安钢75th干熄焦炉物料与热量衡算

1、安钢75t/h干熄焦炉物料与热量衡算 - 曹 文目录引言 1第1章 概述 2第一节 安钢焦化厂简介 2第二节 干熄焦的发展历史 2 第三节 熄焦工艺的基本原理 4第四节 75t/h干熄焦简介 5第2章 干熄炉的物料平衡和热量平衡 7 第一节 物料平衡和热量平衡所需要的公式 7第二节 数据采集 8第3章 干熄炉的物料平衡计算 11第一节 干熄炉的物料质量收入 11第二节 干熄炉的物料质量支出 12第4章 干熄炉的热量平衡计算 14第一节 干熄炉的热量收入 14第二节 干熄炉的热量支出 16结论与分析 20参考文献 21厂技术科提供数据 22 致 谢 23安钢75t/h干熄焦炉物料与热量衡算摘要

2、安钢焦化厂5、6#焦炉75t/h干熄焦于2009年7月28日正式投产，现已经达产，为了解干熄炉的热效率与生产使用情况，我们做了干熄炉的物料与热量衡算，为干熄焦在以后的工作中能够更加发挥出其经济和环保作用做出了更好的参考。关键词 干熄焦 热效率 经济环保ann steel 75t / h dry coke quenching the materialand heat balance calculationabstract 5 and 6 of anyang coke plant 75t/h ganxijiao 2009 july 28th, has formally put into produ

3、ction, in order to understand the great dry out the thermal furnace with production, we made the material and heat balance, as ganxijiao in the later work can play its economic and environmental effect made better reference. key words ganxijiao thermal economic and environmental protection第1章 概述第一节

4、安钢焦化厂简介安阳钢铁集团公司始建于1958年，经过40多年的发展，现已成为国家特大型钢铁联合企业，重要的钢铁生产基地。现已具备年产钢1000万吨的规模，2007年销售收入突破500亿元大关。 安钢焦化厂是安阳钢铁集团公司的主体生产厂之一，现有4.3米焦炉6座，6米焦炉2座，年焦炭生产能力为280万吨。2009年分别为5#6#焦炉和7#8#焦炉配套投用了75t/h、140 t/h两座干熄焦装置以及锅炉发电系统。焦炉炼焦车间采用湿法熄焦，每熄一吨红焦炭就要将0.5吨含有大量酚、氰硫化物及粉尘抛向天空，严重污染了大气及周围的环境。治理湿法熄焦的环境污染问题意义十分重大。干法熄焦利用惰性气体，在密闭

5、系统中将红焦熄灭，并配有良好的除尘设备，不污染环境。同时由于干熄焦能够产生蒸汽，并可用于发电，可以避免相同规模的锅炉对大气的污染，并且减少了co2向大气的排放。出炉红焦显热约占焦炉能耗的35%40%，这部分能量相当于炼焦煤能量的5%。采用干熄焦可回收80%以上的红焦显热；干熄焦生产的焦炭对采用喷煤粉技术的高炉，有利于提高煤粉喷吹量，节能效果更加明显。干法熄焦与湿法熄焦相比，干法熄焦提高了焦炭质量，使焦炭m40提高3%8%，m10改善0.3%0.8%；提高了块度的均匀性；降低了焦炭的反应性。这对降低炼铁成本，提高生铁产量极为有利。干熄焦正常生产将产生蒸汽289800t/a，经过汽轮机发电，产生的

6、电力供焦化厂使用，这样一来，就可以替代相应的燃煤蒸汽锅炉，每年可节约标准用煤量约30084 t/a，从而减少so2排放量589 t/a，减少烟尘排放量约为1656 t/a，减少nox排放量约为275 t/a，减少co2排放量约为66304 t/a，由此可知，干熄焦不但节约了能源，降低了能耗，减少温室空气的排放量，还可以改善焦化厂区的环境空气质量，环境效益明显。第二节 干熄焦的发展历史 干熄焦起源于瑞士，20世纪40年代许多发达国家开始研究开发干熄焦技术，采取的方式各异，而且一般规模较小，生产不稳定。进人60年代，前苏联在干熄焦技术方面取得了突破进展，实现了连续稳定生产，获得专利发明权，并陆续在

7、其国内多数大型焦化厂建成干熄焦装置。到目前为止，前苏联有40的焦化厂采用了干熄焦技术，单套处理量在5070th。但前苏联干熄焦装置在自动控制和环保措施方面起点并不高。 20世纪70年代的全球能源危机促使干熄焦技术得到了长足发展。资源相对贫乏的日本，率先从苏联引进了干熄焦技术，并在装置的大型化、自动控制和环境保护方面进行改进。到90年代中期，日本已建成干熄焦装置31套，其中单套处理能力在100 th以上的装置有17套，日本新日铁和nkk等公司建成的干熄焦单套处理量可达到200 th以上；装焦方式采用了料钟布料，排焦采用了旋转密封阀连续排焦，接焦采用了旋转焦罐接焦等技术，使气料比大大降低，极大地降

8、低了干熄焦装置的建设投资和装置的运行费用；在控制方面实现了计算机控制，做到了全自动无人操作；在除尘方面，采用了除尘地面站方式，避免了干熄焦装置可能带来的二次污染。日本的干熄焦技术不仅在其国内被普遍采用，同时它将干熄焦技术输出到德国、中国、韩国等国家，其干熄焦技术已达到国际领先水平。 20世纪80年代，德国又发明了水冷壁式干熄焦装置，使气体循环系统更加优化，并降低了运行成本。德国蒂森斯蒂尔奥托(tsoa)公司成功地将水冷栅和水冷壁置人干熄炉，并将干熄炉断面由圆形改成方形，同时在排焦和干熄炉供气方式上进行了较大改进，干熄炉内焦炭下降及气流上升，实现了均匀分布，大大提高了换热效率，使气料比降到了10

9、00 m3t焦以下，进一步降低了干熄焦装置的运行费用。tsoa干熄焦技术在德国得到推广，同时该技术还输出到韩国和中国的台北。 干熄焦工艺发展至今，虽然出现了不同的形式，但基本工艺流程大同小异，只是在装焦、排焦、循环气体除尘等方面有所区别。具有代表性的有德国tsoa公司设计的干熄焦工艺和日本新日铁设计的干熄焦工艺，这两种典型的干熄焦工艺在消化吸收前苏联干熄焦成熟技术的基础上都有所创新，形成各自的特点，并使干熄焦技术及其应用达到了较先进的水平。中国的鞍山焦耐院和首钢设计院，以及武钢、宝钢、首钢在吸收消化日本干熄焦技术方面做了一些有益的工作，并积累了较为丰富的经验。 干熄焦是目前在国外已经成为较广泛

10、应用的一项节能技术，近几年在我国得到了快速发展，在很多工程中得到了应用，武钢、马钢、通钢等一些大型钢厂干熄焦工程已陆续投产，并已取得了一定的经济效益和社会效益。第三节 熄焦工艺的基本原理 干熄焦即干法熄焦，在密闭的系统中用循环使用的惰性气体将红焦冷却，温度约1000的红焦在干熄炉的冷却室内与循环风机鼓入的冷惰性气体进行热交换。吸收了红焦显热的惰性循环气体（本书中又称为烟气）温度上升到800900，焦碳温度将到200以下，惰性气体经过一次除尘器后温度上升到900 -1000，进入干熄焦余热锅炉换热,干熄焦锅炉换热后产生蒸汽用于发电或外送用户利用。 干熄焦主体主要包括干熄炉和余热锅炉两部分，主要包

11、括以下设备：红焦提升运输设备、炉体设备、锅炉设备、气体循环设备、附属公用设备。第四节 75t/h干熄焦简介安钢焦化厂75t/h干熄焦系统主要由干熄炉、装入装置、排焦装置、提升机、电机车及焦罐台车、焦罐、一次除尘器、二次除尘器、干熄焦锅炉系统、循环风机、除尘地面站、水处理系统、自动控制系统、发电系统等部分组成。 从炭化室推出的红焦由焦罐台车上的焦罐接受，焦罐台车由电机车牵引至干熄焦提升井架底部，由提升机将焦罐提升至提升井架顶部；提升机挂着焦罐向干熄炉中心平移的过程中，与装入装置连为一体的炉盖由电动缸自动打开，装焦漏斗自动放到干熄炉上部；提升机放下的焦罐由装入装置的焦罐台接受，在提升机下降的过程中

12、，焦罐底闸门自动打开，开始装入红焦；红焦装完后，提升机自动提起，将焦罐送往提升井架底部的空焦罐台车上，在此期间装入装置自动运行将炉盖关闭。装入干熄炉的红焦，在预存段预存一段时间后，随着排焦的进行逐渐下降到冷却段，在冷却段通过与循环气体进行热交换而冷却，再经振动给料器、旋转密封阀、溜槽排出，然后由专用皮带运输机运出。冷却焦炭的循环气体，在干熄炉冷却段与红焦进行热交换后温度升高，并经环形烟道排出干熄炉；高温循环气体经过一次除尘器分离粗颗粒焦粉后进入干熄焦锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，温度降至约130的低温循环气体由锅炉出来，经过二次除尘器进一步分离细颗粒焦粉后，再进入干熄炉循环使用。干熄焦过程中焦

13、炭在干熄炉内从上往下流动时，增加了焦块之间的相互摩擦和碰撞次数，大块焦炭的裂纹提前开裂，强度较低的焦块提前脱落，焦块的棱角提前磨蚀，这就使冶金焦的机械稳定性改善了，并且块度在70mm以上的大块焦减少，而2575mm的中块焦相应增多，也就是焦炭块度的均匀性提高了，这对于高炉也是有利的。干熄焦时焦炭在干熄炉内往下流动的过程中，焦炭经受机械力，焦炭的结构脆弱部分及生焦变为焦粉筛除掉，不影响冶金焦的反应性。 根据化验所得，干熄焦比湿熄焦焦炭m40可提高3%5%，m10可降低0.2%0.5 %，反应性有一定程度的降低，干熄焦与湿熄焦的全焦筛分区别不大。由于干熄焦焦炭质量提高，可使高炉炼铁入炉焦比下降2%

14、5%，同时高炉生产能力提高约1%。但在干熄焦过程中，由于在冷却段红焦和循环气体发生化学反应，并从气体循环系统中放散掉一部分循环气体，不可避免地会损失一部分焦炭，干熄焦的冶金焦率比湿熄焦降低1%1.25%。但由于干熄焦炭表面不像湿熄焦炭那样粘附细焦粉，实际上干熄焦进入高炉的块焦率只比湿熄焦降低0.3%0.8%。 干熄焦可回收利用红焦约83%的显热，每干熄1t焦炭回收的热量约为1.35gj。 干熄焦采用惰性循环气体在密闭的干熄炉内对红焦进行冷却，可以免除对周围设备的腐蚀和对大气的污染。此外由于采用焦罐定位接焦，焦炉出焦的粉尘污染也更易于控制。干熄炉炉顶装焦及炉底排、运焦产生的粉尘以及循环风机后放散

15、的气体、干熄炉预存段放散的少量气体经除尘地面站净化后，以含尘量小于100mg/m3的高净化气体排入大气。 干熄焦有很大经济效益。影响最大的因素是建设投资和动力消耗。干熄焦建设的投资，如果按相同的产汽能力折算，与动力锅炉房投资相比，大约为5倍，如果再计入开采动力煤的煤矿投资，则干熄焦产汽折算的投资只是动力产汽投资的1.25倍，并不太大。 随着干熄焦技术的发展，干熄焦在能源回收利用以及因其焦炭质量提高而在高炉炼铁方面的延伸效益也越来越明显。特别是对于大型高炉，采用干熄焦的焦炭可使其焦比降低2%5%，同时高炉生产能力提高约1%。因此，对干熄焦的经济效益，除了要计算其回收红焦的显热产生蒸汽加以利用的直

16、接经济效益外，还要计算其在高炉炼铁方面的延伸效益。第2章干熄炉的物料平衡和热量平衡第一节 物料平衡和热量平衡所需要的公式干熄炉的质量收入项总和(1) 干熄炉质量收入项总和式中：g1=进入熄焦炉的红焦质量， kg/hg2=进入干熄炉循环气体的质量， kg/hg3=随气体循环的进口灰尘质量， kg/hg4=进入干熄炉的二次风质量， kg/h(2) 干熄炉质量支出项总和式中：ga=干熄炉出口冷焦质量， kg/hgb=干熄炉出口循环气体的质量， kg/hgc=随气体循环的出口灰尘质量， kg/hgd=预存段调节阀放散气体质量， kg/hge=干熄炉内焦炭的烧损质量， kg/h（3）干熄炉能量收入项总和

17、式中：q1=红焦带入干熄炉的热量， kj/hq2=循环气体带入干熄炉的热量， kj/hq3=焦炭在干熄炉内燃烧产生的热量， kj/hq4=二次风带入的热量， kj/hq5=挥发份燃烧带入的热量， kj/h（4）干熄炉能量支出项总和 式中：qa=冷焦带出干熄炉的热量， kj/hqb=循环气体带出干熄炉的热量， kj/hqc=干熄炉表面散热， kj/hqd=二次风进入带走的热量， kj/hqe=干熄炉出口集尘带出的热量， kj/hqf= 预存段调节阀放散气体带出的热量， kj/h第二节 数据采集通过我们连续三天的试验，采集了一部分现场数据，通过平均和计算，列出了以下几个表格。表2-1 循环气体组成

18、采集数据记录循环气体组成和比热循环气体组成co2o2coh2n214.750.862.620.4381.34高温919时比热2.17421.4661.39981.32291.3809低温133时比热1.72781.32251.37011.29141.3011 表2-2 装入、排出焦炭参数记录日期装入红焦重量（kg）冷焦排出（kg）9月27日612498.8609548.69月28日1303132.61301105.89月29日1364514.21345421.69月30日629252.5560270.32平均54297.2（kg/h）53004.81（kg/h）表2-3 采集数据记录参数温度（

19、）比热密度循环气体高温出口t1=919c1=1.49891.271循环气体低温入口t2=133c2=1.3661放散到大气中的循环气体tr=526cr =1.4325进入系统的冷空气t空气=21c空冷=1.3191.292排出系统的循环气体t空热=919c空热=1.4262装入干熄炉的红焦t1=1038c1=1.5108排出的冷焦t2=137c2=0.9233高温灰尘t灰=919c灰=0.97328表2-4 干熄炉表面温度差记录时间预存段温差冷却段温差 大气温度红焦温度（26炉）26炉平均9月27日4066209月28日3969219月29日387022 9月30日396720平均396821

20、1038 注：红焦温度取自动焦饼测量装置测量数值，比插管测量值大约低20表2-5 物料衡算参数及技术科提供经验数据循环气体含尘量除尘器前g12排出的冷焦量g253004.81循环气体含尘量除尘器后g0.82循环气体体积v69461循环气体高温出口温度t19191kg焦炭燃烧所需7.73循环气体低温入口温度t2133的空气体积干熄炉辐射、对流系数（20.7+20.3）灰分含量系数0.13%焦炭燃烧热30543焦炭烧损率0.95%装入的红焦量g154297.2焦炭灰分13%干熄炉冷却段外表面积400干熄炉预存段外表面积202时间循环气入口出口排焦气体分析装入体流量温度温度温度co2o2coh2n2

21、炉数9.2771198.3313686812616.290.912.880.4279.5539.2869991.7913490214215.100.922.700.4280.86889.2968597.8113488513814.780.742.250.4281.82929.3068056.2213089914212.850.872.660.4783.7875平均6946113388913714.750.862.620.4381.34280表2-6 干熄焦参数原始记录(三日平均) 表2-7 除尘排灰记录仓号排灰时间总重车重净重水份（%）去水后重量北仓9.2713.189.184.0017.43

22、.304北仓9.2814.889.245.6413.24.89552北仓15.309.45.9013.25.1212南仓14.268.985.2817.24.37184南仓11.148.982.1617.21.78848北仓11.589.012.5718.22.10226南仓9.2914.509.045.4612.04.8048南仓14.2611.13.1612.02.7808北仓12.897.865.0312.84.38616北仓13.638.145.4912.84.78728北仓9.30 15.2211.433.7913.63.27456北仓15.0410.664.3813.63.7843

23、2南仓13.968.765.2012.24.5656南仓15.508.726.7812.25.95284累计72小时单位：吨55.91966平均每小时单位：公斤776.65 第3章 干熄炉的物料平衡计算第一节 干熄炉的物料质量收入根据质量守恒定律，可以得出干熄炉质量物料总收入等于总支出即： g收入=g支出式中：g收=干熄炉质量收入项总和 kg/hg1=进入熄焦炉的红焦质量 kg/hg2=进入干熄炉循环气体的质量 kg/h g3=随气体循环的进口灰尘 kg/hg4=吸入到系统空气量 kg/h（1）g1=熄炉的每小时红焦装入量焦炭重量数据见采集表(1-3)g1=54297.2 kg/h（2）g2=

24、进入干熄炉循环气体的质量 kg/h由循环气体进口流量表连续计数平均可以得出循环气体进口流量进口循环气体质量g2=循环气体进口流量v循环气体密度g2=694611.271=88284.9 kg/h（3）g3=随气体循环的进口灰尘 由技术科提供气体中灰分含量为0.8210-3 kg/h g3=循环气体进口流量v灰分含量g3=694610.8210-3=56.96 kg/h（4）g4=系统空气量kg/h通过空导开启和炉门装入装置开启进入的空气量，以焦炭烧损量所用的空气量计算。vn.y_(按反应式c+o2=co2)燃烧1 kg焦炭所需空气的体积，m3vn.y= =7.73 m3式中m 考虑到焦炭灰分含

25、量的系数，对于灰分为13%的焦炭来说，灰分系数为0.13%4.76 标准状态下，含1 m3氧气的空气的体积m3g4=g10.95%7.731.292=5151.61 kg/h所以（按焦炭） =54297.2+56.96=54354.16kg/h第二节 干熄炉的物料质量支出干熄炉质量支出项总和式中：ga=干熄炉出口冷焦质量， kg/hgb=干熄炉出口循环气体的质量， kg/hgc=随气体循环的出口灰尘质量， kg/hgd=预存段调节阀放散气体质量， kg/hge=干熄焦炉内焦炭的烧损质量， kg/h（1）ga=干熄炉出口冷焦质量， kg/h 见表2-2由干熄焦中控室排焦点电子称计量数据为5300

26、4.81 kg/h（2）gb=干熄炉出口循环气体的质量， kg/h gb=g2=88284.9 kg/h（3）gc=随气体循环的出口灰尘质量， kg/h由技术科提供 出口气体中灰分含量为12 g/ m3gc=6946112-3 kg/h =833.53 kg/h（4）gd=预存段调节阀放散气体质量， kg/h由经验值取得v放=4053.19 m3/hgd=v放放散气体密度 =4053.191.271=5151.61 kg/hge=干熄焦炉内焦炭的烧损质量， kg/h焦炭烧损率由公式计算为0.95%ge=g10.95%=515.82 kg/h焦炭烧损率也可由以下公式验算出焦炭烧损率（干熄炉焦炭装

27、入量排焦量焦粉产量）干熄炉焦炭装入量100%其中，干熄炉焦炭装入量和焦粉产量（包括干熄焦本体除尘及环境地面除尘焦粉产量） = =0.949%所以（按焦炭） =53004.81 +833.53+515.82=54354.16 kg/h表3-1 物料收入（kg/h）装入干熄炉的红焦 g1以提升机电子称累计54297.2循环气体量 g2v88284.9随气体循环的灰尘量 g3（v0.82）/100056.96吸入到系统空气量 g4gvn.y5151.61合计（按焦炭）54354.16表3-2 物料支出（kg/h）干熄炉出口冷焦质量 ga以排焦电子称累计53004.81干熄炉出口循环气体的质量 gbg

28、b = g288284.9随气体循环的出口灰尘质量 gc（g212）/1000833.53预存段调节阀放散气体质量 gdv放放散气体密度5151.61干熄焦炉内焦炭的烧损质量 geg515.82合计（按焦炭）54354.16g收入=g支出第4章 干熄炉的热量平衡计算第一节：干熄炉的热量收入 q1-红焦带入干熄炉的热量已知：红焦温度t1=1038 ,比热容c1=1.5108则得：q1=g1t1c1 =54297.210381.5108 =8.5149107 kjh-1表4-1 焦炭平均比热容与灰分和温度的关系表kj/(kg. ) 温度（）焦炭灰分12.0%13.0%14.0%00.73970.7

29、3870.73761000.88150.87960.87802000.99830.99700.995710001.51581.50911.502411001.56101.55431.5476q2-循环气体带入热量当工作制度不是稳定时，循环气体的组分变动范围是较大的。工作制度稳定时，循环气体的组分是很稳定的。对于稳定的工作制度来说，在标准状态下，循环气体平均比热容为单种组分含量与比热容成绩之和，由于循环气体出口温度取样点在锅炉入口处，而且在生产过程中经常开启旁通，致使循环气体温度下降较多，技术科指导修正为加30度，即在此取919度为宜。c=循环气体平均比热容=则。高温循环气体（919）平均比热容

30、为：=1.4989低温循环气体（133）平均比热容为：=1.3661已知循环气体温度t2= 133 比热容c2=1.3661则得：q2 = vt2c2 =694611331.3661 =1.2621107 kjh-1表4-2 常压下气体的平均比热容kj/(m3. ) 温度（）co2o2coh2n2空气01.59871.30491.29701.27611.29631.31791001.66911.31671.30121.28861.29491.32332001.78611.33421.51001.29701.31371.33099002.16771.46351.39741.32211.37861

31、.423810002.20201.47651.411.32631.39071.4363密度kg.m-31.9631.4281.2500.0901.2501.292q3=烧损焦炭带入热量已知 q3= g10.95%30543=1.5755107 kjh-1q4-二次风量带入热量根据焦炭烧损率于所用空气比值为1：7.73t空=21 c空=1.319可得:q4=g10.95%7.731.31921 =0.011107 kjh-1q5=挥发份带入的热量， 由于目前的条件限制，无法准确测出其红焦含量及燃烧值，在此取q5=0.021107 kjh-1合计： =（8.5149+1.2621+1.5755+0

32、.011+0.021）107 =11.3845107 kjh-1第二节 干熄炉的热量支出 qa-冷焦带走热量已知冷焦温度比热容ta=137 ca=0.9233可得qa = gataca=53004.811370.9233=0.6705107 kjh-1qb-循环气体带走热量已知出口循环气体温度tb= 919 比热容cb=1.4989可得 qb = vtbcb =694619191.4989=9.5682107 kjh-1qc-炉体散热 f-干熄炉外表面积 ， 冷却段外表面积400 m2 预存段外表面积202m2 =（20.7+20.3）39400+（20.7+20.3）68202=0.1203

33、107 kjh-1qd-冷空气进入带走热量已知 v冷=515.827.73=3987m3 c冷=1.319 t冷=21 c热=1.4262 t热=919 可得qd =3987（9191.4262-211.319）=0.5115107 kjh-1qe-灰尘带走热量已知灰尘质量gc=833.53-56.96=776.57 t循=919 c循=0.9732 可得 qe=gct循c循= 776.579190.9732 =0.0695107 kjh-1qf-放散气体散热已知 v放=5151.61/1.271=4053.19m3 t放=526 c放=1.4325可得qf = v放t放c放=4053.195

34、261.4325= 0.3054107 kjh-1= (0.6705+9.5682+0.1203+0.5115+0.0695+0.3054) 107=11.2454107 kjh-1q收=11.3845107 kjh-1误差为 1.22%表4-3 热量收入红焦带入干熄炉的热量q1= g1t1c1 8.5149107循环气体带入热量q2 = vt2c21.2621107烧损焦炭带入热量q3= g10.95%1.5755107二次风量带入热量q4= g10.95%7.73 t空c空 0.011107挥发份带入的热量q5取经验值0.021107合计11.3845107 kjh-1表4-4 热量支出冷焦带走热量qa = gataca0.6705107 kjh-1循环气体带走热量vtbcb9.5682107 kjh-1炉体（冷却+预存）散热0.1203107 kjh-1冷空气进入带走热量qd = v冷（c热t热-c冷t冷）0.5115107 kjh-1灰尘带走热量qe=（gc- g3）t循c循0.0695107 kjh-1放散气体散热qf = v放c放t放0.3054107 kjh-1合计11.2454