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Xingtai Polytechnic College
课程设计
题目：20万吨每年冶金焦的炼焦工艺设计
学生姓名： 吕玉铃
专业班级： 化工091
院 系：资源与环境工程系
指导教师： 陈宁 程永高 宫惠峰
2023年6月20日
20万吨/年冶金焦的炼焦工艺设计
摘要
本设计参照鞍山钢铁集团公司化工总厂成熟的炼焦工艺，结合目前国内外炼焦技术的发展现状，以改善焦炭质量、提高焦炭产量、减少环境污染为宗旨，进行了年产量为100万吨的冶金焦的工艺设计。
重要内容涉及：厂址选择、炼焦用煤的选择、炉型的选择、工艺流程的拟定以及环保措施的制定，并重点针对所选炉型进行了焦炉的物料衡算、热量衡算、煤气的燃烧计算、炉体各点压力计算、加热系统各部位浮力与压力计算和烟囱高度的拟定，同时还完毕了相关图纸的绘制：设备连接图、焦炉炉体结构图、焦炉蓄热室结构图。
关键词：冶金焦，炼焦，工艺设计
目录
1 文献综述…………………………………………………………………………………………1
概述………………………………………………………………………………………1
炼焦用煤准备……………………………………………………………………………1
原料煤的接受与贮存……………………………………………………………….1
配煤与粉碎………………………………………………………………………….1
装炉煤的干燥和预热……………………………………………………………….2
添加改质粘结剂及瘦化剂………………………………………………………….2
炼焦生产…………………………………………………………………………………2
炼焦炉及其辅助设备……………………………………………………………….2
焦炉生产操作……………………………………………………………………….3
炼焦新技术………………………………………………………………………………4
发展前景…………………………………………………………………………………5
世界焦炭生产发展趋势…………………………………………………………….5
我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望……………………………………………5
本次设计要完毕的任务……………………………………………………………….6
2 炼焦工艺的设计与计算……………………………………………………………………….6
入炉煤的选择………………………………………………………………………….6
焦炉炉型选…………………………………………………………………………….7
工艺流程的选定……………………………………………………………………….9
加热用煤气相关计算…………………………………………………………………10
煤气燃烧计算………………………………………………………………………11
焦炉的物料平衡与热量平衡计算…………………………………………………13
原始数据的解决与计算……………………………………………………….14
物料平衡计算………………………………………………………………….15
热量平衡计算………………………………………………………………….18
焦炉热效率…………………………………………………………………….31
炼焦耗热量……………………………………………………………………32
炉体水压计算………………………………………………………………………32
炉内各点压力计算……………………………………………………………32
加热系统各部位浮力计算……………………………………………………43
加热系统各部位压力计算……………………………………………………45
烟囱高度计算……………………………………………………………………47
3 环境保护……………………………………………………………………………………54
4 结论…………………………………………………………………………………………55
致谢……………………………………………………………………………………………56
参考文献………………………………………………………………………………………57
1 文献综述
概述
煤在焦炉内隔绝空气加热到1000℃左右，通过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制得焦炭，这一过程称为高温干馏或高温炼焦。
由高温炼焦得到的焦炭可用于高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门作为燃料或原料；炼焦过程中得到的干馏煤气通过回收、精制得到各种芳香烃和杂环化合物，可供合成纤维、染料、医药、涂料和国防等工业作为原料；经净化过的焦炉煤气既是高热值燃料，又是合成氨、合成燃料和一系列有机合成工业的原料。因此，高温炼焦是煤综合运用的重要方法之一。
炼焦用煤准备
炼焦煤入炉前的预解决涉及来煤接受、贮存、倒运、粉碎、配合和混匀等工序。若来煤是灰分较高的原煤，还应涉及选煤、脱水工序。为扩大弱粘煤用量，可采用干燥、预热、捣固、配型煤、配添加剂等预解决工序。北方地区的工厂，尚有解冻和冻块破碎等工序。
炼焦煤的预解决基本流程见图1-1。
原料煤的接受与贮存
原料煤的接受通常在贮煤场进行。焦化厂设立贮煤场的目的：一是要保证
洗选 干燥
解冻
煤场 捣固
来煤 接受 干燥，预热
与卸煤 配煤槽 粉碎 部提成型 煤仓 装炉
配添加剂
煤槽 粉碎 配合 混合
图1-1 炼焦煤的预解决基本流程
焦炉的连续性生产；二是要稳定装炉煤质量 ，贮煤场由卸煤机械、倒运机械、转运皮带和受煤斗槽以及贮煤场地等组成。
配煤与粉碎
1、 配煤
配煤系统有两种，一种是配煤槽，靠其下部的定量给料设备进行配煤，这种系统精确度高，但设备多、投资高。另一种是采用配煤场代替配煤槽进行的配煤系统。
2、 粉碎
煤料的细度和粒度分布对焦炭质量及焦炉操作有很大影响，为此装炉煤必须粉碎。
装炉煤的干燥和预热
1、装炉煤的干燥
煤的干燥工艺一般由煤干燥器、除尘装置和输送装置等组成，煤的干燥工序可以设在配合和粉碎工序之前，即对单种煤进行进行干燥后再配合、粉碎，由于煤干燥配合、粉碎时有大量粉尘逸出，故一般均设在配合和粉碎之后，即对配合煤进行干燥。
2、装炉煤的预热
装炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到热分解开始前温度（150～250℃），然后再装炉炼焦称为预热煤炼焦。对煤进行预热可以增长气煤用量，提高焦炉生产能力，改善焦炭质量，减少热耗，是扩大炼焦煤源的重大方法。
添加改质粘结剂及瘦化剂
当配合煤中由于缺少强粘结煤而流动局限性时，可以通过添加适当的粘结剂或人造粘结煤来补充低流动度配合煤的粘结性，从而提高焦炭质量，此种粘结剂称为煤改质粘结剂。
在煤结焦过程的收缩阶段，随温度升高，挥发分析出，固态半焦发生收缩，当收缩应力大于焦炭材料强度时，将在焦炭中产生裂纹。收缩系数越大，裂纹越多越宽，故为了减小收缩系数可在焦炭中添加瘦化剂，并且还可以减少层间的收缩差，减少层间应力。
炼焦生产
炼焦炉及其辅助设备
1、焦炉分类
按照装煤方式可分为顶装焦炉和侧装焦炉；
按照加热用煤气种类可分为复热式焦炉和单热式焦炉；
按空气和加热用煤气的供入方式可分为侧入式焦炉和下喷式焦炉；
按气流调节方式可分为上部调节式焦炉和下部调节式焦炉；
按拉长火焰方式可分为多段加热式焦炉、高低灯头式焦炉、废气循环式焦炉。
2、炉体结构
炭化室与燃烧室：炭化室是煤隔绝空气干馏的地方；燃烧室是煤气燃烧的地方，两者依次相间，其间的隔墙面平均温度为1300℃，炭化室平均温度为1100℃，局部区域还要高些。
斜道区：位于蓄热室与燃烧室之间，它是连接燃烧室和蓄热室
蓄热室：位于焦炉炉体下部，其上经斜道同燃烧室相连，其下经废气盘分别同分烟道、贫煤气管道以及大气相通。
炉顶区：炭化室盖顶砖以上部位称炉顶区，设有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及拉条沟。
烟道与基础：蓄热室下部设有分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经各废气盘，分别汇集到机侧或焦侧分烟道。
3、护炉设备
护炉设备涉及炉柱、小炉柱、保护板、纵横拉条、弹簧、机焦侧操作台等。护炉设备的作用是对砌体施加保护性压力，使砌体在烘炉及生产过程中保持整体性，避免在温度及机械冲击下产生破坏。
4、煤气设备
煤气设备涉及干馏煤气导出设备和加热煤气供入设备两套系统。
两套管系。
5、废气设备
废气设备涉及互换开闭器和总分烟道翻板等。
6、互换设备
互换设备是用于切换焦炉加热系统气体流向的动力设备和传动机构，涉及互换机和互换传动装置。。
7、荒煤气导出设备
炭化室中煤料在高温下干馏产生的煤气因尚未经净化解决，习惯上成为荒煤气或粗煤气。荒煤气导出系统的设备涉及：上升管、桥管、水封阀、集气管、吸气管、氨水喷洒系统等。
8、焦炉机械
炼焦生产中焦炉专用机械，顶装焦炉用的有装煤车、拦焦机、推焦机、熄焦车；捣固焦炉则用装煤推焦机代替装煤车和推焦机，并增长消烟车以消除装煤时产生的烟尘。随炼焦技术的发展，焦炉机械也趋向多功能、自动化方向。
焦炉生产操作
1装煤
煤塔贮煤
贮煤塔，用于贮存入炉煤料，以保证焦炉稳定生产。
从贮煤塔取煤
装煤车在贮煤塔下取煤时，必须按照车间规定的顺序进行。为使装煤车顺利取煤，煤塔放煤时应将放煤阀门完全打开，加快放煤速度，以防煤塔发生棚料。装煤车在接煤前后应进行称量，以便对的计量装入炭化室实际煤量，保证每个炭化室装煤量准确。
装煤与平煤
装煤顺序是装煤操作重要环节，往炭化室装平煤操作大体可分为三个阶段：
第一个阶段，从装煤开始到平煤杆进入炉内，该阶段延续时间约为60秒。这阶段内操作关键是选用合理的装煤顺序，它将影响整个装煤过程的好坏。