焦炉的热平衡与热工评定

1、1 / 17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确实是设计焦化厂最差不多的依据， 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， 因此关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 35 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

2、的出方：(2)各级焦炭产量。标定前要放空焦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2 / 17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89 所示。表A9弟炉袞化室的物*4平IS 入出肓项 a.

3、,若称、kE-i含屋,项称J&干1.干爲92 i1.1639.1T4. 9 .2.1水分Jeo.i8川2.i34. 5.3. 751+1B1.i3.12+450.261 1 I4.( (?,85.1, 07( (,i5.&、配厲水94. I39 430. 0“15. T4 *4,28 .共计d1000.1100. 0,B1共计1000.,100.0,7依照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。现列出依照表 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。表&10焦炉热

4、平Bfp3 / 17入方，育名ItkJ名IfkJ1“康的显热26沖“0.7 .1.,1021628 .37,6 ,2.171&S.0.B6 .化产塔塞的显、禱熱.1DQ4SS 13-空 T 的显熱“14236.，0,55 1芥虞吒缰遥的员、潜热.S432O4.I14 2 ,4煤勺的燃烧熱2663353 ,97. 82 ,4.,水拦幣耒的灵、潜担43544S .16. 0 ,5.150&621 i1S.6 16.1岗围空间肿热横餐272155JI10, O i2721550,1Q01.1我计|721550100，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

5、算中可认为煤气的燃烧热为热量的惟一来源， 如此可简化计算过程。在热量出 方中，传入炭化室的有效热 14 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。采纳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%故降低配煤水分能够降低此热量。此外，采取降低炉顶空间温度、上升管加水夹套回收余热等方法 能够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专门大， 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。般散失于周围空间的热量

6、， 关于大焦炉约为 10%，小焦炉由于表面积大，故散热损失大于 10%。n热工=X100% =71.4 %4 / 17二、焦炉的热效率和热工效率依照焦炉的热平衡，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（n热工）即：n热工=X100%（8-15）因Q效等于供入焦炉总热量减去废气带走的热量Q废和散失周围空间的热量Q散，因此：n热工 =X100%(8-16)由于计算Q散比较困难， 也能够采纳热效率（n热）的方式来评定焦炉的热量利用情况。n热=

7、X100%(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n热工约为 7075%,n热为 8085%。nn热工=X100% =71.5 %4 / 17热工与n热可从焦炉热平衡中求得。由表8-10 可得：6 / 17X100%=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，而是依照燃烧计算来估算n热工和n热，方法如下：1计算以 1 标 m3 加热煤气为基准。2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，因此能够近似看作为Q总。煤气低发热值按其组 成计算，煤气和空气的显热则依照燃烧计算所得

8、的L实和烟道走廊的温度计算。3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：n热=X100%n热工=X100%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n热和n热工。5 / 178 / 17解

9、(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/(m3C) , 30C时煤气带入的饱和水汽量为干煤气的4.36 % (查表 8-3),30C时水汽的比热容=1.457kJ/ (m3-C)。Q煤=11.35230+0.043611.45730=42.7kJ / m3(3)空气带入的显热 35C时空气的比热容c空=1.277kJ /(m3 -C ) , 35C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=0.84311.277

10、35+0.84310.03521.45735=39.27kJ/ m3废气带走的热量废气在 280C时的比热容查图8-4 得c废=1.453kJ / (m3 -C )。Q废=1.7571.453280=713.9kJ / m3(5) 不完全燃烧的热损失 CO 的发热值为 12728kJm3。Q不 =1.7570.02512728=56.1kJ /m3贝Un热=79.33%若Q效为供入总热量的 10%，则n热工=10 / 17=69.4三、炼焦耗热量 由焦炉热平衡作热工评定方法比较苦恼，因此生产上广泛采纳炼 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 热工操作及治理水

11、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。 由于采纳的计算基准不同，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q干来表示。每 kg 水汽从焦炉炭化

12、室带走的热量为：7 / 1712 / 17式中 2491 Ikg 水在 OoC 时的蒸发潜热，kJ/kg;2.01 为水汽在 0600oC 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，C;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=I00, 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 Ikg 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。式中G干一一焦炉干煤装入量，kg / h

13、我国焦炉相当耗热量指标见表 8-11 。表 Li相当耗热量八 kJ# ke)-l00 =51000kJ(kg 水),kJ/(8-20)kg 干 煤 )13 / 17用途 Q犬型隹炉 4中型僅炉卫小型隼炉匸焦炉煤气 Q高炉煤气心焦炉煤气心高炉煤气门焦炉煤气匸计算生产消黠定霰+2345V2S3B+129313057*-2931+J计算加熬栗统2575P28W234729T3*3314G-326EP31W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

14、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，贝U 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/kg14 / 17配煤水分增加 1%寸，该湿煤的耗热量增加 29kJ，则折算到q相的增加 为：=67kJ关于高炉煤气，配煤水分取 7寸：q相= (2638+2931)=2785kJ kg则q湿 =2785=2596