第八章熱功和流體力學(xué)

1、第八章 干熄焦的熱工和流體力學(xué)第一節(jié) 循環(huán)氣體的組成 在干熄焦裝置中，采用以氮?dú)鉃橹鞯幕旌蠚怏w作為中間載熱體。中間載熱體（循環(huán)氣體）將焦炭冷卻，并把熱量傳到鍋爐的加熱管表面，以生產(chǎn)蒸氣。循環(huán)氣體的生成，主要發(fā)生于紅熱焦炭裝料的一瞬間。干熄焦裝置閉路管道中的氧氣經(jīng)過(guò)紅熱焦炭層時(shí)，同部分焦炭燃燒，形成燃燒廢氣。 同時(shí)發(fā)生某些主要反應(yīng)，這些反應(yīng)將影響氣體的組分。在冷卻段（圖81），當(dāng)紅熱焦炭同空氣中的氧接觸時(shí)，在開(kāi)始的一瞬間，將發(fā)生部分焦炭完全燃燒或者不完全燃燒的反應(yīng)。焦炭中的碳能夠完全氧化，并轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸迹?C + O2 = CO2 + 34047KJ/mol （11）或者是不完全氧化，而轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

2、一氧化碳： 2C + O2 = 2CO +20522 KJ/mol （12） 在設(shè)備的正常操作中，也會(huì)短時(shí)間發(fā)生其他反應(yīng)，其中漏入系統(tǒng)的空氣中的水分同碳的作用： H2O + C = CO + H26596 KJ/mol （13）如果水蒸汽與紅熱焦炭接觸時(shí)的溫度不高（低于900），則就能發(fā)生生成CO2和H2的反應(yīng)： 2 H2O + C = CO2 + 2H24177 KJ/mol （14）即形成不燃燒氣體CO2。在干熄焦裝置中所進(jìn)行的反應(yīng)，不僅在裝置投產(chǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生，而且在生產(chǎn)運(yùn)行中，由于某些原因使鍋爐加熱表面發(fā)生穿孔或者是水封串漏、水蒸汽進(jìn)入循環(huán)氣體管道時(shí)都會(huì)發(fā)生。在與紅焦炭接觸的區(qū)域還發(fā)生其他反

3、應(yīng)，紅焦炭析出的游離氫與焦炭中的碳接觸生成甲烷（CH4）的反應(yīng)：C + 2H2 CH4 + 7276 KJ/mol （15） 這個(gè)反應(yīng)主要發(fā)生在500之前。氫氣和甲烷以及裝入冷卻段中的紅熱焦炭的殘余揮發(fā)物也能進(jìn)入循環(huán)氣體。如果上述反應(yīng)是瞬間的，或者是在一定條件下進(jìn)行的，則在焦炭的高溫區(qū)，以及在裝置的操作期間缺乏氧時(shí)，都將發(fā)生二氧化碳還原為一氧化碳的反應(yīng)。 CO2 + C 2CO3688 KJ/mol （16） 這個(gè)反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)如何進(jìn)行取決于冷卻段的溫度和焦炭與二氧化碳接觸的時(shí)間。當(dāng)循環(huán)氣體在干熄焦裝置中多次循環(huán)時(shí)，氣體與焦炭的接觸時(shí)間實(shí)際上是無(wú)限的。因此這就促使CO量增加。隨著冷卻段溫

4、度的提高，由于CO2的減少，CO的生成急劇增加，在一定的時(shí)間內(nèi)，如果系統(tǒng)完全密閉，就可以確定平衡常數(shù)為Kp的動(dòng)力學(xué)平衡。 平衡的狀態(tài)取決于物質(zhì)的濃度和平衡溫度，在一定程度上也取決于壓力。對(duì)于一定溫度和壓力下的Kp，通過(guò)測(cè)定氣體中的CO、CO2和N2的含量就可以求出。 在圖82上列出了C + CO2 2CO（布杜阿爾數(shù)據(jù)）反應(yīng)的氣體平衡組成的曲線。由圖（82）可見(jiàn)，900時(shí)，在處于平衡狀態(tài)的混合氣中，CO的含量達(dá)97%。 如果在比較良好（理想的）條件下，使純碳與空氣作用（反應(yīng)完全，無(wú)熱損失），則理想的循環(huán)氣體將有如下組成C + CO2 2CO的等壓線 圖82反應(yīng)氣體平衡圖 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，循環(huán)氣體

5、的燃燒熱為：KJ/m3 對(duì)于與固體碳相互作用的研究，已進(jìn)行過(guò)大量的工作。（16）這一反應(yīng)的研究表明：1將二氧化碳還原的過(guò)程，取決于反應(yīng)表面的狀態(tài)。反應(yīng)速度隨著表面的疏松程度和物料氣孔率的增加而增加，且隨著還原時(shí)間的進(jìn)程而趨近于常數(shù)；2還原速度與初始狀態(tài)下CO2的濃度成正比。通過(guò)對(duì)碳和碳的氧化物的研究，可以確定反應(yīng)速度隨著溫度的增加而急速增加（圖83）。在1300時(shí)CO2與焦炭的反應(yīng)在23秒內(nèi)就結(jié)束。而在900時(shí)，經(jīng)過(guò)80秒之后，反應(yīng)還沒(méi)有結(jié)束。圖83氣體的組分與溫度及與焦炭接觸時(shí)間的關(guān)系在實(shí)際操作中，循環(huán)氣體組成的變動(dòng)范圍是很大的，并取決于熄焦裝置的工作方式和氣密性。當(dāng)要熄的焦炭數(shù)量增加時(shí)，熱

6、焦炭區(qū)轉(zhuǎn)向冷卻段的下部，即冷卻段增大，并且平衡轉(zhuǎn)向一氧化碳含量比較高的狀態(tài)。如果循環(huán)氣體管道的嚴(yán)密性被破壞，則由于氣體的吸入或噴出，而使可燃組分的含量降低和焦炭燃燒掉。 要想在不同工作方式下通過(guò)實(shí)際測(cè)量，以確定循環(huán)氣體組成變化的任何一種嚴(yán)格的規(guī)律，實(shí)際上是不可能的。因?yàn)檠h(huán)氣體的組成，在很大程度上是受熄焦裝置本身嚴(yán)密性的影響。所以，在結(jié)構(gòu)和工作方式都相同的許多熄焦裝置中，其循環(huán)氣體的組成可能就有差別。但是，總的規(guī)律是，熄焦裝置的嚴(yán)密性愈好，生產(chǎn)能力愈大和冷卻段出口的溫度愈高，則循環(huán)氣體中可燃成分的濃度也愈大，特別是當(dāng)水或者水蒸汽進(jìn)入循環(huán)氣體管道時(shí)，氫和一氧化碳的濃度就增加。循環(huán)氣體中所含的可燃

7、組分增加，在很大程度上使干法熄焦裝置操作困難，使設(shè)備易爆，循環(huán)氣體劇毒性增加。為了降低可燃組分的濃度，可以往循環(huán)氣體管道中通入工業(yè)氮?dú)?，或者是有?jì)劃地吸入空氣到高溫區(qū)，以將可燃組分燒掉，同時(shí)調(diào)整循環(huán)氣體的放散量。應(yīng)該指出，工業(yè)氮?dú)庵泻?3%的氧。所以，通入氮?dú)?，也與有計(jì)劃地吸入空氣一樣，都是為了降低循環(huán)氣體中的可燃組分而采取的不得已的一項(xiàng)措施。送入氮?dú)夂臀肟諝?，將使焦炭燃燒和失掉排出氣體所帶走的物理顯熱，這使熄焦裝置蒙受一定的熱損失。在規(guī)定的工作方式下，循環(huán)氣體通常含有如下組分：氮?dú)?、一氧化碳、氫氣、甲烷、二氧化碳、氧氣和微量的不飽和碳?xì)浠衔?。第二?jié) 熄焦過(guò)程的熱量平衡 為了確定紅熱焦炭

8、和循環(huán)載熱體間的熱交換過(guò)程，必須準(zhǔn)確地提出冷卻過(guò)程的熱平衡。干熄焦的熱平衡，一般是用來(lái)計(jì)算冷卻段每小時(shí)的生產(chǎn)能力和決定冷卻所需的循環(huán)氣體量及熱量的有效利用系數(shù)。 進(jìn)入冷卻段的焦炭溫度，相當(dāng)于焦炭在焦?fàn)t中結(jié)焦末期的溫度。對(duì)于大多數(shù)焦?fàn)t來(lái)說(shuō)，這一溫度是1050 。對(duì)于某一瞬間，其特征關(guān)系為： （1）式中 在冷卻段冷卻焦炭所得的熱量； 熄焦時(shí)部分焦炭燃燒所得到的熱量； 焦炭傳遞給循環(huán)氣體的熱量； 由于系統(tǒng)中吸入氣體和漏損循環(huán)氣體所損失的熱量； 由冷卻段表面散失于大氣的熱量； 生產(chǎn)蒸汽所利用的熱量； 由鍋爐系統(tǒng)散失于周?chē)髿獾臒崃?。熱工?jì)算 由焦?fàn)t推出的紅熱焦炭中，可以進(jìn)一步利用的熱量，可按下式計(jì)算：

9、 （KJ/h） （2）式中 和分別為紅熱焦炭帶入冷卻段與冷焦炭帶出冷卻段的熱量，KJ/h； 進(jìn)行冷卻的焦炭量，kg/h； 和分別為焦炭在裝料溫度和排料溫度時(shí)的比熱，KJ /kg. ； 和分別為焦炭在裝料和排料時(shí)的溫度， 。 （KJ /h） （3）式中 熄焦時(shí)焦炭的燒損量（前蘇聯(lián)國(guó)立焦化設(shè)計(jì)院的數(shù)據(jù)為0.1%），%； 焦炭的燃燒熱， KJ /kg。 （KJ/h） （4）式中 由循環(huán)氣體帶到鍋爐的熱量和離開(kāi)鍋爐的氣體的熱量，KJ /h； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，系統(tǒng)中循環(huán)氣體的體積，m3/h； 循環(huán)氣體出冷卻段和進(jìn)入冷卻段時(shí)的比熱，KJ /m3.； 循環(huán)氣體出冷卻段和進(jìn)入冷卻段時(shí)的溫度，。 （KJ /h） （

10、5）式中 排到大氣的循環(huán)氣體的比熱， KJ /m3.； 循環(huán)氣體的溫度，； 空氣的比熱， KJ /m3.； 空氣的溫度， ； （按反應(yīng)式C+O2=CO2）燃燒1kg焦炭所需空氣的體積，m3。 （m3/kg） （6）式中 考慮到焦炭中灰分含量的系數(shù)； 4.76標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，含1m3氧氣的空氣的體積，m3。 （KJ /h） （7）式中 向大氣輻射和對(duì)流的傳熱系數(shù)，KJ /m2h· （8） 式中 ； （9） 冷卻段外壁表面材料的輻射系數(shù)，KJ /m2·h·； 冷卻段表面的平均溫度，（K）； F冷卻段外表面積，m2。 計(jì)算和，可以使用圖84和圖85的曲線。圖84 向大氣輻射

11、的傳熱系數(shù)與空氣溫度 圖85 向大氣對(duì)流的給熱系數(shù) 和熄焦室外表面溫度的關(guān)系曲線 與空氣溫度和熄焦室外表面溫度的關(guān)系曲線熱量消耗鍋爐中傳遞的熱量： （KJ /h） （10）式中 發(fā)生的蒸汽量，kg/h； 鍋爐排污的百分?jǐn)?shù)，%； 蒸汽的焓， KJ /kg； 鍋爐中水的焓， KJ /kg； 鍋爐供水的焓， KJ /kg。 由于自然對(duì)流和鍋爐爐體外表面輻射，鍋爐散失到大氣中的熱量： （KJ /h） （11）式中 散失到大氣中的熱量（用圖86的曲線計(jì)算），%。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷與額定生產(chǎn)能力不同時(shí)，的值可按下式換算： 式中 分別為鍋爐額定的和實(shí)際負(fù)荷，t/h。圖 86 鍋爐散失到大氣中的熱量與鍋爐額定生產(chǎn)能

12、力的關(guān)系曲線 當(dāng)熄焦裝置嚴(yán)密性很好時(shí)，焦炭燃燒生成的熱量，空氣吸入和氣體漏失所損失的熱量都是相當(dāng)小的。因此熱平衡方程式可以簡(jiǎn)化為： （12） 值可以用公式（7）和公式（11）來(lái)計(jì)算。此時(shí)熱平衡方程式可變?yōu)橄铝袑?shí)用的簡(jiǎn)化計(jì)算式： （13） 對(duì)于在實(shí)際中經(jīng)常遇到的概略計(jì)算，可以用下列簡(jiǎn)化方程式： = （14）式中 焦炭在時(shí)的平均比熱，其值取決于焦炭中的碳含量、揮發(fā)分和礦物雜質(zhì)的含量。 對(duì)于一定質(zhì)量等級(jí)的焦炭，平均比熱可以用下式計(jì)算： （KJ /kg.） （15）式中 焦炭的灰分，%（質(zhì)量）； 灰分的比熱，KJ /kg·； 焦炭的碳含量，%（質(zhì)量）； 碳的比熱，KJ /kg·；

13、焦炭的揮發(fā)分，%（質(zhì)量），1.2%； 焦炭揮發(fā)分單位體積的比熱，KJ /m3·； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下?lián)]發(fā)分的重度，kg/m3。 比熱的計(jì)算可以利用圖 87的曲線。在表81至表83中列出了焦炭的灰分、碳和揮發(fā)分的比熱。石墨在0t范圍內(nèi)的平均比熱等于： （16）圖 87 灰分、碳和揮發(fā)份的比熱與溫度的關(guān)系曲線圖表 81 焦炭灰分的平均比熱溫 度 比熱KJ/kg·溫 度 比熱KJ/kg·00.7536000.9331000.8087000.9462000.8458000.9583000.8799000.9714000.90010000.9835000.91611000.996表

14、 82 碳的平均比熱溫 度 比熱KJ/kg·溫 度 比熱KJ/kg·00.6736001.2851000.8287001.3492000.9588001.4113001.0599001.4674001.14210001.5235001.22511001.572表 83 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，焦炭揮發(fā)分的平均比熱溫 度 比熱KJ/kg·溫 度 比熱KJ/kg·01.3946001.6401001.4337001.6792001.4778001.7153001.5159001.7544001.55910001.7855001.60211001.818 （17）式中 代

15、入方程式（16）后，得到下式： （18）將上式積分，得到在01100范圍內(nèi)計(jì)算石墨比熱的公式： （19）實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以使用表84的數(shù)據(jù)或者圖88的曲線。表 84 焦炭平均比熱與灰分和溫度的關(guān)系 KJ/kg·溫 度焦 炭 灰 分 %8.010.012.014.016.000.74100.74010.73970.73760.73511000.88150.88150.88150.87800.87802001.00201.00200.99830.99570.99243001.09871.09531.09201.08441.07694001.17771.17151.16771.16061.1

16、5355000.96021.24971.24301.23421.22756001.31001.30371.29741.28691.28037001.37941.36561.35561.34511.33888001.42881.42041.41291.39871.39079001.48191.47231.46231.45261.438410001.53511.52541.51581.50241.488211001.57521.57441.56101.54761.5380 附注：所有情況下?lián)]發(fā)分均采用Vdaf=1.2%。式（4）中的和分別為離開(kāi)和進(jìn)入熄焦室的循環(huán)氣體的比熱，其值取決于循環(huán)氣體的組分

17、和溫度。如前所述，當(dāng)工作制度不穩(wěn)定時(shí)，循環(huán)氣體的組分變動(dòng)范圍是較大的。工作制度穩(wěn)定時(shí)，循環(huán)氣體的組分是穩(wěn)定的。對(duì)于穩(wěn)定的工作制度來(lái)說(shuō)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣體混合物的比熱，為單種組分含量與比熱乘積之和： （20）式中，CO2、CO、O2、H2、CH4、N2分別為CO2、CO、O2、H2、CH4、N2氣體所占的體積百分?jǐn)?shù)，%。循環(huán)氣體中每種組分的比熱如表85所示。 二次載熱體（補(bǔ)充的水和水蒸氣）的溫度，對(duì)鍋爐出口處的冷卻氣體的溫度有著很大影響。因此，在很大程度上決定著所冷卻的焦炭的最終溫度。 干熄焦時(shí)，焦炭一般不能冷卻到周?chē)橘|(zhì)的溫度，只能冷卻到200250。在干熄焦時(shí)，可以規(guī)定紅熱焦炭冷卻到250。

18、 要冷卻到更低的溫度,會(huì)使循環(huán)氣體的用量增加，鍋爐加熱面積增大，蒸汽加熱的溫度降低。從熄焦時(shí)間的計(jì)算來(lái)看，將焦炭從300冷卻到200，所需時(shí)間占總熄焦時(shí)間的25%，這將引起熄焦室容積也必須相應(yīng)地增大。圖88 循環(huán)氣體與不同灰分的焦炭的焓之間的關(guān)系曲線1循環(huán)氣體 2灰分為5%10%的焦炭 3灰分為25%的焦炭表 85 常壓下氣體的平均比熱, KJ/m3·溫度CO2O2COH2CH4N2H2O空氣01.59871.30491.29701.27611.54801.29361.49321.31791001.69911.31671.30121.28861.64011.29491.50411.3

19、2332001.78611.33421.51001.29701.75561.31371.52131.33093001.86141.35101.51971.29701.88281.30581.54131.34134001.92841.37651.32631.30122.01251.31411.56431.35355001.98741.39701.34301.30542.13801.32671.58861.36736002.03971.41581.35561.30542.25931.33921.61371.38197002.08691.43341.37231.30952.37651.35261.6

20、4011.39668002.12961.44891.38491.31372.49361.36601.66691.41049002.16771.46351.39741.32212.60241.37861.69451.423810002.20201.47651.41001.32632.69861.39071.72171.436311002.23341.48821.42251.33462.77391.48611.74891.448912002.26221.49951.43921.34722.84931.41331.77561.4602密 度kg/m31.9631.4281.2500.0900.716

21、1.2500.8041.292 循環(huán)氣體通過(guò)鍋爐之后的溫度，取決于鍋爐尾部的加熱面積的大小和補(bǔ)充水的溫度。通常此溫度規(guī)定為140180（相當(dāng)于固體燃料或煤氣鍋爐的熱負(fù)荷）。 在任何情況下，選擇焦炭的最終溫度和鍋爐后的循環(huán)氣體的溫度時(shí)，都必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的計(jì)算。 一、設(shè)備的有效利用系數(shù) 熄焦過(guò)程的有效利用系數(shù)，是干熄焦鍋爐生產(chǎn)蒸汽有效利用的熱量與紅熱焦炭帶往熄焦室的總熱量之比。有效利用系數(shù)不僅取決于焦炭的初始溫度、最終溫度及比熱，而且也取決于熱交換設(shè)備（熄焦室和干熄焦鍋爐）的熱損失。應(yīng)當(dāng)具有這樣的狀態(tài)，即離開(kāi)鍋爐的氣體不排到大氣中，并且以幾乎相同的溫度返回到熄焦室。必須注意，熄焦室和鍋爐總是以

22、熱傳導(dǎo)和熱輻射的形式向大氣中散失熱量。干熄焦裝置的熱量的大概有效利用系數(shù)一般為（未考慮焦炭燃燒所發(fā)生的熱量） （21）式中 熄焦室的有效利用系數(shù)（概值），%； 廢熱鍋爐的有效利用系數(shù)（概值），%。 熄焦室和廢熱鍋爐的有效利用系數(shù)可分別用下式計(jì)算： （22）式中 帶給鍋爐的熱量，。 此時(shí)熄焦裝置的有效利用系數(shù)為： （23） 熄焦裝置的有效利用系數(shù)（概值），反映出熄焦過(guò)程進(jìn)行的情況和熱量利用的程度。但是熄焦裝置中所產(chǎn)生的那一部分熱量（以蒸汽出現(xiàn)），總是被焦化廠本身所消耗。 考慮到干熄焦裝置本身所消耗的熱能和電能而計(jì)算出的有效利用系數(shù)，稱(chēng)為凈有效利用系數(shù)。并可按下式計(jì)算： （24） 式中 消耗于熄焦

23、裝置本身的熱量，它可由測(cè)量與綜合每部分消耗的熱量而得出，KJ/h； 生產(chǎn)熄焦裝置本身所需的電能而消耗的熱量 =860× （KJ/h）；熄焦裝置本身所消耗的電能，KW/h。在熄焦裝置的設(shè)計(jì)中，比較不同方案或選擇基本參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮凈有效利用系數(shù)及其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 對(duì)于某些實(shí)際計(jì)算，可以利用有關(guān)的曲線圖，這種曲線是根據(jù)熱平衡方程制出的（圖89）。由曲線圖所得到的結(jié)果是很接近干熄焦裝置的實(shí)際情況的。曲線是根據(jù)焦炭的平均灰分為10%時(shí)的比熱制出的。當(dāng)紅熱焦炭的溫度和大概的有效利用系數(shù)都給定時(shí)，利用此曲線可以算出所得到的熱量和發(fā)生的蒸汽；當(dāng)紅熱焦炭溫度和冷焦溫度都給定時(shí)，可以算出有效蒸汽發(fā)生量

24、及考慮到全部熱損失之后的熱量；還可以根據(jù)紅熱焦炭的溫度和蒸汽發(fā)生量，算出冷卻焦炭的溫度和熄焦裝置的大概有效利用系數(shù)。圖 89 計(jì)算干熄焦蒸氣發(fā)生量的計(jì)算圖表 86 物料平衡和熱平衡的原始資料名 稱(chēng)熄 焦 裝 置試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置入熄焦室的焦炭量，kg/h循環(huán)氣體體積，m3/h鍋爐蒸發(fā)量，kg/h溫度，：入鍋爐的氣體，入煉焦室的氣體，裝入的紅熱焦炭，已熄焦，過(guò)熱蒸汽的壓力（熄焦發(fā)生的）/MPa過(guò)熱蒸汽溫度，過(guò)熱蒸汽的焓，KJ/kg補(bǔ)充水的焓， KJ/kg鍋爐水的焓， KJ/kg循環(huán)氣體的含塵量，g/m3： 除塵器前， 除塵器后，循環(huán)氣體的平均組成，%： CO2 O2 CO H2 CH4 N2循環(huán)氣

25、體的重度，kg/m3焦炭的平均比熱，KJ/kg 紅熱焦炭， 冷焦炭，焦炭燃燒熱，KJ/kg熄焦時(shí)焦炭的燒損量，%3000055200*1500067015010502601.653243075435.1860.62.370.338.250.5516.83.670.81.2681.55521.0603054302580082615410502751.93733188376.6892.910.20.813.90.218.67.270.11.1951.55521.074305430.1*在工業(yè)試驗(yàn)裝置中，循環(huán)氣體的單位用量（比用量）為每噸裝入焦炭55200/30=1830m

26、3/t，在工業(yè)裝置中為77000/56=1370m3/t。前蘇聯(lián)國(guó)立焦化設(shè)計(jì)院的定額為14501500m3/t。表 87 熱平衡和物料平衡指 標(biāo)計(jì) 算 方 法熄 焦 裝 置試驗(yàn)裝置工業(yè)裝置熄 焦 室 的 熱 平 衡氣體混合物的平均比熱，KJ/m3熄焦室出口熄焦室入口散失到大氣中的循環(huán)氣體的比熱，KJ/m3循環(huán)氣體的平均溫度，空氣的溫度，空氣的比熱，KJ/m3根據(jù)圖表1.3971.3221.3598410201.31921.4001.2571.3288490201. 31922.考慮焦炭灰分含量的系數(shù)，m，%對(duì)于灰分為10%的焦炭0.1%0.1%燃燒1kg焦炭所需空氣體積（C+O2=CO2），m

27、3/kg8.018.01熄 焦 室 的 熱 平 衡鍋爐排污百分?jǐn)?shù)，%熄焦室的外表面積F，m2干熄焦裝置的比蒸發(fā)量，即1噸焦炭所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)蒸汽kg/t循環(huán)氣體的比耗量6.33304991.846.34004891.375熱 量 收 入熄焦室中焦炭傳出的熱量，KJ/h部分焦炭燒損放出的熱量，KJ/h4.075×1070.916×1067.363×1071.711×106合計(jì)誤差，%4.167×1070.9957.535×1070.167熱 量 消 耗加熱循環(huán)氣體的熱量，KJ/h系統(tǒng)中吸入空氣和循環(huán)氣體損失所損耗的熱量，KJ/h4.088&

28、#215;1070.1276×1067.427×1070.2791×106由熄焦室表面散失到大氣中的熱量，KJ/h0.669×1060.812×106合計(jì)誤差，%不計(jì)焦炭燒損時(shí)，熄焦室的熱量有效利用系數(shù)（概值），%4.167×1070.09827.536×1070.16781.1鍋 爐 的 熱 平 衡 熱 量 收 入循環(huán)氣體傳給鍋爐的熱量，KJ/h4.088×1077.427×107合計(jì)4.088×1077.427×107熱 量 消 耗鍋爐中的蒸汽所得到的熱量，KJ/h鍋爐裝置散失到周

29、圍介質(zhì)的熱量，KJ/h4.006×1070.8617×1067.343×1070.8368×106合計(jì)廢熱鍋爐的熱有效利用系數(shù)（概值），%熄焦裝置的熱有效利用系數(shù)（概值），%干熄焦裝置自身消耗的熱量，KJ/h熄焦裝置的凈有效熱利用系數(shù)，%4.081×10798.1802.092×106767.427×10798.8780.52.092×10677.8物料平衡（以焦炭為基準(zhǔn)），kg/h物 料 收 入裝入熄焦室的焦炭G1循環(huán)氣體量（按質(zhì)量）隨氣體循環(huán)的灰塵量吸入到系統(tǒng)的空氣量（質(zhì)量）以熄焦室而定300006990018

30、.2310560009210062.3576合計(jì)（按焦炭）30018.256062.3物 料 支 出由熄焦室排出的焦炭循環(huán)氣體量隨氣體循環(huán)的灰塵量除塵器中沉降出的灰塵燒掉的焦炭量排放的燃燒廢氣量（質(zhì)量）合計(jì)（按質(zhì)量）29857.569900.018.2112.530.034030018.255221.092100.062.3723.056.063256062.3 表87所列的是前蘇聯(lián)某廠的干熄焦試驗(yàn)數(shù)據(jù)。比較試驗(yàn)裝置和工業(yè)裝置的數(shù)據(jù)，就可以把試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)照，從而使計(jì)算方法得到正確的校正。與設(shè)計(jì)相比，循環(huán)氣體量有一定的減少。這說(shuō)明有一部分氣體從操作中的排煙風(fēng)機(jī)的壓出側(cè)，經(jīng)過(guò)備用排煙風(fēng)機(jī)溢

31、出到吸入口。很明顯，由于有這種溢流，通過(guò)熄焦室的氣體就減少了，因而使熄焦室焦炭排出口處的焦炭溫度提高到275，并使鍋爐前的循環(huán)氣體的溫度也提高了。第三節(jié) 干熄焦流體力學(xué)計(jì)算 在干熄焦裝置中，采用循環(huán)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)循環(huán)氣體的閉路循環(huán)。鼓風(fēng)裝置的參數(shù)選擇，取決于冷卻焦炭所要求的循環(huán)氣體量，以及氣體管道各構(gòu)件的流體動(dòng)力學(xué)特性。這就是說(shuō)，當(dāng)循環(huán)氣體的需要量一定時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的總壓頭和所需的功率，應(yīng)與干熄焦裝置氣體管網(wǎng)的特性相適應(yīng)，以使循環(huán)風(fēng)機(jī)具有最適宜的工作條件。 知道了氣體管道的特性，就可以根據(jù)工廠的特點(diǎn)來(lái)選擇鼓風(fēng)設(shè)備。實(shí)際的任務(wù)是確定氣體管道各結(jié)構(gòu)單元的流體動(dòng)力學(xué)阻力。 干熄焦室鍋爐系統(tǒng)中的循環(huán)氣體

32、的流體阻力，可用通常的方法確定，即根據(jù)氣流速度、轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)設(shè)備的局部阻力來(lái)計(jì)算。在相應(yīng)的溫度下，干熄焦鍋爐中的氣體速度不超過(guò)8m/s，而在氣體分配管道和氣道中，其速度為815m/s。 當(dāng)氣體通過(guò)焦炭層運(yùn)行時(shí)，其流體動(dòng)力學(xué)阻力不能用上面的數(shù)據(jù)來(lái)確定。因?yàn)樵诟上ń故抑?，不僅有焦炭和氣體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還有焦炭與氣體之間的熱交換過(guò)程和某些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。過(guò)去對(duì)干熄焦室中的流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究極少。到目前為止，尚沒(méi)有一種統(tǒng)一的計(jì)算方法。因此，根據(jù)直接測(cè)定的原始數(shù)據(jù)，將計(jì)算值與試驗(yàn)中獲得的實(shí)際值相比較來(lái)確定焦炭層的阻力，這是很有意義的。 下面是計(jì)算裝有焦炭的干熄焦室的流體動(dòng)力學(xué)阻力的兩個(gè)主要方法（根據(jù)前蘇聯(lián)

33、國(guó)立焦化設(shè)計(jì)院的資料）。 1對(duì)于冶金焦的流體動(dòng)力學(xué)特性，當(dāng)料層厚度為1m時(shí)計(jì)算阻力的實(shí)驗(yàn)式如下：（Pa/m2）式中 氣體的運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s； 自由截面的速度，m/s； 氣體重度，kg/m3； 自由截面的面積，m2/m3； 自由體積，m3/m3； 重力加速度，m/s2。 循環(huán)氣體的動(dòng)力粘度與濕度的 圖810 循環(huán)氣體的動(dòng)力粘度與溫度的關(guān)系。 關(guān)系如圖810所示。 18.25%CO2，16.8%CO，3.6H2，0.55%O2，70.8%N2； 23.9%CO2，18.6%CO，7.2H2，0.2%O2，70.1%N2 .薩斯柯夫和O.B.月洛別斯卡婭介紹了裝有焦炭的高爐的一些數(shù)據(jù)。焦塊之間的空

34、間自由體積可按下式（對(duì)于1米3焦炭的計(jì)算法）求出； （m3）式中 篩級(jí)組成，%；相應(yīng)于>80、8060、6040、4025、2510、100mm。 裝有焦炭的比表面可根據(jù)下列公式計(jì)算： 根據(jù)前蘇聯(lián)國(guó)立焦化設(shè)計(jì)院的數(shù)據(jù)，商品焦的篩級(jí)組成如下： 焦炭塊度，mm 篩級(jí)組成，% 10080 8.3 8060 21.7 6040 44.3 4025 22.9 2510 2.3 10 0.5 表88是以工業(yè)試驗(yàn)裝置和干熄焦工業(yè)裝置的試驗(yàn)為基礎(chǔ)，計(jì)算裝有焦炭的干熄焦室的流體動(dòng)力學(xué)阻力的數(shù)據(jù)（根據(jù)A，C，布魯克、M.蓋魯曼等的公式）。 2當(dāng)氣流流經(jīng)1米厚的焦炭層時(shí)，其壓頭損失可以根據(jù)H.M.雅瓦良柯夫的

35、公式確定； Pa式中 氣流的實(shí)際速度，m/s； 流體動(dòng)力學(xué)阻力的無(wú)因次系數(shù)； 平均溫度下的氣體重度，kg/m3； 焦炭顆粒間所形成的氣道的當(dāng)量直徑，m； 重力加速度，m/s2。表 88 干熄焦室流體動(dòng)力學(xué)阻力的計(jì)算數(shù)據(jù)數(shù) 值 名 稱(chēng)工業(yè)試驗(yàn)裝置工業(yè)裝置循環(huán)氣體量，m3/h溫度， 干熄焦室出口處的氣體 干熄焦室進(jìn)口處的氣體 干熄焦室中氣體（平均值）氣體的重度，kg/m3平均溫度下的氣體重度平均溫度下的氣體動(dòng)力粘度，m3/s干熄焦室的截面面積F，m2焦炭充填的平均高度h，m堆積焦塊的自由體積（由公式26計(jì)算） ，m3/m3焦塊與周邊的總表面（由公式27計(jì)算）S，m2/m3干熄焦室的氣體平均速度m/

36、s1米厚度焦炭層的阻力（由公式25計(jì)算），Pa裝有焦炭的熄焦室的阻力H，Pa552006701504101.2680.5056.1×1053070.485641.275202141477000*8261544901.1950.4297.8×105336.50.485641.82931904*根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，氣體用量低于設(shè)計(jì)值，因?yàn)闅怏w經(jīng)備用排煙風(fēng)機(jī)溢出。 可把氣流沿帶有孔板的平行氣道運(yùn)動(dòng)的規(guī)律作為公式（28）的基礎(chǔ)。如果填充元件的旋轉(zhuǎn)是正規(guī)幾何排列，則這個(gè)概念是完全正確的。 塊狀物的流體動(dòng)力學(xué)阻力系數(shù)是（摩擦阻力系數(shù)）和（局部阻力系數(shù)）的總和，并且同是雷諾準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)。在湍流狀

37、態(tài)下： （29） 在層流狀態(tài)下： （30） 在公式（28）中，在一定范圍內(nèi)所采用的氣道當(dāng)量直徑，其計(jì)算方法可用.H.牡興所推薦的C.3.卡甘的關(guān)系式： (31)式中 取決于焦塊形狀的系數(shù)，其值在0.20.4以內(nèi)； 填充系數(shù)，=0.4； 焦塊平均直徑，m。 在.H牡興的計(jì)算中，根據(jù)公式（31）計(jì)算當(dāng)量直徑，采取m。 實(shí)際的氣流速度： （m/s） （32） 裝有焦炭的干熄焦室，其流體動(dòng)力學(xué)阻力的計(jì)算可用H.M.雅瓦良柯夫公式。計(jì)算的原始數(shù)據(jù)列于表89中。表 89 流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算的原始值數(shù) 值 名 稱(chēng)工業(yè)試驗(yàn)裝置工業(yè)裝置在公式（32）中，W為氣流的實(shí)際速度，m/s雷諾準(zhǔn)數(shù)公式（29）和（30）中的局

38、部阻力系數(shù)在公式（28）中，1米厚度焦炭層的阻力 ，Pa裝有焦炭的干熄焦室的阻力H，Pa3.221000.82621815254.5523300.8053632360 對(duì)各種生產(chǎn)能力的熄焦裝置進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果得到了干熄焦工業(yè)裝置管網(wǎng)的流體動(dòng)力學(xué)特性（表810）。表 810 干熄焦工業(yè)裝置的流體動(dòng)力學(xué)特性熄焦能力，爐/時(shí)（t/h）干熄焦裝置的總阻力Pa循環(huán)氣體用量，米3/時(shí)1（18）2（36）3（54）10001300320035005000580037×10340×10362×10364×10380×10389×103在表810中列出了

39、循環(huán)氣體用量和熄焦裝置的總阻力，這些數(shù)據(jù)是在不同工廠中在干熄焦裝置處于良好工作制度下測(cè)得的。計(jì)算所得的數(shù)值，與實(shí)際測(cè)得的干熄焦室中焦炭層的平均流體動(dòng)力學(xué)阻力值（表85）非常接近（對(duì)干熄焦工業(yè)試驗(yàn)裝置和工業(yè)裝置都進(jìn)行了測(cè)定）。通過(guò)對(duì)前蘇聯(lián)某冶金廠的干熄焦工業(yè)試驗(yàn)裝置和工業(yè)裝置的實(shí)際測(cè)量，掌握了干熄焦裝置氣體管道的空氣動(dòng)力特性。表811列出了測(cè)得的氣體管道結(jié)構(gòu)單元和熄焦裝置總阻力的數(shù)據(jù)。相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可應(yīng)用于A.C.布魯卡、M.蓋魯曼和H.M.雅瓦良柯夫的公式中，以計(jì)算干熄焦室的阻力。表811 熄焦裝置各結(jié)構(gòu)單元的流體動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)，Pa數(shù) 值 名 稱(chēng)工業(yè)試驗(yàn)裝置工業(yè)裝置干熄焦室拱門(mén)下的氣體吸力蒸

40、汽過(guò)熱器前的吸力吸力： 蒸汽過(guò)熱器后 蒸發(fā)段之間 省煤器前 鍋爐后 排煙風(fēng)機(jī)前 排煙風(fēng)機(jī)后的壓力阻力： 干熄焦室斜風(fēng)道和氣體輸送管道的 蒸汽過(guò)熱器的 第一蒸發(fā)段的 第二蒸發(fā)段的省煤器的旋風(fēng)除塵器的裝有焦炭的干熄焦室的鍋爐機(jī)組的全套熄焦裝置（總的）的+270+1005454006501260+175026015403502506101480660300025390420102010802220+2300365306006011402320*6904510*包括焦炭層和分配氣體的鼓風(fēng)裝置的阻力。 根據(jù)上述的計(jì)算和純?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)，可以由下式確定焦炭層的總阻力系數(shù)： （33） 式中 上米厚焦炭層的阻力，P

41、a； 氣體在干熄焦室中未被焦炭填充的自由空間的平均流速，m/s； 在平均溫度下氣體的密度， kg/m3。 將流體動(dòng)力學(xué)阻力系數(shù)的結(jié)果進(jìn)行比較后可以確認(rèn)，按照H.M.雅瓦良柯夫公式計(jì)算的結(jié)果所得數(shù)值最接近于試驗(yàn)的數(shù)據(jù)（可參見(jiàn)表812）。顯然，在干熄焦工業(yè)試驗(yàn)裝置的工業(yè)裝置中，對(duì)于裝有焦炭的干熄焦室，其試驗(yàn)所得的總的流體動(dòng)力學(xué)阻力系數(shù)是與實(shí)際系數(shù)相符的，因此這是在實(shí)際計(jì)算阻力時(shí)可以采用的最好方法。裝有焦炭的熄焦室的阻力如表812所示。表 812 裝有焦炭的熄焦室的阻力H/Pa數(shù) 據(jù) 來(lái) 源工業(yè)試驗(yàn)裝置工業(yè)裝置根據(jù)A.C.布魯卡、M.蓋魯曼公式根據(jù)H.M.雅瓦良柯夫公式試驗(yàn)數(shù)/p>

42、0190423602320 在表813中列出了阻力系數(shù)的計(jì)算值和試驗(yàn)值（包括由排煙風(fēng)機(jī)到干熄焦室的煤氣管道部分和鼓風(fēng)分配裝置的干熄焦室錐體部分的阻力系數(shù)）。根據(jù)前蘇聯(lián)國(guó)立焦化設(shè)計(jì)院的數(shù)據(jù)，就整個(gè)前蘇聯(lián)的干熄焦工業(yè)裝置來(lái)說(shuō)，在焦炭層中測(cè)得的阻力系數(shù)為286。表813 裝有焦炭的干熄焦室的阻力系數(shù)數(shù) 據(jù) 來(lái) 源工業(yè)試驗(yàn)裝置工業(yè)裝置根據(jù)A.C.布魯卡、M.蓋魯曼等人的公式的計(jì)算值按照H.M.雅瓦良柯夫公式的計(jì)算值試驗(yàn)值483521503413512503 已知裝有焦炭的干熄焦室的總流體動(dòng)力學(xué)阻力系數(shù)，便可以確定循環(huán)氣體用量不同時(shí)任意高度的焦炭層的阻力： （34）式中 h焦炭層高度，米。 必須注意，只

43、有當(dāng)干熄焦室中的氣體溫度能維持平均值時(shí)，公式（34）才是正確的。 通常，用改變循環(huán)氣體用量的方法來(lái)調(diào)節(jié)干熄焦的工作狀態(tài)，以維持排出焦炭的溫度在200250以內(nèi)。氣體耗量01020304050607080901001002003004005006007001m厚焦炭層的阻力 Pa圖 811 循環(huán)氣體流量不同時(shí)1m厚焦炭層的阻力 因此，在正常的干熄焦工作方式下，在裝料量不同時(shí)沿干熄焦室高向的溫度場(chǎng)分布，可以認(rèn)為是非常接近于恒定的。圖811的曲線可以用于下述實(shí)際計(jì)算：當(dāng)工業(yè)裝置的主要參數(shù)為平均值時(shí)，計(jì)算干熄焦室中每1m厚度焦炭層的阻力與氣體流量的關(guān)系。在確定沿氣體流程焦炭的阻力時(shí)，應(yīng)考慮干熄焦室在裝

44、焦和連續(xù)卸焦過(guò)程中所引起的焦炭層的松動(dòng)問(wèn)題。在大多數(shù)情況下，可能認(rèn)為焦炭移動(dòng)層與固定層阻力值的偏差，是由于上述原因造成的。選擇干熄焦室的截面和高度時(shí)，還應(yīng)考慮干熄焦室最合理的總壓力損失。根據(jù)干熄焦工業(yè)裝置的實(shí)際操作數(shù)據(jù)，裝有焦炭的干熄焦室的阻力為20003000Pa。通過(guò)增加干熄焦室的高度、縮短熄焦時(shí)間和增大鼓風(fēng)量等方法來(lái)提高干熄焦室的生產(chǎn)能力時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研究和探明合理的相互關(guān)系。 一方面，這些數(shù)值的選擇，決定于密閉循環(huán)系統(tǒng)的總流體動(dòng)力學(xué)阻力，同時(shí)也取決于循環(huán)風(fēng)機(jī)的能量消耗；另一方面，決定于氣道的熱交換設(shè)備的尺寸，以及用鼓風(fēng)機(jī)裝置的尺寸及其成本。所有這些因素，不管用哪種方案解決，最終都將影響整個(gè)熄焦裝置的經(jīng)濟(jì)效果。 必須指出，干熄焦裝置流體動(dòng)力學(xué)的一個(gè)最大特點(diǎn)，就是氣體是密閉循環(huán)的。 如果已知干熄焦裝置（系統(tǒng)）的流體動(dòng)力學(xué)阻力，就可以確定增高了的和降低了的壓力的適當(dāng)壓力差。在解決系統(tǒng)的不嚴(yán)密性及由此而引起的空氣吸入冷卻系統(tǒng)等問(wèn)題時(shí)，掌握必要的壓力分布特性起著重要的作用。對(duì)增高了壓力和降低了壓力的地點(diǎn)的壓力分布特性可能產(chǎn)生的影響，是有不同意見(jiàn)的。因此，對(duì)這個(gè)問(wèn)題應(yīng)進(jìn)行更詳細(xì)的研究。首先應(yīng)提到的是，在溫度條件改變的冷卻過(guò)程中，引起了循環(huán)氣體的膨脹和壓縮。對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在開(kāi)始研究時(shí)是未有注意的。 壓力的中性區(qū)或零位區(qū)的確定如下：中性區(qū)在循環(huán)風(fēng)機(jī)操作或停轉(zhuǎn)時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)壓力是穩(wěn)定的，并