炭(tan)(tan)化室(shi)與燃(ran)燒室(shi)依次相間(jian),炭(tan)(tan)化室(shi)是(shi)隔絕(jue)空氣干餾的地方,是(shi)由兩(liang)側爐(lu)墻(qiang)、爐(lu)頂(ding)、爐(lu)底和兩(liang)側爐(lu)門(men)合(he)圍起(qi)來的。炭(tan)(tan)化室(shi)的有效容(rong)(rong)積是(shi)裝煤煉焦(jiao)的有效空間(jian)部分(fen);它等于炭(tan)(tan)化室(shi)有效長度、平均(jun)寬(kuan)度及有效高度的乘(cheng)積。炭(tan)(tan)化室(shi)的容(rong)(rong)積、寬(kuan)度與孔數對焦(jiao)爐(lu)生(sheng)產(chan)能力、單位產(chan)品的投(tou)資及機(ji)械(xie)設備的利用(yong)率(lv)等均(jun)有重大影(ying)響。
(1)炭化室
炭化(hua)室頂部設有(you)數個(ge)裝煤口。搗固(gu)式(shi)焦爐的炭化(hua)室頂部的口用(yong)于導煙及(ji)備用(yong)。它的裝煤操作是在爐外用(yong)專門(men)設備搗成煤餅(bing)后從(cong)爐門(men)推入來完成的。
炭化室(shi)頂(ding)部還(huan)設有上升管(guan)口(kou),通過上升管(guan)、橋管(guan)與集氣(qi)管(guan)相(xiang)連(lian)。在(zai)上升管(guan)口(kou)和裝煤(mei)口(kou)的下方各有一(yi)排(pai)(pai)或兩(liang)排(pai)(pai)烘(hong)爐(lu)孔,每排(pai)(pai)為(wei)2~3孔,它(ta)是烘爐時連(lian)接(jie)燃(ran)燒室與炭化室的通(tong)道,在烘爐后于投(tou)產前用(yong)磚(zhuan)堵死(si)。
兩側爐門均為鑄鐵槽,內嵌入(ru)黏土磚(zhuan)。機側爐門上部設置一個方孔,供平煤(mei)桿(gan)平煤(mei)時用。平完煤(mei),此口利(li)用小爐門關嚴。
在每個(ge)炭(tan)化(hua)室的兩(liang)側(ce)各有一個(ge)燃燒室,即炭(tan)化(hua)室、燃燒室相間(jian)設置,構成一座焦爐。
炭化室的長度通常為一18m,7.63m焦爐炭化室總長度達到18.8m。炭化室長度受長向加熱均勻和推焦桿熱態強度的限制,18m以上的不多。炭化室全長減去兩側爐門襯磚伸入炭化室的長度稱為炭化室有效長度。
根據我國的產業政策,不允許新建炭化室高度在6m以下的焦爐,現有的6m以下的焦爐將逐步被淘汰。炭化室全高減去平煤后頂部空間的高度部分,稱為炭化室的有效高度。炭化室上部在裝煤后應留出200-300mm的空間,供荒煤氣順利排出。提高炭化室高度,爐墻必須有足夠的極限強度,必須相應增大炭化室中心距和爐頂層厚度。此外,為保證高向加熱均勻,勢必要使燃燒室結構復雜化;為保護爐體和防止爐門冒煙,需設置更堅固的護爐設備和更有效的爐門清掃機械。這些都是炭化室增高的限制條件。
炭化室機側與焦側寬度的平均值稱為炭化室的平均寬度。由于煤的熱導率很小,因此炭化室是一個狹長的容器,一般大型焦爐平均寬400-500mm,小型焦爐的炭化室寬度為300-350mm。炭化室寬度對焦爐生產能力與焦炭質量均有影響。寬度增加,雖然容積增加,單爐裝煤量增多,但因煤料導熱率低,使結焦時間延長。當炭化室窄時,傳熱快,結焦時間短,但由于裝煤量過少,相對操作時間需要增加,生產效率低。根據相關研究,炭化室寬度超過600mm以上時,煉焦耗熱量將大幅提高。
提高運行效率,降低建設投資,促使人們開發建設更大的焦爐。環境保護也推動著焦爐大型化的步伐,受各種技術條件的制約,我國投產的最大焦爐為炭化室高7.63m的焦爐,8m焦爐的單孔試驗也已完成。目前世界上最大的焦爐是德國的8.43m焦爐,2x60孔,年產焦炭260萬噸。
為了推焦順利,焦側寬度大于機側寬度,兩側寬度之差叫做炭化室錐度。小型焦爐錐度為20mm,大型焦爐錐度為50mm,大容積焦爐錐度為60-70mm。
搗固焦爐由于為側裝煤,搗實的煤餅從炭化室機側推入,煤餅與兩側炭化室墻間各留約10mm的空隙,故搗固焦爐的炭化室小于頂裝焦爐。
(2)燃燒室
炭化室(shi)、燃燒室(shi)依次相間(圖1),為(wei)調節和控制燃燒室長向的加(jia)熱、增加(jia)爐體的強度(du),燃燒室均(jun)分隔成若(ruo)干(gan)立(li)火道, 一(yi)般(ban)中(zhong)小型焦爐為(wei)12~19個立火道,大(da)型焦爐的燃燒室為26~32個立火道(dao)。燃燒室實(shi)際上是中空的(de)墻, 英文hea ting wall的稱(cheng)謂, 更為(wei)貼切。兩個(ge)燃(ran)燒室(shi)(shi)砌體之間(jian)隔出的空間(jian)即為(wei)炭(tan)(tan)化室(shi)(shi)。為(wei)保證(zheng)相(xiang)(xiang)鄰炭(tan)(tan)化室(shi)(shi)中心線平行, 燃(ran)燒室(shi)(shi)的錐度和炭(tan)(tan)化室(shi)(shi)相(xiang)(xiang)同(tong)但方向相(xiang)(xiang)反(fan)。炭(tan)(tan)化室(shi)(shi)墻厚度一般(ban)為(wei)100mm左右(you),使用致密桂磚,適當減(jian)薄爐(lu)墻可以提高傳熱速率,縮短(duan)結焦(jiao)時間(jian)是焦(jiao)爐(lu)高效(xiao)化(hua)的重要(yao)途徑(jing)。
圖1燃燒室與炭(tan)化室
1-炭化室;2-爐頭;3-隔墻;4-立火(huo)道
焦爐生產時,燃燒室墻面平均溫度約為1300℃,炭化室平均溫度約為1100℃,局部區域還要高些。在此溫度下,墻體承受爐頂機械和上部砌體的重力,墻面要經受干餾煤氣和灰渣的侵蝕,以及爐料的膨脹壓力和推焦側壓力。因此要求墻體嚴密性好、導熱性好、荷重軟化溫度高、高溫抗蝕性強、整體結構強度高。為此,現代焦爐的爐墻都用帶舌槽的異形硅磚砌筑。
燃(ran)燒室內立(li)(li)火道(dao)數量隨(sui)炭化室長度增加(jia)而增多(duo)(duo),立(li)(li)火道(dao)寬度隨(sui)炭化室中心距增大而加(jia)寬,這也有利于(yu)(yu)立(li)(li)火道(dao)內廢(fei)氣(qi)(qi)的輻射傳熱(re)。燃(ran)燒室頭部(bu)由于(yu)(yu)炭化室的定期裝煤出焦,以及向大氣(qi)(qi)散熱(re),因此(ci)溫度變化劇烈(lie),又經(jing)常受機械撞擊和磨損,容(rong)易(yi)產生裂(lie)紋和變形。我國焦爐的燃(ran)燒室爐頭已大多(duo)(duo)采用耐急(ji)冷急(ji)熱(re)優于(yu)(yu)硅磚(zhuan)的高鋁(lv)磚(zhuan)或(huo)硅線石磚(zhuan)砌(qi)筑,并于(yu)(yu)內部(bu)砌(qi)成直縫結(jie)構,這樣可以減(jian)少(shao)爐墻的拉裂(lie)。
立火道隔墻的結構對燃燒室的損壞有很大的關系,它直接影響爐體壽命。一般立火道隔墻有以下幾種形式:丁字磚結構(圖2)、酒瓶磚結構(圖3)、錘頭磚結構(圖4)及寶塔磚結構(圖5)。其中以丁字磚、酒瓶磚結構最為常見。我國過去使用的丁字磚結構,往往使炭化室墻面形成許多從頂至底的長直縫,破壞了砌體的完整并導致氣體在裂縫處竄漏,其優點是墻面變形較少。這種結構曾普遍采用, 例如IIBP型、58型及部分奧托型都采用這種結構。酒瓶磚結構多見于老奧托爐,其特點是立火道隔墻為一塊形似酒瓶的整塊磚。它的體積大并帶磚溝和磚舌,形狀特殊,不易制作。植用這種結構不易導致墻皮磚斷裂,故墻面的完整性較好,但其端部斷面較小,容易斷裂,從而使爐墻產生大面積變形。錘頭磚結構的特點是:立火道隔墻的一部分與墻皮磚合并為一塊整體,故磚塊較大,不易制作,但立縫少,適用于立火道中心距小的焦爐,如瀝青焦爐等。寶塔磚與墻皮磚互相壓縫少,故當爐墻冷縮時,不致把墻皮磚拉斷而使炭化室墻面形成從頂至底的長直縫。由于寶塔磚的端部比酒瓶磚的端部大,故不易斷裂而使爐墻大面積變形,目前國內焦爐大多采用寶塔磚結構設計。
在炭(tan)(tan)化(hua)(hua)室(shi)(shi)(shi)(shi)寬(kuan)度(du)一(yi)定的條件下,燃燒(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)的強度(du)與(yu)炭(tan)(tan)化(hua)(hua)室(shi)(shi)(shi)(shi)高(gao)度(du)、燃燒(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)寬(kuan)度(du)、加(jia)(jia)(jia)熱水平、火道(dao)隔墻(qiang)厚(hou)(hou)(hou)(hou)度(du)、炭(tan)(tan)化(hua)(hua)室(shi)(shi)(shi)(shi)墻(qiang)厚(hou)(hou)(hou)(hou)度(du)、爐(lu)墻(qiang)和(he)爐(lu)頂磚厚(hou)(hou)(hou)(hou)度(du)、跨(kua)越孔(kong)高(gao)度(du)及火道(dao)中(zhong)心(xin)(xin)距有(you)關。炭(tan)(tan)化(hua)(hua)室(shi)(shi)(shi)(shi)高(gao)度(du)增(zeng)加(jia)(jia)(jia),燃燒(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)強度(du)會(hui)(hui)明(ming)顯下降。爐(lu)墻(qiang)、爐(lu)頂砌(qi)體(ti)厚(hou)(hou)(hou)(hou)度(du)和(he)跨(kua)越孔(kong)高(gao)度(du)一(yi)般(ban)變動不(bu)大。增(zeng)加(jia)(jia)(jia)火道(dao)隔墻(qiang)厚(hou)(hou)(hou)(hou)度(du)及縮小(xiao)火道(dao)中(zhong)心(xin)(xin)距,砌(qi)體(ti)強度(du)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)不(bu)多;增(zeng)加(jia)(jia)(jia)炭(tan)(tan)化(hua)(hua)室(shi)(shi)(shi)(shi)墻(qiang)厚(hou)(hou)(hou)(hou)度(du)和(he)加(jia)(jia)(jia)熱水平數值,有(you)利于強度(du)的提高(gao),但卻會(hui)(hui)降低結焦速率和(he)炭(tan)(tan)化(hua)(hua)室(shi)(shi)(shi)(shi)上部的溫度(du),所以,增(zeng)加(jia)(jia)(jia)燃燒(shao)室(shi)(shi)(shi)(shi)強度(du)一(yi)般(ban)是加(jia)(jia)(jia)大炭(tan)(tan)化(hua)(hua)室(shi)(shi)(shi)(shi)中(zhong)心(xin)(xin)距與(yu)爐(lu)頂厚(hou)(hou)(hou)(hou)度(du)。
為控制二次(ci)熱解,提高(gao)化學產(chan)品的質(zhi)量和產(chan)率,同時減輕(qing)爐墻積炭(tan),燃(ran)燒室頂(ding)低于炭(tan)化室頂(ding),兩(liang)者(zhe)高(gao)度(du)(du)差稱加熱水平高(gao)度(du)(du)。