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焦炉结构与发展方向

焦炉结构与发展方向
摘要:焦炉作为焦炭生产中最重要的组成部分,它的发展代表着炼焦 摘要 行业的发展与进步。制取焦炭从原始的成堆干馏发展到倒焰式、废热 式焦炉,到如今的蓄热式焦炉。焦炉的结构也在改良发展中逐渐的科 学合理起来,必将更加的先进。 关键字:焦炭;焦炉反展;现代焦炉 关键字

炼焦的原理与用途
烟煤在隔绝空气的条件下,加热到 950-1050℃,经过干燥、热解、 熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭,这一过程叫高温炼焦 (高温干馏) 。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼 焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料,又是 重要的有机合成工业原料。 焦炭主要用于高炉炼铁。煤气可以用来合成氨,生产花心儿肥料或 用作加热燃料。炼焦所得的化学产品种类很多,特别是含有多种芳香 族化合物,主要有硫酸铵、吡啶碱、苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽 和沥青等。所以炼焦化学工业能提供农业需要的化学肥料和农药,合 成纤维的原理苯,塑料和炸药的原理酚以及医药原料吡啶碱等。可见, 炼焦化学工业与许多部门有关系,可生产很多产品,是煤综合利用的 有效方法。

我国是一个焦炭的消耗、生产大国。自二十世纪八十年代以来,随 着中国经济的快速发展,中国的炼焦工业也进入了一个快速发展期。 1991 年,中国的焦炭产量跃居世界第一,1994 年焦炭年产量超过 1 亿吨,2000 年,中国焦炭出口量占到世界焦炭贸易量的 60%,中国成 为世界最大的焦炭生产国。 2008 年我国焦炭产量总计约 32700 万吨, 2009 年 1 月至 9 月焦炭产量 25276.87 万吨。2010 年我国全年产量有 望达到 3.8 亿吨。 随着焦炭的需要量增加,作为炼焦的核心焦炉也经历了巨大的发展 与变化

焦炉的构造与发展
炼焦炉,一种通常由耐火砖和耐火砌块砌成的炉子,用于使煤炭化 以生产焦炭。 用煤炼制焦炭的窑炉。是炼焦的主要热工设备。他的发 展大体上经过成堆干馏、倒焰式焦炉热式焦炉,和如今的蓄热式焦炉。

成堆干馏(土法炼焦) 1.1 成堆干馏(土法炼焦)
明代以前就已采用土窑炼焦,并用焦炭冶铁。到 20 世纪初,经过 发展的土窑有圆窑和长窑两种,前者适用于地下水位不高、煤结焦性 较好的地区;后者因炉底高于地面,操作受地下水的影响较小,结焦 时间较短,适用于多雨而煤结焦性略差的地区。土窑的特点是结焦室 和燃烧室不分开,炼焦热源靠煤干馏时产生的煤气和部分煤料燃烧提 供,因而成焦率低,焦炭灰分高,结焦时间长(约 8~12 昼夜),化学产 品不能回收利用,对大气污染严重。后经改进,出现一种带固定拱顶

的圆窑, 称为蜂窝式炼焦炉(。 每孔炉的装煤量 5~7 吨, 结焦时间 48~ 72 小时。焦炭在炉内熄火,最初用人工出焦,后来改为机械化出焦。

1.2 倒焰式焦炉
倒焰焦炉在焦炉发展过程中,首先把炭化室和燃烧室分开设置 的一种老式焦炉。倒焰焦炉炼焦时,炭化室内产生的粗煤气经炭化室 顶部两侧炉墙的孔道直接进入垂直焰道, 同时由炉顶空气口吸人空气, 使粗煤气燃烧,火焰由垂直焰道上部倒焰而下,热量通过炭化室墙传 给炭化室中的煤料经干馏成为焦炭。由于这种焦炉的煤气燃烧是由上 向下进行的,故称倒焰焦炉。煤气燃烧生成的废气和未燃烧完的气体, 进入炭化室下面的炉底焰道继续燃烧,把一部分热量经炭化室底部砌 体传给煤料,废气再经烟道和烟囱排出。炭化室两端装有炉门。煤料 在炭化室内隔绝空气的条件下炼成焦炭, 其焦炭产率与现代焦炉相当, 可达 75%左右。倒焰焦炉的装煤和推煤已可以使用装煤车和推焦机进 行。但这种焦炉各垂直焰道的温度不容易调节,沿炭化室高度方向的 加热也不均匀,因此炭化室的长度和高度均比现代焦炉小。当倒焰焦 一孔炭化室的一次装煤量约为 7t,结焦时间为 40h 左右。倒焰焦炉烟 囱排出的废气的温度很高,焦炉热工效率低。另外,粗煤气直接在垂 直焰道内烧掉,不能回收炼焦化学产品,也无剩余煤气可资利用,因 此,这种焦炉已被带蓄热室的现代焦炉所取代。

1.3 废热式焦炉
为了降低耗热量和节省焦炉煤气, 1881 年, 德国出现第一座回收化 学产品的焦炉。由于煤在干馏过程中产生的煤气量及煤气组成是随时

间变化的,所以炼焦炉必须由一定数量的炭化室组成,各个炭化室按 一定的顺序装煤出焦,才能使全炉的煤气量及煤气组成接近不变,以 实现稳定的连续生产。这就出现了炼焦炉组,其燃烧产生的高温废气 直接排入大气,故称为废热式焦炉。

1.4 蓄热式焦炉
蓄热式焦炉:为减少能耗,降低成本,1884 年世界上第一座蓄热式 焦炉出现。其焦炉所产生的焦炉煤气用于自身加热时只需煤气产量的 一半左右,还可以用贫煤气加热,将焦炉所产生的全部煤气作为产品 供给其他部门使用,从而更好的利用了资源。 自 1884 年以来,焦炉在总体上变化不大,但在筑炉材料、炉体构 造、炭化室有效容积、技术装备等方面都有了显著改进。目前焦炉在 向大型化、高效化发展。

2.现代焦炉构造 现代焦炉构造
焦炉结构的变化与发展主要是为了更好的解决焦饼高向与长向的 加热均匀性,节能降耗、降低投资成本,提高经济效益。为了保证焦 炭、煤气的质量和产量,不仅需要有合适的配煤比,而且要有良好的 外部条件,而合理的焦炉结构就是用来保证外部条件的手段。为此, 需从焦炉结构的各个部位加以分析。 现代炼焦炉由炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶和基础部分 组成。

1.炭化室 炭化室
增大炭化室的容积式提高焦炉生产能力的主要措施之一。一般大型

焦炉的炭化室有效容积为 21—40 立方米,5.5M 高的大型焦炉为 35.4 立方米,6M 高的大型焦炉为 38.5 立方米。目前有大型焦炉有效容积 已达 50—70 立方米。 (1)炭化室长度:大型焦炉一般为 13—16M,随着长度的增加, 焦炉的成比例地增加,长度增加的极限取决于技术装备的条件,如推 焦杆和拖煤板的热强度等。随着长度的增加,炭化室的锥度也增大, 从而给焦炉调火和砌砖带来一定困难。 (2)炭化室高度:大型焦炉一般为 4—6M,增加焦炉的高度可 以增加焦炉的生产能力,且由于煤料堆密度的增加而有利于焦炭质量 的提高,但受到高向加热均匀性的限制,目前大型焦炉的高度一般不 超过 7M。 (3)炭化室宽度:宽度对焦炉的生产能力与焦炭质量均有影响, 增加宽度虽使焦炉的容积增大,装煤量增多,但因煤料传热不良,随 炭化室宽度的增加,结焦时间也会大为延长,结焦速度降低。因此宽 度不宜过大,否则反而降低了生产能力。同时如宽度减小,虽结焦时 间大为缩短,但太窄会影响推焦杆的强度,造成推焦困难,且时间缩 短后操作次数增加,操作时间增多,反而降低了生产能力,影响了焦 炉寿命。 现代焦炉炭化室的宽度一般为 350-600mm。

2.燃烧室 燃烧室
沿长向用横隔墙分成为若干立火道,越长则立火道越多,以利增加结 构强度和便于调节控制长向加热,一般大型焦炉的燃烧室有 26-32 个

立火道,中小型焦炉仅为 12-16 个。燃烧室一般比碳化室稍宽,以利 于辐射传热。

3.蓄热室 蓄热室
就其类型而言,有纵蓄热室和横蓄热室两大类。前者由于阻力大,蓄 热效率低,故现代焦炉很少采用。横蓄热室有并列式和二分式之分。 58 型焦炉等大型焦炉属于并列式,二分式焦炉的蓄热室一般属于二分 式。由于并列式蓄热室异向气流接触面大于二分式蓄热室,故蓄热室 串漏的可能性也较大。 对于蓄热室的基本要求是气流分配均匀,蓄热效率高,串漏少和防止 局部高温。

4.斜道区 斜道区
蓄热室和燃烧室间借助于斜道相互连通, 斜道所在的砌体称为斜道区。 不同类型的焦炉,由于蓄热室和燃烧室的连接方式方式不同,斜道区 的结构也有所差异。二分式火道焦炉的斜道区较简单,双联火道的复 热式焦炉,由于每个同时和四个蓄热室相连,故斜道区较复杂。由于 斜道是斜的,而且上下口径又不相等,不通气流相互交叉,又有砖煤 气道和膨胀缝,所以斜道区的结构是焦炉中砖型最多、结构最复杂、 砌筑要求最严格的部位。

5.炉顶 炉顶
炭化室封顶砖以上部位为炉顶,砌有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘 炉孔及拉条沟等。炉顶厚度一般为 900-1200mm。

6.基础平台与烟道 基础平台与烟道

基础位于炉体的底部,支撑整个炉体、炉体设施的重量。焦炉基础的 结构形式随炉型和煤气供入方式的不同而异。由底板、顶板和支柱组 成。整个焦炉砌筑在基础顶板平台上。烟道位于地下室的机焦两侧, 在炉端与总烟道相通。

焦炉的未来发展
随着我国十二五规划的出台,国家对炼焦行业也有了很高的限制。 虽然我国有很多宝钢、鞍钢这样拥有现代焦炉的大型炼焦厂。但是在 一些地方还是存在着许多小型的焦化厂。这些焦化厂的焦炉落后,产 量低,污染大,浪费原料。这样的焦炉必将被淘汰或取代。所以未来 的焦炉应该满足适合未来发展的需求。对未来焦炉的要求大致可以总 结成五点: (1)生产优质产品 为此焦炉应加热均匀,焦饼长向和高向加热均 匀,加热水平适当,以减轻化学产品的裂解损失。 (2)生产能力大,劳动生产率和设备利用率高。为了提高焦炉的 生产能力,应采用优质耐火材料,从而可以提高炉温,促使炼焦速度 的提高。 (3)加热系统阻力小,热工效率高,能耗低。 (4)炉体坚固、严密、衰老慢、炉龄长。 (5)劳动条件好,调节控制方便,环境污染少。 随着科学技术的发展,焦炉一定会变的更加的环保,拥有更好的能 源利用率。


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