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1、分类号 单位代码 密 级 学 号 本科毕业论文题目捣固焦炉炼焦工艺设计作 者院 (系)化学与化工学院专 业化学工程与工艺指导教师答辩日期 年 05 月 26 日榆 林 学 院本科毕业论文诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日榆
2、林学院本科毕业设计（论文）摘 要捣固炼焦工艺能减少优质炼焦煤配入量，增加高挥发、弱黏结性煤的配比，有效降低生产成本，提高焦炭产量和质量，从而获得更好的经济效益。本设计参照河北钢铁集团九江线材有限公司成熟的炼焦工艺，进行年产110万吨冶金焦的捣固炼焦车间工艺设计。所采用配煤比为：气煤40%、1/3焦煤25%、肥煤10%、焦煤10%和瘦煤15%。重点对焦炉进行物料衡算和热量衡算，得出干煤年耗量144.55万吨，主要产品年产量：焦炭110.16万吨、焦油5.48万吨、粗苯1.65万吨、氨0.33万吨、净煤气23.29万吨；并得出吨入炉煤耗煤气量140.34m3，热工效率76.12%。在炉型选择方面，
3、本设计采用HXDK5508F型捣固焦炉，炭化室高5.5m。计算得其有效容积40.27m3，孔数552，其技术特点为双联火道、焦炉煤气下喷、废气循环、复热式。同时，对焦炉的机械设备和附属设备进行简要介绍和选择，并对各主要工艺参数进行设定。最后，对所设计结果进行汇总，绘制出捣固炼焦工艺流程图。关键词：炼焦，捣固焦炉，工艺设计 捣固焦炉炼焦工艺设计The technology design of tamping coking workshopABSTRACTTamping coking technology can reduce the consumption of high-grade cokin
4、g coal, increase the consumption of high volatile, weakly caking coal, lower the cost and improve the quality of coke, to obtain better economic benefits.The topic of this technology-design is yearly 1.10 million tons cokes with tamping coking technology. And the design refers to the mature coking t
5、echnology of the Hebei Iron and Steel Group Jiujiang Wire Co., Ltd. The coal blending ratio is: gas coal 40%, 1/3 coking coal 25%, fat coal 10%, coking coal 10% and lean coal 15%. The material balance computation and energy balance computation of coke oven is the main content. As a result, the annua
6、l consumption of dry coal was 1.4455 million tons, the annual output of main products: 1.1016 million tons of cokes, 54.8 kilotons of coal tar, 16.5 kilotons of crude benzene, 3.3 kilotons of ammonia and 232.9 kilotons of clean gas. Tons of coal into the coke oven will be consume coke oven gas 140.3
7、4m3, and the thermal efficiency is 76.12%.In the aspect of the selection of coke oven model, the design used the HXDK55-08F tamping coke oven. The carbonization chamber is 5.5m in height. According to the annual output, the number of the carbonization chamber was determined as 552, and its available
8、 capacity was 40.27m3. The technique of the twinflue, the coke gas spurts，and the waste gas circulation are applied in the coke oven. In addition, the design made a brief introduction and selection of the mechanics and accessory equipment, and set some main technology parameters. Finally, the design
9、 was made a summary of the results and drew a tamping coking process flow diagram.Key words: coking，tamping coke oven，technology design 榆林学院本科毕业设计（论文）目 录摘 要IABSTRACT1 绪论11.1 我国焦化行业概况11.2 捣固炼焦原理21.3 捣固炼焦的国内外发展现状21.4 发展捣固炼焦的目的和意义32炼焦工艺设计计算52.1 设计方案的确定52.2 配煤方案的选择52.2.1 原料煤性质52.2.2 配煤方案选取62.2.2 焦炭质量预测7
10、2.3 炭化室物料衡算72.3.1 物料平衡入方72.3.2 物料平衡的出方82.3.3 物料平衡表112.4 焦炉热量衡算122.4.1 热量收入项的计算122.4.2 热量支出项的计算152.4.3 热量平衡表182.5 焦炉的热工效率193 炼焦设备的选型与计算203.1 焦炉炉型的选择203.2 炭化室尺寸的选择与计算223.3 燃烧室尺寸的确定243.4 蓄热室尺寸的确定243.5 焦炉的机械设备及附属设备253.5.1 焦炉机械253.5.2 煤气设备273.5.3 熄焦设备294 设计结果汇总304.1 设计结果总览表304.2 工艺流程图325 结论33参考文献34致 谢35
11、榆林学院本科毕业设计（论文）1 绪论煤在隔绝空气条件下，加热到9501050，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等阶段最终制得焦炭，这一过程叫做高温炼焦，简称炼焦1。炼焦制得到的主要产品为焦炭，可供高炉冶炼、铸造、气化、生产电石等工业部门作为燃料或原料。此外，还有焦炉煤气和煤焦油两大副产品。焦炉煤气经净化可得氨、硫以及多种芳香烃和杂环化合物，供合成纤维、染料、医药等工业做原料；净化后的焦炉煤气热值高，既是重要的工业燃料，也可作为民用煤气。煤焦油经蒸馏可得轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油、沥青等多种馏分，作为一系列有机合成工业的重要原料2。因此，高温炼焦是对煤进行综合利用的重要方法之一，同时也是
12、国民经济的重要组成部分。1.1 我国焦化行业概况我国煤炭资源丰富，但其中动力煤较多，优质炼焦煤占比较少。根据中国煤炭资源网统计，截止2010年，我国炼焦煤储量为2803亿吨，仅占全国煤炭资源总储量的23%，其中又以低变质的气煤和1/3焦煤较多，优质炼焦煤种如肥煤、焦煤则较稀缺。具体来说，气煤和1/3焦煤储量为1282亿吨，占炼焦煤查明储量的45.73%，焦煤的比例占23.61%，瘦煤、贫瘦煤占15.89%，肥煤、气肥煤占比最少，为12.81%3。由以上数据可知，我国的炼焦煤资源中，具有强黏结性的肥煤、焦煤占比仅为1/3略多，黏结性较弱的高变质瘦煤、贫瘦煤的占比也较少，最多的则是变质程度较低的高
13、挥发分气煤和1/3焦煤。我国是世界第一大焦炭生产国，据国家统计局快报数据显示，2010年，全国的焦炭产量已达3.88亿吨，占到全球焦炭产量的60%以上，处于绝对的世界领先地位；2011年继续走高，全国焦炭产量总计4.28亿吨；至2012年，焦炭总产量更是达到了4.43亿吨4,5。随着人民生活水平的不断提高，各行业更新改造速率的不断加快，钢铁需求量仍会有所增加，而焦炭产品的市场也必将大有作为，同时，焦炉煤气、煤焦油以及粗苯等焦化产品深加工市场广阔，新产品潜力巨大，预计年，我国全年焦炭产量将有可能突破4.5亿吨。面对如此大的市场需求，焦化工艺的设计便显得非常重要。而随着优质炼焦煤的大量消耗，在炼焦
14、工业中，改进炼焦技术、扩大炼焦煤源无疑是目前急需解决的重要技术之一。捣固炼焦工艺增大了入炉煤中高挥发、弱黏结性煤的配比，能够大量节约优质炼焦煤资源，其发展无疑对中国的炼焦工业和煤炭资源的合理利用起到了很好的推动作用。1.2 捣固炼焦原理捣固炼焦是利用捣固机械，将入炉散煤捣固成致密的煤饼，再由炭化室机侧装入，进行高温干馏的一种炼焦工艺6,7。经过捣固的煤料堆密度大大增加，可由常规顶装散煤的0.700.75t/m3，提高到0.951.15t/m3，这样便使得煤料颗粒间距大为缩小，从而减少了结焦时为填充空隙所需的胶质体数量8。即用一定的胶质体液相产物可更多地配入高挥发、弱黏结性煤。结焦过程中产生的气
15、相产物因煤粒间隙的缩小而不易析出，使胶质体膨胀压力变大，导致变形的煤粒受压挤紧，结合力加强，因此也能改善焦炭的质量。1.3 捣固炼焦的国内外发展现状自1882年德国首次使用捣固炼焦以来，至今已有130余年的历史，但当时捣固装备过于落后，捣固炼焦的优势难以体现出来，因此并未引起人们的广泛关注，只有少数盛产高挥发、弱黏结性煤的国家一直在研究改进。直到20世纪80年代，德国开发了自动连续薄层给料、多锤连续捣固的新型技术，才使捣固炼焦工艺在世界范围内获得了新生9。捣固炼焦工艺优势显著，得到了许多国家的认可，而随着优质炼焦煤资源供应状况的日益恶化，更加快了其在全世界的推广速度。较早采用此工艺的有苏联、法
16、国、波兰、捷克等国家，又以德国的萨尔堡捣固技术最为先进10。印度由于高挥发、弱黏结性煤储量较多，捣固炼焦工艺发展很快，其国内的塔塔钢铁公司依靠捣固炼焦灵活的配煤方案大量采用廉价煤生产焦炭，在过去十几年里，一直是世界上生产成本最低的焦炭生产商之一11。自20世纪30年代，我国就已经引进了捣固炼焦工艺，但很长时期内，一直处于生产规模小、技术装备水平落后的状态。直到近年来，随着优质炼焦煤的大量消耗，捣固炼焦技术在我国获得了快速发展12。1997年，青岛煤气公司建成炭化室高3.8m的捣固焦炉，引进了国外先进的捣固设备，打破了我国捣固炼焦工艺数十年徘徊不前的局面。2002年，由我国自行设计的中国第一座炭
17、化室高4.3m的捣固焦炉在山西同世达问世，标志着我国的捣固炼焦工艺跨上了一个新台阶。2006年底，炭化室高5.5m的捣固焦炉在云南曲靖建成投产，拉开了我国兴建大型捣固焦炉的序幕，随后，一大批大型捣固焦炉在全国多个地区相继建成。2009年3月，由中冶焦耐公司承包的我国首座炭化室高6.25m大容积捣固焦炉在唐山佳华成功推出第一炉优质焦炭，标志着我国的捣固炼焦工艺正向着超大型化发展。目前，我国的捣固焦炭产能已达焦炭总产能的1/3。虽然我国的捣固炼焦工艺取得了极大发展，但与发达国家相比还有较大差距，这主要表现在自主创新少，对引进的技术不能灵活运用等。因此，我们应积极开展与世界先进焦化企业的技术交流与合
18、作活动，汲取国外的先进技术，以使我国的炼焦工业达到国际先进水平。1.4 发展捣固炼焦的目的和意义作为一种成熟的炼焦工艺，捣固炼焦与常规顶装散煤炼焦相比，有着极其显著的优势，这主要体现在以下几个方面。（1）扩大炼焦用煤资源捣固炼焦工艺可以多配入高挥发、弱黏结性煤。通常，常规炼焦只能配入30%35%左右的气煤，而捣固炼焦却可配入气煤50%55%左右，因此可以为国家节约大量的优质炼焦煤资源13。（2）改善焦炭质量采用相同的配煤方案时，捣固炼焦制得的焦炭，其质量比常规炼焦有很大程度的提高。抗碎强度M40约提高5.6%7.6%，耐磨强度M10约改善2%4%，反应后强度CSR约提高4%6%14。（3）经济
19、效益显著虽然捣固焦炉的机械费用投资比常规顶装焦炉要高，但其入炉煤饼的堆密度却比顶装散煤高约1/3，故当生产规模相同时，捣固焦炉可减少炭化室孔数，因而其总投资并不会比常规焦炉高。捣固炼焦可以增加高挥发、弱黏结性煤用量，减少焦煤、肥煤用量，故原料的采购费用较低，直接降低了生产成本。加之捣固焦炉生产的焦炭质量提高，其销售收入自然也能相应增加。（4）环保方面的优势与常规顶装焦炉相比，当二者产量相同时，捣固焦炉的出焦次数少，所以在进行装煤、推焦操作时排放到周围的烟尘就少，从而减轻了污染，同时也减少了机械磨损，降低了劳动强度，改善了作业环境。综上所述，捣固炼焦是一项节约能源、保护环境、焦炭产量高质量好的新
20、型工艺，符合我国炼焦工业的发展方向。产业结构调整指导目录（2011）将其归为鼓励类，属国家鼓励发展的炼焦新技术15。随着国内外能源，尤其是优质炼焦煤资源的日益减少，以及对环保要求的日益严格，大力发展捣固炼焦技术，将具有极其显著的经济效益和社会效益。2炼焦工艺设计计算2.1 设计方案的确定本次设计为年产110万吨冶金焦的炼焦车间工艺设计，采用炭化室高5.5m捣固型焦炉，借鉴河北钢铁集团九江线材有限公司炼焦车间实际生产经验，与常规顶装焦炉相比，具有节约优质炼焦煤资源、保护环境、焦炭产量高、质量好的优点，经济效益显著。2.2 配煤方案的选择2.2.1 原料煤性质单种煤所具有的结焦特性是配煤炼焦的基础
21、，现将几种主要炼焦用煤性质简述如下3。（1）气煤气煤是烟煤中变质程度较低的煤种，其挥发分高，加热时产生的胶质体热稳定性差、黏度小、流动性强。炼焦时能分解产生大量挥发性气体，固化部分较少，且收缩性大，产生裂纹较多，故最终得到的焦炭细长易碎。配合煤中气煤的含量过多会导致焦炭块度小、强度低，但可增加其收缩性，利于推焦，而且还能得到较多化学产品。因我国的气煤储量较大，为促进资源的合理利用，炼焦时应多配入气煤。（2）1/3焦煤1/3焦煤的性质介于气煤、肥煤和焦煤之间，是含较高挥发分的黏结性煤，加热时能产生较多的胶质体。单独炼焦时能生成一定块度和强度的焦炭，是炼焦的较好煤料。炼焦时适当配入1/3焦煤，有利
22、于提高焦炭的块度和强度，并能增加焦饼的收缩性，减小炼焦过程中的膨胀压力。（3）肥煤肥煤的变质程度高于气煤，其在加热时能够产生大量的胶质体，黏结性极强。肥煤单独炼焦时所得焦炭横裂纹多，易碎成小块，抗碎强度较差，但耐磨强度较好。在配合煤中加入肥煤，能够起到提高黏结性的作用，从而可在配合煤中加入更多黏结性差的煤料。因此，肥煤是炼焦配煤中的重要组分。（4）焦煤焦煤是烟煤中变质程度较高的煤，加热时会形成热稳定性很好的胶质体，所得焦炭不仅块度大、裂纹少，而且机械强度也好。单论结焦性，焦煤是所有炼焦煤中最适于炼制出优质焦炭的煤种。但是，由于其收缩度小、膨胀压力大，因此可能会造成难推焦现象，甚至引起炉体损坏。
23、配煤中加入焦煤，可以提高焦炭的强度，但因为我国焦煤储量有限，故在配煤时应尽量减少其配入量，以节约焦煤。（5）瘦煤瘦煤的变质程度比焦煤高，是低挥发分的黏结性煤，加热时产生的胶质体数量少、黏度大。用瘦煤单独炼焦时，所得焦炭块度大、裂纹少、抗碎强度高，但熔融性差、耐磨性差。炼焦配煤中加入瘦煤，可以起到缓和收缩应力、增大焦炭块度和提高焦炭致密度的作用。2.2.2 配煤方案选取在保证焦炭质量的前提下，捣固炼焦工艺应多配入高挥发、弱黏结性煤，少配入优质焦煤，努力做到合理利用我国的煤炭资源。本设计为达到年产110万吨冶金焦生产目标，根据单种煤性质，参照实际生产经验选用如下配煤方案，并将煤料工业分析列于表2-
24、116,17。表2-1 配煤方案及工业分析煤 种配煤比/%/%/%/%气 煤407.8035.030.681/3焦煤258.2133.400.43肥 煤109.3128.780.91焦 煤109.6619.980.67瘦 煤1510.6515.520.67配合煤8.6729.570.6479注：干燥基灰分；干燥无灰基挥发分；干燥基全硫量；黏结指数与炼焦工艺设计规范18中提出的装炉煤质量要求进行对照，知此配合煤各项指标均在规定的范围内，其元素分析列于表2-2。表2-2 配合煤元素分析项 目/%/%/%/%/%配合煤87.355.264.821.500.70注：干燥无灰基2.2.2 焦炭质量预测焦
25、炭的质量受很多因素影响，诸如堆积密度、炼焦方式、结焦时间、成熟程度以及熄焦方式等，但起决定性作用的因素是配合煤的性质，它不仅影响焦炭的灰分、硫分，更能影响焦炭的机械强度19-20。根据谢海深等在焦炭质量预测模型的研究21中提出的用配合煤质量预测焦炭质量的公式：公式（2-1）公式（2-2）公式（2-3）公式（2-4）计算得根据我国制定的冶金焦质量标准（GB/T 19961994），所得焦炭、均达一级冶金焦质量标准，达二级冶金焦质量标准。2.3 炭化室物料衡算炭化室物料衡算是以进入炭化室的原料为入方、炼焦所得各种产品为出方进行的衡算，其计算基准是吨入炉煤22。进行物料衡算是炼焦车间设计的基本依据，
26、也是研究各种设备操作负荷和经济估算的基础。2.3.1 物料平衡入方物料平衡入方包括入炉煤量、入炉煤配入水量和漏入炭化室空气量。（1）入炉煤量及配入水量炭化室的物料衡算以1000kg湿煤为基准，物料平衡入方的干煤量按下式计算：，公式（2-5）式中 1000物料衡算基准数；入炉煤的水含量，%。本设计中，入炉煤水含量为10%，则入炉煤配入水量（2）吸入炭化室空气量当集气管压力保持在正常数值范围内时，整个结焦过程中，炭化室内均为正压，空气和燃烧室产生的废气不易进入其中，因此在物料衡算中可以不予考虑。2.3.2 物料平衡的出方物料衡算的出方包括炼焦所得的各项产品，现逐一计算如下。（1）全焦量全焦量是指炼
27、焦所得全部粒度范围内的焦炭总和，按下式计算：，公式（2-6）式中 入炉煤收到基全焦率，%；入炉煤干燥基全焦率，%。可用如下经验公式计算： 公式（2-7）式中 推焦前15min测定的煤饼中心温度，本设计取=1000；入炉煤干燥基挥发分，%。因 故 全焦量（2）焦油量，公式（2-8）式中 入炉煤收到基焦油产率，%；入炉煤干燥无灰基焦油产率，%；入炉煤收到基灰分，%。当入炉煤的干燥基挥发分在20%30%之间时，采用以下经验式进行计算：公式（2-9）得 焦油量（3）粗苯量，公式（2-10）式中 入炉煤收到基粗苯产率，%；入炉煤干燥无灰基粗苯产率，%。当入炉煤的干燥基挥发分在20%30%之间时，采用以下
28、经验式进行计算：公式（2-11）得 粗苯量（4）氨量氨是由煤中的含氮化合物转化而成的，其回收方式主要有生产硫铵和氨水两种，所以在进行物料衡算时应换算为纯氨量。，公式（2-12）式中 入炉煤收到基氨产率，%；入炉煤干燥基氨产率，%。经多方研究证实，炼焦时煤中氮量有12%16%转化成氨，所以氨产率可用以下经验式计算：公式（2-13）式中 煤中总氮量转化为氨的转化系数，一般取0.120.16，本设计中取0.14；入炉煤干燥基氮含量，%；14、17定值系数。已知配合煤的，则故 氨量（5）净煤气量，公式（2-14）式中 入炉煤收到基净煤气产率，%；入炉煤干燥基净煤气产率，%。可根据入炉煤挥发分含量求出：
29、公式（2-15）式中 比例系数，对一般配合煤a=3.1； 入炉煤干燥基挥发分，%。已知配合煤的，则 故 净煤气量（6）水量水量包括两部分，一部分是入炉煤配入水量，另一部分是炼焦时煤中氢和氧反应生成的化合水。，公式（2-16）式中，为干燥基化合水产率，可按以下经验式求得：公式（2-17）式中 煤中总氧量转化为化合水的转化系数，一般取0.30.5，本设计取0.4；入炉煤干基含氧量，%；16、18定值系数。已知配合煤干燥无灰基含氧量，则 故 化合水量 水量（7）差值物料衡算差值是入方物料量总和与出方物料量总和之差，能够判断物料衡算中的误差或生产过程中产品的损失。以目前生产条件，难以准确规定此差值允许
30、范围，但一般不能大于1%，否则需对各收入项和支出项做进一步检验，以查明误差原因。检验 ，此差值在允许范围内。2.3.3 物料平衡表现将物料平衡入方与出方的各项目计算结果汇总于表2-3中。表2-3 物料平衡表物料平衡入方物料平衡出方项目数值kg/t占湿煤比例%项目数值kg/t占湿煤比例%占干煤比例%入炉煤量配煤水量9001009010全焦量焦油量粗苯量氨量净煤气量化合水量配煤水量差值685.8934.1110.282.07144.9917.821004.8468.593.411.030.2114.501.78100.4876.213.791.140.2316.111.980.54合计100010
31、0合计10001001002.4 焦炉热量衡算煤气与空气进入燃烧室内混合燃烧产生热量，对炭化室中的煤料进行加热，从而制得焦炭。其热量平衡的计算是在物料平衡的基础上，根据能量守恒定律进行的22。焦炉收到的总热量等于其支出的总热量，即：公式（2-18）2.4.1 热量收入项的计算（1）加热用煤气的热量加热用煤气的热量包括煤气的燃烧热和物理显热两部分，本设计中，焦炉采用焦炉煤气加热。国内在焦炉设计中，为统一热工计算数据，焦炉煤气的组成采用下表所示数据，以便前后对照。表2-4 焦炉煤气（干基）组成组分H2CH4COCmHnCO2N2O2体积分数%59.525.56.02.22.44.00.40低发热值
32、kJ/m310844358401272871179根据表中数据可得焦炉煤气的低发热值为： 1)加热煤气的燃烧热加热煤气的燃烧热是吨入炉煤所需加热煤气量与加热煤气低发热值的乘积，设吨入炉煤所需加热煤气量为Vm3/t ，则，公式（2-19）2)加热煤气带入的显热，公式（2-20）式中 加热煤气的入炉温度，本设计中取50；0温度内加热煤气的平均比热，。图2-1 空气、焦炉煤气及其废气的比热容与温度关系图23由图2-1查得，0内焦炉煤气的平均比热，则，（2）空气带入的显热，公式（2-21）式中 每燃烧1 m3煤气所需空气量，m3；0温度内空气的平均比热，；入炉空气的平均温度，本设计中取50。用焦炉煤气
33、加热时，空气过剩系数一般取1.201.25，本设计取=1.25。由焦化设计参考资料23附录十二查得，当=1.25时，。由图2-1查得，0内空气的平均比热，则，（3）入炉煤带入的显热装入炭化室的煤料包括入炉干煤和配入水分两部分，应分别计算。1）入炉干煤带入的显热，公式（2-22）式中 入炉煤的温度，本设计取25；干煤的平均比热。在025范围内，可按以下经验式计算：，公式（2-23）则 故2）配入水分带入的显热，公式（2-24）式中，水在025范围内的平均比热24。则（4）漏入荒煤气的燃烧热焦炉在正常状况下漏入加热系统的荒煤气几乎没有，故这部分燃烧热可不予考虑，即。 （5）收入项热量总和， 2.4
34、.2 热量支出项的计算（1）焦炭带出热量，公式（2-25）式中 吨入炉煤得到的焦炭质量，；焦炭的平均比热，；焦饼中心温度，本设计取1000。焦炭平均比热的算法可参见表2-5。表2-5 焦炭的比热温度/萨德与德提出的值德布儒奈提出的值1000.3080.00093 AJ9001.5620.00536AJ1.4740.00414 AJ10001.5990.00565 AJ1.5110.00442 AJ 注：AJ焦炭的灰分。根据前面焦炭质量的预测，AJ=11.39% ，根据表2-5算得焦炭平均比热分别为1.535和1.461，取二者平均值为1.498。则（2）焦油带出的热量一般认为焦油气在结焦前半期
35、由炭化室排出，温度取，其标准状态的蒸发潜热可取418.68kJ/kg，故焦油带出热量可按下式计算：，公式（2-26）式中，为0t1温度内焦油气的平均比热，按以下经验式计算：，公式（2-27）则 故（3）粗苯带出的热量一般认为粗苯气在结焦前半期由炭化室排出，温度取，其标准状态的蒸发潜热可取431kJ/kg，故粗苯带出热量可按下式计算：，公式（2-28）式中，为0t1温度内粗苯气的平均比热，按以下经验式计算：，公式（2-29）则 故（4）氨带出的热量氨带出的热量用下式计算：，公式（2-30），公式（2-31），公式（2-32）式中 整个结焦时间荒煤气离开炭化室时的加权平均温度；结焦后半期荒煤气离开
36、炭化室的平均温度，一般取800；0温度内氨的平均比热。则 故（5）净煤气带出的热量炭化室内煤气大部分产生于结焦前半期，后半期产生的只有少部分，所以应分别计算，前半期乘以2/3的系数，后半期乘以1/3的系数，即：，公式（2-33）式中，为结焦前半期煤气离开炭化室温度；，为结焦后半期煤气离开炭化室温度；、分别为、温度下煤气的比热，查图2-1得，。已知，则 （6）水分带出的热量水分带出的热量由以下三部分构成：入炉煤带入水分加热和蒸发所消耗的热量；炼焦时形成的化合水被蒸发所消耗的热量；水与赤热焦炭反应所消耗的热量。1）入炉煤带入水分加热和蒸发所消耗的热量，公式（2-34）式中，为0650范围内水的平均
37、比热，根据焦炉加热调节与节能25附录，查得则2）炼焦时形成的化合水被蒸发所消耗的热量在物料衡算中，化合水量的确定是指经回收车间所得总水量减去入炉煤带入水量所得数值。事实上，炼焦过程中，煤中氢与氧元素形成的初次化合水和入炉煤带入水，有20%会与赤热的焦炭反应被消耗，即仅有其余80%的水量进入回收车间。为了简化，一般将入炉煤带入水分始终看成不变，而将剩余水量记为化合水量（即物料衡算中所得化合水量）。故进入回收车间总水量为：公式（2-35）得初次化合水量 初次化合水中的大部分是在胶质体形成的温度范围内产生的，小部分产生于半焦转变为焦炭的温度范围，其温度平均值可取，且其在形成过程中将放出热量，此项在支
38、出项目内为负值。故化合水消耗热量为：，公式（2-36）根据焦炉加热调节与节能25附录计算得，450650范围内，水的平均比热。故 3）水与赤热焦炭反应所消耗的热量高温条件下，水不仅能和焦炭反应，也能和甲烷、一氧化碳等物质反应，但在炼焦过程中以前者为主，故为简化计算，只考虑水与焦炭反应消耗的热量。与焦炭反应消耗水量 一般情况下，1kg水分与焦炭反应将吸收6594kJ的热量，则综上所述，（7）废气带出的热量公式（2-37）式中 V吨入炉煤所需加热煤气量，；每加热煤气燃烧所产生的理论废气量，；废气的平均温度，本设计取；废气的平均比热，。由焦化设计参考资料23附录，查得当空气过剩系数时，燃烧每焦炉煤气
39、产生废气量。由图2-1查得，温度为时，废气的比热。故，（8）炉体表面的散失热量大型焦炉的散热损失约占热量总消耗的812%，本设计取10%，则，（9）支出热量总和 ，2.4.3 热量平衡表根据热量平衡，得解得将V带入各项求解，并将热量平衡收入与支出的各项目计算结果汇总于表2-6中。表2-6 热量平衡表热量收入热量支出项目数值kJ/t占比%项目数值kJ/t占比%煤气燃烧热煤气带入显热空气带入显热入炉干煤显热配煤水分显热2514892.809795.7350706.2527697.5010457.5096.230.371.941.060.40焦炭带出热量焦油带出热量粗苯带出热量氨带出热量净煤气带出热
40、量水分带出热量废气带出热量炉体散失热量1027463.2066251.1716865.883789.14377307.44497657.91367222.06256992.9839.312.530.650.1414.4419.0414.059.84合计2613549.78100合计2613549.781002.5 焦炉的热工效率焦炉的热工效率是指在炼焦生产中有效热量占供入总热量的百分比，可用来评定焦炉的热量利用程度。 公式（2-38）式中，是指传入炭化室的热量，其数值等于供入焦炉的总热量减去废气带出的热量和炉体散失的热量，故3 炼焦设备的选型与计算现代焦炉已基本定型，但分类方法有多种。可以按照
41、装煤方式、炭化室高度、燃烧室火道结构、煤气入炉方式及实现高向加热均匀方式等分成很多类型，每一种炉型均由以上各分类组合而成。“三室两区”是焦炉的主体，即炭化室、燃烧室、蓄热室和炉顶区、斜道区。焦炉的顶部是炉顶区，炉顶区之下是间隔排列的炭化室和燃烧室。炭化室中的煤料被隔绝空气加热到9501050，经一个结焦周期炼得焦炭，其间产生的荒煤气由炉顶空间经上升管、桥管、阀体等汇集于集气管，并经吸气管道送至化产回收车间。燃烧室是空气和煤气混合燃烧的地方，产生的热量传给炭化室中的煤料，燃烧后的废气则向下流经蓄热室，其所携带的热量被蓄热室中的格子砖储存，用以预热换向后吸入的空气（贫煤气加热时用以预热空气和贫煤气
42、）。蓄热室下部是小烟道，回收热量后的废气由此经交换开闭器和分烟道汇入总烟道，最终从烟囱排出。斜道区是连接蓄热室和燃烧室的通道，在不同的换向周期分别走上升气流和下降废气。此外，还有装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车等焦炉机械设备，供加热煤气导入、荒煤气和废气导出的煤气设备，保持炉体坚固、严密的护炉铁件设备等，以保证焦炉的连续、稳定生产。3.1 焦炉炉型的选择（1）燃烧室火道结构燃烧室是加热系统的主要部分，根据其火道组合方式，大致分为两分式、双联式、和过顶式三种。1）两分式火道此种结构是将每一燃烧室内的全部火道分作两半，一半火道走上升气流，另一半走下降废气，换向后气流反向流动。这种火道结构简单，但需在顶部设置水平集合烟道，故燃烧室长向气流压差大，煤料受热不均。2）过顶式火道此种结构是将两个燃烧室划为一组，以过顶烟道相连，一个燃烧室全部走上升气流，另一个全部走下降废气，换向后气流反向流动。每个燃烧室的火道沿长向分成若干组，每组以短的水平集合烟道相连，气流较为均匀