焦?fàn)t的熱平衡與熱工評(píng)定

1、焦?fàn)t的熱平衡及熱工評(píng)定 一、焦?fàn)t的物料平衡及熱平衡 焦?fàn)t的物料平衡計(jì)算是設(shè)計(jì)焦化廠最基本的依據(jù)，也是確定各種設(shè)備操作負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)估算的基礎(chǔ)。而焦?fàn)t的熱平衡是在物料平衡和燃燒計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。通過(guò)熱平衡計(jì)算，可具體了解焦?fàn)t熱量的分配情況，從理論上求出煉焦耗熱量，并得出焦?fàn)t的熱效率和熱工效率，因此對(duì)于評(píng)定焦?fàn)t熱工操作和焦?fàn)t爐體設(shè)計(jì)的是否合理都有一定的實(shí)際意義。為了進(jìn)行物料衡算，必須取得如下的原始數(shù)據(jù)： (1)精確稱(chēng)量裝入每個(gè)炭化室的原料煤量，取35晝夜的平均值，同時(shí)在煤塔取樣測(cè)定平均配煤水分。干煤和配煤水分為焦?fàn)t物料衡算的入方。以下為焦?fàn)t物料平衡的出方： (2)各級(jí)焦炭產(chǎn)量。標(biāo)定前要放空焦臺(tái)和所有

2、焦槽的焦炭，標(biāo)定期間應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)量冶金焦、塊焦和粉焦(要計(jì)入粉焦沉淀池內(nèi)的粉焦量)的產(chǎn)量。并對(duì)各級(jí)焦炭每班取平均試樣以測(cè)定焦炭的水分，并考慮到水分蒸發(fā)的損失量，然后計(jì)算干焦產(chǎn)量。 (3)無(wú)水焦油、粗苯、氨的產(chǎn)量，通常按季度或年的平均值確定，不需標(biāo)定。 (4)水汽量按季或年的多余氨水量的平均值確定。 (5)干煤氣產(chǎn)量由洗苯塔后(全負(fù)壓操作流程為鼓風(fēng)機(jī)后)的流量表讀數(shù)確定，并進(jìn)行溫度壓力校正。在計(jì)算時(shí)，一般以1000kg干煤或濕煤為基準(zhǔn)。以下列出某廠焦?fàn)t炭化室物料平衡的實(shí)際數(shù)據(jù)。如表89所示。根據(jù)物料平衡和溫度制度，計(jì)算出各種物料帶入焦?fàn)t和帶出焦?fàn)t的顯熱和潛熱，然后作出焦?fàn)t的熱平衡計(jì)算。具體計(jì)算方法可

3、參考有關(guān)資料?，F(xiàn)列出根據(jù)表8-9的物料平衡所作的熱平衡計(jì)算，如表8-10的數(shù)據(jù)，并加以分析。由熱平衡可知，供給焦?fàn)t的熱量有98%來(lái)自煤氣的燃燒熱，故在近似計(jì)算中可認(rèn)為煤氣的燃燒熱為熱量的惟一來(lái)源，這樣可簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。在熱量出方中，傳入炭化室的有效熱14項(xiàng)占70%，而其中焦炭帶走的熱量占37.6%，換算到每噸赤熱焦炭帶走的熱量為： kJ/t焦。此值相當(dāng)可觀。采用干法熄焦此熱量可大部分回收。降低焦餅中心溫度和提高焦餅加熱均勻性可降低此熱量。由水蒸汽帶走的熱量占16%，故降低配煤水分可以降低此熱量。 此外，采取降低爐頂空間溫度、上升管加水夾套回收余熱等方法可以減少或部分回收煤氣、化學(xué)產(chǎn)品和水汽帶走的

4、熱量。 由廢氣帶走的熱量也很大，約占18.6%，因此改善蓄熱室的操作條件，提高蓄熱效率，是降低熱量消耗的重要途徑之一。 一般散失于周?chē)臻g的熱量，對(duì)于大焦?fàn)t約為10%，小焦?fàn)t由于表面積大，故散熱損失大于10%。二、焦?fàn)t的熱效率和熱工效率 根據(jù)焦?fàn)t的熱平衡，可進(jìn)行焦?fàn)t的熱工評(píng)定。由表8-10可見(jiàn)，只有傳入炭化室的熱量(出方14項(xiàng))是有效的，稱(chēng)為有效熱。為了評(píng)定焦?fàn)t的熱量利用程度，以有效熱(Q效)占供入總熱量(Q總)的百分比稱(chēng)為焦?fàn)t的熱工效率(熱工)即： 熱工= ×100 (8-15) 因Q效等于供入焦?fàn)t總熱量減去廢氣帶走的熱量Q廢和散失周?chē)臻g的熱量Q散， 所以： 熱工= ×

5、100 (8-16) 由于計(jì)算Q散比較困難，也可以采用熱效率(熱)的方式來(lái)評(píng)定焦?fàn)t的熱量利用情況。 熱= ×100 (8-17) 它表示理論上可被利用的熱量占供入總熱量的百分比。 通常對(duì)現(xiàn)代大型焦?fàn)t熱工約為7075，熱為8085。熱工與熱可從焦?fàn)t熱平衡中求得。由表8-10可得： 熱工= ×100=71.4 熱= ×100=81.4但由于進(jìn)行熱量算衡需要做大量的繁瑣的測(cè)量、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算工作，通常生產(chǎn)上不進(jìn)行，而是根據(jù)燃燒計(jì)算來(lái)估算熱工和熱，方法如下： 計(jì)算以1標(biāo)m3加熱煤氣為基準(zhǔn)。 在熱量入方中，由于煤氣的燃燒熱(低發(fā)熱值)和煤氣、空氣的顯熱已占總熱量99以上，因此可

6、以近似看作為Q總。煤氣低發(fā)熱值按其組成計(jì)算，煤氣和空氣的顯熱則根據(jù)燃燒計(jì)算所得的L實(shí)和煙道走廊的溫度計(jì)算。由蓄熱室進(jìn)入廢氣盤(pán)的廢氣所帶出的熱量Q廢和廢氣中不完全燃燒產(chǎn)物的燃燒熱Q不，可通過(guò)取樣分析得出的廢氣組成和測(cè)定的廢氣溫度來(lái)求得。焦?fàn)t的散熱損失一般按供入總熱量的10計(jì)。則： 熱= ×100 熱工= ×100 例8-3 某焦?fàn)t以Q低=3643kJm3的高爐煤氣加熱，由燃燒計(jì)算得，L實(shí)=0.843 m3(m3煤氣)，產(chǎn)生的廢氣量V廢=1.757m3(m3煤氣)，煤氣溫度30oC，煙道走廊的空氣溫度為35oC，空氣的相對(duì)濕度為0.6，廢氣中含CO為0.25，廢氣的平均溫度為2

7、80oC，計(jì)算焦?fàn)t的熱和熱工。解 (1) 煤氣的燃燒熱Q低=3643kJ(m3煤氣)。 (2)煤氣帶入的顯熱 煤氣溫度30oC，查圖8-4得c煤=1.352kJ(m3·)，30時(shí)煤氣帶入的飽和水汽量為干煤氣的4.36(查表8-3)，30時(shí)水汽的比熱容 = 1.457kJ(m3·)。 Q煤=11.35230+0.043611.45730=42.7kJm3 (3)空氣帶入的顯熱 35時(shí)空氣的比熱容c空=1.277kJ(m3·)，35時(shí)飽和水汽量為干空氣的5.87，當(dāng)相對(duì)濕度為0.6時(shí)，空氣中所含水汽量為干空氣的0.05870.6=0.0352。 Q空=0.84311.

8、27735+0.84310.03521.45735=39.27kJm3(4)廢氣帶走的熱量 廢氣在280時(shí)的比熱容查圖8-4得c廢=1.453kJ(m3·)。 Q廢=1.7571.453280=713.9kJm3。 (5)不完全燃燒的熱損失 CO的發(fā)熱值為12728kJm3。Q不=1.7570.02512728=56.1kJm3則 熱 = = =79.33 若Q效為供入總熱量的10，則 熱工= =69.4三、煉焦耗熱量 由焦?fàn)t熱平衡作熱工評(píng)定方法比較麻煩，因此生產(chǎn)上廣泛采用煉焦耗熱量對(duì)焦?fàn)t進(jìn)行熱工評(píng)定。煉焦耗熱量是表示焦?fàn)t結(jié)構(gòu)的完善程度、焦?fàn)t熱工操作及管理水平和煉焦消耗定額的重要指標(biāo)

9、，也是確定焦?fàn)t加熱用煤氣量的依據(jù)。 煉焦耗熱量是將1kg煤在煉焦?fàn)t內(nèi)煉成焦炭所需供給焦?fàn)t的熱量。由于采用的計(jì)算基準(zhǔn)不同，故有下列表示方法。 1.濕煤耗熱量 1kg濕煤煉成焦炭應(yīng)供給焦?fàn)t的熱量，用q濕來(lái)表示，顯然濕煤耗熱量隨煤中水分變化而變化，水分越多，q濕越大。q濕= ，kJ(kg濕煤) (8-18)式中 V0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下加熱煤氣的耗量，m3h； Q濕焦?fàn)t的濕煤裝入量，kg； Q低加熱用煤氣的低發(fā)熱值，kJm3。 2.干煤耗熱量 lkg干煤煉成焦炭所消耗的熱量。干煤耗熱量不包括煤中水分的加熱和蒸發(fā)所需要的熱量，以q干來(lái)表示。 每kg水汽從焦?fàn)t炭化室?guī)ё叩臒崃繛椋?l00=51000kJ(kg水)

10、式中 2491lkg水在OoC時(shí)的蒸發(fā)潛熱，kJkg；2.01為水汽在0600oC時(shí)的平均比熱容，kJ(kg·oC）； 600從炭化室導(dǎo)出的荒煤氣的平均溫度，； 72.5焦?fàn)t的平均熱工效率，。 如配煤水分為Mt(濕基)，則 q濕=q干 +5100 =q干 +51Mt q干= l00, kJ(kg干煤) (8-19) 3.相當(dāng)耗熱量 為統(tǒng)一基準(zhǔn)，便于比較，提出了相當(dāng)耗熱量這一概念。它是在濕煤煉焦時(shí)，以lkg干煤為基準(zhǔn)時(shí)，需供給焦?fàn)t的熱量(包括水分加熱和蒸發(fā)所需熱量)，以q相來(lái)表示。 ,kJ/（kg干煤）(8-20)式中 G干焦?fàn)t干煤裝入量，kgh我國(guó)焦?fàn)t相當(dāng)耗熱量指標(biāo)見(jiàn)表8-11。表8

11、-11數(shù)據(jù)按每kg搗固煤料，配煤水分7計(jì)。計(jì)算加熱系統(tǒng)時(shí)，考慮使生產(chǎn)留有余地，故規(guī)定值較高。 由表可見(jiàn)，焦?fàn)t用高爐煤氣加熱時(shí)，相當(dāng)耗熱量高于用焦?fàn)t煤氣加熱。這是因?yàn)楦郀t煤氣與焦?fàn)t煤氣相比，熱輻射強(qiáng)度低，廢氣量大，廢氣密度高，故廢氣帶走的熱量多，通過(guò)爐墻和設(shè)備的漏損量也大。由于煤料水分常有波動(dòng)，各廠煤料水分也不相同,故耗熱量也不相同。為便于比較，必須將煉焦耗熱量換算為同一基準(zhǔn)。水分每變化1時(shí)，相當(dāng)于濕煤中1的干煤為1的水分所取代，故q濕的變化值為 。因q干一般約為2094kJ/kg，q水為5100 kJ/kg，則q濕的變化值為2933 kJ/kg。 該值的換算方法如下： 當(dāng)用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，配煤

12、水分7%的q相取大中型焦?fàn)t的平均值： (2345+2596)=2470kJ/kg按式8-20得： q濕=q相 = =2303kJ/kg配煤水分增加1%時(shí)，該濕煤的耗熱量增加29kJ，則折算到q相的增加為： =67kJ對(duì)于高爐煤氣，配煤水分取7時(shí)： q相= (2638+2931)=2785kJkg則 q濕=2785 =2596kJkg故配煤水分增加1時(shí)，q相的增加值為： =67kJ我國(guó)焦化廠的配煤水分一般為910，由測(cè)得的耗熱量換算為9配煤水分的耗熱量q換時(shí)，可按下列公式計(jì)算： 焦?fàn)t煤氣： q相換=q相-59(Mt-9) (8-21) q濕換=q濕-29(Mt-9) (8-22) 高爐煤氣： q

13、相換=q相-67(Mt-9) (8-23) q濕換=q濕-33(Mt-9) (8-24) 煉焦耗熱量可由焦?fàn)t的熱平衡得到(按表8-9和8-10)： q濕= = 2663kJ(kg濕煤) q干= 100=2458kJ(kg干煤) q相=2663 =2897kJkg干煤(水)用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，換算為水分9時(shí)耗熱量為： q濕換=2663-29(8-9)=2692kJ(kg濕煤) q相換=2897-59(8-9)=2956kJkg干煤(水) 由物料平衡和熱平衡作煉焦耗熱量計(jì)算，生產(chǎn)上不可能隨時(shí)進(jìn)行，因此可用下式直接作近似計(jì)算： q相= KT·KP·K換 （8-25） 式中 炭化室周

14、轉(zhuǎn)時(shí)間，h； V0煤氣流量表數(shù)值，m3h； Q低加熱煤氣的低發(fā)熱值，kJm3； G炭化室平均裝干煤量，kg/孔； n一座焦?fàn)t的炭化室孔數(shù)； KT、KP、K換分別為溫度、壓力和換向校正系數(shù)。需要進(jìn)行上述校正的原因是，煤氣流量表的刻度是按煤氣在某一固定操作條件下(溫度、壓力、含水量等)由實(shí)際煤氣流量換算來(lái)的，但實(shí)際操作時(shí)，煤氣的溫度、壓力和含水量不同于流量表刻度時(shí)規(guī)定的數(shù)值，因此需校正。 孔板流量計(jì)的計(jì)算公式如下： V0=0.673ad2 (8-26) 式中 a標(biāo)準(zhǔn)孔板的消耗系數(shù)； d孔板流通孔直徑，cm； 0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤氣密度，kgm3； f煤氣中水汽含量 (按入爐前煤氣溫度定) ，kg/m3；

15、 P煤氣的絕對(duì)壓力，Pa； T煤氣的絕對(duì)溫度，K； h流量孔板前后的壓差，Pa； V0煤氣流量，m3h。對(duì)固定的流量孔板a、d的值是一定的，對(duì)一定組成的煤氣，0也不變。如果實(shí)際操作條件和流量表刻度規(guī)定的條件一致為P、T和f時(shí)，表上的讀數(shù)是正確的。當(dāng)實(shí)際操作條件為p、T和f時(shí)，則對(duì)同一壓差h，其標(biāo)準(zhǔn)流量將不是V0而是V0，即： V0= 0.673·ad2 m3h 因此，應(yīng)按流量表讀數(shù)Vo校正到實(shí)際操作條件下的標(biāo)準(zhǔn)流量Vo，其關(guān)系為： 因f、f分別由T、T決定，故令： 所以 Vo=Vo·KT·KP 故只要把KT、KP制成圖表，按煤氣的實(shí)際溫度、壓力查取即可。K換是考慮

16、到由于換向時(shí)，有一段時(shí)間不向焦?fàn)t送煤氣，則每小時(shí)實(shí)際進(jìn)入焦?fàn)t的煤氣量將小于流量表的讀數(shù)，因此乘以K換。 K換= 式中 m一小時(shí)內(nèi)的換向次數(shù)； 每次換向焦?fàn)t不進(jìn)煤氣的時(shí)間，min； 60每小時(shí)60分鐘。則 V0=V0·KT·K P·K換例8-4 42孔58-型焦?fàn)t(450mm)，周轉(zhuǎn)時(shí)間18h，用Q低=17920kJm3的焦?fàn)t煤氣加熱，煤氣溫度30oC，主管壓力1900Pa，流量表讀數(shù)為5800m3h，如流量表的設(shè)計(jì)壓力為3430Pa，設(shè)計(jì)溫度為20OoC，0=0.46kgm3，換向時(shí)間30min，每次換向停止向焦?fàn)t供煤氣的時(shí)間為23.3s，計(jì)算煉焦耗熱量。 解：查

17、表8-3得，20oC時(shí)干煤氣含水量f=0.0189kgm3，30oC時(shí)f=0.0351kgm3。則 KT= 如大氣壓力為101325Pa時(shí)得： P=101325+4900=106225Pa P=101325+3430=104755PaKP= K換= =0.987則 q相= kJ/kg干煤(水) 用煉焦耗熱量評(píng)定焦?fàn)t熱工操作的主要缺點(diǎn)是：當(dāng)炭化室墻漏氣時(shí)，由于荒煤氣在燃燒室內(nèi)燃燒，使加熱用煤氣量減少，計(jì)算的耗熱量降低，實(shí)際耗熱量未能真實(shí)地反應(yīng)出來(lái)。四、降低煉焦耗熱量、提高焦?fàn)t熱工效率的途徑 綜上所述，可采取下列措施以降低煉焦耗熱量，并提高焦?fàn)t的熱工效率。 1.降低焦餅中心溫度 從表8-10可知：

18、焦炭帶走的熱量占供入總熱量的37.6，是熱量出方中最大的部分。焦餅中心溫度由1050oC降到1000oC，煉焦耗熱量可以降低約46kJkg。但降低焦餅中心溫度必須以保證焦炭質(zhì)量為前提。調(diào)節(jié)好爐溫，使焦餅同時(shí)均勻成熟，正點(diǎn)推焦是降低煉焦耗熱量的重要途徑。 2.降低爐頂空間溫度 這就要求裝滿(mǎn)煤，減少煤氣在爐頂空間的停留時(shí)間，并在保證焦餅高向加熱均勻的前提下，盡可能降低焦餅上部溫度。3.降低配合煤水分 由前述可知，配煤水分每變化l時(shí)，q相將相應(yīng)增減5967kJkg。例如：一座42孔的58-型焦?fàn)t，每孔裝干煤量為18t，周轉(zhuǎn)時(shí)間18h，則每小時(shí)處理煤量為 =42000kgh，當(dāng)水分增加1時(shí)，耗熱量增加

19、約為42000×(5967)=2478000281400OkJh，相當(dāng)于Q低=3643kJm3的高爐煤氣770m3/h，或Q低=17920kJ/h的焦?fàn)t煤氣140m3h，可見(jiàn)耗熱量數(shù)值之大。 配煤水分的變化，不僅對(duì)耗熱量影響很大，而且還影響焦?fàn)t加熱制度的穩(wěn)定和焦?fàn)t爐體的使用壽命。水分的波動(dòng)也會(huì)引起煤料堆密度的變化，從而影響焦?fàn)t的生產(chǎn)能力，同時(shí)水分波動(dòng)頻繁時(shí)，調(diào)火工作就跟不上，易造成焦炭過(guò)火或不熟，并且還可能發(fā)生焦餅難推。故規(guī)定和穩(wěn)定配煤水分是焦?fàn)t正常操作條件之一。4.選擇合理的空氣過(guò)剩系數(shù) 當(dāng)焦?fàn)t用高爐煤氣加熱、而空氣過(guò)剩系數(shù)較低時(shí)，煤氣由于燃燒不完全，廢氣中含有CO。如廢氣中含有1%的CO，則煤氣由于不完全燃燒而引起的熱損失為: 當(dāng)焦?fàn)t用高爐煤氣加熱、而空氣過(guò)剩系數(shù)較低時(shí)，煤氣由于燃燒不完全，廢氣中含有CO。如廢氣中含有1%的CO，則煤氣由于不完全燃燒而引起的熱損失為: 12728 ×1%=127kJ/(m3廢氣)或 127× 1.757=223kJ/(m3煤氣)。式中 12728CO的燃燒熱，kJ/(m3CO)； 1.757Q低為熱值為3643kJ/ m