【正文】 2406萬 t計算 ， 全年焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量約 530億 m3。其中與 3000萬 t土焦相伴產(chǎn)生的約 128億 m3煤氣在煉焦過程中全部被燒掉 ， 機(jī)焦?fàn)t產(chǎn)生的煤氣則經(jīng)過凈化后 ， 除部分用于焦?fàn)t自身加熱外 ， 剩余煤氣均不同程度地得到了利用。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的焦化廠 ， 絕大部分焦?fàn)t均為復(fù)熱式焦?fàn)t ， 一般采用高爐煤氣加熱 ， 所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣經(jīng)凈化后供給煉 鐵、煉鋼、軋鋼等用戶。作為城市煤氣氣源廠的焦化廠 ， 絕大部分焦?fàn)t也為復(fù)熱式焦?fàn)t ， 可采用焦?fàn)t煤氣加熱 ， 也可采用發(fā)生爐煤氣加熱 ， 所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣經(jīng)凈化達(dá)到城市煤氣標(biāo)準(zhǔn)后供應(yīng)城市居民用戶或工業(yè)用戶。目前 ， 以生產(chǎn)焦炭為主的獨(dú)立焦化廠 ， 如山西在土焦改機(jī)焦過程中新建的許多焦化廠 ， 除少數(shù)焦化廠所產(chǎn)的煤氣供應(yīng)城市煤氣或工業(yè)用途 (如煅燒高鋁釩土、金屬鎂等 )外 ， 絕大部分焦化廠所產(chǎn)的煤氣均用于發(fā)電甚至直接燃燒放散 ， 未能得到有效利用 ， 浪費(fèi)了大量的優(yōu)質(zhì)煤氣資源。我國將會產(chǎn)生大量剩余焦?fàn)t煤氣的主要有兩類焦化廠 :一是以生產(chǎn)焦炭為主的獨(dú)立焦 化廠 ， 其生產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣既不能供應(yīng)城市煤氣 ， 又沒有合適的工業(yè)用戶 。二是目前供應(yīng)城市煤氣的焦化廠 ， 如北京焦化廠、天津煤氣廠、上海焦化廠、青島煤氣廠等 ， 在采用天然氣取代焦?fàn)t煤氣供應(yīng)城市煤氣后 ， 焦?fàn)t煤氣沒有合適的用戶。這些過剩的煤氣迫切希望找到經(jīng)濟(jì)合理高效的綜合利用途徑 [6]。 焦?fàn)t構(gòu)成現(xiàn)狀 中國目前正在生產(chǎn)的焦?fàn)t分為機(jī)械化焦?fàn)t和土法煉焦?fàn)t兩大類 ， 焦炭總產(chǎn)量中包含機(jī)焦和土焦兩大部分。 目前中國正在生產(chǎn)的機(jī)械化焦?fàn)t ， 有炭化室高度分別為 、 、 、 、 、 、 、 ， 和炭化室高度分別為 、 。據(jù)中國煉焦行業(yè)協(xié)會對 403家機(jī)焦企業(yè)的初步統(tǒng)計 ， 2020年底全國運(yùn)行的焦?fàn)t有 1174座 ， 設(shè)計煉焦能力 10211萬 t。其中炭化室高度 ≥4m的焦?fàn)t 200座 ， 煉焦能力為 6667萬 t， 平均每座焦?fàn)t生產(chǎn)能力為 t/a。炭化室高度 4m的焦?fàn)t 974座 ， 設(shè)計煉焦能力 3355萬 t， 平均每座焦?fàn)t生產(chǎn)能力為 t/a。到目前為止 ， 我國已建成的炭化室高度 ≥4m的焦?fàn)t接近 250座 ， 其生產(chǎn)能力約 8000萬 t。 2020年底中國焦 爐爐型構(gòu)成見表 1。 土法煉焦?fàn)t主要有以 75型、 89型和 96型為代表的各種結(jié)構(gòu)的 “改良焦?fàn)t ”和 11 “連體改良焦?fàn)t ”， 另有很少量的蜂窩式焦?fàn)t ， 工藝落后 ， 生產(chǎn)環(huán)境惡劣。 表 1 2020年底全國焦?fàn)t構(gòu)成 炭化室高 /m 4． 3 ＜ 搗固 合計 座數(shù) /座 34 9 4 135 18 324 632 18 1174 能力 /萬 t 1559 338 200 4205 365 1949 1328 267 10211 占總能力 /% 100 12 第二 章 工藝設(shè)計 爐型的確定 當(dāng)前焦?fàn)t的主要向大型化、高效化發(fā)展，以擴(kuò)大容積，采用致密硅磚，減薄炭化室墻和提高加熱火道標(biāo)準(zhǔn)溫度等方面為主要的技術(shù)發(fā)展方向。 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，要求設(shè)計的生產(chǎn)能力為 200萬噸 /a焦炭，綜合焦?fàn)t主要特性比較，大容積焦?fàn)t的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到設(shè)計生產(chǎn)能力的要求，且合理利用資源，合理利用焦?fàn)t機(jī)械，提高勞動生產(chǎn)率，故采用 JN6082型 6m大容積焦?fàn)t。 JN6082型爐體結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)：雙聯(lián)火道、帶廢氣循環(huán)、下噴復(fù)熱式。 主要結(jié)構(gòu)尺寸：炭化室全長 15980mm；炭化室全高 6000mm；炭化室平均寬 450mm；炭化室錐度 60mm；炭化室有效容積 ；炭化室中心距 1300mm； 32個立火道；燃燒室墻厚 100mm；裝煤孔 4502個。 配煤比的確定 配煤的目的和意義 所謂配煤就是將兩種以上的單煤料，按適當(dāng)比例均勻配合，以求制得各種用途所要求的焦炭質(zhì)量。 冶金焦的質(zhì)量要求是：灰分低、硫分少、強(qiáng)度高、各向異性程度大，要滿足上述要求，在常規(guī)煉焦方法條件下，用單 種煤煉焦是很難實現(xiàn)的。而且由于煤種的相對儲量、分布和開采能力的制約，不可能進(jìn)行大規(guī)模的單種煤煉焦生產(chǎn) [22]。 配煤的意義在于使各種煤之間性質(zhì)上取長補(bǔ)短，符合焦?fàn)t的生產(chǎn)要求，生產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的優(yōu)質(zhì)焦炭，并增產(chǎn)煉焦化學(xué)產(chǎn)品，實現(xiàn)煤炭資源的合理利用，擴(kuò)大了煉焦用煤。 配煤的基本原則及要求 配煤方案是焦化廠規(guī)劃的重要組成部分，是焦化廠設(shè)計的基礎(chǔ)，為了保證焦炭質(zhì)量，有利于生產(chǎn)操作，在確定配煤方案時，應(yīng)遵循下列原則： 配合煤性質(zhì)與本廠煤預(yù)處理工藝及煉焦條件相適應(yīng)，焦炭質(zhì)量按品種要求達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。 符合本地區(qū)煤炭資源條件，有利擴(kuò)大煉焦煤源。 有利增加煉焦化學(xué)產(chǎn)品，防止炭化室中煤料結(jié)焦過程產(chǎn)生的膨脹壓力超過爐墻極限負(fù)荷，避免推焦困難。 縮短煤源平均運(yùn)距，便于調(diào)配車輛，避免 “違流 ”現(xiàn)象。 13 來煤數(shù)量均衡，質(zhì)量均勻。 在上述前提下，盡量降低生產(chǎn)成本，以期提高經(jīng)濟(jì)實效。 煉焦配煤需因地而異，根據(jù)華北煤炭資源以及生產(chǎn)特點(diǎn)，煉焦配煤以焦煤作基礎(chǔ)煤，在保證焦炭質(zhì)量的前提下，適當(dāng)兼配低灰、低硫的弱粘結(jié)煤和一定量的瘦煤。 種煤的結(jié)焦特性 氣煤變質(zhì)程度低，揮發(fā)分含量 較高 ，粘結(jié)性低，這種煤加熱 后生成膠質(zhì)體，結(jié)焦性比焦煤和肥煤差，膨脹壓力小，收縮大，揮發(fā)分高，單獨(dú)煉焦時，焦炭裂紋多，塊度小，作為配煤組分，它可減少膨脹壓力，增加收縮度，使推焦順利并增加化產(chǎn)和煤氣的作用。 肥煤是中等變質(zhì)程度的煤，粘結(jié)性最強(qiáng)的煉焦煤， 單獨(dú)煉焦時可產(chǎn)生大量膠質(zhì)體，熱穩(wěn)定性好，但在固化階段焦炭會產(chǎn)生較多的橫向裂紋，它和焦煤一樣是煉焦配煤的基礎(chǔ)煤種。配煤中有肥煤時，可以適當(dāng)?shù)呐淙胝辰Y(jié)性差的煤。 瘦煤粘結(jié)性不高，配煤中適當(dāng)配入瘦煤可降低半焦收縮，增大焦炭塊度，在配煤中起瘦化作用，但配入量過多時，使配煤的粘結(jié)性過低，焦炭的耐磨性 下降，焦炭質(zhì)量下降。 焦煤在受熱時能形成熱穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體，單獨(dú)煉焦時能得到塊度大、裂紋少、耐磨性好的焦炭，配入煤料中可以起到提高焦炭機(jī)械強(qiáng)度的作用，因此，焦煤是配煤中的重要成分。但是，焦煤在結(jié)焦過程中收縮度小、膨脹壓力大，單獨(dú)煉焦或配量過多時，會發(fā)生推焦困難并引起焦?fàn)t的損壞。 從以上各單種煤的結(jié)焦特性可以看出，各單種煤在一般的工藝條件下，都不適宜于單獨(dú)煉焦。為了合理利用資源，改善焦炭質(zhì)量，必須使用配合煤煉焦。 配煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)及配煤比的確定 現(xiàn)有單種煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表 21。 則配 合煤的各項指標(biāo)如下： Ad=（干煤） St， d=（干煤） Vdaf = 焦炭質(zhì)量： Ad= St， d= 14 表 21 單種煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù) 產(chǎn)地 Ad St， d Vdaf Y(mm) 煤種 比例 （ %） 趙各莊 唐 山 晉華宮 介 休 五 陽 26 肥煤 25 17 1∕3 焦煤 20 5 弱粘煤 9 16 焦煤 35 9 瘦煤 11 在煉焦過程中，煤的灰分全部轉(zhuǎn)入焦炭， 焦炭灰分可按下式計算： %A K A?煤 焦 ， [2]………………………………………… （ 21） 式中： AA煤 焦， ——煤、焦炭的灰分， %； K ——全焦率， %。 焦炭硫分可按下式計算： %KSSS???煤 焦 ，[2]………………………………………… （ 22） 式中： SS煤 焦， ——煤、焦炭的硫分， % S? ——煤中硫分轉(zhuǎn)入焦炭的百分率。 本設(shè)計中設(shè)定 K=75%， S? =65%，則 %A ??焦 65% 0 .8 4 0 .7 2 875%S ? ? ?焦 爐孔數(shù)的確定 對于一定的生產(chǎn)能力的爐孔數(shù)取決于炭化室的尺寸和 相應(yīng)的周轉(zhuǎn)時間。 計算公式如下： 干3 6 5 2 4 , /年VKG n u N t???? [23]…… ……………………… （ 23） 式中 G干全焦年產(chǎn)量，噸 /年 n每個爐組的焦?fàn)t座數(shù)，個 N每座的爐孔數(shù)，個 u考慮的減產(chǎn)系數(shù)，一般取 V碳化室有效容積， m3 15 干?每孔裝煤堆密度（干基）， t/m3 ? 周轉(zhuǎn)時間， h K 干煤全焦率， % JN6082 型， ? =19 小時， n=2，干?=， V= 設(shè) K=，則 3 8 . 5 0 . 7 6 0 . 7 53 6 5 2 4 4 N 0 . 9 5 2 0 019G ??? ? ? ? ? ? 萬 t/a 49 .3 50N? ? ? 孔 即所選 用的為 450 孔焦?fàn)t，而焦炭的實際產(chǎn)量為： 萬 t/a， 則單座焦?fàn)t干煤消耗量為： 2105263? ? 4? 365? 24=濕煤消耗量為： ? （ 110%） =JN6082 型焦?fàn)t的主要尺寸見表 22：其余尺寸見圖紙。 表 22 JN6082 型焦?fàn)t的主要尺寸 單位： mm 項目 大小 項目 大小 炭化室長 15980 炭化室墻厚度 100 炭化室有效長 15140 立火道隔墻厚度 151 炭化室平均寬 450 跨越孔尺寸（高 ?寬） 305? (401/467） 炭化室錐度 60 循環(huán)孔尺寸（高 ?寬） 106? (406/462） 炭化室全高 6000 蓄熱室寬度 炭化室有效高 5650 蓄熱室主墻厚度 290 炭化室有效容積， m3 蓄熱室單墻厚度 230 炭化室一次裝干煤量 m3 蓄熱室格子磚高度 2540 結(jié)焦時間， h 19 斜道（出口）寬度 120（ 80） 一晝夜裝干煤量， t 邊斜道（出口）寬度 120（ 120） 立火道個數(shù)，個 32 磚煤氣道直徑 50 炭化室中心距 1300 看火孔尺寸 120 立火道中心距 480 裝煤孔直徑 ?個數(shù) 450? 4? 50? 4 加熱高度 905 上升管直徑 ?個數(shù) 500? 50? 4 爐頂厚度 1250 燈頭磚出 口距炭化室底高 405（高）， 255(低 ) 焦?fàn)t物料衡算 焦?fàn)t物料衡算 [23]是指在焦?fàn)t炭化室內(nèi)結(jié)焦過程中經(jīng)高溫干餾得到焦炭、煤 16 氣、和化工產(chǎn)品（焦油、粗苯、氨）等物料之間的平衡測試與計算。根據(jù)物料守衡定律進(jìn)行計算，通過焦?fàn)t的物料平衡，可以了解到焦?fàn)t炭化室內(nèi)物料的轉(zhuǎn)移情況，獲得焦炭產(chǎn)品的產(chǎn)率以及損失率。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步作焦?fàn)t熱量平衡，并為焦?fàn)t的設(shè)計、改造提供依據(jù)。因此，進(jìn)行正確的測試與計算是十分重要的。 常用的煉焦?fàn)t的物料平衡是指，以進(jìn)入焦?fàn)t的原料干煤與配煤水為入方，以煉焦的各種產(chǎn)品 ——焦炭、凈煤氣和各種化工產(chǎn)品為出方進(jìn)行衡算。 物料平衡的入方 入爐煤量是指每孔炭化室的裝煤量或整座焦?fàn)t平均每小時的裝煤量。物料平衡入方干煤量按下式計算：（ 以 1000kg入爐煤為基準(zhǔn)） adJ 1 0 0 MG 1 0 0 0 100?? kg [24]…………………… （ 24） 配合煤入爐前含水分按 Mad=10 計算： 入爐干煤量： GJ =900kg 入爐水量： GS=100 kg 物料平衡的出方 ： GJ =900? =675 kg ： 1000675=325 kg 其中有 10