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)和所有焦槽的焦

2、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?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所不。袤S-9辭爐關(guān)優(yōu)莖的物料平衡.入方丁出方，名稱、含副羯，名稱占干康星1i干康92i.-68"74.g,2/水分80

3、.8d2.i焦機(jī)3415.3.75ml.3-i氨2.450.26.1.相笨3.85.LOTxl!.1.15.燥氣M6.I15.74.4t合水-133.4.14.28配燥水30.0.1共1000-.100.0,.1共計(jì)1000.,100.0,1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)算方法可參考有關(guān)資料。現(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。表21口隹爐部平衡U3人方，出方，以且J名lXJrl將J儀口名林，kJ,用.1-煤的顯熱托0.7,1.傲凌得定顯然1021623,376.2.加熱朦氣顯拉，

4、17166.10,66,2,優(yōu)產(chǎn)港盛的顯、港執(zhí)，100488.3.,3空氣的顯熱142360.55.3.煤氣嘴志的顯、潛熱385204.142.4-煤氣的他燒熱，2663853.37.82.4.水汽喈麥的顯、潛排.435449,160.5.廢氣喈違的排,506627(18.6.6用圍空間的他演失一272155110,0,共計(jì)，2721550，13共計(jì)£721550,13，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

5、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。一般散失于周圍空間的熱量，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（

6、出方14項(xiàng)）是有效的，稱為有效熱。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）的百分比稱為焦?fàn)t的熱工效率（Y熱工）即：刀熱工=x100%（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廢和散失周圍空間的熱量Q散，所以:刀熱工=X100%（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。刀熱=X100%（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刀熱工約為7075%,刀熱為8085%。刀熱工與刀熱可從焦?fàn)t熱平衡中求得。由表8-10可得：刀熱工=X100%=71.4%X100%=81.4%

7、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Y熱工和Y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：刀熱=X100%刀熱工=x100%例8-3某焦?fàn)t以Q低=3643kJ/m3的高爐

8、煤氣加熱，由燃燒計(jì)算得，L實(shí)=0.843m3/（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2800c，計(jì)算焦?fàn)t的刀熱和刀熱工。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：C）,30c時(shí)煤氣帶入的飽和水汽量為干煤氣的4.36%（查表8-3）,30c時(shí)水汽的比熱容=1.457kJ/（m3C）。Q煤=11.35230+0.043611.45730=42.7kJ/m3（3）空氣帶入的

9、顯熱35c時(shí)空氣的比熱容c空=1.277kJ/（m3；C）,35c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=0.84311.27735+0.84310.03521.45735=39.27kJ/m3（4）廢氣帶走的熱量廢氣在280c時(shí)的比熱容查圖8-4得c廢=1.453kJ/（m3；C）。Q廢=1.7571.453280=713.9kJ/m3。（5）不完全燃燒白熱損失CO的發(fā)熱值為12728kJ/m3。Q不=1.7570.02512728=56.1kJ/m3貝U刀熱=79.33%若Q效為供入總熱量的10%,則Y熱工=

10、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)，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，m3/h;Q-一一焦?fàn)t的濕煤裝入量，kg;Q低一一加熱用煤氣的低發(fā)熱值，kJ/m

11、3。2 .干煤耗熱量1kg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,q干來(lái)表不每kg水汽從焦?fàn)t炭化室?guī)ё叩臒崃繛椋?00%=51000kJ/（kg水）式中24911kg水在OoC時(shí)的蒸發(fā)潛熱，kJ/kg;2.01為水汽在06000c時(shí)的平均比熱容，kJ/（kgoC）;600從炭化室導(dǎo)出的荒煤氣的平均溫度，C；72.5焦?fàn)t的平均熱工效率，%。如配煤水分為Mt%（濕基），則q濕=4干+5100=q干+51MtqF=l00,kJ/（kg干煤）（8-19）3.相當(dāng)耗熱量lkg干煤為基為統(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)，以準(zhǔn)時(shí)，需供給焦?fàn)t的

12、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焦?fàn)t干煤裝入量，kg/h我國(guó)焦?fàn)t相當(dāng)耗熱量指標(biāo)見(jiàn)表8-11。表相當(dāng)耗熱量/（kJ/k&H用途大型焦?fàn)t/中型焦?fàn)t"小型焦?fàn)t爐焦?fàn)t煤氣嚴(yán)高爐煤氣Q焦?fàn)t煤氣6高爐煤氣小焦?fàn)t煤氣爐計(jì)宜生產(chǎn)消耗定額+2345v25592722+J29313057卡計(jì)宜加熱系統(tǒng)2575P2S47P314S32能Q3140表8-11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)

13、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5100kJ/kg,貝Uq濕的變化值為2933kJ/kg。該值的換算方法如下：當(dāng)用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，配煤水分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：=6

14、7kJ對(duì)于高爐煤氣，配煤水分取7%時(shí)：q相=(2638+2931)=2785kJ/kg則q濕=2785=2596kJ/kg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(“b9)(8-21)q濕換=q濕-29(Mt-9)(8-22)高爐煤氣：q相換=q相-67(“b9)(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):4濕=2663kJ/(kg濕煤)q干=100=2458kJ/(kg干煤)q相=2663=

15、2897kJ/kg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)=2956kJ/kg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=KTKPK換(8-25)式中t炭化室周轉(zhuǎn)時(shí)間，h;V0煤氣流量表數(shù)值，m3/h;Q低一一加熱煤氣白低發(fā)熱值，kJ/m3;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低一一分別為溫度、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

16、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?？装辶髁坑?jì)的計(jì)算公式如下：V0=0.673ad2(8-26)式中a一一標(biāo)準(zhǔn)孔板的消耗系數(shù)；d一一孔板流通孔直徑，cm;P0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤氣密度，kg/m3;f一一煤氣中水汽含量(按入爐前煤氣溫度定)，kg/m3;P煤氣的絕對(duì)壓力，Pa;T一一煤氣的名對(duì)溫度，K;h低一流量孔板前后的壓差，Pa;V0煤氣流量，m3/h°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，p0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

17、'、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'=0.673ad2m3/h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'分另1J由T、決定，故令：所以Vo'=VoKTKP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)；t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。貝UV0'=V0KTKP-K換例8-442孔

18、58-n型焦?fàn)t（450mm）,周轉(zhuǎn)時(shí)間18h,用Q低=17920kJ/m3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5800m3/h,如流量表的設(shè)計(jì)壓力為3430Pa,設(shè)計(jì)溫度為20OoC,p0=0.46kg/m3,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：查表8-3得，20oC時(shí)干煤氣含水量f=0.0189kg/m3,30oC時(shí)f'=0.0351kg/m3。貝UKT=如大氣壓力為101325Pa時(shí)得：P'=101325+4900=106225PaP=101325+3430=104755PaKP=K換=0.98

19、7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：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10500c降到1000oC,煉焦耗熱量可以降低約46kJ/kg。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

20、空間溫度這就要求裝滿煤，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5967kJ/kg。例如：一座42孔的58-n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=42000kg/h,當(dāng)水分增加1%時(shí)，耗熱量增加約為42000X（5967）=2478000281400OkJ/h,相當(dāng)于Q低=3643kJ/m3的高爐煤氣770m3/h,或Q低=17920kJ/h的焦?fàn)t煤氣140m3/h,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：12728X1%=127kJ/（m3廢氣）或