焦炉生产操作与调火技术
炼焦生产操作包括出炉操作、运焦操作、热工调节与炉体维护四个方面。
本文介绍出炉操作与焦炉调火。出炉操作包括装煤、推焦、熄焦和筛焦操作。焦炉调火包括温度、压力制度的确定与调节，流量（加热煤气量、空气量、废气量）的供给与调节。同时由于加热煤气的种类不同，即用焦炉煤气或贫煤气加热，因而调节手段、方法有所不同。焦炉加热设备（含煤气设备、废气设备与换向设备）的正常运行，又是确保煤气、空气、废气进入正常合理调节的前提。
焦炉机械出炉与操作
焦炉机械包括装煤车、推焦车、和锡焦车，他们被称为四大车。捣固焦炉包括装煤推焦车、消烟车、拦焦车和熄焦车。四大车相互配合以完成焦炉的装煤、出焦操作。
(一)焦炉机械
四大车的工作程序、设备组成、钢架结构、走行装置、配电系统、气动系统与司机室等有关细节。本文重点介绍出炉操作实现机械化、自动化的主要方向，其内容包括：
1、四大车的进一步机械化，使用一点定位推焦车、拦焦车与装煤车。我国6米大容积焦炉均以使用五炉距一点定位车。进十年设计的4.3米焦炉也均采用五炉距一点定位推焦车。
2、使用炉门、炉门框清扫机。目前有机械化清扫装置清扫机，炉门采用弹簧门栓、敲打刀边炉门，以提高密封性。
3、上升管、桥管实现机械化操作，均由装煤车完成各项工作。
4、出焦操作联锁有电联锁，γ射线联锁、磁感应定位载波信号联锁、激光定位等。三大车炉号显示联锁装置在我国均有使用。
5、尾焦处理装置有斜槽式和链板式运输机等。
6、焦台放焦机械有刮板机式、小车压下式和给料机式等。
7、四大车的全自动化操作。装煤车、拦焦车、熄焦车三车全自动，无人操作；对推焦车实行联锁式控制，有一个人操作。由控制中心输入操作程序，使无人操作的三车自动行走到预定碳化室出焦炉号，当确认与有人工操作的推焦车所达到的出焦炉号一致并处于动作状态时，就可按所编制操作程序自动进行推焦。
8、采用液压装置，可使操作更可靠、轻便、紧凑、动作快、容易调节、操纵方便。
9、采用变频调速行走机构。
（二）装煤与推焦
对装煤的要求是装满、装平、装实、装匀。在装煤过程中尽可能做到少冒烟、少冒火、少喷煤，减少环境污染。
现代室式焦炉，煤料炼成焦碳是在沿炉组方向与燃烧室相并列的碳化室内进行的。不同类型的焦炉有不同的炉孔数和容积，为使焦炉均衡生产，保证各碳化室结焦时间一致，整个炉组实现准时出焦，要随时保持机械设备的良好状态，因此应按一定的推焦顺序指定推焦、装煤和检修计划。
1、推焦串序
一座（或一组两座）焦炉各个碳化室装煤、出焦的次序，叫推焦串序。
目前采用的有9-2，5-2，2-1推焦串序。其通式为m-n,其中m代表一座或一组两座焦炉所有碳化室划分的组数（笺号），即相临两次推焦相隔的炉孔数；n为两趟笺间对应碳化室号相隔的数。
2、炼焦生产中的几个时间概念
推焦时间：推焦杆头接触焦饼表面开始的时间（指瞬间时间）。
平煤时间：煤杆伸入小炉门开始进行平煤操作的时间（指瞬间时间）。
装煤操作时间：装煤车打开闸板下煤至推焦时间的间隔。
结焦时间：煤料在碳化室内的停留时间，即指由装煤时间和分段时间至推焦时间的间隔。
操作时间：分为三种，即单炉操作时间、全炉操作时间和分段检修时的每一段操作时间。
A单炉操作时间：相临两个碳化室从推焦（或装煤）至推焦（或装煤）的时间间隔，按目前机械化、自动化的水平，因此时间为8分钟到12分钟。
B每一段操作时间：检修结束后第一炉的推焦至即将检修前出完最后一炉的推焦时间间隔，即在两次检修之间的一段所出炉孔数，在乘以单炉操作时间的间隔。
C全炉操作时间：在一个周转期间内各段操作时间之和。
碳化室处理时间：碳化室从推焦至装煤的一段时间间隔（空炉时间）。应将起于单炉操作时间区别清楚。
D周转时间（又称小循环时间）：某一碳化室从推焦（装煤）至下一次推焦（装煤）的时间间隔。
3、循环检修推焦计划
为均衡生产，必须定期检修，通常采用循环检修推焦计划组织出炉操作。循环检修推焦计划按月编制，其中规定焦炉每天及每班的操作时间、出炉数和检修时间。实际上，当周转时间和24小时可取最小公倍数时，只要安排一个大循环的计划，就可以重复使用。
大循环指不同日期在相同时间推同号碳化室的间隔时间，亦即小循环时间开始重复的时间间隔。
一个大循环时间（h）=大循环所需天数*24（h）
=大循环中包括的小循环数*周转时间（h）
因此，大循环所需时间可由24与周转时间的最小公倍数求得当周转时间不为整数时，可将２４小时与周转时间换算为分钟数以后，再由分钟数的最小公倍数求出）。
（三）熄焦和筛焦
熄焦方式目前有湿法与干法熄焦之分，湿法熄焦又有常压和压力熄焦的区别。近年来采用分段湿法熄焦，使焦碳中水分明显下降，且很稳定，对高炉正常运行与节能十分明显。湿法熄焦最近几年的主要主要改进有熄焦塔的结构，在塔的上部增加除尘装置和增加排气筒的高度，塔的形式也出现多种，其目的是为了减轻大气污染，回收焦粉。湿法熄焦操作的要点是再熄透焦碳的前提下降低和稳定焦碳的水分。
焦碳筛分主要按不同部门要求进行分级，一般分为40毫米，40毫米～25毫米，25毫米～10毫米，小于10毫米等级，通常大于25毫米粒级称为冶金焦，供高炉用；25毫米～10毫米粒级焦碳又称焦丁，主要用做汽化焦和小高炉用焦；小于0毫米以下的称为焦粉，通常用于烧结。
焦炉加热制度
为了确保焦碳在规定的结焦时间内沿高向、长向均匀成熟，必须制定和严格执行焦炉的加热制度，并结焦时间、装煤量、装煤水分、加热煤气、气候等实际条件的变化，对焦炉加热制度进行及时的调节。焦炉加热制度的主要内容有温度制度、压力制度、与流量（煤气、空气、废气）的供给与调节制度。温度制度有焦饼中心温度、直行温度、冷却温度、横排温度、炉头温度、蓄热室顶部温度、小烟道温度、炉顶空间温度及炉墙温度。压力制度有碳化室底部压力、看火孔压力、蓄热室顶部吸力、小烟道吸力及蓄热室阻力。以上各项俗称九温五压。
（一）温度的确定与测定
1、焦饼中心温度：结焦末期焦炉碳化室中心断面处焦碳的平均温度。它是判断全碳化室是否成熟的一种指标，是焦炉的横排温度与高向加热的综合体现，也是确定燃烧室标准火道温度的依据。焦饼中心温度的测定和计算方法见热平衡。通常规定推焦前30分钟（与热平衡略有区别）焦饼中心温度为950℃~1050℃作为焦饼成熟的标志，实际生产往往高于此值。因此在配煤条件不变的前提下，若焦饼中心温度降低25℃~30℃,标准火道温度需降低10℃左右。规定每年测定一次。但在结焦时间改变1小时以上、配煤比变动、更换加热煤气以及需要调整标准火道温度时，需要测定此项温度。
2、冷却温度
为了将换向不同时间测定出的立火道温度均换算为换向后20s的温度（这时温度最高），以便比较全炉温度的均匀性与稳定性，并防止超过极限温度（即1450℃）必须测出换向期间下降气流测温火道的下降量，即为冷却温度。冷却温度必须在焦炉正常生产和加热制度稳定的情况下测定。当推焦串序为9~2或2~1时，应选择9个~10个相连的燃烧室，5~2串序，应选择5个~6个相连的燃烧室。分别在机侧、焦侧测温火道内进行，测温地点为两个斜道口与焦炉煤气烧嘴之间，测量人员为4人或6人。在正常条生产件下，规定每半年测定一次（以春季、秋季为宜）。在结焦时间改变1小时，换向时间改变，换用加热煤气及加热制度等有较大变化时，需测定冷却温度。
3、标准温度与直行温度
标准温度是机、焦两侧温度温火道平均温度的控制值。它是在规定结焦时间内保证焦饼成熟的主要温度指标。确定温度指标的依据是焦饼中心温度，即在规定的结焦时间下，根据实测的焦饼中心温度来确定标准火道温度。标准温度与炉型、配煤水分、加热煤气种类有关。
直行温度是指全炉机侧、焦侧测温火道温度，代表全炉的温度，是直接影响焦碳成熟的主要参数。
其测定方法为：在换向后5分钟（或10分钟）开始测量。测量顺序应固定不便，一般从焦侧交换机侧端开始测量，由机侧返回交换机端。每隔4小时测一次，一天三班共6次。测定速度要均匀，1分钟测10个~11个为宜。每次将实测数值按各侧不同时间测量的温度分段加冷却温度校正值，将各侧温火道温度均匀校正到换向后20s时的温度。
4、横排温度%
是指焦炉同一燃烧室各火道的温度，是检验沿燃烧室长向温度分布的合理性，保证焦饼均匀成熟的测调项目。
测定方法；因为同一燃烧室相邻火道时间及短，且只需了解同一燃烧室各火道温度相对的均匀性，所以测出的温度不需要加冷却温度校正值。为避免交换后温度下降对测温的影响，故每次均按一定的顺序进行。单号燃烧室从机侧到焦恻，双号燃烧室从焦侧到机侧。同时交换后5分钟（或10分钟）开始测量。
5、边火道温度（炉头温度）
边火道温度是指焦炉燃烧室两侧的端火道温度。测定方法：在交换后5分钟开始测量，每次测量顺序应一致，通常由焦侧交换到机端开始，从机侧返回，两个换向测完。测定值不需换算为冷却温度值。增加炉头供热的方法，用焦炉煤气加热时，需疏通并严密封堵炉头火道的砖煤气道，用焦炉煤气加热时，可采取措施用焦炉煤气对边火道进行补充供热，改进蓄热室封墙和废气盘两叉部的保温措施，以提高严密性，对提高边火道温度有明显的效果。
6、蓄热室顶部温度
测定蓄热室顶部空间温度，是为了检查蓄热室温度是否正常，并及时发现蓄热室有无局部高温漏火、下火等情况。对硅砖蓄热室，顶部温度不得超过1320℃，黏土砖蓄热室顶部温度不得超过1250℃。测定方法：蓄热室温度的测点一般选在最高温度处。当用焦炉煤加热时，测量上升气流蓄热室，交换后（通常是交换后5分钟）立即开始测量，因为测量不得少于1次。测量后分别计算机侧、焦侧的(平均温度除端部蓄热室外)并指出蓄热室的最高和最低温度。
7、小烟道温度
小烟道温度即废气排除温度。测量该温度主要是为了检查蓄热室的交换情况是否良好，并发现炉体不严密而造成漏火、下火等情况。测定方法：将500℃水银温度计插入上升气流的废气盘测温孔中，查入深度为小烟道全高度的3/5处。在下降气流换向前5分钟~10分钟时读数（要注意先读数，后抽出体温计），并求出平均数，指出最高、最低温度。烧高炉煤气时，插拨温度计应在下降气流时进行，每月测一次。
8、炉顶空间温度
炉顶空间温度是指焦炉碳化室炉顶空间粗煤气温度。测定方法：在碳化室内结焦过程达2/3时，用电热偶测定机侧第一个装煤口的炉顶空间中心处的温度，双集气管焦侧用同样的方法测定。热电偶插入后15分钟才可读数。炉顶空间温度控制在800℃±30℃，不应超过850℃。每季一次，结焦时间改变1小时或配煤比变动很大时也侧一次。通常与焦饼中心温度的测定同步进行。
9、碳化室墙面温度
该温度一般与焦饼中心温度同时测量，间接观察燃烧室上下温度分布情况。推焦后关好两侧炉门，打开上升管盖。用红外测温仪测量与焦饼中心温度高度相同的两侧墙面温度。测量时除测温的装煤空盖打开外，其他炉盖应关好。也可以从机侧、焦侧炉门处用红外测温仪测定。采用这种方法，克服了以往只能测定炉墙若干个点的局限性，而能得到整个炉墙的热量分布图，由计算机处理，将碳化室墙细分成不同温度的格点，即可鉴别和绘制出确切的温度值以及高向、长向的热量分布，并可在一个周转时间内测完全炉碳化室墙面温度。
（二）压力制度的确定和测定
确定压力制度时，必须遵循下列原则：
1、整个结焦时间内碳化室底部压力应为正压；
2、碳化室底部压力在任何情况下（正常生产、改变结焦时间、停止加热等），均应大于相邻同标的燃烧系统压力和大气压力；
3、在同一结焦时间内，沿燃烧系统高度方向压力的分布应当稳定。
（三）碳化室压力
碳化室压力指焦炉碳化室粗煤气析出时形成的压力。炼焦炉与燃烧室仅一砖之阁，并且虽炉型大型化与高效化，炉墙厚度越来越薄，因而碳化室墙上砖缝及裂缝的存在是不可避免的，即两者总是不严密的。在炼焦过程中，粗煤气的析出量也是不均匀的，因而当集气管压力过小时，碳化室内气体的压力只能再结焦前半周期高于同标懂得燃烧室和外部大气压；在结焦末期，则要小于燃烧室和外界大气压力。
测量方法：测定碳化室底部压力，是为了确定和检查集气管压力是否合理，碳化室内压力是否符合压力制度所确定的原则。测定的代表炉号应该是机侧吸气管下的碳化室。装煤后由炉门下部的测压孔（特别加工的炉门）将长1.2米的12.5毫米钢管平插入碳化室。装煤初期用U型压力表测量，在碳化室压力减少到一定程度后，改用斜行微压计测量。每隔1小时测1次，直到推焦前关闭桥管水封为止。测定过程中应保持所规定的集气管压力。但在最后几次测定中，若发现碳化室压力低于5Pa时，应适当提高集气管压力。每年测定两次（夏季和冬季）
用贫煤气加热的特点
（一）高炉煤气加热的特点
1、高炉煤气需要预热
高炉煤气热值低，一般为3200kj/m3～4000kj/m3，因其热值低，故不用燃烧。为了使它燃烧时能得到与焦炉煤气相近的热效应，锄空气需预热外，高炉煤气也必须预热。因此，使用高炉煤气加热时，燃烧系统上升气流的蓄热室中，有1/2的预热空气和1/2预热煤气，煤气与空气一样，经过斜道进入燃烧室进火道进行燃烧。
2、燃烧系统的阻力大
高炉煤气因热值低，耗热量高，煤气用量多，产生的废气量也多且密度大，因而阻力也较大。用高炉煤气加热，虽所需的空气量少些，但煤气和空气是分别通过一个蓄热室的，而用焦炉煤气加热时，两个蓄热室均通过空气。因此，上升气流时，烧高炉煤气的阻力也大。
3、燃烧火焰长
高炉煤气中因惰性组分多，约占70％，因而燃烧火焰拉长，使焦饼上下加热的均匀性能好。因此，在相同的结焦时间下，标准火道温度比用焦炉煤气加热要低。火道底部温度一般也低于20℃～30℃。由于通过蓄热室预热的气体量多，因此蓄热室、小烟道、分烟道以至到烟囱根部废气温度均要低一些。一般小烟道温度低40℃～60℃。
4、高炉煤气毒性大
高炉煤气中CO的含量为25％～30％，所以毒性大，必须作好防漏工作。为防止高炉煤气漏失，首先必须保持煤气设备严密，高炉煤气在安装时应严格的按照规定达到试压标准。在日常操作中旋塞要定期进行清洗和加油，保持其严密，水封要经常检查，保持满流。蓄热室封墙、废气盘和小烟道连接处要经常勾缝。煤气设备要定期作火把实验或肥皂水实验，检查是否有漏煤气的地方，以便及时处理。同时，高炉煤气进入废气盘后应处于负压状态。
5、严格控制含尘量
要求高炉煤气含尘量不超过0.075g/m3煤气中含尘量增高，会使蓄热室阻力增加，必须采取清扫措施加以解决。
（二）气量与空气量的调节
1、煤气量的供给
用高炉煤气加热时，由子废气量增加，废气带走的热量占总耗热量的比例增大，焦侧的热效率相对比机侧降低的多，另外。焦侧上升和下降气流的吸力差比机侧大，漏气的机会更多，因此焦侧和机侧耗热量的比值比用焦炉煤气加热时大1％～2％。
由于高向加热均匀性提高，因此根据炉型和结焦时间的不同，标准火道温度可降低10℃～30℃。标准火道温度的降低，又可使需供给的煤气量降低。尤其是大容积焦炉，用高炉煤气加热，耗热量不一定用焦炉煤气加热高很多或可持平。
2、空气的供给
设高炉煤气加热的废气密度为1.37，焦炉煤气加热的废气密度为1.21，则再同一结焦时间，用高炉煤气加热时的废气阻力约为使用焦炉煤气的2.25倍。因此，所需要的烟囱吸力也相应增大。根据计算和经验，用高炉煤气加热时所需要的分烟道吸力，在结焦时间、斜道口开度和废气盘调节翻板开度不变的情况下，比用焦炉煤气加热时大1.6～1.8倍。
3、混合煤气的使用
煤气热值低，对焦炉加热是不利的，使用焦炉的热工效率低，耗热量高，煤气用量大，所产生的废气量多，从而使加热设备和加热系统阻力增大，甚至造成煤气设备能力和烟囱吸力不足，因此，为了提高煤气热值，可采用高炉煤气内混入一定量的焦炉煤气的措施。用混合煤气加热和用高炉煤气加热的调节方法基本上是相同的。
（三）燃烧室的供热
用高炉煤气加热和用焦炉煤气加热一样，进入各燃烧室的煤气量用分管孔板来调节，空气量用废气盘上的进风口和调节板来调节。所不同的是高炉煤气也经蓄热室预热，因此与空气一样，进入每个燃烧室的煤气量也是用蓄热室顶部吸力来检验。
1、各燃烧室煤气量和空气量的控制
用蓄热室顶部吸力来控制煤气量、空气量和废气量。
控制蓄热室顶部上升气流和下降气流之间的压力差、上升气流煤气和空气蓄热室顶之间的压差和下降气流煤气和空气蓄热室顶部之间的压力差。
2、直行温度均匀性调节
由于供给各个燃烧室的煤气量和空气量是由蓄热室顶部吸力来控制的，因此蓄热室顶部吸力的调节也就是直行温度均匀性的调节。
调节煤气蓄热室上升气流吸力，主要是控制各支管孔板直径的大小；调节空气蓄热室上升气流吸力，主要是控制进风口开度；调节下降气流蓄热室吸力，主要是控制废气盘调节翻板的开度。而他们之间有相互联系。在正常情况下，一般保持全炉进风口开度一致，单个空气蓄热室上升气流吸力，是用相临下降气流废气盘调节翻板来调节的。
结语
调火最关键最最核心的质量控制点。加热工艺参数就是炉龄的函数，是变数。而控制加热参数的变动又是多元素的：煤气、空气、流量换向时间。而换向时间的控制又可通过调整交换机流量；压力或拉杆行程控制，而调整了温度必定改变“焦碳成熟时间”，从而引起“荒煤气量”的变低，带来“集气管压力”变化，这就引起“心脏风机”在手动调整Л形管，翻板开度进行“转数联动调整”，同时还会引起“循环氨水回炉量”进行相应调整，以控制“集气管煤气温度”。