武汉科技大学本科毕业设计
提高焦炭质量
捣固炼焦可以提高焦炭的冷态强度和反应后强度。其抗碎强度M40提高1~6 百分点，耐磨指标M10改善2~4百分点；焦炭的反应后强度CSR值一般可提高1~6百分点。捣固炼焦还可以提高焦炭的筛分粒度。
保护环境
捣固焦炉不仅可以选用顶装煤焦炉采用的环境保护措施，而且由于捣固焦炉独有的特点，可以在炉顶设置焚烧洗涤消烟除尘车，减少装煤推焦逸散的烟尘量，使得环境保护措施更趋完善，降低污染物排放量。
技术经济
尽管捣固焦炉的捣固机和装煤推焦车的投资略高于顶装焦炉的机械费用，结焦时间也比顶装炉长，但是捣固煤饼的堆积密度比顶装煤高1/3，故相同生产规模的焦炉，可以减少炭化室的孔数或炭化室容积。随着我国捣固机械制造水平的提高，单套机械的服务孔数已由原来的30孔增加到了50~72孔，综合计算捣固焦炉的总投资比顶装焦炉略高。
捣固炼焦工艺可以比顶装煤炼焦工艺配人更多的高挥发分或弱粘结性的低阶煤，同时增加石油焦、焦粉的配人量，减少焦煤用量，原料煤的采购费用具有明显的优势，直接降低了焦炭的生产成本。捣固焦炉焦炭质量提高，可相应提高销售价格，而其操作费用和动力消耗与顶装煤工艺基本相同，直接增加了销售收人。捣固焦炉增加了焦炭的筛分粒度，相应增加了销售收人。
1.5 设计的意义
随着钢铁工业的发展，高炉对焦炭的要求也在提高。焦炭质量主要取决于配煤和焦炉性能。本设计旨在从这两个方面出发，尽量吸取先进技术，生产优质高炉焦。
1.6 设计的内容
本设计的内容包括备煤方案、焦炉选型及结构、焦炉工艺计算、焦炉设备选择、车间布置和生产辅助设施。
1.7 设计依据和设计原则
设计依据：国家关于炼焦行业设计的相关规定。
设计原则：在各项经济指标符合国家相关标准规定的前提下优化生产工艺流程。
5
武汉科技大学本科毕业设计
2 化工技术部分
2.1 原料
2.1.1 原料煤性质与配煤比的选择
1、 原料煤的性质
我国炼焦配煤常用的煤种有气煤，1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤，它们的粘结性、结焦性及在配煤中的作用如下:
(1)气煤
气煤是指变质程度较低的烟煤。气煤的挥发分高，在加热时，产生的胶质体热稳定性差、粘度小、流动性强，在生成半焦时胶质体易分解并析出大量气体，固化的部分较少。气煤的粘结性较弱。
气煤单独炼焦时能形成焦炭，但焦饼收缩大，焦炭纵裂纹多，焦块细长易碎，气孔大而不均匀，反应性强。气煤的结焦性较差。配煤中配入气煤，可以降低炼焦过程中的膨胀压力，对焦炉有利;可以增加焦饼的收缩度，有利于推焦，能增加煤气和炼焦化学产品的产率。但是，配入气煤将使焦炭的块度变小，强度降低。
(2)1/3焦煤
1/3焦煤是指介于焦煤和气煤之间的烟煤。1/3焦煤的挥发分比较高，但通常比气煤低，在加热时能产生较多的胶质体，且热稳定性比气煤好，单独炼焦时能生成一定块度和强度的焦炭，同时焦饼的收缩比焦煤大，膨胀压力比焦煤小。1/3焦煤的粘结性和结焦性比气煤强，其中G> 75的1/3焦煤，粘结性和结焦性较好，可单独炼出高强度的焦炭，是配合煤中的主要组分;而G<75的1/3焦煤，粘结性和结焦性稍差，单独炼焦时不能得到高强度的焦炭，在配合煤中的用量也不宜过多。
在炼焦配煤中配人1/3焦煤，减少气煤的配人量，可以提高焦炭块度和强度，同时能够节约焦煤，并对增加焦饼收缩和减小炼焦过程中的膨胀压力有利。
(3)肥煤
肥煤是指变质程度中等、粘结性极强的烟煤。肥煤加热时能产生大量胶质体，其热稳定性比较好，粘度不大。在炼焦煤中以肥煤的粘结性为最好。
肥煤单独炼焦时所得焦炭横裂纹多，气孔率高，在焦饼根部有蜂窝状焦，焦炭易成碎块但是，用肥煤炼出的焦炭熔融性好。肥煤的结焦性不如焦煤。
肥煤因其粘结性极强，因此是炼焦配煤中的重要组分，在配煤中被作为基础煤使用。配人肥煤可使焦炭熔融性良好，从而提高焦炭的耐磨强度，并为配人粘结性差的煤或瘦化剂创造条件。
6
武汉科技大学本科毕业设计
(4)焦煤
焦煤是指变质程度较高、结焦性好的烟煤。焦煤具有中等挥发分和较好的粘结性，在炼焦煤中是结焦性最好的煤，因此，是典型的炼焦煤。
焦煤在加热时形成热稳定性很好的胶质体，单独炼焦时所得焦炭块度大、裂纹少、机械强度高、耐磨性好，最适于炼制高质量焦炭。但是，由于收缩度小，膨胀压力大，可能造成难推焦现象，甚至引起炉体损坏。炼焦配煤中配人焦煤，可以起到骨架和缓和收缩应力的作用，从而提高焦炭的强度，是优质的炼焦原料。
(5)瘦煤
瘦煤是指变质程度较高、挥发分比较低的烟煤。瘦煤在加热时产生的胶质体少，且粘度大，能单独炼焦，所得焦炭块度大、致密度好、裂纹少，但熔融性差，耐磨性不好。瘦煤的粘结性和结焦性都较差。
炼焦配煤中配人瘦煤，可以起到骨架和缓和收缩应力，从而增大焦炭块度和提高焦炭致密度的作用，是配煤中的重要组分[9]。 2、配煤比的选择
配煤原则如下[10]:
( 1 )采用的配煤比应使焦炭质量达到规定的指标，满足使用部门的要求。 ( 2 )充分利用本地区资源，做到运输合理，尽可能缩短运输距离。
( 3 )煤在炭化室内不致产生过大的膨胀压力，以免损坏焦炉炉体和引起推焦困难。 ( 4 )在保证焦炭质量的前提下，尽量少用焦煤等优质煤，多用气煤和弱粘结性煤。 ( 5 )在可能条件下，应尽量降低煤的灰分和提高化学产品的产率。
根据以上原则可以确定以下大致的配煤方案。本设计拟新建湖南某企业焦化厂的一组年产焦70万吨焦炉，根据此公司对焦炭质量的要求、公司的自身条件，以及周边地区的各种炼焦煤的分布特点进行模拟试验焦炉试验，最终确定的配煤比如下：
表2.1 配煤比
配煤成分 比例/%
气煤 40
肥煤 10
1/3焦煤 25
焦煤 10
瘦煤 15
配合煤的工业分析和元素分析见表2.2及表2.3
表2.2 煤的工业分析
煤种 气煤(QM) 1/3焦煤(1/3JM)
配煤比
/% 40 25 10 10 15 —
工业分析项目/%
Mad 2.18 1.56 2.23 1.43 2.01
Ad/% 7.75 9.26 7.26 8.21 8.56
7
Vdaf/% 37.03 31.30 27.68 19.70 15.12
St，d/% 1.33 0.76 1.07 0.64 0.71 1.00
G - - - - - 79
Y/% - - - - - 14
肥煤（FM） 焦煤(JM) 瘦煤(SM) 配合煤
2.54 10.65
29.60
武汉科技大学本科毕业设计
表2.3 煤的元素分析
煤种 气煤(QM) 1/3焦煤(1/3JM)
元素分析项目/%
St，ad 1.30 0.75 1.04 0.60 0.70 0.97
Sdaf
Cad
Cdaf
Had 5.13 4.64 4.57 4.04 4.19 4.70
Hdaf 5.70 5.20 5.05 4.47 4.83 5.26
Nad 1.18 1.44 1.29 1.76 1.39 1.34
Ndaf 1.31 1.61 1.42 1.95 1.60 1.50
1.44 76.55 84.99 0.84 78.84 88.41 1.15 80.52 88.96 0.66 81.32 90.00 0.81 77.31 89.06 1.09 78.12 87.35
肥煤（FM） 焦煤(JM) 瘦煤(SM) 配合煤
2.1.2 原料煤、蒸汽、水、煤气的年耗量
1、原料煤年耗量
（1）焦炉炭化室孔数的确定 干全焦年产量计算公式：
G?365?24?0.95nV?K? （2.1）
式中，
G——干全焦的年产量，G=70万t/a； n——炭化室孔数；孔；
V——煤饼体积，本设计焦炉（后面论证）：
V=有效长×有效高×平均宽=13.28×4.00×0.45=23.90m3/孔；
?——干煤堆比重，本设计取1.05 t/m3；
?——焦炉周转时间，本设计?=18h；
K——全焦率， 根据后面的热量衡算，入炉煤干燥基全焦率KdJ=76.19%； 0.95——减产系数；
nV?KdJG?365?24?0.95
?则 n?=
G? d365?24?0.95?V?KJ700000?18
365?24?0.95?23.90?1.05?0.7619=79.2孔
8
武汉科技大学本科毕业设计
n取整为80孔，则干全焦年产量
nV?KdJG?365?24?0.95=70.72万t/a
?（2）原料煤的年耗量的确定
年消耗干煤量=70.72/0.7619=92.82万t/a
92.82设定原料煤的水分为10%，原料煤的年耗量为： =103.13万t/a
1?0.12、蒸汽、电、水、煤气的年耗量 （1）蒸汽的年耗量
蒸汽主要用于清扫集气管，消耗指标为0.002m3/t（干煤） 0.002×92.82×104=1856.4m3/a 蒸汽的年耗量为1856.4m3/a （2）电的年耗量
生产吨干焦的耗电量为25Kw·h/t焦 25×70.72×104=1.77×107Kw·h/a （3）水的年耗量
本设计采用干法熄焦，故耗水量主要来自水封及装煤孔盖密封等用水，为0.005m3/t干煤。
0.005×92.82×104=4641m3/a （4）煤气的年耗量
本设计焦炉采用焦炉煤气（含水量2.35%）加热，根据后面的热量衡算，吨入炉煤需要的干焦炉煤气量为137.35m3。
故，年耗湿焦炉煤气量为：
92.82×104×137.35/(1-2.35%)=130556344 m3
2.2 产品
2.2.1 焦炭质量估计、全焦及各级焦炭的年产量
1、焦炭质量估计
[11]根据谢海深等在《焦炭质量预测模型的研究》中提出的用配合煤质量预测焦炭质
量的公式：
Ad=－2.23875+1.57222 Ad (煤) （2.2） Std=0.047597+0.755182 Std (煤) （2.3） M40=66.8343－0.563862Vdaf+0.455154G （2.4） M10=15.3568+ 0.316589Vdaf－0.233651G （2.5） 配合煤：Ad =8.56％；St,d =1.00％；Vdaf =29.60％；G=79；
9