焦炉工艺计算参考(上)

1、焦炉工艺计算参考5.2 工艺计算5.2.1 炭化室的物料衡算 物料平衡是根据物质不灭定律进行计算的。炭化室的物料衡算指进入炭化室的的原料煤为入方，炼焦的各种产品焦炭及其他化工产品为出方进行衡算。进行物料衡算是炼焦车间设计最基本的依据，也是确定各种设备操作负荷和经济估算的基础16。(1) 物料平衡的入方物料平衡的入方包括入炉煤量，入炉煤带入的水分，以及漏入炭化室的空气量1) 入炉煤量入炉煤量指每孔炭化室的装煤量或整座焦炉每小时的装煤量。物料平衡的计算基准是吨入煤量。 物料平衡入方的干煤量（）按下式计算：，kg/t （5.1）式中：1000物料平衡计算的基准数；W入炉煤的水含量，%。由于本次设计采

2、用的是捣固焦炉，捣固炼焦工艺为了使配合煤能够顺利捣成煤饼，一般取水含量为9%11%，本次设计取入炉煤中水分含量为10%。 入炉煤带入的水量（）按下式计算：=，kg/t； 根据以上公式可得：= kg/t=100 kg/t1) 吸入炭化室的空气量 当集气管压力保持正常数值时，在整个结焦过程中，炭化室内均为正压，所以空气及燃烧系统产生的废气不容易漏入炭化室中。在物料平衡计算中可以不予考虑。 (2) 物料平衡的出方1) 全焦量(GJ)全焦量指包括粉焦在内的不同粒度焦炭的总和，其计算式如下：=，kg/t （5.2）式中：入炉煤收到基全焦率，%入炉煤干燥基全焦率，%用数理统计的方法得出的计算式如下： =1

3、03.190.750.0067，% （5.3）入炉煤的干基挥发分，%；与配合煤的干基挥发分相同。=27.21,推焦前15min测定的焦饼中心温度，设=1000，则：=103.19-0.75×27.21-0.0067×1000=76.08% =684.72 kg/t2) 无水焦油量（GJY）焦油量可按下式计算：，kg/t （5.4）入炉煤收到基焦油产率，%入炉煤干燥无灰基焦油产率，%入炉煤收到基灰分，%本设计中的入炉煤Vdaf=30.32%,而当入炉煤的挥发分=28%30.5%时, 目前多采用下式进行计算：=1.4+0.8Vdaf （5.5） = = kg/t3) 粗苯量粗苯

4、量可按下式计算：，kg/t （5.6）粗苯量，kg/t入炉煤收到基粗苯产率，%入炉煤干燥无灰基粗苯产率，%目前多用下式进行计算：= kg/t4) 氨量对于氨的回收，国内主要有生产硫氨和和氨水两种工艺流程,故在物料衡算中均应换算成纯氨量。氨是由煤含氮化合物转化而成的。氨量一般可按下式计算： ，kg/t （5.7）入炉煤收到基氨的产率，%入炉煤干燥无灰基氨的产率，%经多方研究证实，煤在炼焦过程中氮量12%16%转化成氨，故氨的产率可用下式计算：，%； （5.8）煤中总氮量转入氨中的转化系数，可取0.120.16；本设计取0.14入炉煤干躁基氮含量，%；已知，配合煤的=1.66，=1.37则配合煤的

5、=1.39配合煤的干躁基氮含量与入炉煤干躁基氮含量相等；17氨的分子量；14氮的分子量。=0.14×1.39×=0.236 =kg/t5) 净煤气量用入炉煤挥发分含量求煤气产率。 ，% （5.9） 式中K为比例系数，其数值的大小与入炉煤的性质等因素有关；对于气煤K=3.0;焦煤K=3.3；对于一般的配合煤K=3.1。 即 =145.53 kg/t6) 水量 水量包括入炉煤带入的水量和炼焦过程中煤中的氢和氧化合而得的化合水两部分。 入炉煤带入的水量与物料平衡计算中入方的数值相同。 化合水量可按下式计算： ，kg/t （5.10） 式中： Kdsx干基化合水产率，%，可按下面的

6、经验式求得： （5.11）煤中总氧量转化成化合水的转化系数，一般可取0.30.5，本设计取0.4；入炉煤干基含氧量，%；18水分子的摩尔质量；16氧原子量。已知配合煤=100CdafHdafSdafNdaf=10088.655.370.621.56=3.8 = = kg/t入炉煤带入的水量= kg/t7) 差值 支出物料总和 =684.72+33.66+10.74+2.12+145.53+13.86+100=991.63 Kg =1000-() =1000-991.63=0.94%表5.9 物料平衡表收 入支 出符号项目数值kg/t占湿煤/%占干煤/%符号项目数值kg/t占湿煤/%占干煤/%干

7、煤90090100全焦684.7268.4776.08入炉煤带入的水分1001011.1焦油33.663.373.74粗苯10.741.071.19氨2.120.210.23净煤气145.5314.5616.18入炉煤带入的水分1001011.11化合水13.861.391.54差值9.370.941.04合计1000100.00合计1000100.005.2.2 焦炉的热量衡算焦炉热量平衡的测定和计算是在物料平衡的基础上，根据能量守衡定律进行的16，也就是说供给焦炉的的总热量（Q）等于焦炉支出的总热量（Q ）。即Q= Q。上述等式的成立，必须考虑以下两个前提： 焦炉热平衡的测定值必须是焦炉正

8、常生产的真实反映； 在焦炉热平衡的测定和计算中，不考虑入炉煤在炼焦过程中碳氢化合物的分解和聚合的热效应。(1) 热平衡收入项计算1) 加热用煤气的热量加热用煤气的热量包括加热煤气的燃烧热和显热两部分。 加热煤气的燃烧热（Q1）加热煤气燃烧热是吨入炉煤所需加热煤气（干）量与加热煤气低发热量的乘积。设吨入炉煤所需要加热煤气（干）量为V m3/t加热煤气低发热量（）高炉煤气（干）的低发热量为 938 kcal/ m3故加热煤气的燃烧热 Q1= ×V=938V kcal 加热煤气（干）带入的显热（Q2） Q2=VCmqtmq （5.12）式中： tmq加热煤气的入炉温度，tmq=30； Cm

9、q030内，加热煤气（干）的平均比热，由毕业设计参考资料附图14-2，查得 Cmq=0.321 kcal/ m3 Q2=VCmqtmq=V×0.321×30=9.63V kcal 高炉煤气水分带入的显热（Q3）30时，高炉煤气的含水量为4.36%；30时，湿高炉煤气重度1.275 kg/ m3，干高炉煤气重度为1.297，则其中水分的重度为=0.03455kg/ m3； 030内，水的平均比热为Cms=1.0 kcal/kg； Q3= VCmstms=0.047V kcal 漏入加热系统的荒煤气的燃烧热 因为焦炉正常状况下漏入加热系统的荒煤气几乎没有，所以这部分燃烧热我们不

10、予考虑。 空气带入的显热（Q4） Q4=V×L×Ckq×tkq （5.13）式中： L加热煤气燃烧所需空气量，m3，由毕业设计参考资料附录12-2得L=0.970 m3；Ckq020，内空气的平均比热，由毕业设计参考资料附录14-1得，Ckq=0.31 kcal/ m3； tkq蓄热室走廊空气的平均温度，tkq=20。 Q4=V×L×Ckq×tkq =V×0.970×0.312×20=6.01V kcal入炉干煤带入的显热（Q5） Q5=GmCmtm （5.14） 式中： Gm吨入炉干煤，为1000kg；

11、 tm入炉煤的温度，本设计取20； Cm干煤的平均比热，可用下式计算： Q5= GmCmtm =900×0.251×20=4518.0kcal入炉煤水分带入的显热（Q6） Q6=GsCstm （5.15）式中： Gs吨入炉煤带入的水分，为100kg； Cs020，水的平均比热，为1.0 kcal/kg； tm入炉煤的温度， Q6= GsCstm =100×1.0×20=2000 kcal收入热量总和（Q）(2) 热量支出各项的计算 焦炭带出热量（QA）的计算 QA=GJCJtJ （5.16） 式中： GJ吨入炉煤产生的焦炭质量，kg； CJ焦炭的平均比热

12、，kcal/（kg）； tJ焦饼的平均温度，本设计去tJ =1000；某些资料提出的焦炭平均比热如下表：表5.10 焦炭的比热温度萨德与德提出的值德布儒奈提出的值1000.308-0.00093 AJ9001.562-0.00536 AJ1.474-0.00414 AJ10001.599-0.0565 AJ1.511-0.00442 AJ表中的“AJ”为焦炭的灰分，当AJ =10%，t=1000时，根据上表，焦炭的平均比热为1.543和1.469，其平均值为1.506 ，所以该资料认为焦炭的平均比热一般可取1.506 kJ/（kg），即0.36 kcal/（kg），本设计CJ取该值。已知=76

13、.08%，则GJ=900×76.08%=684.72 kg 故 QA=GJCJtJ =684.72×0.36×1000=246499.2 kcal 焦油带出的热量（QB） QB可用下式计算： QB=GJY×（335+1.05t）kJ/t （5.17） GJY吨入炉煤的焦油产量，根据物料衡算，GJY =33.66 kg； T结焦前半期荒煤气离开炭化室的平均温度，一般认为焦油气在结焦前半期离开炭化室，t为结焦前半期荒煤气离开炭化室的平均温度，本设计设 t=650。 粗苯带出的热量（QC）QC可用下式计算： QC=GB×（335+1.88t）kJ/t

14、 （5.18）GB吨入炉煤的粗苯产量，根据物料衡算，GB=10.74 kgT结焦前半期荒煤气离开炭化室的平均温度，一般认为粗苯在结焦前半期离开炭化室，故t=650。 氨带出的热量（QD）QD可按下式计算： QD= GA×CA× （5.19）式中： GA吨入炉煤的氨产量，根据物料衡算，GA =2.12kg； 整个结焦时间荒煤气离开炭化室时的加权平均温度，=t1+t2， t1结焦前半期荒煤气离开炭化室的平均温度，为650 t2结焦后半期荒煤气离开炭化室的平均温度，本设计设t2=800 = t1+t2=×650+×800=700 CA0700 内氨的平均比热，

15、可按下式计算： CA =2.072+0.775×10-3=2.072+0.775×10-3×700=2.6145 kJ/（kg·） QD=GA×CA×=2.12×2.6145×700=3879.92KJ=923.79Kcal净煤气带出的热量（QE）QE用下式计算： QE=（×C1×t1+×C2×t2） （5.20）式中： Gmq吨入炉煤的净煤气产量，根据物料衡算，Gmq=145.53kg； Gmq标准状态下净煤气重度，根据物料衡算，gmq=0.4451 kg/m3 t1650

16、； t2800； C10650 内净煤气的平均比热，C1=(1.311×59.5+2.315×25.5+2.2×3.414+6.0×1.36+2.4×2.036+0.4×1.415+4×1.348)/100=0.389kcal/（m3·）C20800内净煤气的平均比热，C2=(1.321×59.5+2.484×25.5+2.2×3.65+6.0×1.388+2.4×2.12+0.4×1.438+4×1.372)/100=0.403 kcal /（

17、m3·） 水分带出的热量（QF）水分带出的热量包括以下三个部分：入炉煤带入水分加热和蒸发所消耗的热量（QF1）；a) 煤在炼焦过程所形成的化合水，被蒸发所消耗的热量（QF2）；水分与炽热焦炭反应所消耗的热量（QF3）。入炉煤带入水分加热和蒸发所消耗的热量（QF1）QF1可按下式计算： QF1=GS（597.3+Csq·t1） （5.21）GS入炉煤含水量，kg，为100kg；Csq0650 内水的平均比热，kcal/（kg·），根据毕业设计参考资料计算得Csq=0.4840kcal/（kg·）。 QF1=GS（597.3+Csq·t1）=100

18、×（597.3+0.4840×650）=91190kcalb) 煤在炼焦过程所形成的化合水，被蒸发所消耗的热量（QF2）QF2可按下式计算： QF2=（0.25GS+1.25GSX）Csq1（t1-450）500 （5.22）式中： GSX吨入炉煤带入的水分与炼焦中形成的化合水量的总和，kg； 根据物料衡算，GSX=13.86 kg Csq1450650 内水的平均比热，kcal/（kg·）； Csq1=（650 Csq450 Csq2）/（650450） Csq20 450内水的平均比热，kcal/（kg·），根据毕业设计参考资料计算得0.4689kc

19、al/（kg·）； Csq1=（650 Csq1450 Csq2）/（650450）=（650×0.4840450×0.4689）/（650450）=0.5180kcal/（kg·）故QF2=（0.25GS+1.25GSX）Csq1（t1450）500 =（0.25×100+1.25×13.86）×0.5180×（650450）500 = 16777.63 kcalc) 水分与炽热焦炭反应所消耗的热量（QF3）QF3可按下式计算：QF2=1575×Gf （5.23）式中： Gf与炽热焦炭反应所消耗的水量，

20、kg，Gf=0.25（GS+ GSX）故 QF3=1575×Gf=1575×0.25（GS+ GSX） =1575×0.25×（100+13.86）=44832.38kcal所以 QF= QF1+ QF2+ QF3=91190+（16777.63）+44832.38=119244.75 kcal 废气带出的热量（QG）QG可按下式计算：QG = VVfCftf （5.24）式中： V吨入炉煤所需的加热煤气量； Vf每m3加热煤气所产生的理论废气量，m3，根据毕业设计参考资料，Vf =1.773 m3； Cf废气的平均比热，千卡/（m3·），根据

21、毕业设计参考资料图14-1得Cf=0.341kcal/（m3·）； tf废气的温度，根据毕业设计参考资料tf=300； QG = VVfCftf=V×1.773×0.341×300=181.38V kcal 炉体表面总散热量（QH） 设炉体表面散热总量为总收入热量的10%，即 QH =10%Q （5.25） =10%×（953.657V+6518）=(95.366V+651.8)kcal 总的支出热量（Q） Q=Q-Q=0 所以Q=Q，则：953.657V+6518=469727.76+276.746V求得 V=684.30m3/t Q=Q-Q=2768243.04-2768241.20=1.84 kJ×100%