现代焦炉分类方法很多,可以按照装煤方式、加热用煤气种类、空气和加热用煤气的供入方式、燃烧室火道形式以及拉长火焰方式等进行分类。
(1)按装煤方式
有顶装焦炉和侧装焦炉。侧装焦炉又称捣固焦炉。捣固焦炉是先将炉煤用捣固机捣成煤饼,然后从焦炉机侧将煤饼送入炭化室内。顶装焦炉是将装炉煤从炉顶经装煤孔装入炭化室,它又可以分为装煤车装煤焦炉、管道化装煤焦炉和埋刮板装煤焦炉。各国主要采用装煤车装煤焦炉炼焦。后两种焦炉用于预热煤炼焦。
(2)按加热用煤气种类
有复热式焦炉和单热式焦炉。复热式焦炉既可以用贫煤气(热值较低)加热,又可以用富煤气(热值较高)加热,这种焦炉多用于钢铁厂和城市煤气。单热式焦炉又可分为单用富煤气加热的焦炉和单用贫煤气加热的焦炉。
(3)按空气和加热用煤气的供入方式分类
有侧入式焦炉和下喷式焦炉。侧入式焦炉加热用的富煤气由焦炉机、焦两侧的水平砖煤气道引入炉内,空气和贫煤气则从交换开闭器和小烟道从焦炉侧面进入炉内。下喷式焦炉加热用的煤气(或空气)由炉体下部垂直进入炉内。
(4)按气流调节方式分类
有上部调节式焦炉和下部调节式焦炉。上部调节式焦炉从炉顶更换调节砖(牛舌砖)来调节空气和贫煤气量。下部调节式焦炉是更换小烟道顶部的调节砖来调节煤气量和空气量。
(5)按火道结构形式分类
可分为两分式、四分式、跨顶式和双联式等。
现代焦炉虽有多种炉型,但都有共同的基本要求:
(1)焦炉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。
现代焦炉炉体由炉顶、炭化室和燃烧室、斜道区、蓄热室及烟道和烟囱组成,并用混凝土作焦炉炉体的基础。其最上部是炉顶,炉顶之下为相间配置的燃烧室和炭化室。斜道区位于燃烧室和蓄热室之间,它是连接燃烧室和蓄热室的通道。每个蓄热室下部的小烟道通过废气开闭器与烟道相连。烟道设在焦炉基础内或基础两侧,烟道末端通向烟囱。如图2.2.1所示。
图2.2.1 焦炉炉体结构
(1)炭化室
炭化室是煤隔绝空气干馏的地方,是由两侧炉墙、炉顶、炉底和两侧炉门合围起来的。炭化室的有效容积是装煤炼焦的有效空间部分;它等于炭化室有效长度、平均宽度及有效高度的乘积。炭化室的容积、宽度与孔数对焦炉生产能力、单位产品的投资及机械设备的利用率等均有重大影响。炭化室顶部还设有1个或2个上升管口,通过上升管、桥管与集气管相连。
炭化室锥度:为了推焦顺利,焦侧宽度大于机侧宽度,两侧宽度之差叫作炭化室锥度。炭化室锥度随炭化室的长度不同而变化,炭化室越长,锥度越大。在长度不变的情况下,其锥度越大越有利于推焦。生产几十年的炉室,由于其墙面产生不同程度的变形,此时锥度大就比锥度小利于推焦,从而可以延长炉体寿命。
(2)燃烧室
燃烧室位于炭化室两侧,煤气和空气在这里混合燃烧加热炭化室。燃烧室是焦炉温度最高区域,并在推焦时受机械撞击,故一般选用荷重软化点高,导热性好的硅砖砌筑。燃烧室由若干火道组成,以便于控制从机侧到焦侧的温度分布。同时,相邻火道隔墙也起着增加焦炉结构强度的作用。对于双联火道带废气循环的焦炉,每对火道的隔墙上部有跨越孔,下部有废气循环孔。废气循环是改善焦炉高向加热的主要措施之一。
(3)斜道区
燃烧室与蓄热室相连接的通道称为斜道。斜道区位于炭化室及燃烧室下面、蓄热室上面,是焦炉加热系统的一个重要部位,进入燃烧室的焦炉煤气、空气及排出的废气均通过斜道,斜道区是连接蓄热室和燃烧室的通道区。由于通道多、压力差大,因此斜道区是焦炉中结构最复杂,异形砖最多,在严密性、尺寸精确性等方面要求最严格的部位。斜道出口处设有火焰调节砖及牛舌砖,更换不同厚度和高度的火焰调节砖,可以调节煤气和空气接触点的位置,以调节火焰高度。移动或更换不同厚度的牛舌砖可以调节进入火道空气。
(4)蓄热室
蓄热室位于斜道下部,通过斜道与燃烧室相通,是废气与空气进行热交换的部位。在蓄热室里装有格子砖,当由立火道下降的炽热废气经过蓄热室时,其热量大部分被格子砖吸收,每隔一定时间进行交换进入冷空气,格子砖又将热量传递给空气。在焦炉整个生产周期内,蓄热室就是这样不断交替进行着蓄热和放热的热交换。使废气由1200℃左右经过蓄热室降低到400℃以下,而经过蓄热室的上升气体(空气或高炉煤气)被预热到1000℃以上,这样可以回收废热并提高煤气与空气在立火道内燃烧温度,使焦炉热效率提高。一座没有蓄热室的废热室焦炉,大约要烧掉本身所发生焦炉煤气的80%;而带有蓄热室的焦炉一般只烧掉自身所发生焦炉煤气的45%左右。
(5)炉顶
炼焦炉炭化室盖顶砖以上的部位称为炉顶区。在该区有装煤孔,上升管孔,看火孔,烘炉孔及烘炉道,拉条沟等。烘炉孔只是在烘炉时使用,在焦炉即将投产以前,用涂有泥浆的塞子砖堵严。炼焦煤一般由装煤孔装入炭化室。捣固式焦炉是将预先捣制成的煤饼由机侧炉门推进炭化室。双集气管焦炉每个炭化室有两个上升管孔,单集气管只有一个上升管孔。
焦炉炉顶一般都用黏土砖砌成。为了减少散热和改善炉顶操作条件,在炉顶区没有孔洞或不承受压力的部位,用绝热砖砌筑。炉顶表面应用耐磨性好的缸砖砌筑。
(6)小烟道
小烟道位于蓄热室的底部,是蓄热室连接废气盘的通道,上升气流时进冷空气,下降气流时汇集废气。
(7)焦炉基础平台,烟道与烟囱
焦炉炉顶平台位于焦炉地基之上。在焦炉炉幅方向的两端部都设有钢筋土的抵抗墙,抵抗墙上留有纵拉条孔。焦炉砌在顶板基础平台之上,依靠抵抗墙及纵拉条紧固炉体。
烟道与烟囱虽不属于焦炉砌体的组成部分,炉体燃烧产生的废气通过烟道由烟囱排出。
炭化室中煤料在隔绝空气条件下受热变成焦炭。一座焦炉有几十个炭化室和燃烧室相间配置,用耐火材料(硅砖)隔开。每个燃烧室有20~30个立火道。来自蓄热室的经过预热的煤气(高热值煤气不预热)和空气在立火道底部相遇燃烧,从侧面向炭化室提供热量。蓄热室位于焦炉的下部,利用高温废气来预热加热用的煤气和空气。斜道区是连接蓄热室和燃烧室的斜通道。炭化室、燃烧室以上的炉体称炉顶,其厚度按炉体强度和降低炉顶表面温度的需要确定。炉顶区有装煤孔和上升管孔通向炭化室,用以装入煤料和导出煤料干馏时产生的荒煤气。还设有看火孔通向每个火道,供测温、检查火焰之用,根据检测结果,调节温度和压力。整座焦炉砌筑在坚固平整的混凝土基础上,每个蓄热室通过废气盘与烟道连接,烟道设在基础内或基础两侧,一端与烟囱连接。