吨冶金焦的炼焦工艺设计 课程设计.doc

学学 号：号：0202 X Xi in ng gt ta ai i P Po ol ly yt te ec ch hn ni ic c C Co ol ll le eg ge e 课程设计 题目：20 万吨每年冶金焦的炼焦工艺设计 学生姓名：学生姓名： 吕玉铃吕玉铃 专业班级：专业班级： 化工化工 091091 院院 系系：资源与环境工程系：资源与环境工程系 指导教师：指导教师： 陈宁陈宁 程永高程永高 宫惠峰宫惠峰 2011 年年 6 月月 20 日日 邢台职业技术学院 课程设计（论文）摘要 20 万吨/年冶金焦的炼焦工艺设计 摘要 本设计参照鞍山钢铁集团公司化工总厂成熟的炼焦工艺，结合目前国内外炼焦技术的发展现状，以改 善焦炭质量、提高焦炭产量、减少环境污染为宗旨，进行了年产量为 100 万吨的冶金焦的工艺设计。 主要内容包括：厂址选择、炼焦用煤的选择、炉型的选择、工艺流程的确定以及环保措施的制定，并 重点针对所选炉型进行了焦炉的物料衡算、热量衡算、煤气的燃烧计算、炉体各点压力计算、加热系统各 部位浮力与压力计算和烟囱高度的确定，同时还完成了相关图纸的绘制：设备连接图、焦炉炉体结构图、 焦炉蓄热室结构图。 关键词：冶金焦，炼焦，工艺设计 邢台职业技术学院 课程设计（论文）目录 目录 1 文献综述1 1.11.1 概述概述1 1 1.21.2 炼焦用煤准备炼焦用煤准备1 1 1.2.1 原料煤的接受与贮存原料煤的接受与贮存.1 1.2.2 配煤与粉碎配煤与粉碎.1 1.2.3 装炉煤的干燥和预热装炉煤的干燥和预热.2 1.2.4 添加改质粘结剂及瘦化剂添加改质粘结剂及瘦化剂.2 1.31.3 炼焦生产炼焦生产2 2 1.3.1 炼焦炉及其辅助设备炼焦炉及其辅助设备.2 1.3.2 焦炉生产操作焦炉生产操作.3 1.41.4 炼焦新技术炼焦新技术4 4 1.51.5 发展前景发展前景5 5 1.5.1 世界焦炭生产发展趋势世界焦炭生产发展趋势.5 1.5.2 我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望5 1.61.6 本次设计要完成的任务本次设计要完成的任务.6 6 2 炼焦工艺的设计与计算.6 2.12.1 入炉煤的选择入炉煤的选择.6 6 2.22.2 焦炉炉型选焦炉炉型选.7 7 2.32.3 工艺流程的选定工艺流程的选定.9 9 2.42.4 加热用煤气相关计算加热用煤气相关计算1010 邢台职业技术学院 课程设计（论文）目录 2.52.5 煤气燃烧计算煤气燃烧计算1111 2.62.6 焦炉的物料平衡与热量平衡计算焦炉的物料平衡与热量平衡计算1313 2.6.1 原始数据的处理与计算原始数据的处理与计算.14 2.6.2 物料平衡计算物料平衡计算.15 2.6.3 热量平衡计算热量平衡计算.18 2.6.4 焦炉热效率焦炉热效率.31 2.6.5 炼焦耗热量炼焦耗热量32 2.72.7 炉体水压计算炉体水压计算3232 2.7.1 炉内各点压力计算炉内各点压力计算32 2.7.2 加热系统各部位浮力计算加热系统各部位浮力计算43 2.7.3 加热系统各部位压力计算加热系统各部位压力计算45 2.8 烟囱高度计算烟囱高度计算47 3 环境保护54 4 结论55 致谢56 参考文献57 邢台职业技术学院 课程设计 1 1 文献综述 1.1 概述 煤在焦炉内隔绝空气加热到 1000左右，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等 阶段最终制得焦炭，这一过程称为高温干馏或高温炼焦。 由高温炼焦得到的焦炭可用于高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门作为燃料或原料； 炼焦过程中得到的干馏煤气经过回收、精制得到各种芳香烃和杂环化合物，可供合成纤维、 染料、医药、涂料和国防等工业作为原料；经净化过的焦炉煤气既是高热值燃料，又是合成 氨、合成燃料和一系列有机合成工业的原料。因此，高温炼焦是煤综合利用的重要方法之一。 1.2 炼焦用煤准备 炼焦煤入炉前的预处理包括来煤接受、贮存、倒运、粉碎、配合和混匀等工序。若来煤 是灰分较高的原煤，还应包括选煤、脱水工序。为扩大弱粘煤用量，可采取干燥、预热、捣 固、配型煤、配添加剂等预处理工序。北方地区的工厂，还有解冻和冻块破碎等工序。 炼焦煤的预处理基本流程见图 1-1。 1.2.1 原料煤的接受与贮存 原料煤的接受通常在贮煤场进行。焦化厂设置贮煤场的目的：一是要保证 洗选 干燥 解冻 煤场 捣固 来煤 接受 干燥，预热 与卸煤 配煤槽 粉碎 部分成型 煤仓 装炉 配添加剂 煤槽 粉碎 配合 混合 图 1-1 炼焦煤的预处理基本流程 焦炉的连续性生产；二是要稳定装炉煤质量 ，贮煤场由卸煤机械、倒运机械、转运皮带和 受煤斗槽以及贮煤场地等组成。 1.2.2 配煤与粉碎 1、 配煤 配煤系统有两种，一种是配煤槽，靠其下部的定量给料设备进行配煤，这种系统精确度 邢台职业技术学院 课程设计 2 高，但设备多、投资高。另一种是采用配煤场代替配煤槽进行的配煤系统。 2、 粉碎 煤料的细度和粒度分布对焦炭质量及焦炉操作有很大影响，为此装炉煤必须粉碎。 1.2.3 装炉煤的干燥和预热 1、装炉煤的干燥 煤的干燥工艺一般由煤干燥器、除尘装置和输送装置等组成，煤的干燥工序可以设在配 合和粉碎工序之前，即对单种煤进行进行干燥后再配合、粉碎，由于煤干燥配合、粉碎时有 大量粉尘逸出，故一般均设在配合和粉碎之后，即对配合煤进行干燥。 2、装炉煤的预热 装炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到热分解开始前温度（150250） ，然后再装炉炼焦称为预热煤炼焦。对煤进行预热可以增加气煤用量，提高焦炉生产能力， 改善焦炭质量，降低热耗，是扩大炼焦煤源的重大方法。 1.2.4 添加改质粘结剂及瘦化剂 当配合煤中由于缺少强粘结煤而流动不足时，可以通过添加适当的粘结剂或人造粘结煤 来补充低流动度配合煤的粘结性，从而提高焦炭质量，此种粘结剂称为煤改质粘结剂。 在煤结焦过程的收缩阶段，随温度升高，挥发分析出，固态半焦发生收缩，当收缩应力 大于焦炭材料强度时，将在焦炭中产生裂纹。收缩系数越大，裂纹越多越宽，故为了减小收 缩系数可在焦炭中添加瘦化剂，而且还可以减少层间的收缩差，降低层间应力。 1.3 炼焦生产 1.3.1 炼焦炉及其辅助设备 1、焦炉分类 1) 按照装煤方式可分为顶装焦炉和侧装焦炉； 2) 按照加热用煤气种类可分为复热式焦炉和单热式焦炉； 3) 按空气和加热用煤气的供入方式可分为侧入式焦炉和下喷式焦炉； 4) 按气流调节方式可分为上部调节式焦炉和下部调节式焦炉； 5) 按拉长火焰方式可分为多段加热式焦炉、高低灯头式焦炉、废气循环式焦炉。 2、炉体结构 1) 炭化室与燃烧室：炭化室是煤隔绝空气干馏的地方；燃烧室是煤气燃烧的地方，两 者依次相间，其间的隔墙面平均温度为 1300，炭化室平均温度为 1100，局部区 邢台职业技术学院 课程设计 3 域还要高些。 2) 斜道区：位于蓄热室与燃烧室之间，它是连接燃烧室和蓄热室 3) 蓄热室：位于焦炉炉体下部，其上经斜道同燃烧室相连，其下经废气盘分别同分烟 道、贫煤气管道以及大气相通。 4) 炉顶区：炭化室盖顶砖以上部位称炉顶区，设有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉 孔及拉条沟。 5) 烟道与基础：蓄热室下部设有分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经各废气盘，分 别汇集到机侧或焦侧分烟道。 3、护炉设备 护炉设备包括炉柱、小炉柱、保护板、纵横拉条、弹簧、机焦侧操作台等。护炉设备的 作用是对砌体施加保护性压力，使砌体在烘炉及生产过程中保持整体性，避免在温度及机械 冲击下产生破坏。 4、煤气设备 煤气设备包括干馏煤气导出设备和加热煤气供入设备两套系统。 两套管系。 5、废气设备 废气设备包括交换开闭器和总分烟道翻板等。 6、交换设备 交换设备是用于切换焦炉加热系统气体流向的动力设备和传动机构，包括交换机和交换 传动装置。每次切换动作所需时间一般为 46.6 秒。 7、荒煤气导出设备 炭化室中煤料在高温下干馏产生的煤气因尚未经净化处理，习惯上成为荒煤气或粗煤气。 荒煤气导出系统的设备包括：上升管、桥管、水封阀、集气管、吸气管、氨水喷洒系统等。 8、焦炉机械 炼焦生产中焦炉专用机械，顶装焦炉用的有装煤车、拦焦机、推焦机、熄焦车；捣固焦 炉则用装煤推焦机代替装煤车和推焦机，并增加消烟车以消除装煤时产生的烟尘。随炼焦技 术的发展，焦炉机械也趋向多功能、自动化方向。 1.3.2 焦炉生产操作 1 装煤 1) 煤塔贮煤 邢台职业技术学院 课程设计 4 贮煤塔，用于贮存入炉煤料，以保证焦炉稳定生产。 2) 从贮煤塔取煤 装煤车在贮煤塔下取煤时，必须按照车间规定的顺序进行。为使装煤车顺利取煤，煤塔 放煤时应将放煤阀门完全打开，加快放煤速度，以防煤塔发生棚料。装煤车在接煤前后应进 行称量，以便正确计量装入炭化室实际煤量，保证每个炭化室装煤量准确。 3) 装煤与平煤 装煤顺序是装煤操作重要环节，往炭化室装平煤操作大致可分为三个阶段： 第一个阶段，从装煤开始到平煤杆进入炉内，该阶段延续时间约为 60 秒。这阶段内操 作关键是选用合理的装煤顺序，它将影响整个装煤过程的好坏。 第二阶段，自平煤开始到煤斗内煤料卸完为止。一般不应超过 120 秒，该阶段是装煤最 重要阶段，它决定是否符合装煤标准。 第三阶段，自煤斗卸完煤到平煤结束，该阶段不超过 60 秒，这阶段要平整煤料，保证 荒煤气在炉顶空间能自由畅通。 (2) 推焦 推焦就是把成熟的焦炭推出炭化室的操作。焦炭成熟后，炭化室中焦饼产生一定收缩， 才能保证顺利推焦。 (3) 熄焦 由于煤干馏成焦的最终温度为 9501050，所以从炭化室推出的是炽热的焦炭，将其 熄灭至 300以下的过程，称熄焦。 (4) 筛焦 焦炭的分级是为了适应不同的用户对焦炭块度的要求，块度大于 6080mm 的焦炭可供 铸造使用，4060mm 的焦炭供大型高炉使用，2540mm 的焦炭供高炉和耐火材料厂竖窑使 用，1025mm 的焦炭用作烧结机的燃料或供小高炉、发生炉使用，小于 10mm 的焦炭共烧结 矿石用。 1.4 炼焦新技术 20 世纪现代室式焦炉炼焦技术虽然发展到十分成熟和相当完善水平,但其自身固有的不足和问题却日 趋突出,因此自 50 年代起,德国、法国、美国、日本、前苏联和我国等主要焦炭生产国都曾大力研究开发炼 焦新工艺。 干法熄焦的工艺流程为：从炭化室中推出的 9501050的红焦经过拦焦机的导焦栅落 入运载车上的焦罐内，运载车由电机车牵引至干熄焦装置提升机至井架顶部，再平移到干熄 邢台职业技术学院 课程设计 5 炉炉顶。焦罐中的焦炭通过炉顶装置装入干熄炉。在干熄炉中，焦炭与惰性气体直接进行热 交换，冷却至 250以下。冷却后的焦炭经排焦装置卸到胶带输送机上，送筛焦系统。180 的冷惰性气体由循环风机通过干熄炉底的供气装置股入炉内，与红焦进行热交换，出干熄炉 的热惰性气体夹带大量的焦粉经一次除尘器进行沉降，气体含尘量降到 10g/m3以下，进入干 熄焦锅炉换热，在这里惰性气体温度降至 200以下。冷惰性气体由锅炉出来，经二次除尘 器，含尘量降至 1g/m3后，由循环风机送入干熄炉循环使用。锅炉产生的蒸汽或并入厂内蒸 气管或送去发电。 干法熄焦能够改善焦炭品质，并且在防止污染物的逸散、改善环境方面配备了完整的设 施。因此，干法熄焦取代传统湿法熄焦已成为趋势。 1.5 发展前景 1.5.1 世界焦炭生产发展趋势 世界焦炭产量于20世纪70年代末发展到顶峰,达到318亿t/a左右。从80年代初开始世界 焦炭产量呈下降趋势,90年代初曾下降到313亿t/a左右。若不包括中国焦炭产量,世界焦炭产 量呈明显下降趋势。这主要是因为一些焦炭生产大国,如美国、德国、英国、法国等国家由 于焦炭需求减少、焦炉老化、严格环保法规限制等因素,大批关停焦炉和成倍地削减焦炭产 量。近几年世界焦炭产量略有回升,这是几个发展国家(如韩国、巴西等)主要是我国焦炭产 量大幅度增长的结果。这样,一些发达国家焦炭减产,而另一些发展国家焦炭增产,世界焦炭 产量总的变化不大。20世纪末,各国焦炭生产增减幅度已经明显变小,新世纪初期世界焦炭产 量将基本稳定在315亿t/a上下,与焦炭需求量是基本平衡的。 1.5.2 我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望 焦炭是高炉炼铁不可步发展缺少的原料。在钢铁生产过程中,焦炭生产提供的焦炭和焦 炉煤气约占其总能源消费量的50%以上。据统计70%焦炭用于冶金行业,主要用于高炉炼铁。 我国焦炭生产始终是与钢铁生产同步发展。从1993年起,我国焦炭总产量和机焦产量都居世 界第一位。近几年来,焦炭生产与钢铁生产一样,增长速度明显地降低下来。预计21世纪初期 我国钢铁产量不会有大的增长,钢产量将在112亿t/a上下保持相当长一段时间。尽管各种非 高炉炼铁技术(不用焦炭炼铁)将会得到进一步开发和应用,但无论从技术上、生产规模上还 是从经济上分析,我国现有大量高炉仍是我国炼铁生产的最主要的装备,高炉用焦仍将是焦炭 消费的主渠道。21世纪高炉将继续向大型化、氧煤强化炼铁方向发展,喷煤要大幅度增加,焦 比要下降。现在有条件的大钢铁企业高炉喷煤已接近或达到200kg/t铁左右。因此预计21世 纪初期国内高炉用焦在总量上将有减无增,即使钢铁总产量有所增加,焦比下降所节约的焦炭 也将补偿新增所需焦炭量。 邢台职业技术学院 课程设计 6 1.6 本次设计要完成的任务 本次设计要完成的任务包括厂址选择，制定煤焦化的环境保护措施，设计炼焦工艺流程， 选定技术操作条件，选择焦炉炉型以及完成炼焦炉的相关设计计算等，其中计算包括加热煤 气相关计算、物料衡算、热量衡算、炉体各部位水压计算以及烟囱高度的确定等，同时按要 求绘制焦化工艺设备连接图、炉体剖面图、蓄热室结构图。 2 炼焦工艺的设计与计算 2.1 入炉煤的选择 我国炼焦用煤主要指肥煤、焦煤、气煤、瘦煤。 (1) 肥煤 肥煤具有很高的粘结性，受热能产生流动性大、热稳定性好。在炼焦过程中，肥煤的软 化温度低，固化温度高，具有很强的粘结能力，是配煤炼焦的重要成分。用肥煤单独炼焦时 能生成熔融性良好的焦炭，横裂纹较多，气孔率较高。肥煤很少用来单独炼焦，而多与粘结 性较弱的气煤，瘦煤，弱粘煤配合炼焦，以获得高强度的冶金焦。 (2) 焦煤 焦煤是结焦性最好的一种炼焦煤，其煤化程度高于肥煤，具有中等挥发分。焦煤在受热 时能形成稳定性很好的胶质体，单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、耐磨性好的焦炭，配入 煤料中可以起到提高焦炭机械强度的作用，因此，焦煤是配煤中的重要成分。但是，焦煤在 结焦过程中收缩度小、膨胀力大，单独炼焦或配量过多时，会发生推焦困难并引起焦炉的损 坏。我国的焦煤储量有限，为合理利用我国煤炭资源，在配煤中应尽量减少焦煤的配比。 (3) 气煤 气煤是煤化程度最低的一种炼焦用煤，可燃基挥发分高，在隔绝空气加热时这种煤能产 生大量煤气和较多的焦油。在焦化时气煤一般都能单独结焦，但在结焦过程中收缩大，焦碳 多细长而易碎，并常有较多的纵裂纹，在炼焦时多配入这种煤，可以降低焦炉的膨胀压力， 增大焦饼收缩，增加化学产品的产率，有利于综合利用，降低炼焦成本。但如果掺入过多， 就使焦炭块度变小，强度降低。气煤是我国炼焦煤中储量最多的一种，约占炼焦用煤 40%以 上。根据我国炼焦煤的特点，在发展焦化工业时，应着重考虑多用气煤，这对合理利用我国 炼焦用煤资源是十分有利的。 (4) 瘦煤 瘦煤是一种煤化程度最高的炼焦用煤。它的挥发分低，一般为1420%，受热时产生 邢台职业技术学院 课程设计 7 胶质体数量比焦煤少，且软化温度高，虽然瘦煤也能单独结焦，尤其是 2 号瘦煤的焦炭块度 大，裂纹少，但熔融性比焦炭差，有时在焦块中有颗粒物存在，因此焦炭的耐磨强度低，配 煤时加入瘦煤能提高焦炭的块度，在炼制铸造用焦炭时，常配入较多瘦煤。 (5) 弱粘煤 弱粘煤是一种粘结性较弱的煤化程度的煤。单独炼焦时，焦炭多成小块，易破碎。在配 煤炼焦中如有足够的强粘煤时，就可掺入 3040%左右的弱粘煤。这不仅能降低焦炭的硫分 和灰分，提高化学产品的收率，在炼铁时可降低焦比，而且还大大降低焦化成本。 综上所述，根据单种煤结焦性质、我国煤资源分布以及本设计的产量和工艺设计的要求， 本设计采用的配煤方案见表 2-1，所选煤的工业分析与元素分析见表 2-2。 表 2-1 设计配煤方案 焦煤肥气煤肥煤气煤弱粘煤 22.3%14.6%13.2%37.8%12.1% 表 2-2 所选煤的工业分析与元素分析 项目工业分析%元素分析% 组成水分灰分挥发分碳氢氧氮 应用基干基干基可燃基 符号W y A g A g V r V g C g H g O g N 入炉煤98.79.7627.6328.478.924.354.981.28 2.2 焦炉炉型选 本设计所选择炉型为 JN43-58-2 型焦炉，焦炉设计尺寸见表 2-3。 该焦炉是由鞍山焦化耐火材料设计研究院在多年焦炉生产实践经验基础上，吸取国外炉 型优点所设计成的，为双联火道、废气循环、焦炉煤气下喷的复热式焦炉。每个炭化室下面 设两个宽度相同的蓄热室，在蓄热室异向气流之间的主墙内设有垂直砖煤气道，焦炉煤气通 过它供入炉内。 表 2-3 JN4380 型焦炉尺寸 炉型内容单位数值 炭化室全长mm14080 炭化室有效长mm13280 邢台职业技术学院 课程设计 8 炭化室全高mm4300 炭化室有效高mm4000 炭化室宽度 机侧 焦侧 平均 锥度 mm mm mm mm 425 475 450 50 炭化室中心距mm1143 立火道中心距mm480 加热水平高度mm800 炭化室有效容积m323.9 炭化室墙厚度mm100 炉顶厚度mm1178 结焦时间 立火道数 h 个/孔/燃烧室 17 28 为了合理利用焦炉机械，提高劳动生产率，一个炉组多为两座或四座焦炉组成，本设计 根据年产焦能力选定为每个炉组四座焦炉。 (1) 每座焦炉最多炭化室孔数 max N max 60 N n t 检 操 式中 检修时间，h；检 最紧张焦炉机械所承担操作的焦炉座数； n 最紧张焦炉机械每操作一炉的时间，min。t操 JN43-58-2 型焦炉周转时间为 17.2h，检修时间为 2h，当两座焦炉合用一台熄焦车时，该 车为最紧张机械，其操作时间为 6min，则： ，孔 max 17.2260 N76 2 6 (2) 根据焦炉生产能力计算定额炉孔数 邢台职业技术学院 课程设计 9 焦炉生产能力公式如下： VK G360 24nN,t/a 干 式中 G每个炉组的年生产焦炭能力，本设计中 G=106 t/a； n每个炉组的焦炉座数，取为 4； N每座焦炉的炭化室孔数； 考虑炭化室检修等原因的减产系数，取为 0.95； V炭化室有效容积，m3/孔； 干装炉煤堆积密度（干基）取为 0.75 t/m3； K干煤全焦率，取为 75%； 周转时间，h。 则每座焦炉炭化室孔数 N 为： 孔79 . 7 %7575 . 0 9 . 2395 . 0 224360 2 . 17200000 24360 KVn G 干 考虑到设计能力要稍大于实际生产能力，则 N 取为 8。 max N (3) 一座焦炉一天装煤量 t NV 1 . 200 2 . 17 75 . 0 9 . 2382424 干 2.3 工艺流程的选定 本次设计所选用的工艺流程见设备连接图。如图所示，原料煤自贮煤场运至配煤场，以 设计比例配合后送去粉碎，粉碎后的湿煤由斗槽经旋转阀以一定的给料速度送入干燥管下部， 被来自预热管的热气体流化、干燥并运输，在干燥管上部，用初次旋风分离器将干燥煤和气 体分离，再由初次旋风分离器、旋转阀将干燥煤粒送入预热管下部，在此被来自燃烧炉的高 温气体夹带着在预热管内并流上升同时被加热到预定温度。在预热管上部设有旋分器，将预 热煤和热气体分离，分离热气体后的预热煤经螺旋运输机、旋转阀、布料运输机送入热煤斗 槽。由此经旋转阀送入定量计量槽，再经密封接口放入装煤车装炉。热煤输送、储存和计量 系统均用惰性气体保护。由干燥管初次旋分器排出的气体则通过一组多管的高效二次旋分器， 将其中的细煤粒分出后直接送往预热煤斗槽。排出的气体经循环风机，使大部分气体循环到 燃烧炉，其余经洗涤，除尘后排放。燃烧炉提供的热废气进入预热管前先经过一个喷洒室， 在此可以喷入水，其作用是：当其含氧量高时，它是一个灵便的惰性气体快速发生器，在煤 邢台职业技术学院 课程设计 10 流堵塞或倒落时，用它来进行充气。 经焦炉炼焦后，炽热的焦炭从炭化室中推入焦罐，装有红焦的焦罐车运到提升塔，由提 升机提升到干熄槽顶。红焦装入干熄槽，在冷却室中与冷惰性气体进行逆流热交换，冷却到 250以下。冷却的焦炭由干熄槽底部排焦设备排到胶带输送机送往用户。冷的惰性气体由 循环风机送入干熄槽，与红焦换热后，温度升到 800左右。热惰性气体经过一次除尘器， 除去气体中夹带的粗粒焦粉后进入余热锅炉，锅炉出口处的气体温度降到 200以下，再经 二次除尘器，除去气体中的细粒焦粉，然后用循环风机送回干熄槽循环使用。 2.4 加热用煤气相关计算 所选焦炉煤气组成见表 2-4。 表 2-4 焦炉煤气组成，% 2 CO 2 OCO 4 CH mn C H 2 H 2 N (80%) 24 C H 25.02.0 (20%) 66 C H 59.04.0 (1) 干煤气热值 煤气中可燃成分的低热值（）为： 3 kJ/m 12730 ， 10840 ， 35840 ， 71170CO 2 H 4 CH mn C H 则煤气的低热值为： g 24mn DW 12730CO 10840H35840CH71170C H Q 100 1 . 17670 100 2711702535840 0 . 59108400 . 712730 3 kJ/m (2) 干煤气密度 i i 0 MW 100 22.4 4 . 22100 326 . 0286444 . 2782 . 02288 . 022871625259 =0.458 3 kg/m 式中 煤气中某成分的分子量；iMW 煤气中某成分的体积，%。 i 邢台职业技术学院 课程设计 11 (3) 湿煤气组成 焦炉煤气温度为 31.2时，1干煤气所含水汽量为 0.0464/，则湿煤气中氢气含 3 m 3 m 3 m 量为： % S H )( 2 %38.56 0464 . 0 1 59 . 0 其它气体计算与上相同，计算结果如下： ：23.89% ，：6.69% ，：1.91% ，：2.29% ，：3.82% 4 CHCO mn C H 2 CO 2 N ：0.57% ，：4.64% 2 O 2 H O (4) 湿煤气热值 3 /16887 0464 . 0 1 1 1 . 17670mKJQ SDW (5) 湿煤气密度 3 /473 . 0 0443 . 0 4 . 22 18 )0443 . 0 1 (458 . 0 mkg S 2.5 煤气燃烧计算 以 1干煤气燃烧计算 3 m (1) 理论空气需要量 理论需氧量为： L2424662 O0.01 0.5 HCO2CH3C H7.5C H -O =0.010.5 (59+7.0)+2 25+3 2 0.8+7.5 2 0.2-0.6 =0.902/ 3 m 3 m 式中 ，分别为煤气中该成分的体积，%。CO 4 CH 2 O 理论空气需要量为： /2952 . 4 902 . 0 21 100 21 100 Lo OL 3 m 3 m (2) 实际干空气需要量 /1542 . 5 2952 . 4 2 . 1 O g LL 3 m 3 m 式中 空气过剩系数，暂取为 1.2。 (3) 实际湿空气需要量 /3934 . 5 0464 . 0 11542 . 5 )(1 5 ）（ 空 MLL gg3 m 3 m 式中 由表 6-21第五项查取的5M空 空气中含饱和水汽量，/。 3 m 3 m 邢台职业技术学院 课程设计 12 (4) 废气量和废气组成 完全燃烧时，废气中只有，和过剩空气中带入的，故废气中各成分的 2 CO 2 H O 2 N 2 O 量为： 2 CO242466 V0.01 COCOCH2C H +6C H =0.01(2.4+0.7+25+2 2 0.8+6 2 0.2) =0.4/ 3 m 3 m 2 g 5 H O242466 V0.01 H2 CHC H3C H0.0464LM 空 0464 . 0 1542 . 5 0464 . 0 2 . 0238 . 02252 5 . 5901 . 0 ）（ =1.4196 / 3 m 3 m /1118 . 4 1542 . 5 79 . 0 5801. 079 . 0 01 . 0 2 2 g N LNV 3 m 3 m /1804 . 0 902 . 0 1542 . 5 21 . 0 021 2 L g O OLV 3 m 3 m 式中 ，分别为煤气中该成分的体积，%。CO 4 CH 2 O 总废气量为： 2222 COH ONO VVVVV =0.4+1.4196+4.1118+0.1804=6.1118 / 3 m 3 m 根据以上数据就可计算空气过剩系数： 2 CO 2 L2 VO0.5 CO 1 OCOCO 2 . 1 4 . 0 1804 . 0 902 . 0 4 . 0 1 式中分别为废气分析中各成分的体积，%。 22 O, CO , CO 将=1.2 代入以上煤气燃烧计算式中，可得到以下结果： =5.1542 /， =5.3934/， g L 3 m 3 m s L 3 m 3 m =0.4 /， =1.4196 /， 2 CO V 3 m 3 m 2 H O V 3 m 3 m =4.1118 /， =0.1804 /， 2 N V 3 m 3 m 2 O V 3 m 3 m 邢台职业技术学院 课程设计 13 =0.4+1.4196+4.1118+0.1804=6.1118/V 3 m 3 m 故在废气中的百分比为：=6.5% 2 CO065 . 0 1118 . 6 4 . 0 在废气中的百分比为：=23.23% 2 H O2323 . 0 1118 . 6 4196 . 1 在废气中的百分比为： =67.28% 2 N6728 . 0 1118 . 6 1118 . 4 在废气中的百分比为： =2.95% 2 O0295 . 0 1118 . 6 1804 . 0 2.6 焦炉的物料平衡与热量平衡计算 结焦时间与加热煤气参数见表 2-5。 大气参数与其它温度见表 2-6。 小烟道及总烟道废气组成见表 2-7。 入炉煤与焦炭的工业分析和元素分析见表 2-8。 表 2-5 结焦时间与加热煤气参数 加热煤气孔板设计参数 流量压力温度压力温度重度 实际裝 湿煤量 t 结焦 时间 hm3/hPaPa 3 kg/m 175391.5510731.24903250.47 17.9/ 1 0.09 19.67 表 2-6 大气参数与其它温度 大气参数荒煤气温度 压 力 Pa 温 度 相对 湿度 % 入炉 煤温 度 焦饼 中心 温度 小烟 道出 口废 气温 度 蓄热 室走 廊温 度 前半 个结 焦周 期 后半 个结 交周 期 加权 平均 101325244722105032135747807767 表 2-7 小烟道及总烟道废气组成 部位小烟道出口处总烟道 邢台职业技术学院 课程设计 14 组成 2 CO 2 O 2 CO 2 O 正常加热含量%6.042.925.24.1 停止加热含量%0.627.87 表 2-8 入炉煤与焦炭的工业分析和元素分析 项目工业分析%元素分析% 灰分挥发分 组成水分 应用基干基干基可燃基 碳氢氧氮 符号W y A g A g V r V g C g H g O g N 入炉煤98.79.7627.6328.478.924.354.981.28 焦炭12.831.201.27886.060.61 2.6.1 原始数据的处理与计算 (1) 加热煤气表流量换算成标准流量 流量孔板设计参数： 压力(P)为 4903 Pa，温度(t)为 25，水汽含量(f)为 0.026，重度()为 3 kg/m 0.47，大气压力(P0)为 101325 Pa 3 kg/m 加热用焦炉煤气工作状态参数： 表流量()为 5391.5，压力()为 5107 Pa，温度()为 31.2，水汽含量()为 1 V 3 m /h P t f 0.0378 3 m /h 则 11 f0.804f TP VV f0.804fTP 0.470.0260.8040.026273251013255107 5391.5 0.451 0.03780.8040.037827331.21013254903 =5342.5 3 m /h (2) 空气过剩系数的计算 小烟道处： 0.40062.920 11.21 0.91936.040 总烟道处： 0.40064.1 0 11.35 0.91935.20 邢台职业技术学院 课程设计 15 (3) 漏入燃烧系统的荒煤气量 g 12 1 g 22 21 V LCO = COCOL 31.641 1542 . 5 35 . 1 %62 . 0 4 . 0 %62 . 0 1542 . 5 35 . 1 9 . 5304 3 m /h 式中 总烟道废气空气系数； 停止加热后干废气中含量，%； 2 1 CO 2 CO 1荒煤气燃烧后生成体积，/。 2 2 CO 3 m 2 CO 3 m 3 m 2.6.2 物料平衡计算 A.物料入方计算物料入方计算 以 1000kg 入炉煤为计算基准，入炉煤含水百分比 W=9% (1) 入炉干煤量 Gm kg/t 100W1009 Gm10001000910 100100 (2) 入炉煤带入水分 Gs W9 Gs1000100090kg/t 100100 B.物料出方计算物料出方计算 (1) 全焦量 GJ 干基全焦率按煤的挥发分和焦饼温度 tJ相关式计算 g m V gg JmJ K(103.19-0.75V0.0067t ) (103.190.75 27.630.0067 1050)75.43% 全焦量 J 100w G1000K 100 1009 100075.43%686.436kg/t 100 (2) 无水焦油量 GJY 无水焦油产率 rrr2 JY K 18.36 1.53V0.026(V ) 2 ( 18.36 1.53 28.40.026 28.4 )4.12% 邢台职业技术学院 课程设计 16 无水焦油产量 Y r JYJY 100WA G1000K 100 10098.7 10004.12%33.91kg/t 100 (3) 粗苯量 B G 粗苯产率 rrr2 B K 1.61+0.144V0.0016(V ) 2 ( 1.61 0.144 28.40.0016 28.4 )1.19% 粗苯产量 Y r BB 100WA G1000K 100 10098.7 10001.19%9.79kg/t 100 (4) 氨量 A G 氨产率 gg A 1717 K(b N)0.14 1.28%0.22% 1414 式中 b 为氮转变成氨的转化系数，取为 0.14。 氨产量 g AA 100-W G =1000K 100 1009 10000.22%2.002kg/t 100 (5) 净煤气量 mq G 100kg 干煤及其所生成的焦炭、焦油、粗苯中的含碳量： 干煤含碳量： g m C100 78.92%78.92kg 焦炭含碳量： g J C100 75.43% 86.06%=65.17kg 焦油含碳量： g JY 1009.76 C100 4.12%0.863.2kg 100 粗苯含碳量： g B 1009.76 C100 1.19%0.9120.98kg 100 净煤气产率为： g mq %35.1767.223 . 3 max V 净煤气产量为： 邢台职业技术学院 课程设计 17 gg mqmq 100W G1000K 100 =1000tkg /885.157%35.17 100 9100 (6) 化合水量 SX G 化合水产率按煤中氧转化为化合水经验公式： gg SXm 18 Ka O 16 18 0.39 4.98%2.18% 16 式中 装炉煤中干基含氧量； g m O a 转化系数，取为 0.39。 则化合水量为: g SXSX 100W G1000K 100 100-9 10002.18%19.838kg/t 100 根据以上计算数据，列出物料平衡表见表 2-9。 表 2-9 物料平衡表 收入支出 项目数值 kg/t 占湿煤 % 项目数值 kg/t 占湿 煤 % 干煤 Gm91091全焦 GJ686.43668.64 入炉煤带入水 Gs909焦油 GJY33.913.39 粗苯 B G9.790.98 氨 A G2.0020.20 净煤气 mq G157.88515.55 化合水 SX G19.8381.98 入炉煤带入水 Gs909.00 差值0.1390.25 合计1000100合计1000100 2.6.3 热量平衡计算 A.A.热量收入计算热量收入计算 (1) 加热煤气燃烧热 邢台职业技术学院 课程设计 18 加热煤气低发热量为=17918.5KJ/ g DW Q 3 m 全炉每小时平均入炉煤量表示为，因为全炉炭化室孔数 N 为 8 孔，结焦时间为G 17h，每孔装煤量为 17.9t，则每小时装煤量为： GG GhtNG/42 . 8 17/ 9 . 178/ , 每吨入炉煤所需加热煤气量为： tmGVVOJ/04.63042 . 8 / 9 . 5304/ 3 1 则加热煤气燃烧热为： tKJVQQ OJ DW g / 8 . 1113286904.630 1 . 17670 1 (2) 加热用焦炉煤气带入的显热 Q2 加热煤气温度 mq t31.2 加热煤气平均比热为： 222 mqCO2CON2H2 C0.01 (CCOCCOCNCH 42mn CH4O2C Hmn +CCHCOCC H ) 20066 . 2 6 . 03096 . 1 255786 . 1 592812 . 1 0 . 6295 . 1 0 . 7300 . 1 246337. 1 (01 . 0 =1.3806/（）kJ 3 m 式中 ，分别为煤气中该成分的体积，%。CO 4 CH 2 O 焦炉煤气在 31.2时的饱合水含量为 0.0464 3 m / 3 m ，则加热煤气显热为： 2 g 2OJmq mq2H O mq QV (CtH OCt) =tKJ /59.5738 2 . 314976 . 1 0464 . 0 2 . 313806 . 1 84.126 (3) 漏入燃烧系统的荒煤气的燃烧热 3 Q tKJGQQ g DW /64.1345844 42 . 8 31.641 1 . 17670/ 3 (4) 空气带入的显热 4 Q 干空气的水分含量为=47%，温度为 35(蓄热室走廊温度)时饱和水分压 5630.16 Pa，大气压 P =101325 Pa N P m k m P5630.16 0.47 g0.0268 PP101325-5630.16 0.47 33 m /m 邢台职业技术学院 课程设计 19 则空气带入显热为： 2 g 4OJOkg kgkH O kg Q(V)L (C tg Ct ) G )35498.02681 . 0 352983. 1 (2952 . 4 ) 42 . 8 31.641 04.630( =142096.46/tkJ (5) 入炉干煤代入的热量 5 Q 干煤比热为： gg m AA C11.08860.7118 100100 9.769.76 11.08860.71181.0509kJ/t 100100 入炉煤带入热量为： 5mm m QG C t910 1.0509 2221039.02kJ/t 入炉煤水分代入的热量为： 6SS m QG C t90 4.1868 228289.86kJ/t B.B.热量支出计算热量支出计算 (1) 焦炭带走的热量 1 Q =1050时，=1.0718/()，=1.5282 /()， =1.8447/( J t AJ CkJkg C CkJkg V CkJ )kg 则焦炭的平均比热为： ggg JJJ JAJCV J ACV CCCC 100100100 邢台职业技术学院 课程设计 20 12.8386.061.20 1.07181.52821.8447 100100100 0.457 /()1.4748kJkg 则焦炭带走的热量为： 1JJ J QG C t686.436 1.4748 10501062973.60 kJ/t (2) 焦油带走的热量 2 Q 焦油的平均比热为： 3 JY1k C1.277 1.641210 t /() 3 1.277 1.6412107472.5029 kJkg 式中 -结焦周期前半周期荒煤气平均温度。 1k t 则焦油带走的热量为： 2JYJY 1k QG419C t 33.914192.5029 74777608.67kJ/t (3) 粗苯带走的热量 3 Q 粗苯的平均比热为： 3 B1k C