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1、毕业设计河南城建学院化工系毕业设计说明书设计题目：年产15万t焦炭焦炉设计系别：化学化工系班级：1113071学号：30姓名： 指导老师： 目 录一、 绪论4二、 焦炉概况51. 焦炉的发展 52. 我国现有焦炉的炉型73. 现代焦炉的结构7三、 设计内容1. 设计任务82. 设计原理83. 原始数据8四、 工艺计算 1. 原始数据的处理与计算102. 物料恒算133. 热量恒算154焦炉热效率和热工效率21五、炉型选择 1焦炉的生产能力23六、强度校核 1炭化室强度 24 2. 燃烧室强度25七、干法熄焦 1热量衡算 25八、符号说明 30九、附表 33十、结束语35十一、参考资料35年产7
2、00Kt焦炭焦炉设计一、绪论焦化工业为冶金工业的重要组成部分，其主要任务是为钢铁企业提供燃料。焦炭，焦炉煤气及炼焦过程所得的各种化学品，又为化肥，农药，医药，燃料，合成纤维，和橡胶工业等提供原料，此外，还为城市煤气化提供煤气等。煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050 oC，经过干燥，热解，熔融，粘结固化，收缩，等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦，有高温炼焦得到的焦炭，用于高炉冶炼，铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收，净化后的焦炉煤气即是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料！早在16世纪已经开始出现高温炼焦，它始于炼铁的需要。焦炉的发展经历了：土法炼焦、早期室式倒焰式炼焦炉、废热式
3、焦炉和现代的蓄热式焦炉，工艺技术上也从最早的不回收化学产品、热效率极低的土法炼焦发展的今天回收化学产品和充分利用废气余热的高效焦炉。为实现焦炉的高效低耗，焦炉日趋大型化，炭化室有效容积从早期的23，发展到今天的7080。由此在焦炉结构的发展上越来越多地采用分段加热和空气贫煤气下喷方式。加热设备也向全自动调节和程序加热的方向发展。为了实现焦炉的高效率，应减薄炭化室炉墙，提高燃烧室的温度，对此研制既能保护炉体坚固严密，又能提高炉温和传热速率的高密度高强度的硅砖，这是焦炉用耐火材料的主要研究方向。焦炉大型化对焦炉操作的机械化和自动化提出了更高的要求。电子计算机开始用于焦炉生产，焦炉机械化和自动化为改
4、善环境污染创造了条件，各种装煤出焦的防尘措施不断出现。干熄焦的采用不仅有利于熄焦过程的环境保护，还可以节约能源，改善焦炭质量和扩大次煤用量，是我国焦化工业今后发展的一个方向！由于高炉冶炼技术的发展，对焦炭质量的要求也日益严格，传统的冷态强度、化学组成、筛分组成等指标已不能完全评定焦炭质量。焦炭的高温性能、显微结构和其他新的检验评定焦炭质量的而方法逐步应用。由于我国优质炼焦煤的明显短缺，配煤炼焦和非炼焦煤的炼焦技术的发展成为必然的趋势。为了扩大炼焦煤源，将弱粘结煤和不粘结煤用于炼焦，适合于常规焦炉配煤炼焦新技术不断出现，捣固炼焦配煤、配型煤炼焦，配入各种粘结剂炼焦、预热和干燥煤炼焦等，均已达到工
5、业化水平。二、焦炉概况 1.焦炉的发展焦炉结构的发展大致经过四个阶段，即土法炼焦，倒焰式焦炉，废热式焦炉和近代的蓄热式焦炉。随着化学工业的发展，要求从干馏煤气中回收有用的化学产品，为此将炭化室和燃烧室完全隔开，炭化室内生产的荒煤气送到回收车间分离出化学产品后，再送回燃烧室内燃烧和民用。1881年德国建成了第一座回收化学产品的焦炉。由于煤在干馏过程中产生的煤气量及煤气组成是随时间变化的，所以炼焦炉必须有一定数量的炭化室组成，各炭化室按一定的顺序装煤成焦，才能使全炉的煤气量及煤气组成接近不变，以实现稳定的连续生产，这就出现了炼焦炉组。这种焦炉所产生的煤气几乎全部用于自身的加热。燃烧生成的1,200
6、的高温废气带走的热量相当可观。为了减少能耗，降低成本，并将结余部分的焦炉煤气供气冶金化工等部门作原料和燃料，又发展成具有回溯废气热量装置的换热式或废热式焦炉。废热式焦炉靠耐火砖砌成的相邻通道及隔墙，将废气热量传给空气，它不需换向装置，但易漏气，回收废弃热量消耗效率差，故近代焦炉都采用废热式。蓄热式焦炉所产生的焦炉煤气，用于自身加热时只需煤气产量的一半左右。它还可以用贫煤气加热，将焦炉所产的全部煤气，作为产品提供的其他部门使用，这不仅可以降低成本，还使资源利用更加合理。自1884年建成第一座蓄热式焦炉，焦炉在总体上变化不大，但在建筑材料，炉体构造，炭化室的有效容积，技术装备等表面都有显著改进。随
7、着耐火材料工业的发展，自本世纪20年代起，焦炉用耐火材料由黏土砖改用硅砖，使结焦时间从2428h，缩短到1416h。炉体使用寿命也从10年左右延长到2025年甚至更长，由于高炉炼铁技术的发展，要求焦炭高，块度均匀， 由于有机化学工业发展的需要，希望提高化学产品的产率。这就促进了对炉体构造的研究，使之即实现均匀加热以改善焦炭质量，又能保持适宜的炉顶温度以控制二次热解而提高化学品的产率。近年来，焦炉向大型化，高效化发展，焦炉发展的主要方向是大容积。采用致密硅砖，减薄炭化室墙和提高加热火道的标准温度。 2.我国现有焦炉的炉型我国使用的焦炉炉型，在建国初期1953年以前主要是回复和建设解放前遗留下来的
8、奥拓式，考贝式，索尔维式等 老焦炉。1958年前建设了一批原苏联设计的BP型、K型焦炉。我国自行设计建造了一大批适合我国实际情况的各种类型的焦炉。主要有大型的双联火道焦炉，高5.5m的大容积焦炉，58-型和58-型焦炉。中型焦炉，两分下喷复热式焦炉。小型焦炉：66型、70型及红旗3号型焦炉。形成了大、中、小型的焦炉类型。3.现代焦炉的结构 现代焦炉虽有多种炉型，结构都有基本要求：1）焦饼长向和高向加热均匀，加热水平适当，以减轻化学产品的裂解损失。2）劳动生产率和设备利用率高。3）加热系统阻力小，热工效率高，能耗低。4）炉体坚固、严密、衰老慢、炉龄长。5）劳动条件好，调节控制方便，环境污染少。
9、为此需从焦炉的各个方面加以分析。焦炉主要有炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶和基础部分组成。 三、设计任务 1.设计任务：年产15万t炼焦焦炉设计 2. 设计原理：煤在炼焦炉中隔绝空气加热到1000 oC左右，经过干馏等一系列阶段，最终得到焦炭、焦油和煤气，这一过程称为炼焦煤在炭化室内的成型过程煤的成焦过程分为未的干燥预热阶段，胶质体成型阶段，半焦成型阶段，焦炭成型阶段。示意图如下：煤半焦焦炭胶质体黏结成焦气态产物3. 原始数据 加热煤气的组成 表1组成CO2O2COCH4H2OH2N2%10.70.327.30.22.32.756.5大气参数及有关的温度 表2 大气参数入炉煤温度焦饼中心温
10、度小废烟气道温出度口蓄热室走廊温度荒煤气温度压力温度相对湿度前半个结焦周期后半个结焦周期加权平均101325244022105232135.5747807767 入炉煤的工业分析和元素分析 表3项目工业分析 %元素分析 %水干基灰分挥发分(干基)挥发分(可燃基)碳氢氧氨硫符号W入炉煤10.710.4928.832.1778.255.193.811.320.94四、工艺计算1.原始数据处理与计算煤气重度=+ =0.494 kg/m3C 燃烧计算以1干焦炉煤气为单位，进行燃烧计算列于表5为了燃烧充分，要供给过量空气，过量空气与理论需氧量之比称空气过剩系数。=1.2煤气的饱和温度为20C,空气温度为
11、20C，空气的湿度为0.6理论需氧量T=0.01 =0.01 =0.15m3m3 LT= m3m3 实际空气量LP= LT=1.2 0.72=0.86 m3m3 生成的二氧化碳的量Vco2Vco2=0.01 =0.01（10.7+27.3+0.2） =0.382 m3m3生成水的量VH2O VH2O=0.01 =0.01(2.7+2 0.2+2.3)+0.012 =0.066 m3m3 式中0.012是空气中带入的水分。 计算用空气温度为20C空气的湿度为0.6。则1m3空气带入水汽为0.014 m3 故水汽量为：0.014LP=0.0140.86=0.012 得到的氮气量为VN2 VN2=0.01 +0.792LP =0.0156.5+0.790.86 =1.25 m3m3 废气中氧气的量为VO2VO2=0.21LP- =0.210.86-0.15 =0.03 m3m3所以1m3煤气燃烧生成废气量为 Vw= Vco2+ VH2O+ VN2+ VO2 =0.382+0.066+1.25+0.03 =1.73 m3m3废气组成： = =22% = =3.8% = =72.5% = =1.7%干焦炉煤气的燃烧计算 表4成分组成%
