一种对流散热型焦炉炉顶结构
阅读说明：本技术 一种对流散热型焦炉炉顶结构 (Convection heat dissipation type coke oven top structure ) 是由 刘杰 程乐意 胡中杰 张代华 卫福全 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：一种对流散热型焦炉炉顶结构,焦炉炉顶包括隔热耐压层及其上的上升管、加煤口、看火孔；所述加煤口的底座、看火孔的底座为耐材整体浇筑成型,加煤口盖、看火孔盖为双层结构,上下层间配置可阻断热量传递的隔热毡；绝热型风道,敷设在立火道两侧的横拉条沟下面,与加煤口两侧的空心砖联通。本发明通过焦炉炉顶区域结构改进,采用绝热复合材料,建立互联互通空气道,有效阻断焦炉炉内热量向炉顶区域的传导,使焦炉炉顶区域散发的热量能快速扩散,实现更低的焦炉炉顶表面温度,更优的炉顶作业环境,更好的护炉铁件及焦炉砌体保护,为焦炉炉体加罩封闭实施奠定基础。(A convection heat dissipation type coke oven top structure comprises a heat insulation and pressure resistance layer, and an ascending pipe, a coal feeding port and a fire observation hole which are arranged on the heat insulation and pressure resistance layer; the base of the coal feeding port and the base of the fire observation hole are integrally cast and molded by refractory materials, the coal feeding port cover and the fire observation hole cover are of double-layer structures, and heat insulation felts capable of blocking heat transfer are arranged between the upper layer and the lower layer; and the heat-insulating air duct is laid below the transverse pull-bar grooves at two sides of the vertical flue and is communicated with the hollow bricks at two sides of the coal feeding port. According to the invention, through the structural improvement of the coke oven top area, the heat insulation composite material is adopted to establish the interconnected air passages, so that the conduction of the heat in the coke oven to the coke oven top area is effectively blocked, the heat emitted by the coke oven top area can be quickly diffused, the lower surface temperature of the coke oven top is realized, the better top operation environment is realized, the better protection of the oven iron piece and the coke oven brickwork is realized, and the foundation is laid for the implementation of covering and sealing the coke oven body.)
技术领域
本发明属于焦炉节能环保技术领域，具体涉及一种对流散热型焦炉炉顶结构。
背景技术
炼焦生产是炼焦煤在焦炉炭化室内隔绝空气高温干馏的过程，通常炉内温度高达1200-1350℃。由于炼焦生产特点，焦炉炉顶表面温度较高，一般超过70℃，有时高达100℃以上，焦炉炉顶散热约占焦炉总耗热量的8％以上。
焦炉有多种型式，包括常规机焦炉、热回收焦炉、半焦(兰炭)炭化炉，其中常规机焦炉占绝大多数，现有焦炉炉顶区的结构，客观造成焦炉炉顶表面温度高，长期生产过程中产生不少负面影响，主要有：一是焦炉炉顶散热量大，炼焦耗热量高，是工业企业节能降耗的重点单元；二是焦炉炉顶区域温度高，岗位人员作业环境差，轮换作业劳动效率低；三是焦炉炉顶区域上升管、护炉铁件等设备长期在高温环境中，纵拉条、横拉条等高温劣化造成焦炉砌体严密性下降，影响焦炉使用寿命；四是焦炉炉顶区域受天气及频繁作业影响砌体损坏，炭化室内荒煤气外逸，造成焦炉无组织排放超标，进一步恶化现场作业环境。
国家推动产业结构调整优化，推进产业绿色发展，推进重点行业污染治理升级改造，明确要求重点区域二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、挥发性有机物(VOCs)全面执行大气污染物特别排放限值，推动实施钢铁等行业超低排放改造，重点区域城市建成区内焦炉实施炉体加罩封闭，并对废气进行收集处理。
综上，现有焦炉炉顶区域散热量大，环境温度高，作业环境差、能源浪费大，持续不断的散热，全覆盖式散热面，巨大的散热量，封闭后环境更加恶劣，不仅影响作业人员，甚至绝大多数电气设备都无法承受，当前环境条件下，焦炉炉体加罩封闭基本上没有可能性。
焦炉是由耐火砖砌筑而成的用于生产焦炭的热工设备，就顶装焦炉来说，其炉顶区域包括加煤口、看火孔、上升管，与炉内炭化室或燃烧室相连，除此之外的区域(简称隔热耐压层)全部由断热转、漂珠砖等砌筑而成。
以当前的主流7米焦炉为例，加煤口底座及加煤口盖、看火孔底座及看火孔盖均为耐热铸件，生产过程中表面温度超过350℃；隔热耐压层100为耐材砌筑实心结构，由上到下共16-18层，分别为1层缸砖+1层粘土砖+3层断热砖+4层漂珠砖+6-8层粘土砖+3层硅砖，参见图1。
因炉内温度高达1300℃，虽然耐火材料砌体厚度高达1.485米，也无法避免炉顶区域高温散热问题。炼焦生产过程中，炉顶区域需频繁进行装煤车装煤、上升管系统作业、炉顶维护及加煤口等清扫保养作业。焦炉炉顶温度高，劳动强度大，环境非常恶劣。为改善炉顶作业环境，有些焦炉进行了炉顶翻修，尝试采用一些隔热性能相对较好的耐火材料，实施完成后炉顶面温度明显下降，因炉内持续不断的散热，在较短的时间炉顶区域温度又回升如前，无法根本改变炉顶的作业环境。
可以预见的将来，焦炉炉体加罩封闭将成为必然，而实施焦炉炉体加罩封闭，必然要面对封闭空间内焦炉炉体散热、窜漏等带来的巨大风险，这也是焦炉一直以来始终露天生产，难以安全封闭的根本原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对流散热型焦炉炉顶结构，通过焦炉炉顶区域结构改进，采用绝热复合材料，建立互联互通空气道，有效阻断焦炉炉内热量向炉顶区域的传导，使焦炉炉顶区域散发的热量能快速扩散，实现更低的焦炉炉顶表面温度，更优的炉顶作业环境，更好的护炉铁件及焦炉砌体保护，为焦炉炉体加罩封闭实施奠定基础。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种对流散热型焦炉炉顶结构，焦炉炉顶包括隔热耐压层及其上的上升管、加煤口、看火孔；其包括：所述隔热耐压层自上而下分别设置为缸砖、粘土砖、粘土质空心砖、粘土砖、硅砖；粘土砖与粘土质空心砖通过粘土火泥砌筑，硅砖采用硅火泥砌筑；所述加煤口的底座、看火孔的底座为耐材整体浇筑成型，加煤口盖、看火孔盖为双层结构，上下层间配置可阻断热量传递的隔热毡；绝热型风道，敷设在立火道两侧的横拉条沟下面，与加煤口两侧的空心砖联通，夹层为气凝胶等绝热材料，壳体为轻质绝热板；绝热型风道间连接处为承插结构实现相互间密封，两侧及顶部用浇筑料密封后敷设焦炉炉顶缸砖，底部为断热砖。
优选的，所述粘土质空心砖的下部空腔，内置绝热毡，上层空腔为可空气流通的多孔结构。
优选的，在焦炉炉顶面下建立绕行上升管底座、加煤口的S型通风道，实现炉顶面下由机侧到焦侧的风道连通。
优选的，所述绝热型风道内径由焦侧到机侧逐步增加。
优选的，以加煤口为界，每孔炭化室对应的炉顶顶面下设置S型通风道。
优选的，每1-10孔炭化室设一个通风单元，机焦侧所述绝热型风道与外界的连接处配置调节插板或翻板。
优选的，机焦侧所述绝热型风道与外界风管连接，配置强制通风系统，实现空气由焦侧到机侧的流通，将焦炉炉顶区域热量带走；每个通风单元均配置气体检测系统，检测通风系统内气体温度，送中控远程监控管理。
优选的，还配置焦炉炉顶热成像系统，监控炉顶面温度各点变化，包括炉盖、看火孔盖温度异常升高，及时指令焦炉维护人员实施更换处理。
优选的，所述绝热材料为气凝胶。
优选的，所述隔热耐压层自上而下分别设置为一层缸砖、两层粘土砖、两层粘土质空心砖、八层粘土砖、三层硅砖。
根据炼焦生产特点，焦炉炉顶区域功能一是隔热减少炉体散热，二是耐压承受装煤及炉顶辅助作业，三是密封阻断炭化室正压荒煤气逸散。
本发明为改变焦炉炉顶区域结构，增加空气绝热层和对流散热层等高效绝热结构，内置通风道、通风及控制，实现焦炉炉顶表面温度的大幅度下降。具体如下：
1、高效绝热结构。高效绝热结构由以下几部分构成。
①隔热耐压层自上而下分别设置为缸砖、粘土砖、粘土质空心砖、粘土砖、硅砖，分别通过粘土火泥、断热浇注料、硅火泥砌筑；
②加煤口、看火孔底座为耐材整体浇筑成型，加煤口盖、看火孔盖为双层结构，上下层间配置隔热毡阻断热量传递；
③粘土质空心砖下部空腔内置绝热毡，上层空腔为多孔通径可空气流通，具有足够的结构强度；
④绝热型风道敷设在立火道两侧的横拉条沟下面，与加煤口两侧的空心砖联通，夹层为气凝胶等绝热材料，壳体为轻质绝热板。
⑤绝热型风道间连接处为承插结构实现相互间密封，两侧及顶部用浇筑料密封后敷设焦炉炉顶缸砖，底部为断热砖。
2、内置S型通风道。焦炉炉顶区域包括上升管底座、加煤口、看火孔，按规律相间排列。
在炉顶面下，建立绕行上升管底座、加煤口的S型通风道，实现炉顶面下由机侧到焦侧的风道连通；
根据焦炉结构特点及表面温度分布，风道内径由焦侧到机侧逐步增加，便于空气流通；以看火孔为界，每孔炭化室为一个相对独立的炉顶内置S型通风道；
为便于施工及运行控制，每1-10孔炭化室为一个配风单元，实现不同组间通风量的调整，机焦侧通风道与外界的连接处配置调节插板(或翻板)。
3、通风系统运行监控。机焦侧通风道与外界风管连接，配置强制通风系统，实现空气由焦侧到机侧的流通，将焦炉炉顶区域热量带走。每个配风单元均配置气体检测系统，检测通风系统内气体温度，送中控远程监控管理。
如第N个配风单元烟温超平均值20℃以上时，远程或的手动开大该单元的风量调整翻板，反之则关小。如平均烟温升高10℃以上时，调整强制通风风机，增加风量。
本发明还配置焦炉炉顶热像系统，监控炉顶面温度各点变化。如某炉盖、看火孔盖温度异常升高，及时指令焦炉维护人员实施更换处理。
本发明焦炉炉顶结构以粘土质空心砖、绝热型风道、断热浇筑料的组合，替代原粘土砖、断热砖、漂珠砖组成的实心结构，空心砖下部利用空气绝热原理隔热并配置陶瓷纤维棉，上部有多孔通径，与绝热型风道联通后呈S型绕行加煤口，通过强制通风，以空气对流方式快速带走炉体散热。上下层用断热浇筑料施工，既改善炉顶区域密封性能，又提高断热效果。焦炉炉顶加煤口、看火孔采用双层及整体浇筑结构替代原铸件，大幅度减少该部位散热。通过远程监控系统控制系统可靠运行，指导焦炉炉顶面维修，以及焦炉炉顶大小炉盖的更换。
本发明与现有技术的区别：
本发明为一种高对流散热型焦炉炉顶结构，与当前焦炉炉顶不同的是，本发明所述焦炉炉顶结构上具有空气绝热层和对流散热层，可有效阻断焦炉炉内热量向炉顶区域的传导，可快速扩散焦炉炉顶区域散热，能可靠维持焦炉炉顶区域结构严密，避免焦炉炉顶区域窜漏，指导焦炉炉体维护措施的采取。
本发明的有益效果：
①通过粘土质空心砖、绝热型风道及断热浇注料的组合应用，既实现炉内热量的有效隔断，又实现炉内散热的强制通风带走，从而大幅度降低炉顶表面温度；
②通过双层加煤口、看火孔盖及耐材整体浇筑加煤口、看火孔底座，极大的阻断了炉内热量的传递，实现焦炉看火孔、加煤口部位的表面温度大幅度下降；
③通过组合式粘土砖及风道的应用，减少炉顶区耐材缝隙，避免炉内窜漏；
④通过测温、热像等系统的应用，调整系统运行，指导焦炉炉顶面维护及设备更换。
⑤焦炉炉顶面温度降低，可有效改善焦炉炉顶作业环境，减轻高温对横拉条等护炉铁件、装煤车等设备的影响。
附图说明
图1为焦炉隔热耐压层的剖面图。
图2为本发明实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例中的结构示意图。
具体实施方式
参见图1～图3，本发明所述的对流散热型焦炉炉顶结构，焦炉炉顶200包括隔热耐压层100及其上的上升管、加煤口1、看火孔2；其包括：
所述隔热耐压层100自上而下分别设置为缸砖、粘土砖、粘土质空心砖、粘土砖、硅砖；粘土砖与粘土质空心砖通过粘土火泥砌筑，硅砖采用硅火泥砌筑；本实施例中，所述隔热耐压层100自上而下分别设置为一层缸砖、两层粘土砖、两层粘土质空心砖、八层粘土砖、三层硅砖。
所述加煤口1的底座、看火孔2的底座为耐材整体浇筑成型，加煤口盖11、看火孔盖21为双层结构，上下层间配置可阻断热量传递的隔热毡；
绝热型风道3，敷设在立火道4两侧的横拉条沟5下面，与加煤口1两侧的空心砖联通，夹层为气凝胶等绝热材料，壳体为轻质绝热板；绝热型风道3间连接处为承插结构实现相互间密封，两侧及顶部用浇筑料密封后敷设焦炉炉顶缸砖，底部为断热砖。
优选的，所述粘土质空心砖6的下部空腔，内置绝热毡61，上层空腔为可空气流通的多孔结构62。
优选的，在焦炉炉顶200顶面下建立绕行上升管底座、加煤口的S型通风道7，实现炉顶面下由机侧到焦侧的绝热型风道3连通。
优选的，所述绝热型风道3内径由焦侧到机侧逐步增加。
优选的，以加煤口1为界，每孔炭化室对应的炉顶顶面下设置S型通风道7。
优选的，每1-10孔炭化室设一个通风单元，机焦侧所述绝热型风道与外界的连接处配置调节插板或翻板8。
优选的，机焦侧所述绝热型风道3与外界风管连接，配置强制通风系统9，实现空气由焦侧到机侧的流通，将焦炉炉顶区域热量带走；每个通风单元均配置气体检测系统10，检测通风系统内气体温度，送中控远程监控管理。
优选的，还配置焦炉炉顶热成像系统，监控炉顶面温度各点变化，包括炉盖、看火孔盖温度异常升高，及时指令焦炉维护人员实施更换处理。
优选的，所述绝热材料为气凝胶。
智慧炼焦的是炼焦技术发展的必然趋势，当前炉前、炉顶作业均看到了曙光，但焦炉炉顶面高温及散热，成为焦炉炉顶自动化、无人化的拦路虎，自动化产品普遍无法适应焦炉炉顶区域的连续、可靠、长周期运行，即将实施的焦炉炉体封闭的前提更是必须降低炉顶面温度，问题突出。应用本发明技术进行焦炉炉顶区域改进，可大幅度降低炉顶面温度，为众多自动化产品的应用带来曙光，推广应用前景十分广阔。
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