【正文】 ............................................................................... 73 謝 辭 .................................................................................................................. 74 參考文獻 .............................................................................................................. 75 III 摘 要 針對我國冶金焦需求的不斷擴大，對焦炭質(zhì)量不斷提高，煉焦?fàn)t趨向大型化的現(xiàn)狀，進行焦?fàn)t的初步設(shè)計。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，大容積焦?fàn)t的優(yōu)點確定焦?fàn)t爐型為 JN6082 型。 6m大容積焦?fàn)t與傳統(tǒng)焦?fàn)t相比， 在保持焦炭質(zhì)量不變的情況下，可多配入弱粘結(jié)性煤煉焦，擴大煉焦煤源。 根據(jù)華北地區(qū)的煤炭資源分布狀況，確定配煤比；計算使用的焦?fàn)t孔數(shù)；進行焦?fàn)t工藝計算，包括焦?fàn)t的物料衡算和熱量衡算、蓄熱室的傳熱和尺寸的計算、爐內(nèi)各點水壓阻力和浮力的計算和煙囪高度的計算等。根據(jù)所選爐型確定煉焦的主要機械設(shè)備（ 裝煤車、推焦車、攔焦車、熄焦車、電機車和液壓交換機）的型號和焦?fàn)t附件（爐柱、爐門和拉條）的規(guī)格。 關(guān)鍵詞： 煉焦；大容積焦?fàn)t；工藝計算；設(shè)計 IV Abstract China39。s metallurgical coke demand continues to expand, continuously improve the quality of coke, coke ovens tend to the status of largescale, the preliminary design of coke oven. According to the design task requirements, the advantages of the large volume of coke oven to determine the coke oven furnace JN6082 model. 6m coke oven of large volume pared to conventional coke oven, in the case of the same to maintain the quality of coke, and more with into weakly caking coal coking and expansion of coking coal source. Distribution in North China39。s coal resources, to determine the blending ratio。 calculated using the number of coke oven Kong。 coke oven process calculation, including coke oven material balance and heat balance, the calculation of regenerator heat transfer and the size furnace water pressure resistance and buoyancy calculations, and the chimney height calculation. Selected furnace to determine the coking machinery and equipment (coal charging car, coke pusher, coke guide cars, coke quenching cars, motor vehicles and hydraulic switch) Model, and coke oven accessories (furnace column, door and pull the bar) specifications. Keywords: coke。 large volume of coke oven。 process calculation。 design 1 引 言 近年來，隨著高爐的大型化以及噴煤和強化冶煉措施的實施，高爐對焦炭質(zhì)量提出了更高的要求。 焦炭必須具備更高的強度才能滿足高爐煉鐵的需要，保證生產(chǎn)順利高效。 我國煉焦工業(yè)近 10 余年的發(fā)展較快，但煉焦煤資源惡化，環(huán)境污染嚴重，焦?fàn)t產(chǎn)量和熱效率下降等問題遠遠沒有解決。煉焦?fàn)t是煉焦的主要設(shè)備，焦?fàn)t的技術(shù)水平對焦炭質(zhì)量有很大的影響，從而限制高爐冶煉的發(fā)展。 煉焦?fàn)t經(jīng)歷了 成堆干餾、倒焰爐、廢熱式 焦?fàn)t、蓄熱式焦?fàn)t和巨型反應(yīng)器五個發(fā)展階段 ?，F(xiàn)代焦?fàn)t的 主要結(jié)構(gòu)形式以多室的蓄熱室焦?fàn)t為主，并將向大型化、高效化發(fā)展。我國現(xiàn)有的爐型主要有： 58 型、 e80 型、 JN43 型、 JN60 型、 JN 搗固焦?fàn)t。 本人根據(jù)指導(dǎo)老師給定的設(shè)計任務(wù)，結(jié)合在簽約單位中化煤化工公司畢業(yè)實習(xí)的內(nèi)容，最終確定 年產(chǎn) 200 萬噸焦炭焦化廠的 6m大容積焦?fàn)t進行初步設(shè)計。 2 第 一 章 文獻綜述 煉焦工業(yè)在國民經(jīng)濟中的意義 煉焦工業(yè)是國民經(jīng)濟的一個重要部門，不僅為鋼鐵工業(yè)提供燃料 (焦炭、焦?fàn)t煤氣 )，而且也為國防 、農(nóng)業(yè)、交通運輸、有機合成工業(yè)等一系列國民經(jīng)濟部門提供重要的化工原料和燃料，同時焦?fàn)t煤氣也可作城市煤氣 [1]。 煉焦化學(xué)工業(yè)是煤炭化學(xué)工業(yè)的一個重要部分 [1]。煤炭主要加工方法是高溫?zé)捊?(950～ 1050℃ )和回收化學(xué)產(chǎn)品。產(chǎn)品焦炭可作高爐冶煉的燃料，也可用于鑄造、有色金屬冶煉、制造水煤氣；可用于制造生產(chǎn)合成氨的發(fā)生爐煤氣，也可用來制造電石，以獲得有機合成工業(yè)的原料。在煉焦過程中產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品經(jīng)過回收、加工可以提取焦油、氨、萘、粗苯、硫化氫、氰化氫等產(chǎn)品，并獲得凈焦?fàn)t煤氣。煤焦油、粗苯經(jīng)精制加工和深度加工后 ，可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳、古馬隆、酚、萘、蒽、吡啶鹽 基 等，這些產(chǎn)品廣泛用于化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、耐火材料工業(yè)和國防工業(yè)。凈焦?fàn)t煤氣可供民用和做工業(yè)原料。煤氣中的氨可用來制造硫酸銨、濃氨水、無水氨等。煉焦化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品已達數(shù)百種，我國煉焦化學(xué)工業(yè)已能從焦?fàn)t煤氣、焦油和粗苯中制取 100 多種化學(xué)產(chǎn)品，這對我國的國民經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義。 煉焦?fàn)t的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 中國焦?fàn)t發(fā)展史 中國生產(chǎn)和應(yīng)用焦炭的歷史，根據(jù)對出土文物的考證，可以追溯到宋代。最早文字記載焦炭見于 1650 年前后方以 智 (1611～ 1671)所著《物理小識》一書。工業(yè)規(guī)模焦炭生產(chǎn)，是從清政府于 1898 年開辦的江西萍鄉(xiāng)煤礦開始的，當(dāng)年生產(chǎn)焦炭 萬 t。同期，河北開灤煤礦也生產(chǎn)焦炭。 1908 年組建的漢冶萍煤鐵廠礦公司，在萍鄉(xiāng)建有各種成堆干餾窯 164 座，年產(chǎn)焦炭 14 萬 t， 1916 年達 萬 t。第一次世界大戰(zhàn)后，在鞍山、本溪、石家莊等地開始建設(shè)可回收化工產(chǎn)品的現(xiàn)代焦?fàn)t，如鞍山建成的考貝斯搗固焦?fàn)t、石家莊建成的奧托廢熱式焦?fàn)t和亨塞爾曼兩分式焦?fàn)t，本溪建成黑田式焦?fàn)t等。 1931 年后在鞍山、本溪又建成奧托復(fù)熱式焦?fàn)t， 1938 年在 石景山鐵廠建成側(cè)入式索爾威型焦?fàn)t。一直到中華人民共和國成立后的第一個五年計劃前，中國的現(xiàn)代大型焦?fàn)t全都是外國人設(shè)計的，煉焦技術(shù)的發(fā)展十分緩慢。 解放初期，中國的焦?fàn)t一部分是解放前遺留下來的外國焦?fàn)t，如奧托式焦?fàn)t， 3 解放后恢復(fù)繼續(xù)生產(chǎn) 。另一部分是引進原蘇聯(lián)的現(xiàn)代化焦?fàn)t，如 ПВР式焦?fàn)t、ΠΚ式焦?fàn)t 。沒有自行設(shè)計的焦?fàn)t。 在第一個五年計劃期間，由于優(yōu)先發(fā)展重工業(yè)的政策，使我國的鋼鐵技術(shù)包括煉焦技術(shù)在內(nèi)很快發(fā)展起來。當(dāng)時有引進原蘇聯(lián)的技術(shù)作為基礎(chǔ)，而原蘇聯(lián)當(dāng)時的煉焦技術(shù)已處在世界前列，所以我國煉焦技術(shù)發(fā)展也很快。我 國煉焦研究、設(shè)計、基建等相應(yīng)的專門組織相繼建立并得到很快發(fā)展。 1952 年，在鞍山黑色冶金設(shè)計院內(nèi)設(shè)立煉焦專業(yè)設(shè)計部門和煤焦研究室，開始自行設(shè)計焦?fàn)t和進行煤焦研究。后于 1958 年組建為鞍山焦化耐火材料設(shè)計研究院 (以下簡稱鞍山焦耐院 )。 中國自行設(shè)計焦?fàn)t的起步是解放初期恢復(fù)戰(zhàn)爭期間停產(chǎn)的焦?fàn)t和引進原蘇聯(lián)焦?fàn)t建設(shè)中的設(shè)計工作。這些焦?fàn)t的基建、投產(chǎn)及生產(chǎn)調(diào)整工作的各種經(jīng)驗，給自行設(shè)計焦?fàn)t作了技術(shù)準備工作。 1954 年，我國自行設(shè)計了雙聯(lián)火道廢氣循環(huán)下噴式本 54 型焦?fàn)t。這種焦?fàn)t吸收了 ПВР 型焦?fàn)t廢氣循環(huán)拉長火焰原 理和奧托式焦?fàn)t煤氣下噴結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)上的方便及豎直磚煤氣道的優(yōu)點，克服了 ПВР 型焦?fàn)t調(diào)節(jié)不便及結(jié)構(gòu)上的弱點，形成了全新形式的焦?fàn)t。實踐證明，這種結(jié)構(gòu)開創(chuàng)了世界焦?fàn)t結(jié)構(gòu)的新的主導(dǎo)方向。本 54 型焦?fàn)t于 1956 年在本鋼焦化廠投產(chǎn)，當(dāng)時是世界上最早的雙聯(lián)火道廢氣循環(huán)下噴式焦?fàn)t。 發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 煉焦?fàn)t的發(fā)展大體可分為成堆干餾、倒焰爐、廢熱式焦?fàn)t、蓄熱式焦?fàn)t和巨型反應(yīng)器五個階段 [24]。 最早的煉焦方法是將煤成堆干餾，后來發(fā)展成為磚砌的窯，此類方法的特點是成焦和加熱合在一起，靠干餾煤氣和一部分煤的燃燒將煤直 接加熱而干餾成焦炭，所以焦炭產(chǎn)率低、灰分高、成熟度不均。 到了 19 世紀中葉出現(xiàn)了將成焦的炭化室和加熱室用墻壁隔開的窯爐，隔墻上部設(shè)通道，炭化室內(nèi)煤的干餾氣經(jīng)此直接流入燃燒時，同來自爐頂通風(fēng)道的空氣會合，自上而下底邊流動邊燃燒，故稱倒焰爐 [1]。干餾所需熱從燃燒室經(jīng)爐墻傳給炭化室內(nèi)煤料。 隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，要求從干餾煤氣中回收有用的化學(xué)產(chǎn)品，為此將炭化寶和燃燒室完全隔開，炭化室內(nèi)生產(chǎn)的荒煤氣達到回收車間分離出化學(xué)產(chǎn)品后，再送回燃燒室內(nèi)燃燒或民用。 1881 年德國建成了第一座回收化學(xué)產(chǎn)品的焦?fàn)t。由于煤在干餾過程 中產(chǎn)生的煤氣量及煤氣組成是隨時間變化的，所以煉焦?fàn)t必須由一定數(shù)量的炭化室組成，各炭化室按一定的順序裝煤出焦，才能使全爐的煤氣 4 量及煤氣組成接近不變，以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，這就出現(xiàn)了煉焦?fàn)t組。燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣直接排入大氣．故稱為廢熱式焦?fàn)t。 燃燒生成的 1200℃ 的高溫度氣所帶走的熱量相當(dāng)可觀。為了減少能耗，降低成本，并將結(jié)余部分的焦?fàn)t煤氣供給冶金化工等部門作原料或燃料，又發(fā)展成為具有回收廢氣熱量裝置的換熱式或蓄熱式焦?fàn)t。 自 1884 年建成第一座蓄熱式焦?fàn)t以來，焦?fàn)t在總體上變化不大，但在筑爐材料，爐體構(gòu)造，炭化室 的有效容積，技術(shù)裝備等方面都有顯著改進。隨著耐火材料工業(yè)的發(fā)展，自本世紀 20 年代起，焦?fàn)t用耐火材料由粘土磚改用硅磚，使結(jié)焦時間從 2428h，縮短到 1416h。爐體使用壽命也從 l0 年左右延長到 2025年甚至更長。 為了解決焦?fàn)t近一步的發(fā)展， 90 年代，由德國等 8 個國家的 13 家公司做成的 “歐洲煉焦技術(shù)中心 ”在德國的普羅斯佩爾焦化廠進行了巨型煉焦反應(yīng)器（ JCR），也叫單室煉焦系統(tǒng)的示范性試驗。結(jié)果表明，其實現(xiàn)了焦?fàn)t超大型化，高效化和擴大煉焦煤源等方面的突破，其焦炭強度得到了改善，降低了污染物的排放量，但受到諸 如推焦和出焦機械的大型化，干熄焦和煤預(yù)熱聯(lián)合生產(chǎn)裝置能力的大幅提高等因素制約，尚有一定的發(fā)展過程。 當(dāng)前焦?fàn)t的主要結(jié)構(gòu)形式仍以多室的蓄熱室焦?fàn)t為主 ， 并將向大型化、高效化發(fā)展，以擴大容積，采用質(zhì)密硅磚，減薄炭化室墻和提高加熱火道標(biāo)準溫度等方面為主要的技術(shù)發(fā)展方向。 煉焦新工藝的評述 無回收焦?fàn)t 針對傳統(tǒng)的焦?fàn)t煤氣處理及回收裝置環(huán)?？刂瀑M用較高等問題 ， 美國和澳大利亞在 20 世紀 80 年代后期相繼推出了新設(shè)計的無回收焦?fàn)t ， 將廢熱用于生產(chǎn)蒸汽和發(fā)電。 無回收焦?fàn)t的優(yōu)點 :(1)煉焦工藝流程簡單 ， 設(shè)計和 基建投資費用低 。(2)取消煤氣回收裝置 ， 不會產(chǎn)生焦油和酚水等污染物 ， 環(huán)保有所改善 。(3)負壓操作 ， 解決了爐門漏氣 ， 使其廢物放散能降到最低水平 。(4)廢熱得到利用送去發(fā)電 [2]。 美國弗吉尼亞州的 JewellThompson焦?fàn)t內(nèi)，煤層高約 ，長不足 14m，寬不到 4m，有效容積約 30m3。在 JewellThompson焦?fàn)t基礎(chǔ)上美國和澳大利亞等國相繼推出新設(shè)計的無回收焦?fàn)t。由于它們的爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械化程度、熱效率、單孔生產(chǎn)能力均顯著優(yōu)于早期的無回收焦?fàn)t，因而被認為是新一代無回收焦?fàn)t。 從煉焦生產(chǎn)的普遍 規(guī)律和無回收焦?fàn)t生產(chǎn)特點出發(fā) ， 無回收焦?fàn)t存在如下幾 5 個主要問題 :(1)煤耗高 ， 煉焦煤煤源變窄。由于爐頂空間很大 ， 煤在塑性階段能自由膨脹 ， 造成爐子上部焦炭結(jié)構(gòu)疏松、質(zhì)量差。這需要用揮發(fā)分低、結(jié)焦性好的煤料消除這種影響 。(2)部分煤和焦炭被燒損 ， 成焦率下降 。(3)無回收焦?fàn)t仍有大氣污染 。(4)加熱控制手段簡單 ， 焦炭的均勻性差 。(5)爐齡短 ， 維修量大 。(6)所產(chǎn)蒸汽和電能的出路也是需要考慮的問題。 大容積焦?fàn)t 近年來 ， 國外