【導(dǎo)讀】煉焦工業(yè)在國民經(jīng)濟中占據(jù)著重要地位。焦爐作為煉焦車間的主體，它的設(shè)計和研。究對焦化行業(yè)有著十分重要的作用。本設(shè)計的內(nèi)容是年產(chǎn)165萬噸焦炭搗固煉焦車間的。配煤比為：肥煤20％，氣煤40％，焦煤25％和1/3焦煤15％。本設(shè)計采用部分硬質(zhì)煤預(yù)粉碎工藝。并設(shè)計了備煤車間的工段組成和平面布置，對卸車。設(shè)備、煤場設(shè)備、輔助設(shè)備及粉碎設(shè)備等進行了計算和選擇。焦爐煤氣下噴、廢氣循環(huán)、復(fù)熱式。此焦爐配置干法熄焦裝置，濕法熄焦裝置備用。計算，計算得出，孔數(shù)為2×65，煙囪高度為100m。附屬設(shè)備，并編制了循環(huán)推焦圖表。為什么要發(fā)展大容積焦爐以及大容積焦爐有哪些優(yōu)勢？

　　

【正文】 沒平透 ,大型焦爐平煤桿拖尾現(xiàn)象把煤帶到機側(cè) ,都將使 焦餅上部成熟不足。 改善焦爐高向加熱均勻性方法 1 焦爐煤氣貧化 ： 所謂焦爐煤氣貧化 ,即在焦爐煤氣中摻入部分高爐煤氣 ,使其可燃成分濃 度降低。我們知道 ,焦爐煤氣的燃燒特點燃燒速度快、火焰短 ,這是由其組成決 定的。焦爐煤氣僅氫含量就在 60%左右 ,這是焦爐煤氣燃燒速度快的決定因素。 在擴散燃燒的條件下 ,火焰的長短 ,實際就是煤氣燃燒速度的大小。燃燒速度取 決 于可燃氣體成分和氧的擴散速度 ,而擴散速度與可燃氣體成分的分子量的平 方根成反比 (由于氣體燃料的擴散系數(shù)根據(jù)分子運動學(xué)說 ,與分子均方根速度 (8RT/πM) 成正比 ,即 D∝（ 8RT/∏ M） M— 燃料的平均分子量 T— 氣體絕對溫度 氫的分子量小 ,擴散速度快 ,即燃燒速度快 ,火焰短。而高爐煤氣中可燃成分 主要是 CO,燃燒速度慢 ,火焰長 ,在這一燃燒理論的指導(dǎo)下 ,我們設(shè)想在焦爐煤氣 中摻一部分高爐煤氣 ,使其可燃氣體濃度梯度和擴散速度降低 ,燃燒速率減慢 , 從而拉長火焰。同 時因混入高爐煤氣后 ,地下室主管壓力增加 ,煤氣在燈頭處的出口速度增大 ,噴射力強 ,可增加廢氣循環(huán)量 ,亦可幫助拉長火焰。經(jīng)試驗可知使用混合煤氣加熱后，可較明顯地改善焦餅高向加熱的均勻性，同時隨混合比增加，焦餅上下溫差減小。但貧化將會帶來一些副作用。如 ： 地下室主管壓力增大，橫管壓力增大，造成煤氣泄漏增加，地下室 CO 含量增加。另外 ， 主管中由于高爐煤氣灰塵與焦油結(jié)合產(chǎn)生硬塊，掛在主管和磚煤氣道中，影響橫墻溫 度 。 上述問題應(yīng)采取如下措施： (1)找出合適的混合比； (2)保證焦爐煤氣預(yù)熱后溫度在 45177。1℃ 內(nèi)； (3)經(jīng)常維護好地下室煤氣管道 ， 尤其是各節(jié)點。同時，每周應(yīng)檢查一次地下室 CO含量； (4)經(jīng)常清掃焦爐煤氣主管。 攀鋼曾做過焦爐煤氣貧化實驗，結(jié)果見下表： 表 使用混合煤氣前焦餅中心溫度變化 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 從 上表 看到，使用混合煤氣后，焦餅上下加熱均勻性有明顯改善，焦餅 上下溫差減小了 44℃ ，中下溫差減小 22℃ ，使用混合煤氣后，加熱煤氣量增 加了，可降低磚煤氣道中的溫度，可以減少甚至消除由于煤氣裂解以致堵塞磚 煤氣道的現(xiàn)象。 2 縮小煤氣噴嘴直徑： 橫磚煤氣道噴嘴直徑的選擇， 應(yīng)使高向加熱均勻及燃燒室各火道煤氣量正 確分配。一般噴嘴平均直徑與磚煤氣道直徑之比為 —。 當噴嘴平均直徑變小時，氣流出口速度加大，煤氣噴射力加大，廢氣循環(huán)量增加，從而使焦餅上下加熱的均勻性得到改善。國內(nèi)外都做過類似試驗，而且效果也較明顯。但是噴嘴的直徑不宜過小，否則會因煤氣出口阻力過大而使 磚煤氣道壓力過高，而引起煤氣竄漏，影響正常加熱。同時因孔徑小時對掛石墨的影響較敏感，影響爐溫穩(wěn)定。 3 加高煤氣出口位置 ： 為研究燈頭的高度對焦爐高向加熱 的影響，曾在本 —54 型焦爐的原燈頭上加上 260mm 高的燈頭（即高于廢氣循環(huán)孔） ， 并進行靠近循環(huán)孔與遠離循環(huán)孔加高燈頭的對比試驗，現(xiàn)將試驗結(jié)果列入 下表。 表 本 — 54 型焦爐加高燈頭對高向加熱的影響 從上表可以看出： (1)燈頭加高后不論是火道溫度還是焦餅中心溫度上下差均有較明顯的變化，對上部加熱有利。有以下原因： ，燃燒點向上移，避免了循環(huán)廢氣對煤氣和空氣的沖擊作用，使上部溫度升高。 ，循環(huán)廢氣將煤氣吹向空氣 側(cè)，或?qū)⒖諝獯迪蛎簹鈧?cè)，加速了空氣與煤氣的混合，從而使火焰縮短。燈頭加高后（過循環(huán)孔） ，避免 了上述現(xiàn)象，降低了煤氣周圍氧的濃度或?qū)⒖諝獯迪虮畴x煤氣側(cè) 的方向。 (2) 加高靠近循環(huán)孔的燈頭效果比加高遠離循環(huán)孔的效果好。前者使焦餅上下溫度差改變 62℃ ，后者改變 40℃ ；這主要是靠近循環(huán)孔燈頭加高后 ,循環(huán)過來的廢氣將空氣吹向背離煤氣的方向 ,而遠離循環(huán)孔是將空氣吹向煤氣方向的差別。 改善大容積焦爐高向加熱均勻性還有以下比較常用的一般方法。 降低空氣過剩系數(shù) 可燃燒與氧充分反應(yīng)，使燃燒產(chǎn)物中不含可燃成分時 的燃燒稱完全燃燒。引起不完全燃燒的主要原因有空氣供給不足、燃料與空氣混合不好或燃燒產(chǎn)物中的 H2O 和 CO2在高溫下熱解產(chǎn)生 CO 和 H2。 空氣和煤氣的混合靠燃燒室的結(jié)構(gòu)來保證，燃燒產(chǎn)物中的過剩氧可以抑制 H2O和 CO2的熱解。為保證燃料完全燃燒，供給的空氣量必須多于理論空氣量，兩者之比叫空氣過武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 14 剩系數(shù)，用 a 表示。 a=實際空氣量（ L 實） /理論空氣量（ L理） a 的選擇對焦爐加熱十分重要，它的大小反映了上升火道內(nèi)氧濃度的高低。氧濃度越高，燃燒愈快，火焰愈短；反之，則火焰長。 a 大，廢氣量就多，廢氣帶走的熱量也多； a過小 時，由于燃燒不完全，可燃成分隨廢氣排出，故 a 不足和 a 過大時均會增加煤氣耗量。用焦爐煤氣加熱時，根據(jù)焦爐的結(jié)構(gòu)不同 ,a=— ；用高爐煤氣加熱時，由于惰性成分含量高 ,a 可低些 ,a= — 。生產(chǎn)中 a 隨煤氣溫度、熱值和大氣溫度等的改變而波動，需經(jīng)常檢查并及時調(diào)節(jié)。 a值通過廢氣分析，可按下式計算： a=1+K()/(CO2+CO) K =VCO2/O2 理 式中： O2 、 CO 、 CO2 分別為由廢氣分析測得廢氣中 O2 、 CO 、 CO2 的 體積 %； V CO2為 1m3煤氣完全燃燒時，按理論計算所生成 CO2 的體積， m3。 O2 理 為燃燒 1m3煤氣理論上需要的氧氣量， m3。 K值是隨煤氣組成而改變的，一般焦爐煤氣 K =，高爐煤氣 K = 無論是哪能種類型焦爐，采用降低空氣過剩系數(shù)，都可以降低高向溫度差。這是因為空氣量減少，煤氣在立火道內(nèi)燃燒速度減慢。但此方法有一定限制。不帶廢氣循環(huán)的焦爐，空氣過剩系數(shù)的改變對高向加熱較為明顯。 攀鋼曾在焦爐煤氣加熱時通過立火道取樣做了對比試驗，其結(jié)果見表 。 表 改變空氣過剩系數(shù)對高向加熱的 影響 結(jié) 焦 時 間 空氣過剩 系數(shù) a 焦 餅 中 心 溫 度（ ℃） 機 側(cè) 焦 側(cè) 上下差 上 中 下 上 中 下 機側(cè) 焦側(cè) 18h 960 1040 1060 960 1010 1040 100 80 18h 920 960 1010 950 990 1020 90 70 18h 940 970 990 960 990 1000 50 40 從表 中可見，隨著 a 的 降低焦餅中心溫度上下差逐漸下降，焦餅上下熟的均勻性逐漸變好。另外，立火道空氣過剩系數(shù)在使用焦爐煤氣加熱時控制在 左右是較理想的。因此，降低和保持合適的空氣過剩系數(shù)是降低焦餅高向溫差的既簡單又武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 15 有效的辦法。 廢氣循環(huán) 煤氣和空氣在上升立火道內(nèi)燃燒產(chǎn)生廢氣，經(jīng)跨越孔流入下降立火道，這時有部分廢氣經(jīng)雙聯(lián)立火道底部的循環(huán)孔被抽入上升立火道中，這種燃燒法稱為廢氣循環(huán)。 動量原理指出：“在穩(wěn)定流動時，作用于流體某一區(qū)域上的外力在某一坐標軸方向上的總和，等于在此區(qū)域兩端單位時間內(nèi)流過的流體在該方向上 的動量變化?！备鶕?jù)這一原理及循序上升和下降氣流方程式可得到雙聯(lián)火道廢氣循環(huán)的基本方程式： （ V20煤 *ρ 0煤 *T 煤斜 ） /（ 273*F 火 F 煤斜（煤嘴） ） +（ V20空 *ρ 0空 T 空斜 ） /（ 273*F 火 *F 空斜 ） V20廢 （ 1+x） 2 *ρ 0廢 *T 上廢 /（ F2火 *273） +H*g* (ρ 下廢 ρ 上廢 )=（ PHPB） +∑ 1H△ P 式中 ： V0煤 、 V0空 、 V0廢 分別為煤氣、空氣、廢氣流量， m3/s； ρ 0為氣體密度； F 火 、 F 煤斜（煤嘴） 、 F 空斜 分別為火道、高爐煤氣斜道（燒嘴） 、空氣斜 截 面積， m2； T 煤斜 、 T 空斜 、 T 上廢 分別為斜道出口處的煤氣、空氣和上升氣流火道廢 氣絕對溫度， K； H 為火道高度； ρ 下廢 、ρ 上 分別為下降和上升氣流火道中廢氣密度， kg/m3； x=V 環(huán) /V 廢 為廢氣循環(huán)量占燃燒產(chǎn)生廢氣量的百分率， % 。 式（ 1）左邊 1— 4項分別為煤氣噴射力（△ h煤）、空氣噴射力（△ h空）、火 道中廢氣的剩余噴射力（△ h 廢）上升與下降火道的浮力差（△ h浮），右邊 （ PHPB）為循環(huán)孔阻力、∑ 1H△ P為跨越孔和火道的阻力，將其合并為總阻力 ∑ 總 △ P，則式（ 1）可寫成： 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 16 △ h 煤 +△ h 空 △ h 廢 +△ h 浮 =∑ 總 △ P （ 2） 上式推導(dǎo)中沒有考慮循環(huán)廢氣與火道中廢氣的匯合阻力，也沒 有考慮噴射力的利用率，故計算的廢氣循環(huán)量大于實際。試驗表明，噴射力利用系數(shù)K 為 時，所得結(jié)果與實際比較一致，即式（ 2）改成： （△ h 煤 +△ h 空 △ h 廢 ） +△ h 浮 =∑ 總 △ P 廢氣循環(huán)的原理，可簡要的用以下三點來解釋： （ 1） 空氣和煤氣由斜道口和燈頭噴出，其速度頭形成了噴射力，對上升氣流火道底部產(chǎn)生抽力，使下降氣流的廢氣被吸進來。因噴出口斷面不變，氣體流量越大，氣體預(yù)熱溫度越高時，噴射力越大。 （ 2） 上升氣流的溫度較下降氣流的溫度高些，因而產(chǎn)生浮力差，使上升氣流有抽吸下降氣流的作用。雙聯(lián)的兩火道間的溫度差越大，浮力差越大，抽吸力增加。 （ 3） 浮力差與噴射力就是產(chǎn)生廢氣循環(huán)的推動力。由于此推動力，使下降氣流中一部分廢氣被吸入到上升流火道中，從而增加了氣體通過立火道、跨越孔和循環(huán)孔等處的阻力，達到推動力阻力的平衡。即： K*（煤氣噴射力 +空氣噴射力 +浮力差） =立火道摩擦阻力 +跨越孔阻力 +循環(huán)孔阻力 在現(xiàn)行設(shè)計的循環(huán)孔和跨越孔尺寸條件下，跨越孔阻力是主要阻力，它占三個阻力的 70%— 80%，而循環(huán)孔的阻力僅占 10%左右。 表 廢氣循環(huán)比與煤氣種類、燈頭高度、 結(jié)焦時間、炭化室高度的關(guān)系 6 米 8 米 焦爐煤氣加熱 焦爐煤氣加熱 高爐煤氣加熱 燈頭高190mm 燈頭高740mm 燈頭高120mm/120mm 燈頭高120mm/1200mm 20h 112 我們習(xí)慣上所講的廢氣“循環(huán)量”是指循環(huán)到上升火道的氣體量與下降火道過斜炭 化 室 高 度 加 熱 狀 態(tài) 循 環(huán) 比 % 結(jié) 焦 時 間 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 17 道排出廢氣量之比。嚴格來講應(yīng)稱為廢氣循環(huán)比。廢氣 循環(huán)比的大小與加熱煤氣種類、炭化室高度，結(jié)焦時間和燈頭高度等因素有關(guān)。在生產(chǎn)焦爐上要進行測量是件既繁瑣而又困難的工作。我國焦化工作者在炭化室高 6m和 8m的單孔試驗爐上進行了測定?，F(xiàn)將部分數(shù)據(jù)列入表 。 從表 5 中數(shù)據(jù)可以看出，用焦爐煤氣加熱時，循環(huán)比比用高爐煤氣加熱時大；燈頭越高，循環(huán)比越??；結(jié)焦時間越長，循環(huán)比越大；炭化室越高，循環(huán)比越大。這充分說明，廢氣循環(huán)對焦爐高向加熱有很好的自動調(diào)節(jié)作用。當用高爐煤氣加熱時，因煤氣和廢氣流量增加，使噴射力和阻力增加，浮力差作用相對減小，故廢氣循環(huán)量減小。這樣，當爐 內(nèi)調(diào)節(jié)裝置不變，用焦爐煤氣加熱時，廢氣循環(huán)量較大，有利于改善高向加熱均勻性；而用高爐煤氣加熱時，廢氣循環(huán)量自動減小，以適應(yīng)高爐煤氣火焰較長的特點。此外，當流量一定，高向加熱均勻性變差時，上升和下降火道的溫度增加，浮力差增大，使廢氣循環(huán)量自動增加，使高向加熱均勻性得到改善。 廢氣循環(huán)量一般是穩(wěn)定的。但當出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的因素時，可能造成上升火道氣流的煤氣和空氣不經(jīng)立火道燃燒而由循環(huán)孔被直接抽入下降氣流斜道中燃燒 —— 短路（即火焰直接從循環(huán)孔進入下降火道的現(xiàn)象）。這將損壞爐體，應(yīng)予防止。短路的主要原因是噴射力與浮力 差之和小于循環(huán)孔阻力。 生產(chǎn)中可能引起短路的情況如下： (1)爐頂看火孔出現(xiàn)負壓時易發(fā)生短路現(xiàn)象。這是因為打開看火孔蓋時，外界的空氣被吸入立火道，增加了立火道（包括跨越孔）和下降斜道的阻力，從而減少了出口噴射力而增加短路的可能性。另外，因燃燒室負壓大，當爐體嚴密性差時，大量外界氣體或荒煤氣漏入立火道也增加了短路的可能性。 (2)炭化室漏荒煤氣。 (3)大雨時，一部分水蒸氣浸入立火道內(nèi)。 (4)剛交換后，下降氣流立火道的溫度要高于上升氣流立火道溫度，上升、下降氣流間浮力差為負值。換向時 間間隔長，氣體流量小，上升與下降火道的溫度差大時，換向初期浮力差負值增大，容易短路，但換向后一定時間會自動消失。 (5)爐頭火道由于爐體散熱，爐頭火道在上升氣流時溫度仍常低于相鄰火道，故浮力差為負值，再加上爐頭斜道出口斷面較