【精品】炼焦工艺设计(化工专业课程设计)

1、思砺孝馆kunming university课程设计题目：炼焦工艺设计学生姓名：张良专业班级：化工2%院 系：资源与环境工程系指导教师： 关兴刘贝2011年9月20日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 善焦灰质量、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。主耍内容包括：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

2、，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、 焦炉蒂热宗结构图。关键词：冶金焦，炼焦，工艺设计目录1文献综述11.1概述112炼焦用煤准备11.2.1原料煤的接受与贮存11-2.2配煤与粉碎11-2.3装炉煤的干燥和预热21-2.4添加改质粘结剂及瘦化剂21. 3炼焦生产1-3.1炼焦炉及其辅助设备1.3.2焦炉生产操作1. 4炼焦新技术41.5发展前景51.5.1世界焦炭生产发展趋势51-5.2我国焦炭生产和炼焦技术发展的展望516本次设计要完成的任务.62炼焦工艺的设计与计算.62. 1入炉煤的选择62. 2焦炉炉型选72. 3工艺流程的选定9102. 4加热用煤气相关计算2

3、. 5煤气燃烧计算11132.6.1原始数据的处理与计算142.6.2物料平衡计算2.6.3热量平衡计算182. 6焦炉的物料平衡与热量平衡计算312.6.5炼焦耗热:322. 7炉体水压计算322.7.1炉内各点压力计算322.7.2加热系统各部位浮力计算432.7.3加热系统各部位压力计算2.6.4焦炉热效率472.8烟囱高度计算3环境保扩544结论55致谢56参考文献571文献综述1.1概述煤在焦炉内隔绝空气加热到iooo°c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锚或高温炼焦。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

4、业部门作为燃料或原料; 炼焦过程中得到的干懈煤气经过凹收、精制得到齐种芳香桂和杂环化合物，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z。1.2炼焦用煤准备炼焦煤入炉前的预处理包括來煤接受、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。为扩人弱粘煤用量，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l-lo1.2.1原料煤的接受与贮存原料煤的接受通常

5、在贮煤场进行焦化厂设置贮煤场的h的：一是要保证洗选干燥焦炉的连续性生产；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 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人影响，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z前，即对单种煤进行进行干燥后再配合、粉碎，由于煤干

6、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（150 250°c）,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，是扩人炼焦煤源的重人方法。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

7、强度时，将在焦炭屮产生裂纹。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锚的地方；燃烧窣是煤气燃烧的地方，两者 依次相间，其间的隔墙面平均温度

8、为13oo°c,炭化室平均温度为noo°c,局部区域 还要髙些。2）斜道区：位于蓄热室与燃烧室z间，它是连接燃烧室和蓄热室3）蓄热室：位于焦炉炉体卜部，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

9、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憎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屮煤料在高温下干徭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、焦炉机械炼焦生产屮焦炉专用机械，顶装焦炉用的有装煤车、拦焦机、推焦机、熄焦车；捣同焦 炉则用装煤推焦机代替装煤车和推焦

10、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卜-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人致可分为三个阶段：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

11、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) 熄焦由于煤干餾成焦的最终温度为9501050°c,所以从炭化宗推出的是炽热的焦炭，将具熄 灭至300°c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6080血

12、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壯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h 趋突出，因此自50年代起，徳国、法国、美国、h本、前苏联和我国等主耍焦炭主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°c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，再平移到干熄炉 炉顶。焦罐中

13、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°c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°c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/n?以下，进入干熄 焦锅炉换热，在这里惰性气体温度降至200°c以下。冷惰性气体由锅炉出来，经二次除尘器， 含尘量降至lg/n?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

14、善环境方而配备了完整的设 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、法国等国家曲于焦 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冋升，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

15、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，与焦炭需求量是基木平衡的。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。近儿年来，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 铁产量不会有人的增长，钢产量将在112

16、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，我国现有人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。1.6本次设计要完成的任务木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,

17、 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，其屮计算包括加热煤 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。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

18、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，在配煤屮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

19、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， 增人焦饼收缩，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 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，有时在焦块屮有颗粒物存在，因此焦炭的耐磨强度低，配

20、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 煤炼焦屮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，提髙化学产品的收率，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丄艺设计的要求， 本设计采用的配煤方案见表21,所选煤的t业分析与元素分析见表22。表21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22所选煤的工业分析与元素分析项目丁业分析元素

21、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wayagvsvrcghgogng入炉煤98.79.7627.6328.478.924.354.981.282.2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2-3o该焦炉是出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。每个炭化室下而 设两个宽度相同的蓄热室，在蓄热室界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

22、炭化室全高mm4300炭化室有效高mm4000炭化宗宽度机侧mm425焦侧mm475平均mm450锥度mm50炭化室屮心距mm1143立火道中心距mm480加热水平高度mm800炭化室有效容积3 m23.9炭化室墙厚度mm100炉顶厚度mm1178结焦时间h17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，木设计 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叫叶（检）x60式中7检检修时间，h；h最紧张焦炉机械所承担操作的焦炉座数；t操最紧张焦炉机械每操作一炉的时间，minojn43-58-2型焦炉周转时间为17.2h,检修时间为2h,当两座焦炉

23、合用一台熄焦车时，该车为最紧张机械，其操作时间为6min,则:max(17.2-2)x6026= 76,孔(2) 根据焦炉生产能力计算定额炉孔数 焦炉生产能力公式如下：g = 360x24 nn 卩-, t/a t式中g每个炉组的年生产焦炭能力，本设计中g=106t/a；n每个炉纽的焦炉座数，取为4；n每座焦炉的茨化室孔数；u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，n?/孔；pt装炉煤堆积密度(干基)取为0.75 t/nak干煤全焦率，取为75%；t周转时间，ho则每座焦炉炭化室孔数n为：xtgt200000x17.2n =360 x 24nvp 干 k 360x24x

24、2x 0.95 x23.9x 0.75 x 75%考虑到设计能力要稍大于实际生产能力，则n取为8< nniax。(3) 一座焦炉一天装煤量24nvpt=24x8x23.9x0.75 =200 k17.22.3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主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

25、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, 将其中的细煤粒分岀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 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屮推入焦

26、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°c 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°c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°c以下，再经二次除尘器, 除去气体中的细粒焦粉，然后用循环风机送冋干熄槽循环使用。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，co2。2coch4cinhnh2n22.40.6

27、7.025.02.0c2h4 (80%)59.04. 0c6h6 (20%)(1) 干煤气热值煤气屮可燃成分的低热值(kj/n?)为：co12730 , h210840 , ch斗一35840 , cmhn71170则煤气的低热值为:g dw_ 12730(20 + 10840比 +35840(2比 + 71170(也_ 100= 17670.1 kj/m312730x7.0+ 10840x59.0+ 35840x25+ 71170x2100(2) 干煤气密度100x22.4io59x2+ 25x16 +7x28+ 2x0.8x28+ 2x0.2x78+ 2.4x44 +6x28 +0.6x3

28、2100x22.4=0.458 kg/m3式中(mw煤气中某成分的分子量；煤气中某成分的体积，%o(3) 湿煤气组成焦炉煤气温度为31.2°c时，1 n?干煤气所含水汽量为0.0464 m3/m3,则湿煤气中氢气含量为:(比人=059=56.38% 51 + 0.0464其它气体计算与jl相同，计算结果如下:ch4： 23.89% , co： 6.69% , cmhn: 1.91% , co2： 2.29% , n2： 3.82%4.64%o2： 0.57% , h2o：(4) 湿煤气热值(加2767o.lxttrl6887s，(5)湿煤气密度ps = 0.458 x(l- 0.04

29、43) + 芫 x 0.0443 = 0ah3kg 丨2.5煤气燃烧计算以1 m干煤气燃烧计算(1) 理论空气需要量理论需氧量为：ol = 0.01 0.5 (比 + co) + 2ch4 + 3c2h4 + 7.5c6h6-o2_=0.010.5 x (59+7.0)+2 x 25+3 x2x0.8+7.5 x2x 0.2-0.6 =0.902 m3/m3式屮co, ch4, o2分别为煤气屮该成分的体积，%o 理论空气需要量为：l = xol = x0.902 = 4.2952 m3/m3 ° 21 l 21(2) 实际干空气需要量r =al() =1.2x4.2952 = 55

30、42 m3/m3式屮a空气过剩系数，暂取为1.2。(3) 实际湿空气需要量r = lsfl + (m5) = 5.1542x(14-0.0464) = 5.3934 m3/m3式中(ms)空由表6-2111第五项查取的空气中含饱和水汽量，m3/m30(4) 废气量和废气组成完全燃烧时，废气中只有co2, h2o量为：叫和过剩空气中带入的o?，故废气中各成分的vcoi = 0.01 (co? + co + ch4 + 2c2h4 +6c6h6)=0. 01 (2. 4+0. 7+25+2x2x0. 8+6x2x0. 2)=0.4m3/m3vh2o = 0.01 h2 4- 2(ch4 + c2h

31、4) + 3c6h6 + 0.0464 +1/ x (ms)空=0.01 x 59.5 + 2 x (25 + 2 x 0.8) + 3 x 2 x 0.2j + 0.0464 + 5.1542 x 0.0464 =1.4196 m3 / m3% =0.01n? =0.79/7 =0.01x58 + 0.79x5542 = 4118 m3/m3v。=021l? - ol =0.21x5.1542-0.902 = 08()4 m3/m3式中co, ch4, o2分别为煤气中该成分的体积，%o 总废气量为：+ vh,o+ vn,=0.4+1.4196+4.1118+0.1804=6.1118 m3

32、/m3 根据以上数据就可计算空气过剩系数：!, vco2 (o2)-0-5(co)ol (co2)+(co),0.40.18040.9020.4式中(o2),(co),(co2)分别为废气分析中各成分的体积，%0将a=1.2代入以上煤气燃烧计算式屮，可得到以下结果:1? =5.1542 m3/mvcoy =0.4 m ' / m3, vh 0 = 1.4196 m3 / m3,vy 二4.1118 m3/mv。, =0.1804 m3/m3,v =0.4+1.4196+4.1118+0.1804=6.1118 m3/m3()4故co,在废气屮的百分比为：一:= 0.065=6.5% 6

33、.11181 4196hq在废气中的百分比为： = 0.2323=23.23%-6118n.在废气中的百分比为：4,1 118= 0.6728 =67.28%26.1118o.在废气屮的百分比为：吐兰=0.0295 =2.95%-6.11182.6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2-5o大气参数与其它温度见表2-6o小烟道及总烟道废气组成见表2-7o入炉煤与焦炭的工业分析和元索分析见表2-8o表2-5结焦时间与加热煤气参数结焦时间h加热煤气孔板设计参数实际裝湿煤量t流量压力温度压力温度重度m3/hpa°cpa°ckg/m317.9/(1-0.09)17

34、5391.5510731.24903250. 47= 19.67表2-6大气参整与其弃温度大气参数入炉 焦饼 小烟 蓄热荒煤气温度。c压 力 pa温度°c相对湿度%煤温度°c中心温度°c道出 口废 气温 度°c室走廊温度°c前半个结 焦周 期后半个结 交周 期加权平均101325244722105032135747807767表27小烟道及总烟道废气组成部位小烟道出口处总烟道组成co2。2co2。2正常加热含量6. 042.925.24. 1停止加热含量0. 627.87表28入炉煤与焦炭的工业分析和元素分析项日工业分析元素分析组成水分灰分挥发

35、分碳氢氧氮应用基干基干基可燃基符号wayagvsvrcshg0sng入炉煤98.79. 7627.6328.478.924354. 981.28焦炭12.831. 201.27886.060.612.6.1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,温度为25°c,水汽含量(f)为0.026kg/m3,重度(°)为0.47kg/m3, 大气压力(po)为101325 pa加热用焦炉煤气工作状态参数：表流量(v：)为5391.5n?/h,压力(p)为5107 pa,温度(t)为31.2°c,水汽含量(厂)为

36、0.0378 m3/hv严v： i(q + f)(°：8°4 + f)tp'(p, + fr)(q.804 + f/)tr p= 5391.5xa(0.47 + 0.026)x(0.804 + 0,026)x(273 + 25)x(101325 + 5107) (0.451 + 0.037$) x (0.804 + 0.0378) x (273 + 31.2) x (101325 + 4903)=5342.5 m3/h(2)空气过剩系数的计算小烟道处：(0.4006 2.92-0a = 1 +x= 1.210.9193 6.04-0总烟道处：0.4006 4一0&a

37、mp; = 1 +x= 1.350.9193 5.2-0(3)漏入燃烧系统的荒煤气虽"(cc)2)2-(ccuau= 641.31 m7h5304.9x1.35x5.1542x0.62%0.4-0.62%xl.35x5.1542式中a总烟道废气空气系数;(coj停止加热后干废气屮co?含量，%；(co2)21 m3荒煤气燃烧后生成co?体积，m5/m3。2.6.2物料平衡计算a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二9%(1) 入炉干煤量gmgm = 1000x100 w100= 1000x100-9100= 910kg/t(2) 入炉煤带入水分gsgs =

38、1000x= 1000x = 90kg /1100 100b物料出方计算全焦量gj干基全焦率按煤的挥发分v善和焦饼温度tj相关式计算kf= (103.19-0.75-0.0067tj)= (103.19-0.75 x 27.63 - 0.0067 x 1050) = 75.43%全焦量 gj =1000x10°wxkj 100= 1000x 1009 x 75.43% = 686.436kg/t100(2) 无水焦油量gjy无水焦油产率 kl = -18.36 +1.53vr -0.026(v1 )2= (-18.36 +1.53 x 28.4 - 0.026 x 2&4?

39、) = 4.12%inn_ w_ a y无水焦油产量ggoooxrxk；iooox100 9 8.7ioox4.12% = 33.91kg/t(3) 粗苯量gb粗苯产率k； = -1.61 +0.144vr -0.0016(vr )2= (-1.61 + 0.144x 2&4 - 0.0016 x 28.42 ) = 1.19%1()0_ w_ a y粗苯产量ggoooxrg=iooox100-9-8,7 x 1.19% = 9.79kg/1100氨量ga氨产率=(b-ng-1?) = 04x 1.28% x17= 0.22%a1414式中b为氮转变成氨的转化系数，取为0.14。氨产量

40、ga = 1000x100_wxka100人100-9=ioooxx 0.22% = 2.002kg/t100(5)净煤气量100kg干煤及其所生成的焦炭、焦油、粗苯屮的含碳量:干煤含碳量：c= 100x78.92% = 78.92kg焦炭含碳量：cj =100x75.43% x86.06%=65.17kg焦油含碳量：cfy =100x4.12%x100_ 976 x 0.86 二 3.2kgjy 100粗苯含碳量：q -100xl.l9%xi00_976xo.912-0.98kg100净煤气产率为：k；爲二二= 3.3x22.67 =17.35%净煤气产量为:gq=l000x100-w100

41、xk囂二 1000x l0°9 x 17.35% = 157.885/r100(6)化合水量gsx化合水产率按煤中氧转化为化合水经验公式：1 q1 qk|x =a-o = 0.39x4.98%x = 2.18% sx m 1616式中o鳥装炉煤中干基含氧量； a 转化系数，取为0. 39o则化合水量为：100-wgsx =1000xxk4sx 100 sx=1000 x 100-9 x2.18% = 19.838kg/t100根据以上计算数据，列岀物料平衡表见表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/trwm%干煤gm91091全焦 gj686. 43

42、668.64入炉煤带入水gs909焦汕 gjy33.913. 39粗苯 gb9. 790. 98氨ga2. 0020. 20净煤气gmq157. 88515.55化合水gsx19. 8381. 98入炉煤带入水gs909. 00差值0. 1390. 25合计1000100合计10001002.6.3热量平衡计算a.热量收入计算 (1)加热煤气燃烧热加热煤气低发热量为ql、,二17918. 5kj/m3全炉每小时平均入炉煤量表示为g,因为全炉炭化室孔数n为8孔，结焦时间厂为17h, 每孔装煤量g为17. 9t,则每小时装煤量g为：g =7vg/r = 8xl7.9/17 = 8.42f/2每吨入

43、炉煤所需加热煤气量为:yoj =vi/g = 5304.9/8.42 = 630.04m3 it则加热煤气燃烧热为:0 = qf = 17670.1 x 630.04 = 11132869.8/cj /1(2)加热用焦炉煤气带入的显热q2加热煤气温度=31.2 °c加热煤气平均比热为：cnq 0.01 x (ccq2 x co2 + cco x co + cg x n2 + ch2 x h2+c(2h4 x ch4 + cq2 x ()2 + cqhn x cn】hn )= 0.01x(1.6337 x 24+1.300 x 7.0+1.295 x 6.0+1.2812x59 +1.

44、5786 x 25+ 1.3096 x 0.6 + 2.0066 x 2=1. 3806kj/ ( m3 °c)式屮co, ch4, 02分别为煤气屮该成分的体积，%o焦炉煤气在31. 2°c时的饱合水含量为0. 0464n?/n?,则加热煤气显热为:q2=voj(cmqtmq+h2ogxch2otinq)=126.84 x (1.3806 x31.2 + 0.0464 x 1.4976 x31.2)= 5738.59av /1(3)漏入燃烧系统的荒煤气的燃烧热q0/g"67ox 鶉"345 珈 645(4)空气带入的显热q4干空气的水分含量为'

45、二47%,温度为35 °c (蓄热室走廊温度)时饱和水分压pn =5630. 16 pa,大气压 p =101325 pagkpm '_5630.16x0.47p_pn - 101325-5630.16x0.47=0.0268 m3 / m3则空气带入显热为:q4 =(voj+-)q)(ckgtkg+gkch.otkg=(630.04 +x 4.2952 x (1.2983 x 35 + 0.02681.498 x 35)= 142096. 46 kj /t(5)入炉干煤代入的热量q5干煤比热为：(a g =1一一- x 1.0886 + 0.7118 xi100 丿as10

46、01-xl.0886 + 0.7118x9.76too= 1.0509kj/t入炉煤带入热量为:qs = gmcng = 910x 1.0509 x 22 = 21039.02kj /1入炉煤水分代入的热量为：q6 = gscstin =90x4868 x22 = 8289.86kj /1b热量支出计算(1)焦炭带走的热量q'-=1050 °c 时,caj =1.0718 kj /( kg- °c ) , cc =1.5282 kj /( kg- °c ),cv=l8447kj/(kg°c)则焦炭的平均比热为:ag csvg=x 1.0718 +

47、 竺匹 x 1.5282 + x 1.8447100100100x0.457=1.4748 kj/(kg°c)则焦炭带走的热量为：q： =gjcjtj = 686.436x 1.4748x 1050 = 1062973.60 kj/t(2) 焦油带走的热量q,焦油的平均比热为：cjy =(1.277 + 1.6412)x10%=(1.277 +1.6412)xl0'3x747 = 2.5029 kj/(kg-°c) 式中q一结焦周期前半周期荒煤气平均温度。则焦油带走的热量为：q,gjy(419 + cjy.)=33.91x(419 + 2.5029x747) = 7

48、7608.67 kj/1(3) 粗苯带走的热量粗苯的平均比热为：cb =1.0258 + 1.2853x10 3 xtlk=1.0258 +1.2853xl0_3x747 = 1.9858 kj /(kg °c) 粗苯带走的热量为：q/=gb(431 + cbtlk)=9.79x(431 +1.9858x747) = 18741.90 kj/1(4) 氨带走的热量q；氨的平均温度为：2i21tk =-tlk+-t.k =-x747 + -x807 = 767°c* 3333式屮结焦周期后半周期荒煤气平均温度。氨带走的热量为：q； =gacatk =2.002x2.6335x

49、767=4043.83 kj/t(5) 净煤气带走的热量q；净煤气的平均比热为：当 tlk=747°c 时：ck = 0.01(c02 -cc02 +o2 co? + co -cco +ch4 cel +4 ccnen +h2.ch24-n2.cn2)= 0.01x (2.4 x 2.1336 + 0.6 x 1.4507 + 7x1.3787 + 25 x 2.4334 + 2x 3.5563 + 59x1.3142 + 4.0 x 1.3678 = 1.6876 kj / (m3 °c)式中co, ch4, o2分别为煤气屮该成分的体积，%o当 t2k=807°

50、;c 时：c2k =0.01x (2.4 x 2.1336 + 0.4 x 1.4507+6.0 x 1.3871 +25.5 x 2.5029+2.2x3.6480+59.5xl.3172+4.0x 1.3678)=1.6965 kj/(m3-°c)净煤气带走的热量为：g爲po+ c2kl2k57 2257=x(-x1.6650x747 + -x1.6876x807) = 435621.33 kj/t0.45833(6) 水分所消耗的热量q；各温度段水汽的平均比热：在 0747°c时,csq=2. 0582 kj/(kg-°c) 在 0450°c时，c

51、s/ = 1.9628 kj/(kg-°c) 则水分的平均比热为：747 x2.0582450x 1.9628747-450=2.2027 kj/(kg°c)入炉煤带入水分所消耗的热量：q严 gs(2501 + cjk)= 90x(2501 + 2.0582x747)= 363462.79 kj/1ql = (o.25gs + 1.25gsx)c； (tlk -450)-2093；=(0.25 x90 +1.25 x 19.838) 2.2027 x(747 - 450) - 2093 =-68051.55kj/t q：_3 = 6594 x 0.25 x(gs+gsx)=

52、6594x0.25x(90 + 19.838)=181067.943 kj/1则水汽所消耗的热量为：q佔ql+ql+ql=363462. 79-68051. 55+181067. 943=476479. 18kj/t(7) 废气带走的热量q；废气组成为：co?%二6.5%, h2o%=23.23%, n2%=67. 28%, o2%=2. 95% 小烟道出口废气温度t二321°c,此时各种气体比热为：cco =1.8969, ch o=l. 5474, cn =1.3088, co =1. 3607zzzz则废气平均比热为：cf(/ = 0.01 x (1.8769 x 6.5+ 1

53、.5474 x 23.23 +1.3607 x 2.95 +1.3088 x 67.28)= 1.4035 kj/(m'°c)则废气带走热量为：q；讥 + 卩/g)x v：cfjf + voj x h2och2otf=630.04 + 641 31 | x 6.2617x1.4035 x 321 +102.16 x 0.047 x 1.5474 x 321 i8.42=1995196. 07 kj/t(8) 表面散热a炉顶1) 装煤口盖对流传热系数：a, = 22.2 +15wf 二 22.2 + 15.1x3.4=73.54 kj/(m2 h °c) 式中wf为风速，当wf <5m/s时即采用此公式。辐射传热系数:19.38x100丿(100 丿ar =19.38x<232 +273 v< 100 )24+273丫< 100 ；232-24= 53.35 kj/(m2-h °c)式中s为物体表而温度，j为物体表而空气温度，°co则装煤口盖部位散热量为：q】s=(a+a)f(tb-17=(73.54 + 53.35)x0.389x(