1、在图1这种斜道口、灯头和循环孔相对配置的前提下,当灯头的高度低于循环孔高度的一半时,废气循环量对立火道火焰燃烧的影响,与其加热煤气种类有关。当用焦炉煤气加热时,焦炉煤气中可燃成分高,燃烧速度快。但循环孔循环过来的废气,将从灯头喷出的焦炉煤气（从斜道口喷出的空气）吹向空气（或煤气）一侧,有利于加快空气与煤气的混合,从而使煤气的燃烧火焰变短。当用高炉煤气加热时,循环的废气吹向斜道口的中间（鼻梁砖上方）使煤气和空气分开, 有利于使目前在立火道内燃烧的火焰拉长。高炉煤气的可燃成分低,气体的扩散速度小,燃烧火焰长。由于循环废气的影响,使燃烧火焰拉得更长。这样就造成焦炉用不同煤气加热时,焦饼高向加热有较明
2、显的差别,并且随着炭化室高度的增加,废气循环量的增加,上述差别越来越大。由于焦炉斜道口和喷嘴布置的特点,对于较高的焦炉用高炉煤气加热比用焦炉煤气加热,高向均匀性更好。2.5 焦炉装煤、平煤操作的影响焦炉装煤若堵眼、没平透,大型焦炉平煤杆拖尾现象把煤带到机侧,都将使焦饼上部成熟不足。3焦炉煤气加热时高向加热的改善3.1焦炉煤气贫化所谓焦炉煤气贫化,即在焦炉煤气中掺入部分高炉煤气,使其可燃成分浓度降低。我们知道,焦炉煤气的燃烧特点燃烧速度快、火焰短,这是由其组成决定的。焦炉煤气仅氢含量就在60%左右,这是焦炉煤气燃烧速度快的决定因素。在扩散燃烧的条件下,火焰的长短,实际就是煤气燃烧速度的大小。燃烧
3、速度取决于可燃气体成分和氧的扩散速度,而扩散速度与可燃气体成分的分子量的平方根成反比（由于气体燃料的扩散系数根据分子运动学说,与分子均方根速度 （8RT/M）0.5成正比,即D（8RT/M）0.5, M为燃料的平均分子量,T为气体绝对温度）,氢的分子量小,扩散速度快,即燃烧速度快,火焰短。而高炉煤气中可燃成分主要是CO,燃烧速度慢,火焰长,在这一燃烧理论的指导下,我们设想在焦炉煤气中掺一部分高炉煤气,使其可燃气体浓度梯度和扩散速度降低,燃烧速率减慢,从而拉长火焰。同时因混入高炉煤气后,地下室主管压力增加,煤气在灯头处的出口速度增大,喷射力强,可增加废气循环量,亦可帮助拉长火焰。经试验可知使用混
4、合煤气加热后，可较明显地改善焦饼高向加热的均匀性，同时随混合比增加，焦饼上下温差减小。但贫化将会带来一些副作用。如：地下室主管压力增大，横管压力增大，造成煤气泄漏增加，地下室CO含量增加。另外，主管中由于高炉煤气灰尘与焦油结合产生硬块，挂在主管和砖煤气道中，影响横墙温度。上述问题应采取如下措施：（1）找出合适的混合比；（2）保证焦炉煤气预热后温度在451 内；（3）经常维护好地下室煤气管道，尤其是各节点。同时，每周应检查一次地下室CO含量；（4）经常清扫焦炉煤气主管。攀钢曾做过焦炉煤气贫化试验，结果见表1。表1 使用混合煤气前焦饼中心温度变化供 热情 况结焦时间（h）焦饼中心温度焦饼上下温度差
5、焦饼中下温度差机 侧焦 侧上中下机侧焦侧纯焦炉煤气加热2096010441121997108111291611327748混用22%高炉煤气995105311001018108411181051004734差值359-21213-11-56-32-30-14 从表1看到，使用混合煤气后，焦饼上下加热均匀性有明显改善，焦饼上下温差减小了44，中下温差减小22，使用混合煤气后，加热煤气量增加了，可降低砖煤气道中的温度，可以减少甚至消除由于煤气裂解以致堵塞砖煤气道的现象。3.2 缩小煤气喷嘴直径横砖煤气道喷嘴直径的选择，应使高向加热均匀及燃烧室各火道煤气量正确分配。一般喷嘴平均直径与砖煤气道直径之比
6、为0.550.65。当喷嘴平均直径变小时，气流出口速度加大，煤气喷射力加大，废气循环量增加，从而使焦饼上下加热的均匀性得到改善。国内外都做过类似试验，而且效果也较明显。但是喷嘴的直径不宜过小，否则会因煤气出口阻力过大而使砖煤气道压力过高，而引起煤气窜漏，影响正常加热。同时因孔径小时对挂石墨的影响较敏感，影响炉温稳定。3.3 加高煤气出口位置为研究灯头的高度对焦炉高向加热的影响，曾在本54型焦炉的原灯头上加上260mm高的灯头（即高于废气循环孔），并进行靠近循环孔与远离循环孔加高灯头的对比试验，现将试验结果列入表2。表2 本54型焦炉加高灯头对高向加热的影响组别灯 头 状 态立火道上下温差0.6
7、3.2（m）焦饼上下温差0.63.2（m）空气过剩系数试验前110801.08加高靠循环孔灯头94181.26全部加高后72-81.25远离循环孔灯头加高前87621.18远离循环孔灯头加高后75221.15从表2可以看出：（1）灯头加高后不论是火道温度还是焦饼中心温度上下差均有较明显的变化，对上部加热有利。有以下原因：A.灯头加高后，燃烧点向上移，避免了循环废气对煤气和空气的冲击作用，使上部温度升高。B.灯头加高前，循环废气将煤气吹向空气侧，或将空气吹向煤气侧，加速了空气与煤气的混合，从而使火焰缩短。灯头加高后（过循环孔），避免了上述现象，降低了煤气周围氧的浓度或将空气吹向背离煤气侧的方向。
8、（2）加高靠近循环孔的灯头效果比加高远离循环孔的效果好。前者使焦饼上下温度差改变62，后者改变40；这主要是靠近循环孔灯头加高后，循环过来的废气将空气吹向背离煤气的方向，而远离循环孔是将空气吹向煤气方向的差别。4高炉煤气加热时改善高向加热的方法4.1 高炉煤气的富化 所谓富化,即在高炉煤气中掺入部分焦炉煤气,使其可燃成分浓度增加。高炉煤气中掺入部分焦炉煤气来加热焦炉已为设计所广泛采用，多数厂已进行了长期操作。高炉煤气掺入焦炉煤气有富化其可燃成分浓度，提高扩散系数和降低气体流速的作用，因而使煤气和空气的混合加快，燃烧火焰缩短。同时，可以减小上升气流煤气和空气蓄热室顶之间的压力差，也可以减少蓄热室
9、单、主墙的漏气率。当混合煤气的低发热值在40004300kj/m3时，上升气流煤气和空气蓄热室可以等压操作，这样上升的煤气量和空气量相当，而煤气和空气小烟道的废气温度也相近，可提高焦炉的热效率。高炉煤气富化多数是为了减小加热系统内的阻力和提高烟囱吸力，稳定加热煤气的发热值等。4.2 改变煤气和空气出口的距离和其出口夹角煤气和空气出口的距离即鼻梁砖的宽度。鼻梁砖宽，可燃气体与助燃气体分子愈难碰撞，燃烧愈慢，火焰愈长；反之则短。我国20世纪60年代中期在炭化室高6m的单孔试验炉上曾作过此类试验。鼻梁砖的宽度240mm，用高炉煤气加热，焦饼中心温度上部比下部高500左右；将鼻梁砖宽度改为40mm，其
10、它条件基本不变。焦饼中心温度上部比下部高300左右。这充分说明鼻梁砖宽度的改变，对焦饼中心温度上下均匀性的影响是明显的。煤气和空气出口夹角与鼻梁砖宽度，形状和斜道口调节砖安放的情况有关。夹角越大，可燃气体与助燃气体分子会合点越低，燃烧就愈快，火焰短；当夹角大于90 0 时，即煤气和空气出口向相反方向运动，这就相当于增加了出口之间距离，则难于燃烧，火焰就长。鞍钢15、16号无废气循环焦炉，在用高炉煤气加热时，为了提高焦炉高向加热的均匀性，从增大煤气和空气出口之间距离及减小其夹角，进行了拼靠和反靠调节砖试验，第一方案是将调节砖直接移靠在鼻梁砖上；第二方案是将调节砖旋转180 0后再靠在鼻梁砖上。试
11、验结果列入表3中。表3 改变调节砖位置对高向加热的影响试验方案测定时间空气、煤气出口夹角空气、煤气出口距离（mm）标准火道温度（）焦饼中心温度（）距炭化室高（m）上下温差0.6（下）3.2（上）原始42040128813261138876262试验后0018012741308104896286129413361099754345-2901266130110191020-1从表3可以看出:不论是第一或第二方案由于气流出口间的距离和夹角的改变,都使煤气和空气混合过程延缓,从而拉长了火焰。第一方案焦饼上下温差缩小了176。而第二方案由于出口气流的夹角变化更大，焦饼上下温差变化了346。将该方案在全炉
12、推广后，标准火道温度降低了45-50。它不仅提高了焦炭的质量，还能节省大量的能源。需要说明的是，鞍钢15、16号焦炉为不带废气循环的焦炉，燃烧点较集中，对于气流出口状态改变反应较为灵敏。若在双联火道废气循环的焦炉上改变气流出口状态对焦饼上下温差的影响要小一些，根据6m单孔试验炉的经验，鼻梁砖宽度变化1mm，焦饼上下温差变化1左右。4.3改变鼻梁砖高度鼻梁砖高度改变，它同样可以改变气流出口的夹角，同时出口可以改变开始着火点的位置。增加鼻梁砖高度可以降低高向温差。鞍钢15、16号焦炉为改善焦饼上部温度低的问题，曾作过加高鼻梁砖的试验。它是将立火道内备品鼻梁砖置于原鼻梁砖上，使鼻梁砖高度增加了110
13、mm，结果焦饼上下温差变化从240降为140。在废气循环的下喷式58型焦炉上，也曾作过相反的试验。由于炉头部位焦饼上部过火。上部比下部高58。将27号火道鼻梁砖取出后，使焦饼下部温度比上部高3，即上下温差变化了61。5一般方法 无论用焦炉煤气，还是高炉煤气加热改善高向加热的一般方法：5.1降低空气过剩系数可燃烧与氧充分反应，使燃烧产物中不含可燃成分时的燃烧称完全燃烧。引起不完全燃烧的主要原因有空气供给不足、燃料与空气混合不好或燃烧产物中的H2O和CO2在高温下热解产生CO和H2。空气和煤气的混合靠燃烧室的结构来保证，燃烧产物中的过剩氧可以抑制H2O和CO2的热解。为保证燃料完全燃烧，供给的空气
14、量必须多于理论空气量，两者之比叫空气过剩系数，用a表示。a=实际空气量（L实）/理论空气量（L理）a的选择对焦炉加热十分重要，它的大小反映了上升火道内氧浓度的高低。氧浓度越高，燃烧愈快，火焰愈短；反之，则火焰长。a大，废气量就多，废气带走的热量也多；a过小时，由于燃烧不完全，可燃成分随废气排出，故a不足和a 过大时均会增加煤气耗量。用焦炉煤气加热时，根据焦炉的结构不同,a=1.201.25；用高炉煤气加热时，由于惰性成分含量高,a可低些,a=1.15 1.20。生产中a 随煤气温度、热值和大气温度等的改变而波动，需经常检查并及时调节。 a值通过废气分析，可按下式计算： a=1+K（O2-0.5
15、CO）/（CO2+CO） K =VCO2/O2理式中：O2 、CO 、CO2分别为由废气分析测得废气中O2 、CO 、CO2的浓度，体积%； V CO2为1m3煤气完全燃烧时，按理论计算所生成CO2的体积，m3; O2 理为燃烧1m3煤气理论上需要的氧气量，m3。K值是随煤气组成而改变的，一般焦炉煤气K =0.43，高炉煤气K =2.5。无论是哪能种类型焦炉，采用降低空气过剩系数，都可以降低高向温度差。这是因为空气量减少，煤气在立火道内燃烧速度减慢。但此方法有一定限制。不带废气循环的焦炉，空气过剩系数的改变对高向加热较为明显。攀钢曾在焦炉煤气加热时通过立火道取样做了对比试验，其结果见表4。表4
16、 改变空气过剩系数对高向加热的影响结 焦 时 间空气过剩系数a焦 饼 中 心 温 度（）上下差18h1.30-1.45104010601010801.20-1.3092095099090701.10-1.20940970100050从表4中可见，随着a的降低焦饼中心温度上下差逐渐下降，焦饼上下熟的均匀性逐渐变好。另外，立火道空气过剩系数在使用焦炉煤气加热时控制在1.25左右是较理想的。因此，降低和保持合适的空气过剩系数是降低焦饼高向温差的既简单又有效的办法。5.2废气循环煤气和空气在上升立火道内燃烧产生废气，经跨越孔流入下降立火道，这时有部分废气经双联立火道底部的循环孔被抽入上升立火道中，这种
17、燃烧法称为废气循环。动量原理指出：“在稳定流动时，作用于流体某一区域上的外力在某一坐标轴方向上的总和，等于在此区域两端单位时间内流过的流体在该方向上的动量变化。”根据这一原理及循序上升和下降气流方程式可得到双联火道废气循环的基本方程式：（V20煤*0煤*T煤斜）/（273*F火F煤斜（煤嘴）+（V20空*0空T空斜）/（273*F火*F空斜）-V20废（1+x）2 *0废*T上废/（F2火*273）+H*g* （下废-上废）=（PH-PB）+1-HP 式中 ： V0煤、V0空、V0废分别为煤气、空气、废气流量，m3/s；0为气体密度；F火、F煤斜（煤嘴）、F空斜 分别为火道、高炉煤气斜道（烧嘴
18、） 、空气斜截面积，m2；T煤斜、T空斜、T上废分别为斜道出口处的煤气、空气和上升气流火道废气绝对温度，K；H为火道高度；下废、上分别为下降和上升气流火道中废气密度，kg/m3；x=V环/V废为废气循环量占燃烧产生废气量的百分率，% 。式（1）左边14项分别为煤气喷射力（h煤）、空气喷射力（h空）、火道中废气的剩余喷射力（h废）上升与下降火道的浮力差（h浮），右边（PH-PB）为循环孔阻力、1-HP为跨越孔和火道的阻力，将其合并为总阻力总P，则式（1）可写成：h煤+h空-h废+h浮=总P （2）上式推导中没有考虑循环废气与火道中废气的汇合阻力，也没有考虑喷射力的利用率，故计算的废气循环量大于实
19、际。试验表明，喷射力利用系数K为0.75时，所得结果与实际比较一致，即式（2）改成： 0.75（h煤+h空-h废）+h浮=总P废气循环的原理，可简要的用以下三点来解释：（1）空气和煤气由斜道口和灯头喷出，其速度头形成了喷射力，对上升气流火道底部产生抽力，使下降气流的废气被吸进来。因喷出口断面不变，气体流量越大，气体预热温度越高时，喷射力越大。（2）上升气流的温度较下降气流的温度高些，因而产生浮力差，使上升气流有抽吸下降气流的作用。双联的两火道间的温度差越大，浮力差越大，抽吸力增加。（3）浮力差与喷射力就是产生废气循环的推动力。由于此推动力，使下降气流中一部分废气被吸入到上升流火道中，从而增加了
20、气体通过立火道、跨越孔和循环孔等处的阻力，达到推动力阻力的平衡。即：K*（煤气喷射力+空气喷射力+浮力差）=立火道摩擦阻力+跨越孔阻力+循环孔阻力在现行设计的循环孔和跨越孔尺寸条件下，跨越孔阻力是主要阻力，它占三个阻力的70%80%，而循环孔的阻力仅占10%左右。我们习惯上所讲的废气“循环量”是指循环到上升火道的气体量与下降火道过斜道排出废气量之比。严格来讲应称为废气循环比。废气循环比的大小与加热煤气种类、炭化室高度，结焦时间和灯头高度等因素有关。在生产焦炉上要进行测量是件既繁琐而又困难的工作。我国焦化工作者在炭化室高6m和8m的单孔试验炉上进行了测定。现将部分数据列入表5。表5 废气循环比与
21、煤气种类、灯头高度、结焦时间、炭化室高度的关系6米8 米焦炉煤气加热高炉煤气加热灯头高190mm灯头高740mm灯头高120mm/120mm灯头高120mm/1200mm20h11280.9123.591.689.616.5h105.8从表5中数据可以看出，用焦炉煤气加热时，循环比比用高炉煤气加热时大；灯头越高，循环比越小；结焦时间越长，循环比越大；炭化室越高，循环比越大。这充分说明，废气循环对焦炉高向加热有很好的自动调节作用。当用高炉煤气加热时，因煤气和废气流量增加，使喷射力和阻力增加，浮力差作用相对减小，故废气循环量减小。这样，当炉内调节装置不变，用焦炉煤气加热时，废气循环量较大，有利于改
22、善高向加热均匀性；而用高炉煤气加热时，废气循环量自动减小，以适应高炉煤气火焰较长的特点。此外，当流量一定，高向加热均匀性变差时，上升和下降火道的温度增加，浮力差增大，使废气循环量自动增加，使高向加热均匀性得到改善。废气循环量一般是稳定的。但当出现一些不稳定的因素时，可能造成上升火道气流的煤气和空气不经立火道燃烧而由循环孔被直接抽入下降气流斜道中燃烧短路（即火焰直接从循环孔进入下降火道的现象）。这将损坏炉体，应予防止。短路的主要原因是喷射力与浮力差之和小于循环孔阻力。生产中可能引起短路的情况如下：（1）炉顶看火孔出现负压时易发生短路现象。这是因为打开看火孔盖时，外界的空气被吸入立火道，增加了立火
23、道（包括跨越孔）和下降斜道的阻力，从而减少了出口喷射力而增加短路的可能性。另外，因燃烧室负压大，当炉体严密性差时，大量外界气体或荒煤气漏入立火道也增加了短路的可能性。（2）炭化室漏荒煤气。（3）大雨时，一部分水蒸气浸入立火道内。（4）刚交换后，下降气流立火道的温度要高于上升气流立火道温度，上升、下降气流间浮力差为负值。换向时间间隔长，气体流量小，上升与下降火道的温度差大时，换向初期浮力差负值增大，容易短路，但换向后一定时间会自动消失。（5）炉头火道由于炉体散热，炉头火道在上升气流时温度仍常低于相邻火道，故浮力差为负值，再加上炉头斜道出口断面较大，使气流出口速度减小，从而降低喷射力，此外炉头火道
24、容易因裂缝发生荒煤气窜漏、降低温度，增加阻力，故易发生短路。为防止这种现象，JN型焦炉的炉头一对火道间已不设废气循环孔。（6）火道中有杂物使得系统阻力增加，达到一定程度，就可能产生短路。（7）当焦炉周转时间延长或在保温期间易发生短路。这是由于加热的气体量减少，使得喷射力降低，并因上升和下降火道温度趋于一致，使浮力差也大为减小，故易引起短路。（8）装煤初期，如有大量荒煤气经炉墙裂缝或烘炉孔未堵严处漏入火道时，增加了火道阻力，此时看火孔为正压，火道有可能短路。为消除这种短路，可将装煤炉室两侧短路火道的看火孔打开，使一部分气体逸出，以减少阻力，增加浮力，消除短路。避免短路的方法：（1）加大空气供应量
25、，用以增加出口喷射力；（2）缩短换向时间；（3）增大看火孔压力，这样降低了燃烧系统负压，减少漏入立火道的气体量。5.3换向时间的长短交换间隔时间长短影响焦饼高向加热均匀性的原因主要是，刚交换时原下降气流蓄热室变为上升气流，此时它的温度是最高的，预热后的煤气或空气的温度也最高，所以它的燃烧温度最高；而立火道则是刚从下降变为上升，它此时的温度是最低的，即燃烧的火焰和气体与立火道下部温差最大，大量的热量传给了下部。随着交换后时间的延长，火焰燃烧的温度逐渐降低；而立火道下部由于被加热温度逐步升高，两者的温差逐渐减小，传给下部的热量也逐渐减小，而传给上部的热量是逐渐增加的。因此，交换间隔时间延长对焦饼上
26、部加热有利。虽然在换向周期内煤气和空气预热的温度是在逐渐地下降，但立火道内实际气流温度还是逐渐地上升。实际温度之所以上升是因为换向后炉墙的温度逐渐升高了，气体向炉墙辐射传递的热量逐渐减少的缘故。所以，在焦饼总成熟度略有提高的情况下，可适当降低标准温度。但是，在换向周期延长后，换向后期的炉顶空间温度升高，荒煤气温度提高，蓄热室效率下降，耗热量增加，因此要全面考虑。5.4适宜的加热水平高度选择适宜的加热水平高度也能改善高向加热的状况，因为加热水平的高低对焦饼上部的成熟情况影响很大。当加热水平为600mm时，焦饼上部的成熟情况是好的，但炉顶空间温度偏高，而加热水平为900mm时，焦饼上部加热就稍显不足，但炉顶空间温度
