焦爐工藝計算參考(上)

1、焦爐工藝計算參考5.2 工藝計算5.2.1 炭化室的物料衡算 物料平衡是根據(jù)物質(zhì)不滅定律進行計算的。炭化室的物料衡算指進入炭化室的的原料煤為入方，煉焦的各種產(chǎn)品焦炭及其他化工產(chǎn)品為出方進行衡算。進行物料衡算是煉焦車間設計最基本的依據(jù)，也是確定各種設備操作負荷和經(jīng)濟估算的基礎16。(1) 物料平衡的入方物料平衡的入方包括入爐煤量，入爐煤帶入的水分，以及漏入炭化室的空氣量1) 入爐煤量入爐煤量指每孔炭化室的裝煤量或整座焦爐每小時的裝煤量。物料平衡的計算基準是噸入煤量。 物料平衡入方的干煤量（）按下式計算：，kg/t （5.1）式中：1000物料平衡計算的基準數(shù)；W入爐煤的水含量，%。由于本次設計采

2、用的是搗固焦爐，搗固煉焦工藝為了使配合煤能夠順利搗成煤餅，一般取水含量為9%11%，本次設計取入爐煤中水分含量為10%。 入爐煤帶入的水量（）按下式計算：=，kg/t； 根據(jù)以上公式可得：= kg/t=100 kg/t1) 吸入炭化室的空氣量 當集氣管壓力保持正常數(shù)值時，在整個結(jié)焦過程中，炭化室內(nèi)均為正壓，所以空氣及燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣不容易漏入炭化室中。在物料平衡計算中可以不予考慮。 (2) 物料平衡的出方1) 全焦量(GJ)全焦量指包括粉焦在內(nèi)的不同粒度焦炭的總和，其計算式如下：=，kg/t （5.2）式中：入爐煤收到基全焦率，%入爐煤干燥基全焦率，%用數(shù)理統(tǒng)計的方法得出的計算式如下： =1

3、03.190.750.0067，% （5.3）入爐煤的干基揮發(fā)分，%；與配合煤的干基揮發(fā)分相同。=27.21,推焦前15min測定的焦餅中心溫度，設=1000，則：=103.19-0.75×27.21-0.0067×1000=76.08% =684.72 kg/t2) 無水焦油量（GJY）焦油量可按下式計算：，kg/t （5.4）入爐煤收到基焦油產(chǎn)率，%入爐煤干燥無灰基焦油產(chǎn)率，%入爐煤收到基灰分，%本設計中的入爐煤Vdaf=30.32%,而當入爐煤的揮發(fā)分=28%30.5%時, 目前多采用下式進行計算：=1.4+0.8Vdaf （5.5） = = kg/t3) 粗苯量粗苯

4、量可按下式計算：，kg/t （5.6）粗苯量，kg/t入爐煤收到基粗苯產(chǎn)率，%入爐煤干燥無灰基粗苯產(chǎn)率，%目前多用下式進行計算：= kg/t4) 氨量對于氨的回收，國內(nèi)主要有生產(chǎn)硫氨和和氨水兩種工藝流程,故在物料衡算中均應換算成純氨量。氨是由煤含氮化合物轉(zhuǎn)化而成的。氨量一般可按下式計算： ，kg/t （5.7）入爐煤收到基氨的產(chǎn)率，%入爐煤干燥無灰基氨的產(chǎn)率，%經(jīng)多方研究證實，煤在煉焦過程中氮量12%16%轉(zhuǎn)化成氨，故氨的產(chǎn)率可用下式計算：，%； （5.8）煤中總氮量轉(zhuǎn)入氨中的轉(zhuǎn)化系數(shù)，可取0.120.16；本設計取0.14入爐煤干躁基氮含量，%；已知，配合煤的=1.66，=1.37則配合煤的

5、=1.39配合煤的干躁基氮含量與入爐煤干躁基氮含量相等；17氨的分子量；14氮的分子量。=0.14×1.39×=0.236 =kg/t5) 凈煤氣量用入爐煤揮發(fā)分含量求煤氣產(chǎn)率。 ，% （5.9） 式中K為比例系數(shù)，其數(shù)值的大小與入爐煤的性質(zhì)等因素有關；對于氣煤K=3.0;焦煤K=3.3；對于一般的配合煤K=3.1。 即 =145.53 kg/t6) 水量 水量包括入爐煤帶入的水量和煉焦過程中煤中的氫和氧化合而得的化合水兩部分。 入爐煤帶入的水量與物料平衡計算中入方的數(shù)值相同。 化合水量可按下式計算： ，kg/t （5.10） 式中： Kdsx干基化合水產(chǎn)率，%，可按下面的

6、經(jīng)驗式求得： （5.11）煤中總氧量轉(zhuǎn)化成化合水的轉(zhuǎn)化系數(shù)，一般可取0.30.5，本設計取0.4；入爐煤干基含氧量，%；18水分子的摩爾質(zhì)量；16氧原子量。已知配合煤=100CdafHdafSdafNdaf=10088.655.370.621.56=3.8 = = kg/t入爐煤帶入的水量= kg/t7) 差值 支出物料總和 =684.72+33.66+10.74+2.12+145.53+13.86+100=991.63 Kg =1000-() =1000-991.63=0.94%表5.9 物料平衡表收 入支 出符號項目數(shù)值kg/t占濕煤/%占干煤/%符號項目數(shù)值kg/t占濕煤/%占干煤/%干

7、煤90090100全焦684.7268.4776.08入爐煤帶入的水分1001011.1焦油33.663.373.74粗苯10.741.071.19氨2.120.210.23凈煤氣145.5314.5616.18入爐煤帶入的水分1001011.11化合水13.861.391.54差值9.370.941.04合計1000100.00合計1000100.005.2.2 焦爐的熱量衡算焦爐熱量平衡的測定和計算是在物料平衡的基礎上，根據(jù)能量守衡定律進行的16，也就是說供給焦爐的的總熱量（Q）等于焦爐支出的總熱量（Q ）。即Q= Q。上述等式的成立，必須考慮以下兩個前提： 焦爐熱平衡的測定值必須是焦爐正

8、常生產(chǎn)的真實反映； 在焦爐熱平衡的測定和計算中，不考慮入爐煤在煉焦過程中碳氫化合物的分解和聚合的熱效應。(1) 熱平衡收入項計算1) 加熱用煤氣的熱量加熱用煤氣的熱量包括加熱煤氣的燃燒熱和顯熱兩部分。 加熱煤氣的燃燒熱（Q1）加熱煤氣燃燒熱是噸入爐煤所需加熱煤氣（干）量與加熱煤氣低發(fā)熱量的乘積。設噸入爐煤所需要加熱煤氣（干）量為V m3/t加熱煤氣低發(fā)熱量（）高爐煤氣（干）的低發(fā)熱量為 938 kcal/ m3故加熱煤氣的燃燒熱 Q1= ×V=938V kcal 加熱煤氣（干）帶入的顯熱（Q2） Q2=VCmqtmq （5.12）式中： tmq加熱煤氣的入爐溫度，tmq=30； Cm

9、q030內(nèi)，加熱煤氣（干）的平均比熱，由畢業(yè)設計參考資料附圖14-2，查得 Cmq=0.321 kcal/ m3 Q2=VCmqtmq=V×0.321×30=9.63V kcal 高爐煤氣水分帶入的顯熱（Q3）30時，高爐煤氣的含水量為4.36%；30時，濕高爐煤氣重度1.275 kg/ m3，干高爐煤氣重度為1.297，則其中水分的重度為=0.03455kg/ m3； 030內(nèi)，水的平均比熱為Cms=1.0 kcal/kg； Q3= VCmstms=0.047V kcal 漏入加熱系統(tǒng)的荒煤氣的燃燒熱 因為焦爐正常狀況下漏入加熱系統(tǒng)的荒煤氣幾乎沒有，所以這部分燃燒熱我們不

10、予考慮。 空氣帶入的顯熱（Q4） Q4=V×L×Ckq×tkq （5.13）式中： L加熱煤氣燃燒所需空氣量，m3，由畢業(yè)設計參考資料附錄12-2得L=0.970 m3；Ckq020，內(nèi)空氣的平均比熱，由畢業(yè)設計參考資料附錄14-1得，Ckq=0.31 kcal/ m3； tkq蓄熱室走廊空氣的平均溫度，tkq=20。 Q4=V×L×Ckq×tkq =V×0.970×0.312×20=6.01V kcal入爐干煤帶入的顯熱（Q5） Q5=GmCmtm （5.14） 式中： Gm噸入爐干煤，為1000kg；

11、 tm入爐煤的溫度，本設計取20； Cm干煤的平均比熱，可用下式計算： Q5= GmCmtm =900×0.251×20=4518.0kcal入爐煤水分帶入的顯熱（Q6） Q6=GsCstm （5.15）式中： Gs噸入爐煤帶入的水分，為100kg； Cs020，水的平均比熱，為1.0 kcal/kg； tm入爐煤的溫度， Q6= GsCstm =100×1.0×20=2000 kcal收入熱量總和（Q）(2) 熱量支出各項的計算 焦炭帶出熱量（QA）的計算 QA=GJCJtJ （5.16） 式中： GJ噸入爐煤產(chǎn)生的焦炭質(zhì)量，kg； CJ焦炭的平均比熱

12、，kcal/（kg）； tJ焦餅的平均溫度，本設計去tJ =1000；某些資料提出的焦炭平均比熱如下表：表5.10 焦炭的比熱溫度薩德與德提出的值德布儒奈提出的值1000.308-0.00093 AJ9001.562-0.00536 AJ1.474-0.00414 AJ10001.599-0.0565 AJ1.511-0.00442 AJ表中的“AJ”為焦炭的灰分，當AJ =10%，t=1000時，根據(jù)上表，焦炭的平均比熱為1.543和1.469，其平均值為1.506 ，所以該資料認為焦炭的平均比熱一般可取1.506 kJ/（kg），即0.36 kcal/（kg），本設計CJ取該值。已知=76

13、.08%，則GJ=900×76.08%=684.72 kg 故 QA=GJCJtJ =684.72×0.36×1000=246499.2 kcal 焦油帶出的熱量（QB） QB可用下式計算： QB=GJY×（335+1.05t）kJ/t （5.17） GJY噸入爐煤的焦油產(chǎn)量，根據(jù)物料衡算，GJY =33.66 kg； T結(jié)焦前半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，一般認為焦油氣在結(jié)焦前半期離開炭化室，t為結(jié)焦前半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，本設計設 t=650。 粗苯帶出的熱量（QC）QC可用下式計算： QC=GB×（335+1.88t）kJ/t

14、 （5.18）GB噸入爐煤的粗苯產(chǎn)量，根據(jù)物料衡算，GB=10.74 kgT結(jié)焦前半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，一般認為粗苯在結(jié)焦前半期離開炭化室，故t=650。 氨帶出的熱量（QD）QD可按下式計算： QD= GA×CA× （5.19）式中： GA噸入爐煤的氨產(chǎn)量，根據(jù)物料衡算，GA =2.12kg； 整個結(jié)焦時間荒煤氣離開炭化室時的加權平均溫度，=t1+t2， t1結(jié)焦前半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，為650 t2結(jié)焦后半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，本設計設t2=800 = t1+t2=×650+×800=700 CA0700 內(nèi)氨的平均比熱，

15、可按下式計算： CA =2.072+0.775×10-3=2.072+0.775×10-3×700=2.6145 kJ/（kg·） QD=GA×CA×=2.12×2.6145×700=3879.92KJ=923.79Kcal凈煤氣帶出的熱量（QE）QE用下式計算： QE=（×C1×t1+×C2×t2） （5.20）式中： Gmq噸入爐煤的凈煤氣產(chǎn)量，根據(jù)物料衡算，Gmq=145.53kg； Gmq標準狀態(tài)下凈煤氣重度，根據(jù)物料衡算，gmq=0.4451 kg/m3 t1650

16、； t2800； C10650 內(nèi)凈煤氣的平均比熱，C1=(1.311×59.5+2.315×25.5+2.2×3.414+6.0×1.36+2.4×2.036+0.4×1.415+4×1.348)/100=0.389kcal/（m3·）C20800內(nèi)凈煤氣的平均比熱，C2=(1.321×59.5+2.484×25.5+2.2×3.65+6.0×1.388+2.4×2.12+0.4×1.438+4×1.372)/100=0.403 kcal /（

17、m3·） 水分帶出的熱量（QF）水分帶出的熱量包括以下三個部分：入爐煤帶入水分加熱和蒸發(fā)所消耗的熱量（QF1）；a) 煤在煉焦過程所形成的化合水，被蒸發(fā)所消耗的熱量（QF2）；水分與熾熱焦炭反應所消耗的熱量（QF3）。入爐煤帶入水分加熱和蒸發(fā)所消耗的熱量（QF1）QF1可按下式計算： QF1=GS（597.3+Csq·t1） （5.21）GS入爐煤含水量，kg，為100kg；Csq0650 內(nèi)水的平均比熱，kcal/（kg·），根據(jù)畢業(yè)設計參考資料計算得Csq=0.4840kcal/（kg·）。 QF1=GS（597.3+Csq·t1）=100

18、×（597.3+0.4840×650）=91190kcalb) 煤在煉焦過程所形成的化合水，被蒸發(fā)所消耗的熱量（QF2）QF2可按下式計算： QF2=（0.25GS+1.25GSX）Csq1（t1-450）500 （5.22）式中： GSX噸入爐煤帶入的水分與煉焦中形成的化合水量的總和，kg； 根據(jù)物料衡算，GSX=13.86 kg Csq1450650 內(nèi)水的平均比熱，kcal/（kg·）； Csq1=（650 Csq450 Csq2）/（650450） Csq20 450內(nèi)水的平均比熱，kcal/（kg·），根據(jù)畢業(yè)設計參考資料計算得0.4689kc

19、al/（kg·）； Csq1=（650 Csq1450 Csq2）/（650450）=（650×0.4840450×0.4689）/（650450）=0.5180kcal/（kg·）故QF2=（0.25GS+1.25GSX）Csq1（t1450）500 =（0.25×100+1.25×13.86）×0.5180×（650450）500 = 16777.63 kcalc) 水分與熾熱焦炭反應所消耗的熱量（QF3）QF3可按下式計算：QF2=1575×Gf （5.23）式中： Gf與熾熱焦炭反應所消耗的水量，

20、kg，Gf=0.25（GS+ GSX）故 QF3=1575×Gf=1575×0.25（GS+ GSX） =1575×0.25×（100+13.86）=44832.38kcal所以 QF= QF1+ QF2+ QF3=91190+（16777.63）+44832.38=119244.75 kcal 廢氣帶出的熱量（QG）QG可按下式計算：QG = VVfCftf （5.24）式中： V噸入爐煤所需的加熱煤氣量； Vf每m3加熱煤氣所產(chǎn)生的理論廢氣量，m3，根據(jù)畢業(yè)設計參考資料，Vf =1.773 m3； Cf廢氣的平均比熱，千卡/（m3·），根據(jù)

21、畢業(yè)設計參考資料圖14-1得Cf=0.341kcal/（m3·）； tf廢氣的溫度，根據(jù)畢業(yè)設計參考資料tf=300； QG = VVfCftf=V×1.773×0.341×300=181.38V kcal 爐體表面總散熱量（QH） 設爐體表面散熱總量為總收入熱量的10%，即 QH =10%Q （5.25） =10%×（953.657V+6518）=(95.366V+651.8)kcal 總的支出熱量（Q） Q=Q-Q=0 所以Q=Q，則：953.657V+6518=469727.76+276.746V求得 V=684.30m3/t Q=Q-Q=2768243.04-2768241.20=1.84 kJ×100%