甚，易堵塞管道和管件，故設(shè)煤氣預(yù)熱室供氣溫低時預(yù)熱煤氣。氣溫高時，氣溫從旁通管通過。（2）出爐煤氣管道的布置。出爐煤氣導(dǎo)出設(shè)備主要包括：上升管、集氣管和吸氣管橋管、水封閥等?；拿簹庥山範t出來，經(jīng)上升管、橋管進入集氣管，再經(jīng)吸氣管到凈化系統(tǒng)。上升管分別與炭化室和集氣管相連。集氣管通過“П”型管，焦油盒與吸氣管相連。集氣管中的氨水、焦油、焦油渣等靠集氣管坡度及液體的位差流走。（3）煙道和煙囪位置的討論?？偀煹琅c煙囪可位于焦爐的機側(cè)，也可位于焦側(cè)。為了避免熄焦車的水滲入煙道，造成煙道積水，影響焦爐加熱系統(tǒng)的壓力分布，本設(shè)計選擇煙囪在機側(cè)。本設(shè)計為兩座焦爐共用一個煙囪，所以煙囪的位置應(yīng)該避免送煤皮帶通廊，煙囪位于建筑物邊界線以外，總煙道與煙囪的詳細布置見煉焦車間布置圖。3.6焦爐輔助設(shè)施兩座焦爐之間有一個煤塔，且共用一套熄、篩焦設(shè)施。熄焦設(shè)施包括涼焦臺、泵房、水池和熄焦塔。熄焦設(shè)施放在爐組端部。熄焦塔中心與爐端炭化室中心的距離一般不小于40米，熄焦泵房和粉焦沉淀池一般與焦臺布置在同一側(cè)，熄焦塔與焦臺之間的距離不得小于一臺熄焦車的長度。熄焦車軌道一般與廠內(nèi)鐵路接通。篩焦設(shè)施包括篩焦樓和焦倉。篩焦樓和焦倉混合布置。篩焦的篩子位于焦倉上部，篩過的焦炭直接落入焦倉。熄焦設(shè)施與篩焦設(shè)施各部相對位置見煉焦平面布置圖。表3.8焦爐輔助設(shè)施尺寸名稱尺寸涼焦臺長×寬毫米沉淀池長×寬毫米水泵房長×寬毫米脫水臺長×寬毫米90000×821010000×500010000×1000010000×50004工藝計算4.1炭化室的物料衡算物料平衡是根據(jù)物質(zhì)不滅定律進行計算的。炭化室的物料衡算指進入炭化室的的原料—煤為入方，煉焦的各種產(chǎn)品—焦炭及其他化工產(chǎn)品為出方進行衡算。進行物料衡算是煉焦車間設(shè)計最基本的依據(jù)，也是確定各種設(shè)備操作負荷和經(jīng)濟估算的基礎(chǔ)[16]。（1）物料平衡的入方。物料平衡的入方包括入爐煤量，入爐煤帶入的水分，以及漏入炭化室的空氣量。①入爐煤量。入爐煤量指每孔炭化室的裝煤量或整座焦爐每小時的裝煤量。物料平衡的計算基準是噸入煤量。物料平衡入方的干煤量（Gm）按下式計算：，kg/t；（4.1）1000—物料平衡計算的基準數(shù)；W—入爐煤的水含量，%。裝爐煤入爐前預(yù)先干燥使水分降至6%以下，然后裝爐煉焦，這樣有穩(wěn)定焦爐操作、提高焦炭產(chǎn)量、改善焦炭質(zhì)量和降低煉焦耗熱量的效果。本設(shè)計W設(shè)為4.5。②入爐煤帶入的水量（GW）按下式計算：，kg/t；（4.2）根據(jù)以上公式可得：Gm=1000×（100－4.5）÷100=955kg/tGW=1000×5/100=45kg/t（2）物料平衡的出方①全焦量。全焦量指包括粉焦在內(nèi)的不同粒度焦炭的總和，其計算式如下：，kg/t（4.3）—入爐煤干燥基全焦率，%用數(shù)理統(tǒng)計的方法得出的計算式如下：Vd—入爐煤的干基揮發(fā)分，%；和配合煤的干基揮發(fā)分相同。配合煤的Mad=2.24%，Vad=24.87%，則（4.4）=100/97.76×24.87=25.44，%tJ—推焦前15min測定的焦餅中心溫度，℃。設(shè)tJ=1000℃，則：=77.41GJ=1000×（100－4.5）÷100×77.41%=736.27kg/t②焦油量。焦油量可按下式計算：，kg/t（4.5）—入爐煤收到基焦油產(chǎn)率，%—入爐煤干燥無灰基焦油產(chǎn)率，%Aar—入爐煤收到基灰分，%已知，配合煤Mad=2.24%，Aad=9.79%，由入爐煤收到基灰分等于配合煤灰分，（100－2.24）÷（100%－4.5%）×Aar=100×9.79%。得Aar=9.56%。已知，入爐煤干基揮發(fā)分Vd=25.44%，入爐煤干基灰分為Ad=Aar×（1－4.5%）=9.13%，則入爐煤干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=100×Vd÷（100－Ad）=28.00。目前多采用下式進行計算：當入爐煤的揮發(fā)分Vdaf=18～30%時，=－18.36+1.53×Vdaf－0.026×（Vdaf）2=－18.36+1.53×28.00－0.026×28.002=4.1,%GJY=1000×（100－4.5－9.56）÷100×4.1%=35.24kg/t③粗苯量。粗苯量可按下式計算：，kg/t（4.6）GB—粗苯量，kg/噸—入爐煤收到基粗苯產(chǎn)率，%—入爐煤干燥無灰基粗苯產(chǎn)率，%目前多用下式進行計算：=1.17%GB=1000×（100－4.5－9.56）÷100×1.17%=10.05kg/t④氨量。對于氨的回收，國內(nèi)主要有生產(chǎn)硫氨和和氨水兩種工藝流程。故在物料衡算中均應(yīng)換算成純氨量。氨是由煤含氮化合物轉(zhuǎn)化而成的。氨良一般可按下式計算：，kg/t（4.7）—入爐煤收到基氨的產(chǎn)率，%—入爐煤干燥基氨的產(chǎn)率，%經(jīng)多方研究證實，煤在煉焦過程中氮量有12～16%轉(zhuǎn)化成氨，故氨的產(chǎn)率可用下式計算：KdA=bNd17/14，%。b—煤中總氮量轉(zhuǎn)入氨中的轉(zhuǎn)化系數(shù)，可取0.12～0.16，本設(shè)計b取0.15；Nd—入爐煤干躁基氮含量，%。已知，配合煤的Mad=2.24%，Nad=1.36%，則配合煤的Nd=100×Nad/（100－Mad）=1.39%，配合煤的干躁基氮含量與入爐煤干躁基氮含量相等。17—氨的分子量；14—氮的分子量。KdA=bNd17÷14=0.15×1.39×17÷14=0.25%。=2.39kg/t⑤凈煤氣量。凈煤氣量可用下式計算：，kg/t（4.8）—入爐煤干燥基凈煤氣產(chǎn)率，%?？捎锰科胶馇蟮茫越固?、煤氣、焦油和苯中的炭總量等于煤中的炭量為基礎(chǔ)。，kg/t（4.9）h—入爐煤的損耗系數(shù)，可取0.98～1.00，設(shè)為0.99；—100Kg入爐干煤所含炭量，由煤的元素分析求得，=77.87kgCdJ—100Kg入爐干煤煉成的焦炭中的含炭量，由全焦率與焦炭中的固定炭含量求得，設(shè)焦炭中固定炭的含量為86%，則CdJ=100×KdJ×86%=100×77.41%×86%=66.57kg；—100Kg干煤所得焦油中含炭量，焦油含炭量一般可取86%，已知=4.1%，=3.72%；=3.20kg?！?00Kg干煤所得粗苯中含炭量，粗苯中的含炭量一般可取91.2%，已知=1.17%，=1.06%，=0.97kgCO2，CO，CH4，CmHn—分別為凈焦爐煤氣中相應(yīng)組成的體積含量，%CO2=2.6%CO=5.5%CH4=28%CmHn=2%。gmq—標準狀態(tài)下凈煤氣密度，一般可按下式計算：=0.4451kg/m3=186.7×[0.99×77.87－（66.57+3.20+0.97）]÷（2.6+5.5+28+2×2.35）×0.4451=13.85%=1000×（100－4.5）÷100×13.85%=132.27kg/t⑥水量。水量包括入爐煤帶入的水量和煉焦過程中煤中的氫和氧化合而得的化合水兩部分。入爐煤帶入的水量與物料平衡計算中入方的數(shù)值相同?；纤靠砂聪率接嬎悖?，kg/t（4.10）——干基化合水產(chǎn)率，%，可按下面的經(jīng)驗式求得：Kdsx=aOdm18/16α——煤中總氧量轉(zhuǎn)化成化合水的轉(zhuǎn)化系數(shù)，一般可取0.3～0.5，本設(shè)計取0.4；——入爐煤干基含氧量，%；18,水分子量；16，氧原子量。已知配合煤Oad=100－（Cad+Had+Nad+St，ad+Mad+Aad）=100－（77.87+4.71+1.36+0.60+2.24+9.79）=3.43=3.51=0.4×3.51×18/16=1.58%=1000×（100－4.5）÷100×1.58%=15.09kg/t入爐煤帶入的水量Gs=1000×4.5%=45噸3.7差值DGDG=SG－（GJ+GJY+GB+GA+Gmq+Gsx+Gs）=1000－(736.27+35.24+10.05+2.39+132.27+15.09+45)=23.69支出物料總和：G，=DG+GJ+GJY+GB+GA+Gmq+Gsx+Gs=1000故DG÷SG=23.69÷1000=2.369%。表4.1物料平衡表收入支出符號項目數(shù)值kg/t占濕煤%占干煤%符號項目數(shù)值kg/t占濕煤%占干煤%Gm干煤95595.5100GJ全焦736.2773.6377.10Gs水分454.54.71GJY焦油35.243.523.69GB粗苯10.051.001.05GA氨2.390.240.25Gmq凈煤氣132.2713.2313.85GS入爐煤帶入水分4554.71GSX化合水15.091.511.58DG差值23.692.372.48SG合計1000100.00SG，合計1000100.004.2煉焦爐的熱量衡算熱量衡算的依據(jù)和前提：焦爐熱量平衡的測定和計算是在物料平衡的基礎(chǔ)上，根據(jù)能量守衡定律進行的，也就是說供給焦爐的的總熱量（DQ）等于焦爐支出的總熱量（DQ，）。即DQ=DQ，[16]。上述等式的成立，必須考慮以下兩個前提：焦爐熱平衡的測定值必須是焦爐正常生產(chǎn)的真實反映；在焦爐熱平衡的測定和計算中，不考慮入爐煤在煉焦過程中炭氫化合物的分解和聚合的熱效應(yīng)。（1）熱平衡收入項計算。加熱用煤氣的熱量包括加熱煤氣的燃燒熱和顯熱兩部分。①焦爐煤氣（干）的低發(fā)熱量為4280千卡/米3，故噸煤所需加熱煤氣的燃燒熱。（4.11）=4280V千卡V—噸入爐煤所需加熱煤氣（干）量，m3/t；②加熱煤氣帶入的顯熱（Q2）。t=30℃時，煤氣中各組分比熱為表4.2。表4.2煤氣中個組分的比熱CO2COCmHnO2H2N2CH4H2O1.63371.30002.066111.30961.28121.2951.57801.4976Csmq=0.01(CCO2×CO2+CCmHn×CmHn+CCO×CO+CO2×O2+CH2×H2+CN2×N2+CCH4×CH4)=0.01(1.6337×2.35+2.15×2.06611+5.86×1.3000+0.39×1.3096+58.1×1.2812+3.9×1.295+24.9×1.5780)=1.3519KJ/(m3﹒℃)（4.12）所以Q2=V（1.3519×30+1.4916×0.0236×30）=41.51V③空氣帶入的顯熱（Q3）（4.13）L—加熱煤氣燃燒所需空氣量，m3，由《畢業(yè)設(shè)計參考資料》附錄12－2得L=5.328m3CKQ—0～20℃，內(nèi)空氣的平均比熱，由《畢業(yè)設(shè)計參考資料》附錄14－1得，CKQ=0.312千卡/