CN108659863B - 一种炼焦实验焦炉及炼焦实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种炼焦实验焦炉及炼焦实验方法，所述炼焦实验焦炉包括焦炉支架、实验焦炉、加压装置和检测装置；实验焦炉由炉墙、炉膛、炉盖、炉底托盘和加热元件组成；炉底托盘通过摇臂及升降装置连接焦炉支架的一个立杆，并可在摇臂带动下绕该立杆转动，及在升降装置带动下竖直升降移动；加压装置的加压杆穿过炉盖连接加压板，加压板压紧在煤样上；检测装置包括温度传感器、压力传感器及位移传感器；实验焦炉的炉盖顶部设有废气烟囱。本发明应用所述炼焦实验能够进行常规炼焦实验及加压炼焦实验，并可保证实验焦炉预测焦炭质量的准确性，使实验焦炉对指导生产炼焦过程的可靠性达到了一个新的高度。

Description

一种炼焦实验焦炉及炼焦实验方法

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，尤其涉及一种炼焦实验焦炉及炼焦实验方法。

背景技术

在现代化的大型炼焦生产中，决定焦炭质量的一个重要环节是配煤，配煤质量直接决定焦炭质量及炼焦生产成本。而在预测焦炭质量以及在改进和确定配煤方案时，对实际生产焦炉焦炭质量进行模拟实验非常必要。实验焦炉的重要功能就是评判配煤方案的可行性和预测生产焦炉焦炭质量，因此实验焦炉的准确性和与相关性显得尤为重要。

目前焦化企业用于指导生产配煤方案的实验焦炉主要分为40kg、200kg、300kg等几个级别，但200kg、300kg实验焦炉因消耗的炼焦煤量大、实验设备庞大、不易操作，且劳动量大、实验成本高，因此普及性不高。实验焦炉提高实验焦炉的准确性和相关性的方式，主要是通过优化控制过程的精确性、建立自动化程度高的控制系统，如精确控制炭化室炉内顶部微正压、采用PLC控制实验进程等。如专利号为CN202881174U的中国专利，公开的“一种40kg可测量炼焦膨胀压力的实验焦炉”，提出了一种可精确测量炼焦煤膨胀压力动态变化的装置。专利号为CN203513573U的中国专利公开的“一种实验焦炉炉内压力自动调节装置”，通过PLC控制，使实验焦炉生产炉内煤气压力稳定。专利号为

CN202705304U的中国专利公开的“一种实验焦炉炭化室压力调节系统”专利，提供了一种可自动控制炭化室压力的装置。

目前生产焦炉的焦炉容量越来越大，新建顶装焦炉几乎都在6米以上，捣固焦炉也达到了5.5米以上，这就造成了装炉煤量大大增加，煤线增高，自重增加，密度变大，焦炭质量随炉型的变化增加。随着焦炉向大型化方向发展，目前部分企业的200kg实验焦炉与生产焦炉的热态强度数据相差竞达8-10个百分点。虽然目前实验焦炉在不断地进行优化改进，但基于其结构形式，即便优化已近极致，也无法使实验焦炉数据与生产焦炉数据趋于一致。如实验焦炉自身结构特点决定了其不可能随意增加实验用煤量，因此实验煤样高度较低，无法考虑煤样自重对焦炭质量的影响，这就造成实验焦炭质量与生产焦炉焦炭质量之间始终存在偏差，导致实验焦炉的准确度存在局限性，只能利用两者的相关性预测焦炭质量。

综上所述，目前实验焦炉的准确性和相关性的现有技术大多数是通过完善实验焦炉的结构密封性、尽可能模拟生产焦炉炉顶气体压力环境、自动化控制炼焦进程等方法不断优化实验焦炉的性能，这些技术方案虽然都有利于提高实验焦炉的可适性，但对随生产焦炉容量不断增加造成的焦炭质量变化对实验结果的影响均未加考虑，因此需要开发出一种能积极应对生产炼焦现状及发展趋势，有效模拟炼焦煤自重变化影响，提高实验准确性的实验焦炉装置及方法。

发明内容

本发明提供了一种炼焦实验焦炉及炼焦实验方法，充分考虑炼焦生产中炼焦煤自重对焦炭质量的影响，不仅能够自动记录炼焦过程中膨胀压力，还能够在实验过程中将同样的压力经反馈施加给煤样，使煤样高度保持不变；保证了实验焦炉预测焦炭质量的准确性，使实验焦炉对指导生产炼焦过程的可靠性达到了一个新的高度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种炼焦实验焦炉，包括焦炉支架、实验焦炉、加压装置和检测装置；所述实验焦炉固定在焦炉支架中部，由炉墙、炉膛、炉盖、炉底托盘和加热元件组成；炉底托盘对应设置在炉膛下方，加热元件设于炉底托盘上，其上放置自炉顶加入的煤样；炉底托盘通过摇臂及升降装置连接焦炉支架的一个立杆，并可在摇臂带动下绕该立杆转动，及在升降装置带动下竖直升降移动；加压装置的加压杆穿过炉盖连接加压板，加压板压紧在煤样上；检测装置包括温度传感器、压力传感器及位移传感器，其中温度传感器和压力传感器的探头设于炉膛内，位移传感器的探头设于炉盖一侧；实验焦炉的炉盖顶部设有废气烟囱。

所述焦炉支架的外侧，对应摇臂的转动范围内设干熄炉，干熄炉的底部与实验焦炉底部平齐，并设煤样入口。

所述加热元件采用铁铬铌金属加热螺旋加热体。

所述炉墙设炉衬，炉衬材料为含锆纤维。

一种基于所述炼焦实验焦炉的炼焦实验方法，采用所述炼焦实验焦炉进行常规炼焦实验；具体步骤如下：

1)先将炼焦煤粉碎、配制成煤样，打开炉盖，煤样由顶部装入实验焦炉的炉膛内；

2)加热元件开始加热进行模拟炼焦实验，在实验过程中，通过温度传感器和压力传感器采集煤样随温度变化而产生的膨胀压力值；

3)常规炼焦实验过程中产生的荒煤气经废气烟囱排出处理，实验结束后，由实验焦炉自动控制终端控制，通过升降装置带动炉底托盘下降，使炼焦所得焦炭降至实验焦炉下方，再由摇臂带动炉底托盘转动，将焦炭转至干熄炉下方，升降装置再次带动炉底托盘上升将焦炭送入干熄炉内进行熄焦处理；以上动作完成后，炉底托盘反向动作，返回到实验焦炉底部的原始位置。

一种基于所述炼焦实验焦炉的炼焦实验方法，采用所述炼焦实验焦炉进行加压炼焦实验；具体步骤如下：

1)先将炼焦煤粉碎、配制成煤样，打开炉盖，煤样由顶部装入实验焦炉的炉膛内；

2)加热元件开始加热进行模拟炼焦实验，在实验过程中，通过温度传感器和压力传感器采集煤样随温度变化而产生的压力值，通过位移传感器采集炉盖因炼焦煤膨胀压力而产生的位移变化量值；

3)实验焦炉自动控制终端收集并记录炼焦煤膨胀压力数据，并控制加压装置将同样大小的压力反馈施加给煤样，使炉盖位移量归零，以保证煤样高度不变，达到提高炼焦质量的效果；

4)加压炼焦实验过程中产生的荒煤气经废气烟囱排出处理，实验结束后，由实验焦炉自动控制终端控制，通过升降装置带动炉底托盘下降，使炼焦所得焦炭降至实验焦炉下方，再由摇臂带动炉底托盘转动，将焦炭转至干熄炉下方，升降装置再次带动炉底托盘上升将焦炭送入干熄炉内进行熄焦处理；以上动作完成后，炉底托盘反向动作，返回到实验焦炉底部的原始位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)克服现有实验焦炉的缺点，充分考虑大型生产焦炉中煤样自重对炼焦过程的影响，能够向煤样施加与膨胀压力相同的外加压力，保证煤样高度不变，从而保证了实验焦炉预测焦炭质量的准确性；

2)克服了现有实验焦炉只能通过相关性预测生产焦炉焦炭生产质量的缺陷，彻底改变了传统实验焦炉的结构形式及焦炭的生产方法，提高了实验焦炉预测焦炭质量的准确性，使实验焦炉对指导生产炼焦过程的可靠性达到了一个新的高度。

附图说明

图1是本发明所述炼焦实验焦炉的结构示意图。

图中：1.焦炉支架 2.废气烟囱 3.炉盖 4.炉膛 5.炉墙 6.煤样 7.加热元件 8.炉底托盘 9.加压装置 10.温度传感器和压力传感器 11.位移传感器 12.摇臂 13.升降装置 14.干熄炉

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种炼焦实验焦炉，包括焦炉支架1、实验焦炉、加压装置9和检测装置；所述实验焦炉固定在焦炉支架1中部，由炉墙5、炉膛4、炉盖3、炉底托盘8和加热元件7组成；炉底托盘8对应设置在炉膛4下方，加热元件7设于炉底托盘8上，其上放置自炉顶加入的煤样6；炉底托盘8通过摇臂12及升降装置13连接焦炉支架1的一个立杆，并可在摇臂12带动下绕该立杆转动，及在升降装置13带动下竖直升降移动；加压装置9的加压杆穿过炉盖3连接加压板，加压板压紧在煤样6上；检测装置包括温度传感器、压力传感器10及位移传感器11，其中温度传感器和压力传感器10的探头设于炉膛4内，位移传感器11的探头设于炉盖3一侧；实验焦炉的炉盖3顶部设有废气烟囱2。

所述焦炉支架1的外侧，对应摇臂12的转动范围内设干熄炉14，干熄炉14的底部与实验焦炉底部平齐，并设煤样入口。

所述加热元件7采用铁铬铌金属加热螺旋加热体。

所述炉墙5设炉衬，炉衬材料为含锆纤维。

一种基于所述炼焦实验焦炉的炼焦实验方法，采用所述炼焦实验焦炉进行常规炼焦实验；具体步骤如下：

1)先将炼焦煤粉碎、配制成煤样6，打开炉盖3，煤样6由顶部装入实验焦炉的炉膛4内；

2)加热元件7开始加热进行模拟炼焦实验，在实验过程中，通过温度传感器和压力传感器10采集煤样6随温度变化而产生的膨胀压力值；

3)常规炼焦实验过程中产生的荒煤气经废气烟囱2排出处理，实验结束后，由实验焦炉自动控制终端控制，通过升降装置13带动炉底托盘8下降，使炼焦所得焦炭降至实验焦炉下方，再由摇臂12带动炉底托盘8转动，将焦炭转至干熄炉14下方，升降装置13再次带动炉底托盘8上升将焦炭送入干熄炉14内进行熄焦处理；以上动作完成后，炉底托盘8反向动作，返回到实验焦炉底部的原始位置。

一种基于所述炼焦实验焦炉的炼焦实验方法，采用所述炼焦实验焦炉进行加压炼焦实验；具体步骤如下：

1)先将炼焦煤粉碎、配制成煤样6，打开炉盖3，煤样由顶部装入实验焦炉的炉膛4内；

2)加热元件7开始加热进行模拟炼焦实验，在实验过程中，通过温度传感器和压力传感器10采集煤样随温度变化而产生的压力值，通过位移传感器11采集炉盖3因炼焦煤膨胀压力而产生的位移变化量值；

3)实验焦炉自动控制终端收集并记录炼焦煤膨胀压力数据，并控制加压装置9将同样大小的压力反馈施加给煤样6，使炉盖3位移量归零，以保证煤样6高度不变，达到提高炼焦质量的效果；

4)加压炼焦实验过程中产生的荒煤气经废气烟囱2排出处理，实验结束后，由实验焦炉自动控制终端控制，通过升降装置13带动炉底托盘8下降，使炼焦所得焦炭降至实验焦炉下方，再由摇臂12带动炉底托盘8转动，将焦炭转至干熄炉14下方，升降装置13再次带动炉底托盘8上升将焦炭送入干熄炉14内进行熄焦处理；以上动作完成后，炉底托盘8反向动作，返回到实验焦炉底部的原始位置。

本发明所述炼焦实验焦炉采用炉顶装煤底部出焦、单侧加热、顶部加压的结构形式，具有节省煤料，降低装置投资，方便操作，易于实现等特点。

实验焦炉通过吊耳与两侧的焦炉支架1立杆固定连接；加压装置9吊挂在实验焦炉上方的焦炉支架1横梁上，加压装置9可以是机械、液压或气动加压装置中的任意一种，并可实现0～25kg的负荷作用力。炉膛4可装煤量为1kg～100kg，根据具体实验要求配置。

温度传感器和压力传感器10同样吊装在焦炉支架1横梁上，对应探头分别穿过炉盖3伸入炉顶空间内。位移传感器11固定在焦炉支架1一侧的立杆上，用于测定炉盖3的位移量。

通过加热元件7实现炉顶温度保持在0～1350℃范围内，并由程序控温模拟生产焦炉炭化室横向从炭化室壁到中心半程炼焦过程。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

本实施例进行1/3焦煤单种煤常规炼焦实验，装煤堆密度在0.5～0.75t/m³，加热到450～800℃时，煤样最大压力达到0.5～10KPa。

【实施例2】

本实施例进行肥煤单种煤常规炼焦实验，装煤堆密度在0.5～0.75t/m³，加热到450～800℃时，煤样最大压力达到0.7～8KPa。

在加压炼焦实验时将实验焦炉生产的焦炭质量与下述生产焦炉焦炭质量进行对比。生产焦炉焦炭质量：反应性CRI：23.5％；反应后强度CSR：63.0％。

【实施例3】

本实施例进行加压炼焦实验，炼焦实验焦炉的顶装煤样量为5kg，通过加热元件7控制炉顶炼焦终温1050℃；所得焦炭质量：焦炭反应性23.2％；反应后强度63.6％。

将所生产的焦炭质量与实际生产焦炉的焦炭质量进行对比，实际生产焦炉的焦炭质量：反应性CRI：23.5％；反应后强度CSR：63.0％。

本实施例焦炭反应性数据与实际生产焦炉焦炭的反应性数据相比，差值为0.3％；本实施例焦炭反应后强度数据与实际生产焦炉焦炭的反应后强度数据相比，差值为0.6％。

【实施例4】

本实施例进行加压炼焦实验，炼焦实验焦炉的顶装煤样量为40kg，通过加热元件7控制炉顶炼焦终温1050℃；所得焦炭质量：焦炭反应性23.7％，反应后强度62.3％。

将所生产的焦炭质量与实际生产焦炉的焦炭质量进行对比，实际生产焦炉的焦炭质量：反应性CRI：23.5％；反应后强度CSR：63.0％。

本实施例焦炭反应性数据与实际生产焦炉焦炭的反应性数据相比，差值为0.2％；本实施例焦炭反应后强度数据与实际生产焦炉焦炭的反应后强度数据相比，差值为0.7％。

【实施例5】

本实施例进行加压炼焦实验，炼焦实验焦炉的顶装煤样量为100kg，通过加热元件7控制炉顶炼焦终温1050℃；所得焦炭质量：焦炭反应性23.0％；反应后强度64.1％。

将所生产的焦炭质量与实际生产焦炉的焦炭质量进行对比，实际生产焦炉的焦炭质量：反应性CRI：23.5％；反应后强度CSR：63.0％。

本实施例焦炭反应性数据与实际生产焦炉焦炭的反应性数据相比，差值为0.5％；本实施例焦炭反应后强度数据与实际生产焦炉焦炭的反应后强度数据相比，差值为1.1％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种 炼焦实验方法，其特征在于，采用炼焦实验焦炉进行加压炼焦实验；所述炼焦实验焦炉包括焦炉支架、实验焦炉、加压装置和检测装置；所述实验焦炉固定在焦炉支架中部，由炉墙、炉膛、炉盖、炉底托盘和加热元件组成；炉底托盘对应设置在炉膛下方，加热元件设于炉底托盘上，其上放置自炉顶加入的煤样；炉底托盘通过摇臂及升降装置连接焦炉支架的一个立杆，并可在摇臂带动下绕该立杆转动，及在升降装置带动下竖直升降移动；加压装置的加压杆穿过炉盖连接加压板，加压板压紧在煤样上；检测装置包括温度传感器、压力传感器及位移传感器，其中温度传感器和压力传感器的探头设于炉膛内，位移传感器的探头设于炉盖一侧；实验焦炉的炉盖顶部设有废气烟囱；

所述加压炼焦实验的具体步骤如下：

1)先将炼焦煤粉碎、配制成煤样，打开炉盖，煤样由顶部装入实验焦炉的炉膛内；

2)加热元件开始加热进行模拟炼焦实验，在实验过程中，通过温度传感器和压力传感器采集煤样随温度变化而产生的压力值，通过位移传感器采集炉盖因炼焦煤膨胀压力而产生的位移变化量值；

3)实验焦炉自动控制终端收集并记录炼焦煤膨胀压力数据，并控制加压装置将同样大小的压力反馈施加给煤样，使炉盖位移量归零，以保证煤样高度不变，达到提高炼焦质量的效果；

4)加压炼焦实验过程中产生的荒煤气经废气烟囱排出处理，实验结束后，由实验焦炉自动控制终端控制，通过升降装置带动炉底托盘下降，使炼焦所得焦炭降至实验焦炉下方，再由摇臂带动炉底托盘转动，将焦炭转至干熄炉下方，升降装置再次带动炉底托盘上升将焦炭送入干熄炉内进行熄焦处理；以上动作完成后，炉底托盘反向动作，返回到实验焦炉底部的原始位置。

2.根据权利要求1所述的一种炼焦实验方法，其特征在于，所述焦炉支架的外侧，对应摇臂的转动范围内设干熄炉，干熄炉的底部与实验焦炉底部平齐，并设煤样入口。

3.根据权利要求1所述的一种炼焦实验方法，其特征在于，所述加热元件采用铁铬铌金属加热螺旋加热体。

4.根据权利要求1所述的一种炼焦实验方法，其特征在于，所述炉墙设炉衬，炉衬材料为含锆纤维。

5.根据权利要求1所述的一种炼焦实验方法，其特征在于，采用所述炼焦实验焦炉进行常规炼焦实验；具体步骤如下：

1)先将炼焦煤粉碎、配制成煤样，打开炉盖，煤样由顶部装入实验焦炉的炉膛内；

2)加热元件开始加热进行模拟炼焦实验，在实验过程中，通过温度传感器和压力传感器采集煤样随温度变化而产生的膨胀压力值；

3)常规炼焦实验过程中产生的荒煤气经废气烟囱排出处理，实验结束后，由实验焦炉自动控制终端控制，通过升降装置带动炉底托盘下降，使炼焦所得焦炭降至实验焦炉下方，再由摇臂带动炉底托盘转动，将焦炭转至干熄炉下方，升降装置再次带动炉底托盘上升将焦炭送入干熄炉内进行熄焦处理；以上动作完成后，炉底托盘反向动作，返回到实验焦炉底部的原始位置。

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