焦炉的热平衡与热工评定(doc8页)

1、焦炉的热平衡及热工评定一、焦炉的物料平衡及热平衡焦炉的物料平衡计算是设计焦化厂最基本的依据，也是确定各种设备操作负荷和经济估 算的基础。而焦炉的热平衡是在物料平衡和燃烧计算的基础上进行的。通过热平衡计算， 可具体了解焦炉热量的分配情况，从理论上求出炼焦耗热量，并得出焦炉的热效率和热工 效率，因此对于评定焦炉热工操作和焦炉炉体设计的是否合理都有一定的实际意义。为了 进行物料衡算，必须取得如下的原始数据：(1) 精确称量装入每个炭化室的原料煤量，取3 5 昼夜的平均值，同时在煤塔取样测定平均配煤水分。干煤和配煤水分为焦炉物料衡算的入方。以下为焦炉物料平衡的出方：(2) 各级焦炭产量。标定前要放空焦

2、台和所有焦槽的焦炭，标定期间应准确计量冶金焦、 块焦和粉焦 ( 要计入粉焦沉淀池内的粉焦量 )的产量。并对各级焦炭每班取平均试样以测定 焦炭的水分，并考虑到水分蒸发的损失量，然后计算干焦产量。(3) 无水焦油、粗苯、氨的产量，通常按季度或年的平均值确定，不需标定。(4) 水汽量按季或年的多余氨水量的平均值确定。(5) 干煤气产量由洗苯塔后 (全负压操作流程为鼓风机后 )的流量表读数确定，并进行温度 压力校正。在计算时，一般以 1000kg 干煤或湿煤为基准。以下列出某厂焦炉炭化室物料平衡的实际数 据。如表 8 9 所示。根据物料平衡和温度制度，计算出各种物料带入焦炉和带出焦炉的显热和潜热，然后

3、作出焦炉的热平衡计算。具体计算方法可参考有关资料。现列出根据表 8-9 的物料平衡所作的热平衡计算，如表 8-10 的数据，并加以分析。由热平衡可知，供给焦炉的热量有98% 来自煤气的燃烧热，故在近似计算中可认为煤气的燃烧热为热量的惟一来源，这样可简化计算过程。在热量出方中，传入炭化室的有效热1 4 项占 70%，而其中焦炭带走的热量占 37.6%，换算到每吨赤热焦炭带走的热量为：kJ/t 焦。此值相当可观。采用干法熄焦此热量可大部分回收。降低焦饼中心温度和提 高焦饼加热均匀性可降低此热量。由水蒸汽带走的热量占 16%，故降低配煤水分可以降低此热量。 此外，采取降低炉顶空间温度、上升管加水夹套

4、回收余热等方法可以减少或部分回收煤气、化 学产品和水汽带走的热量。由废气带走的热量也很大，约占18.6% ，因此改善蓄热室的操作条件，提高蓄热效率，是降低热量消耗的重要途径之一。一般散失于周围空间的热量，对于大焦炉约为10% ，小焦炉由于表面积大，故散热损失大于10%。二、焦炉的热效率和热工效率 根据焦炉的热平衡，可进行焦炉的热工评定。由表8-10 可见，只有传入炭化室的热量 （出方 14项 ）是有效的，称为有效热。为了评定焦炉的热量利用程度，以有效热（Q 效）占供入总热量 （Q 总）的百分比称为焦炉的热工效率 （热工 ）即：热工 = ×100（8-15）因 Q效等于供入焦炉总热量减

5、去废气带走的热量Q废和散失周围空间的热量 Q 散， 所以：热工 = ×100（8-16）由于计算 Q 散比较困难，也可以采用热效率 （热）的方式来评定焦炉的热量利用情况。 热=×100（8-17）它表示理论上可被利用的热量占供入总热量的百分比。通常对现代大型焦炉 热工约为 70 75， 热为 8085。 热工与 热可从焦炉热平衡中 求得。由表 8-10 可得：热工 =× 100 =71.4 热=×100 =81.4但由于进行热量算衡需要做大量的繁琐的测量、统计和计算工作，通常生产上不进行，而是根据 燃烧计算来估算 热工和 热，方法如下： 计算以 1 标

6、m3 加热煤气为基准。 在热量入方中，由于煤气的燃烧热 ( 低发热值 )和煤气、空气的显热已占总热量 99以上，因此 可以近似看作为 Q总。煤气低发热值按其组成计算，煤气和空气的显热则根据燃烧计算所得的L 实和烟道走廊的温度计算。 由蓄热室进入废气盘的废气所带出的热量 Q 废和废气中不完全燃烧产物的燃烧热 Q 不，可通过 取样分析得出的废气组成和测定的废气温度来求得。焦炉的散热损失一般按供入总热量的10计。则：热=× 100热工 =×100例 8-3 某焦炉以 Q 低 =3643kJ m3 的高炉煤气加热，由燃烧计算得，L 实=0.843 m3(m3 煤气)，产生的废气量

7、V 废=1.757m3 (m3 煤气 )，煤气温度 30oC，烟道走廊的空气温度为 35oC，空气的相 对湿度为 0.6，废气中含 CO 为 0.25，废气的平均温度为 280oC，计算焦炉的 热和 热工。解 (1) 煤气的燃烧热 Q低=3643kJ(m3 煤气 )。(2) 煤气带入的显热 煤气温度 30oC，查图 8-4 得 c 煤=1.352kJ(m3· )，30时煤气带入的饱和 水汽量为干煤气的 4.36(查表 8-3)，30时水汽的比热容 = 1.457kJ(m3·)。Q 煤 =11.35230+0.043611.45730=42.7kJ m3(3) 空气带入的显热

8、 35时空气的比热容 c 空=1.277kJ (m3·)，35时饱和水汽量为干空气的 5.87，当相对湿度为 0.6 时，空气中所含水汽量为干空气的0.05870.6=0.0352 。Q 空 =0.84311.27735+0.84310.03521.45735=39.27kJ m3(4) 废气带走的热量 废气在 280时的比热容查图 8-4得 c废=1.453kJ(m3·)。Q 废 =1.7571.453280=713.9kJ m3 。(5) 不完全燃烧的热损失 CO 的发热值为 12728kJ m3。Q 不 =1.7570.02512728=56.1kJ m3则热 =79

9、.33 若 Q 效为供入总热量的 10 ，则热工 = =69.4 三、炼焦耗热量 由焦炉热平衡作热工评定方法比较麻烦，因此生产上广泛采用炼焦耗热量对焦炉进行热工评 定。炼焦耗热量是表示焦炉结构的完善程度、焦炉热工操作及管理水平和炼焦消耗定额的重要指标，也是 确定焦炉加热用煤气量的依据。炼焦耗热量是将 1kg 煤在炼焦炉内炼成焦炭所需供给焦炉的热量。由于采用的计算基准不同，故 有下列表示方法。1. 湿煤耗热量1kg 湿煤炼成焦炭应供给焦炉的热量，用 q 湿来表示，显然湿煤耗热量随煤中水分变化而变化， 水分越多， q 湿越大。q湿=，kJ(kg 湿煤 )(8-18)式中 V0标准状态下加热煤气的耗

10、量， m3 h；Q 湿焦炉的湿煤装入量， kg；Q 低加热用煤气的低发热值， kJm3。2. 干煤耗热量lkg 干煤炼成焦炭所消耗的热量。干煤耗热量不包括煤中水分的加热和蒸发所需要的热量，以干来表示。每 kg 水汽从焦炉炭化室带走的热量为：l00 =51000kJ （kg 水 ）式中 2491 lkg 水在 OoC时的蒸发潜热， kJkg；2.01 为水汽在 0 600oC 时的平均比热容， kJ （kg ·oC）；600 从炭化室导出的荒煤气的平均温度，；72.5 焦炉的平均热工效率，。 如配煤水分为 Mt（湿基 ），则 q 湿 =q 干 +5100 =q 干+51Mtq干=l00

11、, kJ （kg 干煤 ）（8-19）3. 相当耗热量 为统一基准，便于比较，提出了相当耗热量这一概念。它是在湿煤炼焦时，以 lkg 干煤为基准 时，需供给焦炉的热量 （包括水分加热和蒸发所需热量 ），以 q 相来表示。,kJ/ （ kg 干煤） （8-20）式中 G 干焦炉干煤装入量， kgh 我国焦炉相当耗热量指标见表 8-11 。表 8-11 数据按每 kg 捣固煤料，配煤水分 7计。计算加热系统时，考虑使生产留有余地，故规定值较高。由表可见，焦炉用高炉煤气加热时，相当耗热量高于用焦炉煤气加热。这是因为高炉煤气与焦 炉煤气相比，热辐射强度低，废气量大，废气密度高，故废气带走的热量多，通过

12、炉墙和设备的漏损量也 大。由于煤料水分常有波动，各厂煤料水分也不相同,故耗热量也不相同。为便于比较，必须将炼焦耗热量换算为同一基准。水分每变化 1时，相当于湿煤中 1的干煤为 1的水分所取代，故 q湿的变化值为。因 q 干一般约为 2094kJ/kg， q水为 5100 kJ/kg ，则 q 湿的变化值为 2933 kJ/kg。该值的换算方法如下：当用焦炉煤气加热时，配煤水分 7%的 q 相取大中型焦炉的平均值： （2345+2596）=2470kJ/kg按式 8-20 得：q 湿=q 相=2303kJ/kg配煤水分增加 1%时，该湿煤的耗热量增加 29kJ，则折算到 q 相的增加为：=67k

13、J 对于高炉煤气，配煤水分取 7时：q 相= (2638+2931)=2785kJ kg 则 q湿=2785=2596kJ kg故配煤水分增加 1时， q 相的增加值为：=67kJ我国焦化厂的配煤水分一般为9 10，由测得的耗热量换算为9配煤水分的耗热量 q 换时，可按下列公式计算：(8-21)(8-22)(8-23)(8-24)(按表 8-9 和 8-10)：焦炉煤气： q相换 =q相-59(M t-9) q 湿换 =q 湿 -29(Mt-9)高炉煤气： q相换 =q相-67(M t-9) q 湿换 =q 湿 -33(Mt-9) 炼焦耗热量可由焦炉的热平衡得到q湿= 2663kJ (kg 湿

14、煤)q干=100=2458kJ (kg 干煤)q 相=2663=2897kJ kg 干煤 (水 )用焦炉煤气加热时，换算为水分9时耗热量为：q 湿换 =2663-29(8-9)=2692kJ (kg 湿煤 )q相换=2897-59(8-9)=2956kJ kg干煤(水) 由物料平衡和热平衡作炼焦耗热量计算，生产上不可能随时进行，因此可用下式直接作近似计 算：q 相= KT·KP· K 换(8-25)式中 炭化室周转时间， h；V0煤气流量表数值， m3 h；Q 低加热煤气的低发热值， kJ m3；G炭化室平均装干煤量， kg/ 孔；n 一座焦炉的炭化室孔数；KT、 KP、K

15、 换分别为温度、压力和换向校正系数。 需要进行上述校正的原因是，煤气流量表的刻度是按煤气在某一固定操作条件下 (温度、压力、含 水量等 )由实际煤气流量换算来的，但实际操作时，煤气的温度、压力和含水量不同于流量表刻度时规定的 数值，因此需校正。孔板流量计的计算公式如下：V0=0.673 ad2 (8-26)式中 a标准孔板的消耗系数；d孔板流通孔直径， cm ； 0标准状态下煤气密度， kg m3；f煤气中水汽含量 (按入炉前煤气温度定 ) ，kg/m3 ；P煤气的绝对压力， Pa；T煤气的绝对温度， K ；h 流量孔板前后的压差， Pa；V0煤气流量， m3 h。对固定的流量孔板 a、d 的

16、值是一定的，对一定组成的煤气， 0 也不变。如果实际操作条件和流量表刻度规定的条件一致为 P、T 和 f时，表上的读数是正确的。当实际操作条件为p、 T和 f时，则对同一压差 h，其标准流量将不是 V0 而是 V0，即：V0= 0.673· ad 2m3h因此，应按流量表读数 Vo 校正到实际操作条件下的标准流量Vo，其关系为：因 f、 f分别由 T、 T决定，故令：所以Vo=Vo·KT·KP故只要把 KT、KP制成图表，按煤气的实际温度、压力查取即可。 K 换是考虑到由于换向时，有一 段时间不向焦炉送煤气，则每小时实际进入焦炉的煤气量将小于流量表的读数，因此乘以

17、 K 换。K 换 =式中 m一小时内的换向次数； 每次换向焦炉不进煤气的时间， min ； 60 每小时 60 分钟。则V0=V0·KT·K P·K 换例 8-4 42孔 58-型焦炉 （450mm），周转时间 18h，用 Q 低=17920kJ m3的焦炉煤气加热，煤气 温度 30oC ，主管压力 1900Pa，流量表读数为 5800m3 h，如流量表的设计压力为3430Pa，设计温度为20OoC，0=0.46kg m3，换向时间 30min，每次换向停止向焦炉供煤气的时间为23.3s，计算炼焦耗热量。解：查表 8-3 得， 20oC 时干煤气含水量 f=0.0

18、189kg m3，30oC 时 f=0.0351kg m3。则 KT=如大气压力为 101325Pa 时得： P=101325+4900=106225Pa P=101325+3430=104755PaKP=K 换 = =0.987则 q 相 =kJ/kg 干煤 （ 水 ）用炼焦耗热量评定焦炉热工操作的主要缺点是：当炭化室墙漏气时，由于荒煤气在燃烧室内燃 烧，使加热用煤气量减少，计算的耗热量降低，实际耗热量未能真实地反应出来。四、降低炼焦耗热量、提高焦炉热工效率的途径 综上所述，可采取下列措施以降低炼焦耗热量，并提高焦炉的热工效率。1. 降低焦饼中心温度从表 8-10 可知：焦炭带走的热量占供入总热量的37.6，是热量出方中最大的部分。焦饼中心温度由 1050oC 降到 1000oC，炼焦耗热量可以降低约 46kJ kg。但降低焦饼中心温度必须以保证焦炭质量 为前提。调节好炉温，