【正文】 稱為高溫干餾或高溫?zé)捊埂? 學(xué) 號： 02 Xingtai Polytechnic College 課程設(shè)計 題目： 20 萬噸每年冶金焦的煉焦工藝設(shè)計 學(xué)生姓名： 呂玉鈴 專業(yè)班級 ： 化工 091 院 系 ：資源與環(huán)境工程系 指導(dǎo)教師： 陳寧 程永高 宮惠峰 2020 年 6 月 20 日 邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 課程設(shè)計（論文）摘要 20 萬噸 /年冶金焦的煉焦工藝設(shè)計 摘要 本設(shè)計參照鞍山鋼鐵 集團公司化工總廠成熟的煉焦工藝，結(jié)合目前國內(nèi)外煉焦技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀， 以改善焦炭質(zhì)量、提高焦炭產(chǎn)量、減少環(huán)境污染為宗旨， 進行了年產(chǎn)量 為 100萬噸的冶 金焦的工藝設(shè)計。 主要 內(nèi)容包括 ： 廠址選擇、 煉焦用煤的選擇、爐型的選擇、工藝流程的確定以及環(huán)保措施的制定 ，并重點針對所選爐型進行了焦爐的物料衡算、熱 量衡算、煤氣的燃燒計算、爐體各點 壓 力 計算 、加熱系統(tǒng)各部位浮力與壓力計算 和煙囪高度的確定，同時還完成了相關(guān)圖紙的繪制 ：設(shè)備連接圖、焦爐爐體結(jié)構(gòu)圖、焦爐蓄熱室結(jié)構(gòu) 圖。 由高溫?zé)捊沟玫降慕固靠捎糜诟郀t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)過回收、精制得到各種芳香烴和雜環(huán)化合物，可供合成纖維、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)作為原料；經(jīng)凈化過的焦爐煤氣既是高熱值燃料，又是合成氨、合成燃料和一系列有機合成工業(yè)的原料。 煉焦用煤準備 煉焦煤入爐前的預(yù)處理包括來煤接受、貯存、倒運、粉碎、配合和 混勻等工序。為擴大弱粘煤用量，可采取干燥、預(yù)熱、搗固、配型煤、配添加劑等預(yù)處理工序。 煉焦煤的預(yù)處理基本流程見圖 11。焦化廠設(shè)置貯煤場的目的：一是要保證 洗選 干燥 解凍 煤場 搗固 來煤 接受 干燥，預(yù)熱 與卸煤 配煤槽 粉碎 部分成型 煤倉 裝爐 配添加劑 煤槽 粉碎 配合 混合 圖 11 煉焦煤的預(yù)處理基本流程 焦爐的連續(xù)性生產(chǎn)；二是要穩(wěn)定裝爐煤質(zhì)量 ，貯煤場由卸煤機械、倒運機械、轉(zhuǎn)運皮帶和受煤斗槽以及貯煤場地等組成 配 煤 與粉碎 1 配煤 配煤系統(tǒng)有兩種，一種是配煤槽，靠其下部的定量給料設(shè)備進行配煤，這種系統(tǒng)精確度高，但設(shè)備多、投資高。 邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 課程設(shè)計 2 2 粉碎 煤料的細度和粒度分布對焦炭質(zhì)量及焦爐操作有很大影響，為此裝爐煤必須粉碎。 2 裝爐煤的預(yù)熱 裝爐煤在裝爐前用氣體熱載體或固體熱載體快速加熱到熱分解開始前溫度（ 150～250℃），然后再裝爐煉焦稱為預(yù)熱煤煉焦。 添加改質(zhì)粘結(jié)劑及瘦化劑 當 配合煤中由于缺少強粘結(jié)煤而流動不足時，可以通過添加適當?shù)恼辰Y(jié)劑或 人造粘結(jié) 煤來補充低流動度配合煤的粘結(jié)性，從而提高焦炭質(zhì)量，此種粘結(jié)劑稱為煤改質(zhì)粘結(jié)劑。收縮系數(shù)越大，裂紋越多越寬，故為了減小收縮系數(shù)可在焦炭中添加瘦化劑，而且還可以減少層間的收縮差，降低層間應(yīng)力。 爐體結(jié)構(gòu) 1) 炭化室與燃燒室：炭化室是煤隔絕空氣干餾的地方；燃燒室是煤氣燃燒的地方，兩者依次相間，其間的隔墻面平均溫度為 1300℃，炭化室平均溫度為 1100℃，局部區(qū)域還要高些。 4) 爐頂區(qū)：炭化室蓋頂磚以上部位稱爐頂區(qū)，設(shè) 有裝煤孔、上升管孔、看火孔、烘爐孔及拉條溝。 護爐設(shè)備 護爐設(shè)備包括爐柱、小爐柱、保護板、縱橫拉條、彈簧、機焦側(cè)操作臺等。 煤氣設(shè)備 煤氣設(shè)備包括干餾煤氣導(dǎo)出設(shè)備和加熱煤氣供入設(shè)備兩套系統(tǒng)。 廢氣設(shè)備 廢氣設(shè)備包括交換開閉器和總分煙道翻板等。每次切換動作所需時間一般為 秒?；拿簹鈱?dǎo)出系統(tǒng)的設(shè)備包括：上升管、橋管、水封閥、集氣管、吸氣管、氨水噴灑系統(tǒng)等。隨煉焦技術(shù)的發(fā)展，焦爐機械也趨向多功能、自動化方向。 邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 課程設(shè)計 4 2) 從貯煤塔取煤 裝煤車在貯煤塔下取煤時，必須按照車間規(guī)定的順序進行。裝煤車在接煤前后應(yīng)進行稱量，以便正確計量裝入炭化室實際煤量，保證每個炭化室裝煤量準確。這階段內(nèi)操作關(guān)鍵是選用合理的裝煤順序，它 將影響整個裝煤過程的好壞。一般不應(yīng)超過 120 秒，該階段是裝煤最重要階段，它決定是否符合裝煤標準。 (2) 推焦 推焦就是把成熟的焦炭推出炭化室的操作。 (3) 熄焦 由于煤干餾成焦的最終溫度為 950～ 1050℃，所以從炭化室推出的是熾熱的焦炭，將其熄滅至 300℃以下的過程，稱熄焦。 煉焦新技術(shù) 20 世紀現(xiàn)代室式焦爐煉焦技術(shù)雖然發(fā)展到十分成熟和相當完善水平 ,但其自身固有的不足和問題卻日趨突出 ,因此自 50 年代起 ,德國、法國、美國、日本、前蘇聯(lián)和我國等主要焦炭生產(chǎn)國都曾大力研究開發(fā)煉焦新工藝。焦罐中的焦炭通過爐頂裝置裝入干熄爐。冷卻后的焦炭經(jīng)排焦裝置卸到膠帶輸送機上，送篩焦系統(tǒng)。冷惰性氣體由鍋爐出來，經(jīng)二次除塵器，含塵量降至 1g/m3后，由循環(huán)風(fēng)機送入干熄爐循環(huán)使用。 干法熄焦能夠改善焦炭品質(zhì)，并且在防止污染物的逸散、改善環(huán)境方面配備了完整的設(shè)施。 發(fā)展前景 世界焦炭生產(chǎn)發(fā)展趨勢 世界焦炭產(chǎn)量于 20世紀 70年代末發(fā)展到頂峰 ,達到 318億 t/a左右。若不包括中國焦炭產(chǎn)量 ,世界焦炭產(chǎn)量呈明顯下降趨勢。近幾年世界焦炭產(chǎn)量略有回升 ,這是幾個發(fā)展國家 (如韓國、巴西等 )主要是我國焦炭產(chǎn)量大幅度增長的結(jié)果。 20世紀末 ,各國焦炭生產(chǎn)增減幅度已經(jīng)明顯變小 ,新世紀初期世界焦炭產(chǎn)量將基本穩(wěn)定在 315億 t/a上下 ,與焦炭需求量是基本平衡的。在鋼鐵生產(chǎn)過程中 ,焦炭生產(chǎn)提供的焦炭和焦爐煤氣約占其總能源消費量的 50%以上。我國焦炭生產(chǎn)始終是與鋼鐵生產(chǎn)同步發(fā)展。近幾年來 ,焦炭生產(chǎn)與鋼鐵生產(chǎn)一樣 ,增長速度明顯地降低下來。盡管各種非高爐煉鐵技術(shù) (不用焦炭煉鐵 )將會得到進一步開發(fā)和應(yīng)用 ,但無論從技術(shù)上、生產(chǎn)規(guī)模上還是從經(jīng)濟上分析 ,我國現(xiàn)有大量 高爐仍是我國煉鐵生產(chǎn)的最主要的裝備 ,高爐用焦仍將是焦炭消費的主渠道?，F(xiàn)在有條件的大鋼鐵企業(yè)高爐噴煤已接近或達到 200kg/t鐵左右。 邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 課程設(shè)計 6 本次設(shè)計要完成的任務(wù) 本次設(shè)計要完成的任務(wù)包括廠址 選擇 ， 制定 煤焦化的環(huán)境保護措施 ，設(shè)計煉焦工藝流程，選定技術(shù)操作條件 ， 選擇焦爐爐型以及 完成 煉焦爐的 相關(guān) 設(shè)計計算 等 ， 其中計 算 包括 加熱煤氣 相關(guān) 計算、物料衡算、熱量衡算、爐體各部位水壓計算以及煙囪高度的確定等， 同時按要求繪制焦化工藝設(shè)備連接圖、爐體剖面圖、蓄熱室結(jié)構(gòu)圖。 (1) 肥煤 肥煤具有很高的粘結(jié)性，受熱能產(chǎn)生流動性大、熱穩(wěn)定性好。用肥煤單獨煉焦時能生成熔融性良好的焦炭，橫裂紋較多，氣孔率較高。 (2) 焦煤 焦煤是結(jié)焦性最好的一種煉焦煤，其煤化程度高于肥煤，具有中等揮發(fā)分。但是，焦煤在結(jié)焦過程中收縮度小、膨脹力大，單獨煉焦或配量過多時，會發(fā)生推焦困難并引起焦爐的損壞。 (3) 氣煤 氣煤是煤化程度最低的一種煉焦用煤，可燃基揮發(fā)分高， 在隔絕空氣加熱時這種煤能產(chǎn)生大量煤氣和較多的焦油。但如果摻入過多，就使焦炭塊度變小，強度降低。根據(jù)我國煉焦煤的特點，在發(fā)展焦化工業(yè)時，應(yīng)著重考慮多用氣煤，這對合理利用我國煉焦用煤資源是十分有利的。它的揮發(fā) 分低，一般為 14~20%，受熱時產(chǎn)生邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 課程設(shè)計 7 膠質(zhì)體數(shù)量比焦煤少，且軟化溫度高，雖然瘦煤也能單獨結(jié)焦，尤其是 2 號 瘦煤的焦炭塊度大，裂紋少，但熔融性比焦炭差，有時在焦塊中有顆粒物存在，因此焦炭的耐磨強度低，配煤時加入瘦煤能提高焦炭的塊度，在煉制鑄造用焦炭時，常配入較多瘦煤。單獨煉焦時，焦炭多成小塊，易破碎。這不僅能降低焦炭的硫分和灰分，提高化學(xué)產(chǎn)品的收率，在煉鐵時可降低焦比，而且還大大降低焦化成本 。 表 21 設(shè)計配煤方案 焦煤 肥氣煤 肥煤 氣煤 弱粘煤 % % % % % 表 22 所選煤的工業(yè)分析與元素分析 項目 工業(yè)分析 % 元素分析 % 組成 水分 灰分 揮發(fā)分 碳 氫 氧 氮 應(yīng)用基 干基 干基 可燃基 符號 W yA gA gV rV gC gH gO gN 入爐煤 9 焦爐爐型選 本設(shè)計所選 擇 爐型為 JN43582 型焦爐，焦爐設(shè)計尺寸見表 23。每個炭化室下面設(shè)兩個寬度相同的蓄熱室，在蓄熱室異向氣流之間的主墻內(nèi)設(shè)有垂直磚煤氣道，焦爐煤氣通過它供入爐內(nèi)。 (1) 每座焦爐最 多炭化室孔數(shù) maxN ? ?m ax 60N nt????? ??檢操 式中 ?檢 —— 檢修時間， h； n? —— 最緊張焦爐機械所承擔(dān)操作的焦爐座數(shù)； t操 —— 最緊張焦爐機械每操作一爐的時間， min。 則每座焦爐炭化室孔數(shù) N 為： % 000 024360 ??????? ????? KVnG 干??? 孔 考慮到設(shè)計能力要稍大于實際生產(chǎn)能力，則 N 取為 8 maxN 。如圖所示， 原料煤自貯煤場運至配煤場，以設(shè)計比例配合 后送去粉碎， 粉碎 后的 濕煤由斗槽經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥以一定的給料速度送入干燥管下部，被來自預(yù)熱管的熱氣體流化、干燥并運輸，在干燥管上部，用初 次旋風(fēng) 分離器將干燥煤和氣體分離 ，再由初次旋風(fēng)分離器、旋轉(zhuǎn)閥將干燥煤粒 送入預(yù)熱管下部， 在此 被來自燃燒爐的高溫氣體夾 帶著在預(yù)熱管內(nèi)并流上升同時被加熱到預(yù)定溫度。由此經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥送入定量計量 槽，再經(jīng)密封接口放入裝煤車裝爐。 由 干燥管初次旋分器 排 出的 氣體則 通過一組多管的高效二次旋分器，將其中的細煤粒分出后直接送往預(yù)熱煤斗槽。燃燒爐提供的熱廢氣進入預(yù)熱管前先經(jīng)過一個噴灑室，在此可以噴入水，其作用是：當其含氧量高時， 它 是一個靈便的惰性氣體快速發(fā)生器，在煤流堵塞或倒落時，用它來進行充氣。紅焦裝入干熄槽，在冷卻室中與冷惰性氣體進行逆流熱交換，冷卻到 250℃以下。冷的惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機送入干熄槽，與紅焦換熱后，溫度升到 800℃ 左右。 加熱用煤氣相關(guān)計算 所選焦爐煤氣組成見表 24。 (3) 濕煤氣組成 焦爐煤氣溫度為 ℃時 ， 1 3m 干煤氣 所含水汽量為 3m / 3m ，則濕煤氣中氫氣含量為： ?SH)( 2 % ?? % 其它氣體計算與上相同，計算結(jié)果如下： 4CH ： % ， CO ： % ， mnCH： % ， 2CO ： % ， 2N ： % 2O ： % ， 2HO： % (4) 濕煤氣熱值 ? ? 3/ mKJQ SDW ???? (5) 濕煤氣密度 3/)( mkgS ??????? 煤氣燃燒計算 以 1 3m 干煤氣燃燒計算 (1) 理論空氣需要量 理論需氧量為： ? ?L 2 4 2 4 6 6 2O 0 .0 1 0 .5 H CO 2 CH 3 C H 7 .5 C H O? ? ? ? ????? =[? (59+)+2? 25+3? 2? +? 2? ] = 3m / 3m 式中 CO ， 4CH ， 2O …… 分別為煤氣中該成分的體積， %。 (3) 實際濕空氣需要量 3 9 3 4 6 5 4 ])(1[ 5 ?????? ）（空MLL gg 3m / 3m 式中 ? ?5M空 —— 由表 62[1]第五項查取的空氣中含飽和水汽量， 3m / 3m 。 總廢氣量為： 2 2 2 2C O H O N OV V V V V? ? ? ? =+++= 3m / 3m 根據(jù)以上數(shù)據(jù)就可計算空 氣過剩系數(shù)： ? ? ? ?? ? ? ?2CO 2L2V O 0 .5 C O1 O C O C O? ?? ? ? ? ???? 式中 ? ? ? ? ? ?22O , CO , CO分別為廢氣分析中各成分的體積， %。