怎样改善焦炉的高向加热

焦炉高向加热的改善

1前言

炭化室墙表面积较大,为了获得成熟均匀、含挥发分比较一致的焦炭，要求火道高向和沿长度方向供热能满足要求，即火道上下温度均匀。如果焦饼沿焦炉高向加热不均，会使焦碳粒度均匀性和耐磨性降低、耗热量增加、焦炉操作困难，及因焦饼加热落后部分收缩不好而增加推焦阻力等。现在设计投产的焦炉,炭化室越来越高。我国已有一批炭化室高6m的焦炉投产,世界上已有炭化室高8m以上的焦炉投入生产。因此,研究影响焦炉高向加热的各种因素及不同炭化室高度如何选择合理的高向加热的参数是炼焦工作者的重要课题之一。

2 影响高向加热的因素

影响焦炉高向加热的因素主要是煤气燃烧的速度、气流的速度和炉墙的传热,装煤沿高向堆比重等。其中煤气燃烧的速度起着主要的作用。

2.1煤气燃烧的速度

火焰的长短与煤气燃烧的速度有关。煤气燃烧速度愈慢,火焰愈长,反之愈短。

通常煤气和空气先预热后进入温度很高的燃烧室,故可燃混合物加热到着火温度并进行燃烧，化学反应在瞬间完成。煤气在立火道中的燃烧速度取决于可燃物分子和空气分子相互接触的物理过程,即扩散过程。扩散燃烧时,由于局部氧的不足而发生炭氢化合物热解,产生游离碳,使燃烧带中因固体微粒的存在而产生强烈的光和热辐射,形成光亮的火焰。为拉长火焰,改善高向加热的均匀性,焦炉火道内应使煤气和空气缓慢接触混合。

加热煤气与空气在立火道中燃烧过程所耗用的时间是参加燃烧的各成分

加热到燃点,可燃成分与氧会合和完成燃烧反应所需时间的总和。在立火道温度很高的条件下,煤气和空气在进入立火道前,即在蓄热室内已被加热到发火点。从发火点开始到完成燃烧过程中所耗用的全部时间,实际上就是煤气和空气混合所需的那一段时间。

2.2 气流速度

立火道内气体流动性质与燃烧状态,从理论上分析是较复杂的,但在生产实践中都能体会到:焦侧火焰往往长于机侧;在较短的结焦周期下操作，其火焰较长;废气循环可以拉长火焰等等。

这是因为:

（1） 焦侧立火道断面比机侧小,而气体流量却较多,所以焦侧立火道内气 体速度大,火焰也就较长。

（2） 当周转时间缩短时,单位时间内供入的气体量增加,使气体速度增加,从而拉长了火焰,改变了焦饼上下加热状况。

（3） 往立火道引人惰性气体,除了可燃与助燃气体的浓度降低,使其燃烧速度减慢外,也因气体流动速度增加等原因使其火焰拉长。

2.3 炉墙传热

加热煤气在立火道内燃烧所产生的热量经过炭化室墙才能传给煤料。因此,炉墙的传热与焦饼的高向加热有密切关系。炉墙砖的厚薄,立火道隔墙的形状,加热水平高低以及分段加热等对焦饼高向加热均匀性有影响。

2.4 煤气、空气和废气出口在立火道底的排列

焦炉立火道中,煤气口、空气口的位置及其角度直接影响煤气、空气的混合和燃烧速度,而空气口、煤气口的配置是由设计决定的。目前,我国生产

和设计兴建的双联火道废气循环下喷式焦炉,不论其炭化室高低,由于斜道区和蓄热室结构要求,其立火道底部的循环孔斜道和灯头的相对配置见图1。

循环孔 斜道口 灯头

煤 空 煤 空 图1 斜道口、灯头和循环孔配置

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/πM)0.5成正比,即D∝(8RT/πM)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45±1℃ 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℃ 机 侧 上 中 下 焦 侧 上 中 下 焦饼上下温度差 焦饼中下温度差 焦侧 48 机侧 焦侧 机侧 纯焦炉煤气 20 加热 混用22%高炉20 煤气 差值 35 9 -21 21 3 -11 -56 -32 -30 -14 995 1053 1100 1018 1084 1118 105 100 47 34 960 1044 1121 997 1081 1129 161 132 77 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为0.55—0.65。

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

组灯 头 状 态 别 试验前 Ⅰ 加高靠循环孔灯头 全部加高后 远离循环孔灯头加高前 Ⅱ 远离循环孔灯头加高后 75℃ 22℃ 1.15 立火道上下温差 0.6——3.2(m) 110℃ 94℃ 72℃ 87℃ 焦饼上下温差 0.6—3.2(m) 80℃ 18℃ -8℃ 62℃ 空气过剩系数 1.08 1.26 1.25 1.18 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。 （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，也可以减少蓄热室单、主墙的漏气率。当混合煤气的低发热值在4000—4300kj/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

空气、试方验 测案 时定 间 空气、煤气出煤气出口距离口夹角 （mm） 标准火道温度（℃） 焦饼中心温度（℃） 距炭化室高（m） 上下温差 0.63.2 262 86 345 -1 机侧 焦侧 （下） （上） 原始 Ⅰ 试验后 原始 Ⅱ 试验后 -29 042 0 42 00040 180 40 180 1288 1274 1294 1266 1326 1308 1336 1301 1138 1048 1099 1019 876 962 754 1020 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110mm，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=1.20—1.25；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(O2-0.5CO)/(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 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（℃） 机 侧 上 中 下 焦 侧 上 960 950 960 中 下 上下差 机侧 焦侧 100 90 50 80 70 40 18h 18h 18h 1.30-1.45 1.20-1.30 1.10-1.20 960 920 940 1040 1060 960 970 1010 990 1010 1040 990 990 1020 1000 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*ρ0煤*T煤斜）/（273*F火F煤斜（煤嘴））+（V20空*ρ0空T空斜）/（273*F火*F空斜）

-V20废（1+x）2 *ρ0废*T上废/（F2火*273）+H*g* (ρ下废-ρ上废)=（PH-PB）+∑1-H△P 式中 ： V0煤、V0空、V0废分别为煤气、空气、废气流量，m3/s；

ρ0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） 、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；

ρ下废、ρ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1—4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-H△P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 废气循环比与煤气种类、灯头高度、

结焦时间、炭化室高度的关系

炭 化 室 高 度 加 循 热 环 比 % 状 态 结 焦 6米 焦炉煤气加热 灯头高190mm 112 灯头高740mm 80.9 灯头高120mm/120mm 123.5 105.8 8 米 焦炉煤气加热 灯头高120mm/1200mm 91.6 高炉煤气加热 89.6 时 间 20h 16.5h 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，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，但炉顶空间温度降低。因而，目前焦炉均采用700—800mm的加热水平高度。

5.5 缩短周转时间

周转时间的长短对焦炉高向加热有影响。缩短周转时间，单位时间内供入的气体量增加，使气流速度增大，从而拉长火焰，改善焦饼上下均匀性。

5.6 加强装平煤的操作管理

装煤、平煤的方法不适，也会影响高向加热。装煤过满，平煤杆过分压实上部煤料，使煤饼上部堆密度过大，同时也使得炉顶空间过小，影响煤气流速，使炭化室内煤气压力增大，而且顶部会产生焦炭加热不足，产生生焦。装煤不满，炉顶空间就会增大，空间温度升高，它不仅降低焦炉生产能力和化学产品质量，以及炉室内石墨增加，严重时会造成推焦困难。

6 结论

目前，焦炉高向加热均匀的方式主要有不同炉墙厚度、分段甚至多段加热、高低灯头和废气循环等四种方式。采用不同厚度的炉墙，即靠增加炭化室下部炉墙的厚度或立火道隔墙砖沿高向逐渐变化和改变其形状来改善焦饼上部加热；分段加热是将高炉煤气和空气沿立火道隔墙中的孔道，在不同高度处进入立火道，使燃烧分段，这种措施可使火焰拉的很长，并通过孔道出口的断面调整高向加热。多段加热是在立火道内沿高度方向分几次供应空气和高炉煤气，进行多段燃烧以拉长火焰。这些方法对改善焦饼高向加热均匀性效果是好，但使砌筑焦炉的砖型增多和结构复杂化，故未得到普遍推广。

高低灯头采用相邻火道不同高度煤气灯头（烧嘴），以改变火道内燃烧点的高度，从而使高向加热均匀，但此法仅限于焦炉煤气加热，且由于高灯头高出火道底面一段距离送出煤气，自斜道来的空气易将高灯头下部砖缝中的沉积碳烧掉，造成窜漏。

废气循环是目前实现燃烧室高向加热均匀简单而有效的方法。它利用下降火道部分废气通过循环孔进入上升火道，冲淡空气和煤气浓度，使其燃烧速度降低。同时混合气流的速度增加了，火焰会进一步拉长。它有利于焦饼上下加热均匀，改善焦炭质量，缩短结焦时间，增加产量并降低炼焦耗热量。还可以增加炭化室高度和容积、提高焦炉劳动生产率，降低单位产品的基建投资，故为现代焦炉广泛采用。

由于以上方法各有其优缺点，故现代大容积焦炉常同时采用几种实现高向加热均匀的方法。