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参考摘要
本设计主要论述了国内外焦炉的发展历史、现状和未来的发展趋势。
在已知生产任务为95万吨焦炭/年的情况下,计算确定出焦炉类型为JN60-82型焦炉和尺寸为高6000mm、宽450mm、长15980mm,两组共98孔炭化室。
在此基础上,按实际的生产要求确定出配煤比,用模型对焦炭进行了质量预测,经过严格的物料衡算和热量衡算使煤和焦炭的各项指标达到要求。
然后对焦炉内部蓄热室的炉体水压、热系统各部位浮力和加热系统各部位压力进行了计算,对燃烧室和烟囱吸力、高度等也做出严格的计算,确定出格子砖为18层,高度为2250mm,烟囱高度为122米,最终设计出合适的焦炉,完成了非工艺条件中四大机车、交换机、集气管、土建、仪表和电力、照明、电信等的选定和设计,并用Auto-CAD绘制出三张A1图纸。
关键词:
焦炉;工艺计算;焦炭;蓄热室;烟囱
ABSTRACT
Thedesignfocusesonthedevelopmentofthepast,presentandfuturedevelopmenttrendofthecokeovenathomeandabroad.Knowingtheproductionofcokeis950,000tonsayear.ThetypeofcokeovenJN60-82-typeandthesizeofthe6000mmhigh,450mmwidth,15980mmlength,two98-holeofcarbonizationroomcokeovenisdetermined.Accordingtotheactualproductionandtheblendingratio,wecanmakethecoketoreachesthequalityprediction.Afterarigorousmaterialandheatbalance,thecoalandcokecouldmeettherequirementsoftheindicators.Theregeneratorofthecokefurnaceinternalpressure;thermalsystemsindifferentpartsofthebuoyancyandpressureindifferentpartsoftheheatingsystemwerecalculated.Thencalculatetheinternalofcokeovenincludingregenerator,suctionchamber,thechimney,andtheheight.Thebricklayeris18lattices,theheightis2250mm,andthechimneyheightis122meters.Atlastthesuitablecokeovenisdesignedandanon-processconditioninthefourlocomotives,switches,setthetrachea,construction,instrumentationandelectricpower,lighting,telecommunications,suchasselectionanddesignarecompleted.ThreemapsaredrawnoutwithAuto-CAD.
Keywords:
cokeoven;processcalculation;coke;regenerator;chimney
详细摘要
煤炭焦化又称煤炭高温干馏。
以煤为原料,在隔绝空气条件下,加热到950℃左右,经高温干馏生产焦炭,同时获得煤气、煤焦油并回收其他化工产品的一种煤转化工艺。
焦炭是炼焦最重要的产品,焦炭广泛用于高炉炼铁、冲天炉熔铁、铁合金冶炼和有色金属冶炼等生产,做为还原剂、能源、疏松骨架和供碳剂,也用于电石生产、气化和合成化学等领域作为原料。
焦炉又称炼焦炉,煤炼焦的设备,是技术中的关键。
煤焦化技术的应用已有200多年的历史,其炉子的结构形式经历了许多变化。
初期炼焦仿造烧木炭的过程采用成堆干馏。
19世纪70年代,建成了回收化学产品的焦炉,使炼焦走向生产多种产品的重要阶段。
此后不久,1883年建成了利用烟气废热的蓄热式焦炉,至此,焦炉在总体上基本定型。
现代焦炉由下列六部分组成:
燃烧室、炭化室、蓄热室、斜道区、炉顶区、基础部分。
炭化室与燃烧室相间布置,蓄热室位于其下方,内放格子砖以回收废热,斜道区位于蓄热室顶和燃烧室底之间,通过斜道使蓄热室与燃烧室相连。
碳化室与燃烧室之上为炉顶,整座焦炉砌筑在坚固平整的刚健混凝土基础上,烟道一端通过废气盘与蓄热室相连,另端与烟囱连结。
根据给定的任务年产95万吨的规模,参考我国的技术水平、环保要求及先进设备的使用情况,选用JN60—82型6m大容积焦炉较为合适。
该焦炉的特征为:
双联火道,煤气下喷,高低灯头,废气循环,复热式焦炉,炉头为直缝结构,炉头采用方铝砖,此炉增大了边斜道口断面,取消边火道循环孔。
除炉头火道外,中间火道的顶头出口位于刚过循环上缘的地方。
为避免多配煤气而导致炉顶空间温度过高,加热水平高度采用900mm,采用薄壁格子砖和扩散式篦子砖。
本焦炉的周转时间是19小时。
经过公式计算确定出了焦炉孔数为一座焦炉两组共98孔。
现在常用的配煤原理有胶质层重叠原理,互换性配煤原理和共炭化原理,根据配煤原理和各地方、各煤种的特点确定出配煤比。
配出的煤:
Ad=8.75%,Vdaf=28.32%,Std=0.64%,X=24mm,Y=17mm,再用焦炭质量预测可以看出这个配煤比是合适的,能炼出符合要求的焦炭:
G加和=83.45,G校正=85.63。
焦炉的物料衡算:
物料入方包括入炉干煤量和煤带入的水分,负压操作还包括泄露到炭化室的空气量,物料平衡是热平衡的基础;物料平衡的出方包括炼焦的各种产品和泄漏的粗煤气量。
焦炉的热量衡算:
炼焦炉热平衡的测定与计算是在物料平衡的基础上,根据能量守恒定律进行的,也就是说供给焦炉的总热量(
)等于焦炉支出的总热量(
)。
即:
=
。
以1000
装炉煤为基准进行热量衡算,为满足焦炉的最大负荷,所以采用高炉煤气加热,其中1
。
热平衡收入项的计算包括:
加热煤气的燃烧热
、热煤气显热
、空气显热
、湿煤显热
。
热平衡支出项包括:
焦炭显热
、净煤气显热
、焦油潜热、显热
,粗苯潜热、显热
、氨显热
、水分的潜热、显热
,废气显热
、不完全燃烧损失热
、炉体表面散热
。
其中加热焦炉用煤气的热量是提供给焦炉热量的主要来源,约占热量总收入96%—98%,而且加热煤气的流量还将影响废气量与空气量计算,所以应准确的计算。
差值是物料平衡中的最后一项,也是很重要的一项。
它将判断在物料平衡的计量和计算中的误差或在生产过程中产品的损失。
对焦炉进行了物料衡算和热量衡算,误差分别为:
<1%;0.0000725%<1%,在要求的范围之内,可知设计的初期工作是合理的。
蓄热室计算的目的是求出格子砖的的高度,从而进一步确定蓄热室的高度。
应按热交换量最大的蓄热室进行计算,所以一般选焦侧煤气蓄热室来计算格子砖高度。
对于复热式焦炉,应按高炉煤气加热考虑。
运算式先列出有关的原始数据,然后通过热平衡计算,确定预热空气或高炉煤气的温度,以及蓄热室的交换量,按公式算出热交换系数
。
将辐射传热系数
和
之和再乘以气流通过蓄热室的不均匀系数(一般为0.7~0.8)即得总传热系数,再根据加热期和冷却期的总传热系数,查有关资料确定总传热交换系数
,然后算出格子砖上下部气体温度的对数平均温度,最后按下式求出换热面积F=340.37m2,格子砖层数为n=18层,高度为H=2250mm,从而确定出蓄热室的高度。
通过炉体水压计算,可以得知炉内各点的压力分布,并为烟道烟囱计算提供基础数据。
加热系统各部位压力计算按流体力学原理,对于上升气流,末端压力等于初始压力减去初末二端间之总阻力,再加上二点之间总浮力,如下式所示
。
烟囱底部的压力:
小烟道出口中心处的压力
毫米水柱;交换开闭器至烟囱底部的阻力损耗
毫米水柱;交换开闭器至烟囱底部的浮力
毫米水柱;烟囱底部压力
毫米水柱。
烟囱总阻力:
毫米水柱,最终根据烟囱的计算公式得到烟囱高度为H=122m。
根据参考资料和焦炉的实际尺寸和特点进行了焦炉的非工艺设计。
包括焦炉设备选型、焦炉仪表设计、土建条件的设计、电力、照明和电信的设计。
这次设计采用的是JN60-82型焦炉,并用Auto-CAD绘制出车间平面布置图,焦炉横剖面图,焦炉纵剖面图共三张A1图纸,详细直观的表现出焦炉外围和内部构造及各项目的尺寸。
该型号焦炉是目前国内使用较多的炉型之一,特点是劳动生产率高、占地面积少,而且维修费用低、加热效率高,热损失少,同时炉高增加,装炉煤的堆密度增加,有利于改善焦炭质量,减少环境污染。
因此对其进行设计研究对实际建造和生产具有一定的现实指导作用。
DetailedAbstract
Cokingcoalisalsoknownashigh-temperaturedrydistillationofcoal.Thecoalconversionprocessisthatcoalasrawmaterialwhichiselatedfromtheair,heatedtoabout950℃hightemperatureandatthesametimethecoalgas,coaltarandtherecoveryofotherchemicalproductsaregained.Cokeisthemostimportantproductincoking.Cokeiswidelyusedinblastfurnace,cupolameltingiron,ironalloy,suchassmeltingandrefiningnon-ferrousmetalandasareluctant,energy,andforthecarbonskeletonosteoporosisagent.Itisalsoforcalciumcarbideproduction,gasificationandsyntheticchemicalsasrawmaterialsandotherfields.Cokeovenisknownascoalcokingequipmentandisthekeyofcokingtechnology.Theapplicationofcoaltechnologyhasbeenmorethan200yearsofhistory.Thestructureofthestovehasundergonemanychanges.Inthemid-18thcentury,thecokeovenbegantoevolveintoalongsemi-brickkiln.Inthe19thcentury70's,therecyclingofchemicalproductscokeovenwasbuilt.Sotheproductionofcokesteppedintoanimportantstageinavarietyofproducts.Shortlythereafter,in1883thefluewastegaswasusedtoheattheregenerativecokeoventhatuptothispoint,ingeneralitisthebasicshapeofcokeoven.
Themoderncokeovenwasmadeupbythefollowingsixcomponents:
combustion,carbonizationroom,storageroom,aramparea,toparea,thebasisofsome.Thecarbonizationroomandwhitechamberarrangedandatthebottomistheregenerator,inwhichbricklatticeswereputtedtorecoverwasteheat.Rampsregeneratorislocatedbetweenthetopoftheregeneratorandthebottomofthecombustionchamber,connectingwiththecombustionchamberthroughtheregeneratorofaramp.Abovethecarbonizationroomandthecombustionchamberwasthetopofthecokeoven.Thewholemasonrycokeformationinasolidconcretefoundationofrobust,thefluegasthroughtheplatewithoneendofregeneratorconnectedtotheotherendofthelinkwiththechimney.
Inaccordancewiththegivenmandate950,000tonsannualproductioncapacityofthescaleandreferringtothetechnologicallevelofChina'senvironmentalprotectionrequirementsandtheuseofadvancedequipment,JN60-82-type,the6mlargecapacitycokeovenwasselectedismoresuitable.Thecharacteristicsofthecokeovenareasfollows:
double-fluegasunderthespray,highandlowlamp,exhaustcycle,complexthermalcokeoven,sewingstraightburnerstructure,theuseofsquarealuminumburnerbrick.Thisincreasesthefurnacewhilecrossingobliquecross-sectiontoremovethesidecyclefireroadhole.Inadditiontofireroadflats,themiddleofafireroadislocatedintheimmediateexportofjusttheupperedgeofthecycle.Inordertoavoidmorethanaresultofallocationoftopspacegastemperatureistoohigh.Theheatinghighleveluse900mmhighandtheproliferationofthin-walledbrick-typelatticebrickareused.Theturnaroundtimeofthecokeovenis19hours.Afterdeterminingaformulaforacokeovenknowingthatthetotalholesare98twoteams.Nowthereistheprincipleofcommongliallayerblendingoverlappingprinciple,theprincipleofinterchangeabilityofcoalcarbonizationandtheprincipleoftotal.Accordingtotheprincipleofblendingandtheplacethecoaltheblendingratioisdetermined.ThecoalblendingratioisthatAd=8.75%,Vdaf=28.32%,Std=0.64%,X=24mm,Y=17mm.Usingthecokequalitypredictionandthenwecanseethattheblendingratioissuitabletomeettherequirementsofthesmeltingcoke:
G加和=83.45,G校正=85.63.
Thematerialbalanceofcokeoven:
materialswillintothefurnacetotheside,includingcoalandcoalwiththewater.Negativepressureoperationalsoincludesthedisclosureofthecarbonizationroomair.Thematerialbalanceisthebasisofthermalequilibrium.Thesideofmaterialbalanceincludesavarietyofproductswhencokingandthegasvolumeofcrudeleaked.Theheatbalanceofthecokeoven:
Cokeovenandthedeterminationofthermalequilibriuminthematerialbalancecalculationisbasedontheenergyconservationlaw.Thismeansthatthetotalheatsupplytothecokeovenequivalenttothetotalcalorieexpenditure.Thatis
=
。
Coalfurnaceinstalledin1000kgasthebasefortheheatbalance,inordertomeetthemaximumloadofcoke,sotheblastfurnacegasisusedtoheatthecokeoven,inwhich1KJ=4.2Kcal.Heatbalancecalculationofincomeinclude:
heatofcombustiongasheating
hotgassensibleheat
airsensibleheat
wetcoalheat
.Thermalequilibriumexpendituresinclude:
cokesensibleheat
hotgassensibleheat
tarlatentheat,sensibleheat,sensibleheat
crudeBenzollatentheat,sensibleheat
ammoniasensibleheat
latentheatofwater,sensibleheat
exhaustheat
incompletecombustionheatlosses
surfaceheatlosses
.Theheatingcokeovengasisthemainsourceofthecomingheattoheatthecokeoven,accountingforabout96%-98%,andheatingwillalsoaffecttheflowofgasemissionsandairvolumecalculation.Sothecalculationshouldbeaccurate.
Thedifferenceisthelastoneinmaterialbalanceanditisalsoveryimportant.Itwilldeterminethematerialbalanceinthemeasurementandcalculationerrorsintheproductionprocessorproductloss.Carriedoutonthecokematerialbalanceandheatbalance,theerrorareasfollows:
<1%;0.0000725%<1%.Theyareinthescopeoftherequest.Seeingtheearlystagesofthedesignisreasonable.Calculatingtheregeneratoristhepurposeofthelatticetoderivetheheightofthebricksoastofurtherdeterminetheheightofregenerator.Itshouldbethelargestheatexchangeregeneratorcalculating.Sothegeneralelectionregeneratorcokesideofthegastocalculatethelatticebrickheight.Thecomplexthermalcoke,blastfurnacegasheatingshouldbeconsidered.Firstexpressionoftherelevantrawdata,and
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