130万吨焦炭炼焦车间

1、武汉科技大学本科毕业设计 # I摘要炼焦行业在国民经济中占据着重要地位。焦炉作为炼焦车间的主体结构，它的设计和研究有着重要的意义。本设计的内容是年产130万吨焦炭炼焦车间。配煤比为：肥煤20%（安徽淮北），气煤40%（安徽淮南），焦煤25%（河南平顶山）和15%的1/3焦煤（山东枣庄）。在配煤工段，本设计采用配合粉碎工艺，同时对配合煤的调湿工艺进行了讨论。炉型选择方面，本设计结合我院在焦炉设计领域的实际情况，采用技术最为成熟的WKD6050型捣固焦炉。炭化室有效容积为42.77m3，炭化室孔数根据焦炭年产量确定为2x55孔。焦炉采用高炉煤气加热，周转时间为24小时。本设计的重点内容是工艺计算，

2、工艺计算包括物料衡算、热量衡算、蓄热室计算、炉体水压计算、烟囱高度计算。经计算得出：蓄热室格子砖高度为2.56m，烟囱高度为120m。在熄焦方式上，本设计选择先进的干法熄焦。干法熄焦不仅能够提高焦炭质量，而且可以对红焦的热量进行回收利用。本设计，焦炭分为四级：40mm，4025mm，2510mm，100mm。此外，本设计还对焦炉机械进行了选型和计算。关键词：配煤；捣固焦炉；武汉科技大学本科毕业设计武汉科技大学本科毕业设计 1绪论1.1焦化行业背景焦化工业是国民经济中的一个重要行业，已经历了一百多年的历史。它所以能发展到今天，其原因是焦化工业为钢铁工业提供了焦炭和燃气；为化学工业、医药工业、农业

3、以及国防工业等国民经济部门提供了原料；对城市煤气化起了促进作用。目前焦化工业已经发展到了相当高的水平。为了整顿炼焦行业规范，进一步推动中国的清洁生产，防止生态破坏，保护人民健康，促进经济发展，并为焦化企业开展清洁生产提供技术支持和导向，国家相继颁布了与炼焦行业相关的政策和法规。如：焦化行业准入条件、清洁生产标准炼焦行业等。其他与炼焦行业相关的政策法规还有炼焦炉大气污染物排放标准、污水综合排放标准、中华人民共和国安全生产法、危险化学品安全管理条例和危险化学品生产储存建设项目安全审查办法等。1.焦化行业准入条件（2008年修订）为促进焦化行业产业结构优化升级，规范市场竞争秩序，依据国家有关法律法规

4、和产业政策要求，按照“总量控制、调整结构、节约能（资）源、保护环境、合理布局”的可持续发展原则，特制定本准入条件。现摘录相关条例如下：1）错误！未找到引用源。常规机焦炉：新建顶装焦炉炭化室高度必须6.0米、容积38.5m3；新建捣固焦炉炭化室高度必须5.5米、捣固煤饼体积35m3，企业生产能力100万吨/年及以上。钢铁企业新建焦炉要同步配套建设干熄焦装置并配套建设相应除尘装置。2）错误！未找到引用源。焦化生产企业应同步配套建设煤气净化（含脱硫、脱氰、脱氨工艺）、化学产品回收装置与煤气利用设施。热回收焦炉同步配套建设热能回收和烟气脱硫、除尘装置。3）焦化企业应严格执行国家环境保护、节能减排、劳动

5、安全、职业卫生、消防等相关法律法规。应同步建设煤场、粉碎、装煤、推焦、熄焦、筛运焦等抑尘、除尘设施,以及熄焦水闭路循环、废气脱硫除尘及污水处理装置，并正常运行。4）主要产品质量焦炭冶金焦应达到GB/T1996-2003标准；铸造焦应达到GB/T8729-1988标准；焦炉煤气城市民用煤气应达到GB13612-92标准；工业或其它用煤气H2S含量应250mg/m3o5）焦化生产企业应达到焦炭单位产品能耗标准GB21342-2008）和以下指标：表1.1项目常规焦炉热回收焦炉半焦（兰炭）炉综合能耗（kgce/t焦）165*1165*1260*1（内热）9898水循环利用率959595炼焦煤烧损率1

6、.5注：*1综合能耗引用焦炭单位产品能耗标准（GB21342-2008）当电力折标系数为0.404kgce/KWH等价值时的现值标准，如采用电力折标系数为应为0.1229kgce/KWH的当量值时，155kgce/t焦；半焦（兰炭）炉的综合能耗标准相应调整,250（内热）、350KWh；入炉煤干基挥发分为23%时，吨焦发电量430KWh1.2焦化行发展现状现阶段国外业主要炉型有德国的卡尔-斯蒂尔式焦炉、奥托式焦炉；日本的新日铁M式焦炉；美国的考伯斯式焦炉。进入21世纪以来，国外具有代表性的煤高温炼焦技术主要有日本的SC0FE21炼焦新技术、欧洲炼焦技术中心开发的巨型炼焦反应器和美国的无回收焦炉

7、炼焦技术。其代表炉型分别为21世纪高产无污染大型焦炉（SC0PE21）、单室炉系统（SCS）和美国阳光煤业公司炉型。中国是世界焦炭生产大国，焦炭产量占世界焦炭产量的一半左右，已成为全球最大的焦炭生产和出口国。由此刺激了炼焦技术的快速发展，新建和改造焦炉数量直线上升，焦炉大型化比例显著提高；干熄焦、捣固炼焦、焦炉信息化改造、炼焦生产自动化等一批新技术得到推广和应用；扩大弱黏煤利用、配煤专家系统、煤与不同添加物的共焦化以及改善焦炭热性质等应用型研究也取得了可喜的成绩。现阶段中国比较普遍采用JN型、JNX型焦炉。6米焦炉现已成为主导炉型，另外，我国大型钢铁企业武汉钢铁公司、太原钢铁公司和马鞍山钢铁公

8、司已签约引进德国7.63m超大容积焦炉，现均已投产。1.3捣固炼焦简介1.3.1基本原理捣固炼焦，一般是用高挥发份弱黏结性或中等黏结性煤作为炼焦的主要配煤组分，将煤料粉碎至一定细度后，用机械捣固成煤饼，送入焦炉炭化室内炼焦叽1.3.2捣固炼焦技术优势1）节约资源2）提高焦炭质量3）保护环境4）技术经济随1.6设计的内容本设计的内容包括备煤方案、焦炉选型及结构、焦炉工艺计算、焦炉设备选择、车间布置和生产辅助设施。2原料与产品2.1我国炼焦煤资源与煤质特点煤炭是我国储量最多、分布最广的不可再生战略资源。根据全国第三次煤炭资源预测与评价，我国煤炭资源总量约5.57万亿吨，居世界第一。我国炼焦煤品种虽

9、然齐全，但分布很不平衡，储量最大的气煤（包括1/3焦煤）占我国炼焦煤储量的57%，肥煤、焦煤、瘦煤加到一起也不到炼焦煤储量的50%。具体的比例分布为：肥煤14.46%；焦煤16.89%；瘦煤12.38%；而且这些储量中高硫（S22%）的肥、焦、瘦煤分别占本煤种的48.0%、29.6%和56.64%；即有一半的肥煤和瘦煤是高硫煤，1/3的焦煤是高硫煤66。炼焦煤的特性主要包括煤的变质程度、岩相组成、黏结性、化学成分以及煤的可选性等。总体而言，我国目前主要矿区生产的洗精煤，其硫分、灰分以气煤（包括1/3焦煤）为最低，焦煤的灰分为最高，肥煤的硫分为最高。在煤岩组分中，镜质组含量以肥墨煤最高，其他煤种

10、相近，煤的可选性以气煤为最好。焦煤的可选性差，煤的硬度以气煤（包括部分1/3焦煤）为最高，较难破碎，肥煤最易破碎71。2.3配煤方案煤种来源工业分析项目（）MadAdVdafSdt.dQgr.adGY气煤安徽淮南0.858.2537.000.6235.47015肥煤安徽淮北0.809.1225.030.5835.881251/3焦煤山东枣庄1.111.4423.580.5135.67216焦煤河南平顶山0.949.5121.640.6635.77414配合煤0.919.2228.750.6135.673.516.9表2.3煤的元素分析煤种来源兀素分析项目（）CdafHdafNdafOdafSd

11、t,ad气煤安徽淮南83.795.561.517.460.61肥煤安徽淮北87.945.131.544.820.571/3焦煤山东枣庄85.755.251.476.820.50焦煤河南平顶山89.124.961.503.630.65配合煤86.255.281.515.880.602.3.3选用的原料煤性质以及相应的配合煤质量2.3.3.1原料煤性质气煤质量分析气煤的粘结性较弱，挥发分高，在加热时，产生的胶质体热稳定性差、粘度小、流动性强，在结焦过程中分解出大量煤气并使煤料收缩，固化的部分较少。因此，多用气煤炼焦时，有减小煤的膨胀压力和增加化学产品产率的优点。我国气煤埋藏量大，在配煤中应尽量多用

12、气煤。肥煤质量分析肥煤具有很强的粘结性，受热时能产生大量流动性大、热稳定性好的胶质体。用肥煤炼成的焦炭熔融良好，横裂纹多，气孔率高。所以，肥煤是配煤中的重要成分。肥煤加热时能产生大量胶质体，其热稳定性比较好，粘度不大。在炼焦煤中以肥煤的粘结性为最好。肥煤单独炼焦时所得焦炭横裂纹多，气孔率高，在焦饼根部有蜂窝状焦，焦炭易成碎块。但是，用肥煤炼出的焦炭熔融性好。肥煤的结焦性不如焦煤。1/3焦煤的质量分析1/3焦煤具有灰分低、硫分偏高，挥发分高、黏结性强、结焦性较差的特点。其中官桥1/3焦煤的R在80%左右。变质程度偏年轻，巳经接近气煤，挥发分高。max焦煤的质量分析焦煤具有硫分低、结焦性能好、变质

13、程度偏年轻（Rmax在1.2%1.3%之间）的特点，并且混洗现象比较严重，质量波动大91。2.3.3.2配合煤质量根据青岛焦化制气有限公司张玉国等工程师在采用捣固焦炉生产铸造焦验a】中论证的配合煤最佳指标：V在28%左右；G在65以上；y值在1020mm之间。daf根据表2.2煤的工业分析得：V=28.75%,G=70.26,y=14.35mm。daf可以看出，以上配合煤参数较好的符合了程启国工程师提出的配合煤最佳指标。2.4原料煤、蒸汽、电、水、煤气的年耗量2.4.1原料煤的年耗量焦炉炭化室孔数的确定干全焦年产量计算公式：G二36S24（2.1）T式中，G干全焦的年产量，G=130万t/a；

14、n炭化室孔数；V炭化室有效容积，本设计焦炉（后面论证），=炭化室有效长度x炭化室有效高度X炭化室有效宽度=15.14x5.65x0.50=42.77m3/孔；Y一干煤堆比重，本设计取1.1t/m3；t一焦炉周转时间，本设计t=24h；K一全焦率，根据后面的热量衡算，入炉煤干燥基全焦率Kd=76.57%；J0.95减产系数；G=36424）.j（2.2）Tn=gt=1300000 x24365x24x0.95xVyKd365x24x0.95x42.77x1.1x0.7657=104-07n取整为110孔，则干全焦年产量G二365x24x0.95nVYKf二365x24x0.95X110 x42.

15、77xl.lx0.7657-二137.40万吨t24（2）原料煤的年耗量的确定年消耗干煤量二110 x42.7724.1x24x365二188.89万吨设定原料煤的水分为8%,则原料煤的年耗量为：1188%9=205.3万吨2.4.2蒸汽，电，水，煤气的年耗量蒸汽的年耗量蒸汽主要用于清扫集气管，消耗指标为0.002m3/t（干煤）0.002x188.89x104=3778m3/a电的年耗量生产吨干焦的耗电量为25kWh/t25x137.40 x104=3.43x107kWh/t水的年耗量设计采用干法熄焦,故耗水量主要来自水封及装煤孔盖密封等用水，为0.005m3/t（干煤）0.005x188.

16、89x104=9445m3/a煤气的年耗量本设计焦炉采用焦炉煤气加热，根据后面的热量衡算，吨入炉干煤需要的干焦炉煤气量为133.26m3故年耗湿焦炉煤气量为：188.89x104x133.26二2.52x108m3/a2.5焦炭质量估计，全焦及各级焦炭年产量2.5.1焦炭质量估计根据谢海深等在焦炭质量预测模型的研究11中提出的用配合煤质量预测焦炭质量的公式：TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark56 o Current Document A=-2.23875+1.57222A（煤）（2.3）dd HYPERLINK l bookmark58 o Current D

17、ocument S=0.047597+0.755182S（煤）（2.4）t,dt,d HYPERLINK l bookmark60 o Current Document M=126.147-2.104V+0.144G（2.5）40dafM=12.794+0.452V-0.243G（2.6）10daf配合煤：A=9.22%；S=0.57%；V=25.86%；G=70.26dt,ddaf焦炭：A=-2.23875+1.57222A（煤）=-2.23875+1.57222x9.22=13.26%ddS=0.047597+0.755182S（煤）=0.047597+0.755182x0.57=0.48

18、%t,dt,dM=126.147-2.104V+0.144G=126.147-2.104x26.93+0.144x70.05=81.8640dafM=12.794+0.452V-0.243G=12.794+0.452x26.93-0.144x70.05=7.4110daf计算结果表明:A达到二级高炉焦质量标准，S、M、M达到一级高炉焦质量标准。dt,d40102.5.2全焦及各级焦炭年产量全焦年产量因本设计采用的是干熄焦，拟定焦炭水分为1%全焦年产量为105.47=106.54万吨/年11%各级焦炭年产量本设计焦炭分级为：40mm；4025mm；2510mm；100mm根据焦化设计参考资料12

19、表2.4各级焦炭产率分级范围产率，%备注全隹1八、7476对干煤40mm86对干全焦4025mm7同上2510mm2.5同上100mm4.5同上根据上表可得各级焦炭（干基）年产量为:80毫米：105.47x20%=21.09万吨40毫米：105.47x86%=90.70万吨4025毫米：105.47x7%=7.38万吨2510毫米：105.47x2.5%=2.64万吨100毫米：105.47x4.5%=4.75万吨2.6出炉煤气组成，净煤气年产量出炉煤气组成表2.5出炉煤气组成（体积，%）H2CH4CHmnCOCO2O2N2焦油气粗苯氨硫化氢54%28%2%5.5%2.6%0.7%5%0.02

20、g/m345g/m316g/m34g/m3净煤气年产量根据后面的物料衡算，吨入炉煤所产净煤气量为136.23kg/t净煤气年产量为141.79x104x136.23=1.93x108t/a3备煤工艺概述3.1备煤工艺流程的选择备煤工艺包括来煤接受、贮存、倒运、粉碎、配合和混匀等工序。备煤工艺大体分为配合粉碎（先配煤后粉碎）和分别粉碎（先单种煤分别粉碎再配煤）二者在煤的接受和贮存基本上是相同的，但在煤的配合与粉碎上则有先后顺序的差别。配合粉碎工艺流程优点：工艺过程简单，布置紧凑，操作方便，粉碎机后亦不再需要混合设备。缺点：当各原料煤的硬度差别较大时，对焦炭质量有一定的影响。分别粉碎的工艺流程优点

21、：各单种煤的粉碎细度可按其性质和要求进行调节，从而达到改善焦炭质量的目的。缺点：工艺过程复杂，需要多台粉碎机。在配煤以后还需设有混合设备。考虑各单种原料煤的硬度差别不大，为了简化流程，减少投资，故本设计选择配合粉碎工艺流程由于来自平顶山地区的煤含水分较多，为达到本设计捣固炼焦所需9%的入炉水分，还要考虑煤的干燥，故还应加设煤调湿设备。3.2备煤车间的工段组成和平面布置备煤车间工段组成包括收煤工段、破碎工段、配煤工段、粉碎工段和贮煤塔。备煤车间平面布置备煤车间布置在焦炉的焦侧优点：贮煤场到煤塔的胶带输送机长度较短，备煤和筛焦的铁路线可以集中，车间比较紧凑，操作管理较为方便。缺点：筛焦楼离炼铁车间

22、较远，增大了往炼铁厂运送焦炭的距离。备煤车间布置在焦炉的机侧优点：筛焦楼靠近炼铁厂，往炼铁厂运送焦炭的距离较短。缺点：化产车间夹在备煤和焦炉中间，因而增大了粉碎机室到煤塔的运输距离。备煤车间与焦炉混合布置优点：整个工厂比较集中紧凑。缺点：各个车间，特别是炼焦车间发展受到限制，备煤车间也比较分散，维护管理不便。因本设计焦化厂焦炉与钢铁厂距离较远，布置方式对焦炭运输距离影响很小。故本设计采取焦炉焦侧的布置形式。本设计备煤车间平面布置见图3.2。3.3备煤车间主要设备的选择和计算受煤设备的选择根据焦化厂的生产实践，按照工厂规模，一次进厂车辆数、允许的卸车时间以及各种卸车设备的技术性能，在焦化厂内推荐

23、采用如表3.1中所示的几种受煤装置。本设计为年产量130万吨焦炉，要求卸料量较大，应采用翻车机卸料更合理。所以本设计采用KFJ-2A型三支座转子式翻车机卸料。煤场设备及辅助设备的选择堆取料设备：根据工厂规模和国内现有贮运设备的种类和性能，年产量90万吨的焦化厂采用堆取料机或大跨度装卸桥进行堆取料较宜。但是大跨度装卸桥，均为间歇作业，与堆取料机相比，有生产能力低、设备重量大、基建费用高等缺点。故本设计采用堆取料机进行煤料的堆取。选取堆料机型号为：DQ5030,图3.3贮煤场辅助设备：在机械化贮煤场中，为了配合贮运设备进行辅助作业，以提高贮运设备的工作效率，都增设推土机来辅助作业。其他辅助设置：推

24、土机库、工人休息室、调度室等。贮煤场容量及长度计算贮煤场容量原料煤的年耗量为205.3万吨/年；平均每天焦炉用煤量为205.3/365=0.562万吨设贮煤场容量按15天焦炉用煤量考虑，则其容量为0.562x15=8.43万吨本设计将贮煤场容量设定为9万吨贮煤场长度(3.1)根据焦化设计参考资料12,贮煤场长度可用下式计算：L=Q+nh+(n-l)cK-ZAqL贮煤场的堆煤总长度，m；Q要求贮煤场的操作容量，为90000t；K贮煤场的操作系数，一般取0.7；n沿贮煤场全长方向的主煤堆数。当煤场使用堆取料机时，为简化计算，n取煤种数；故本设计n为5；h一煤堆高度，取13m；c相邻煤堆底边的间距，

25、取2m；ZAq在每米主煤场的长度内，主煤堆和副煤堆的总堆煤量;按Aq=0.8h(l-h)得，ZAq=Aq+2Aq=0.8h(l-h+2x0.8h(l-h)212=0.8x13x(50-13)+2x0.8x13x(35-13)=384.8+457.6=842.4t/mL=90000+4x13+(5-1)x2=213m0.7x842.4考虑到贮煤场因其他因素所需的长度L=37m，L=30m；34故贮煤场长度为L+L+L=213+37+30=280m34配煤设备自动配煤装置本设计采用配煤盘配煤，它是最常用的配煤设备。其优点是调节手段多，操作方便，维护简单，对粘结性煤适应性强。缺点是设备笨重，耗电多，

26、刮板上易挂杂物影响配煤精度。本设计的自动配煤装置见图3.4图3.4自动配煤装置1配煤盘；2称量胶带输送机；3传感器；4显示仪表装置配煤槽的个数及容量根据焦化设计参考资料，不同规模焦化厂的配煤槽个数及容量如下:表3.2不同规模焦化厂的配煤槽个数及容量规模万吨焦炭年直径米数量个容量吨/1个槽适用煤种数1020646200三34060767350W490878500三512081012500三518081214500三6180101012800三6270101214800三6表3.3配煤槽、配煤盘与胶带输送机的关系尺寸配煤槽径/m胶带输送机带宽/mm配煤盘直径，D/mmA/mmB/mmC/mmK/m

27、mH/mm810002000150100055010002500本设计取配煤槽的个数为12个，容量为500吨/I个槽，配煤槽直径为8m。对水分适应范围较大12%26.10=76.57,%JGj=910 x76.57%=696.79kg/t焦油量焦油量可按下式计算：G=1000XKar=1000X(10W-Aar)7，kgJYJY100100式中：Kar入炉煤收到基焦油产率；JYKda入炉煤干燥无灰基焦油产率；JYA入炉煤收到基灰分，A=8.48,%ararKdaf采用下式进行计算:JY入炉煤V=28.75,%，当入炉煤V=1830%时,dafdafKdaf=-18.36+1.53x28.75-

28、0.026x28.752=4.14%JY武汉科技大学本科毕业设计武汉科技大学本科毕业设计 =1.04x100100 gjy1000(100-9-8-48)x4.14%=34.16kg/t100粗苯量粗苯量可按下式计算:G二1000KB1000 x(100WA)100arxKdafkgB(5.6)式中：g粗苯量，kg；BKar入炉煤收到基粗苯产率;BarKdaf一入炉煤干燥无灰基粗苯产率BKdafB目前多用下式进行计算:KdaU1.64B0.144Vdaf0.00126(V)daf(5.7)KdafB=-1.61+0.144x28.75-0.0016x28.752=1.21Gb1000(1009

29、竺x1.21%=9.98kg/t100氨量对于氨的回收，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:国内主要有生产硫氨和氨水两种工艺流程。故在物料衡算中均应换(5.8)式中：Kar入炉煤收到基氨的产率;AKd入炉煤干燥基氨的产率A经研究证实，煤在炼焦过程中氮量有1216%转化成氨，故氨的产率可用下式计算:(5.9)17Kd=bNA14d式中：b煤中总氮量转入氨中的转化系数，可取0.120.16，本设计b取0.15；N入炉煤干躁基氮含量，N=1.20；dd17一氨的分子量；14一氮的分子量;Kd=17bN=17x0.15x1.20=0-22a14b14x咛x0.22%=2-0

30、0kg/t100WG=1000 xxKd=1000A100A净煤气量a算法：净煤气量可用下式计算：G=1000aK=mqmq式中：Kar入炉煤收到基净煤气产率，mqKd一入炉煤干燥基净煤气产率，mqKd可用入炉煤挥发分含量求得：mq1皿wx100%;%。Kd=Kmq(5.10)(5.11)K与入炉煤性质有关，一般配合煤取3.1,Kd=14.97mqTOC o 1-5 h zG=1000 x100WxKd=1000 x100-9x14.97%=136.20kg/tmq100mq100b算法：净煤气量可用下式计算：100WG=1000Kar=1000 xxKdmqmqmq式中：Kar入炉煤收到基净

31、煤气产率；mqKd入炉煤干燥基净煤气产率mqKd可用碳平衡求得，以焦炭、煤气、焦油和苯中碳总量等于煤中的碳量为基础。mqKd(5.12)Cd=78.51kg；mn-G(C+C+C)186.x7mjrbxCO+COfCH+2.35C24mn式中：n入炉煤的损耗系数，可取0.981.00,设为0.99；Cd100kg入炉干煤所含碳量，由入炉煤c=78.51得,mdCd100kg入炉干煤炼成的焦炭中的含碳量，由全焦率与焦炭中的固定碳含量求J得，干焦中固定碳的含量为86.26%，则Cd二100 x86%xKd=100 x86.26%x78.99%=68.14kgJJCd100Kg干煤所得焦油中含碳量，

32、焦油含碳量一般可取86%，JY已知Kdaf=3.82，Kd二Kdafx（10-Ad）二3.82x1009.86=3.44JYJYJY100100Cd二100 x86%xKd=100 x86%x3.44%=2.96kgJYJYCd100kg干煤所得粗苯中含碳量，粗苯中的含碳量一般可取91.2%B已知Kdaf=1.04,BKd=KdafxBB100Ad1009.86=0.94Cd=100XKdX91.2%=0.86kgTOC o 1-5 h zBBh2,co2,n2,co,o2,ch4,cH分别为净焦炉煤气中相应组成的体积含量,22224mnH2=58%,CO2=2.4%,N2=4.5%,CO=6

33、.5%,O2=0.6%,CH4=25%,CH=3%22224mng标准状态下净煤气密度，一般可按下式计算：mqgmq44xCO+28xCO+16xCH+2xH+32xO+32.6xCH+28xN=0467(513)422.4x10022Kd=186.7xmqn-Cd(Cd+Cd+Cd)mJJYBXgCO+CO+CH+2.35CHmq24mnx0.467=12.300.99x78.51-(68.14+2.96+0.86)=186.7x2.4+6.5+25+2.35x3G1000100wK1000100930%=111.92kgG=1000 xxKd=1000 xx12.30%mq100mq100

34、通过后面的计算进行比较，因为取第b种算法误差很大，故取第a种算法。即：水量Gmq=136.20kg/t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。(5.14)化合水量可按下式计算：G=100 xWdKSX100SX式中，Kd干基化合水产率，可按下面的经验式求得:SXKdSX=18xaxOd16m(5.15)a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0.4Od入炉煤干基含氧量，Od=5.38；18水分子量；16氧原子量mmKdSXxaxOd16m18=X160.4x5.38=2.42GSX=100

35、0X忖XKSx=1000X喘X242%=22.04kg入炉煤带入的水量GS=90kg差值DG支出物料总和G=G+G+G+G+G+G+G=991.17kgJJYBAmqSXSDG=SG-G=1000-991.17=8.83DG883X100%=X100%=0.883%1%SG1000武汉科技大学本科毕业设计武汉科技大学本科毕业设计 # 表5.1物料平衡表5.2焦炉热量衡算热量衡算的依据和前提焦炉热量平衡的测定和计算是在物料平衡的基础上，根据能量守恒定律进行的，也就是说供给焦炉的总热量（DQ）等于焦炉支出的总热量（DQ）。即DQ=DQ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

36、炉正常生产的真实反映；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。热平衡收入项计算加热用煤气的热量包括加热煤气的燃烧热和显热两部分。本设计中焦炉采用焦炉煤气加热。加热煤气的燃烧热（Q）加热煤气燃烧热是吨入炉煤所需加热煤气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量为Vm3/t，加热煤气低发热量（Qd）。DW表5.2加热煤气（干基）的组成组成CO2O2COCH4CHmnH2N2%2.400.406.0025.52.2059.54.00干焦炉煤气的低发热量：Qd=0.01X（2.40X68216+6.00X12644+59.5X10802+25.5

37、X35831）=17960kJ/m3DW故加热煤气的燃烧热Q产QdxV=17960XV=17960VkJ/t1DW加热煤气带入的显热（Q2）Q=Vct+VHOdct（5.16）2mqmq2sqmq式中，t加热煤气的入炉温度，c；mqc0t温度内加热煤气（干）的平均比热，kJ/（m3C）；mqmqc0t温度内水分的平均比热，kJ/（m3C）；sqmqHOd干煤气中水分的含量。2本设计中，t取20C，查焦炉的物料平衡与热平衡附表3得，干焦炉煤气的mq含水量为0.0235m3/m3；020C水的平均比热c=1.4965kJ/血C）；sq武汉科技大学本科毕业设计武汉科技大学本科毕业设计100100 1

38、00100 20C时，煤气中各组分的比热为：c=1.6216；c=1.2997；c=2.0340；TOC o 1-5 h zCOCOCH2mnc=1.3082；c=1.2794；c=1.2948；c=1.5675；2H2N2CH4cmq=0.01(cXCO2+cXO2+cXCO+cXCH4+cXCmH+cXCOOCOCHCHnh224mn2H2+c=0.01X(1.6216X2.40+1.3082X0.40+1.2997X6.00+1.5675X25.50+2.0340X2.20+1.2794X59.50+1.2948X4.00)=1.38kJ/(m3C)Q2=Vcmqt+VHQdctmq=V

39、X1.38X20+VX0.0235X1.4965X20=28.30VkJ/tmq2sq漏入加热系统的荒煤气的燃烧热焦炉正常状况下漏入加热系统的荒煤气几乎没有，所以这部分燃烧热不予考虑。空气带入的显热(q3)空气带入的显热是进入焦炉的空气量和空气比热及其温度三者的乘积。进入炉内的空气量包括加热煤气和漏入加热系统的荒煤气燃烧所需空气量的总和,其数值大小决定于加热煤气量和漏入加热系统的荒煤气量的多少及其组成以及燃烧的空气系数。而本设计不考虑漏入加热系统的荒煤气。Q3=VLckqtkq(517)式中，L1m3加热煤气燃烧所需空气量，m3；tk蓄热室走廊空气的平均温度，tk=20C；kqkqckq0C2

40、0C内空气的平均比热，kJ/(m3C)。用焦炉煤气加热时，据焦炉结构不同，a=1.21.255。取a=1.25查焦化设计参考资料附录12-1得，空气过剩系数a=1.25时，L=5.550m3。查焦化设计参考资料附录十四得：ckq=0.312kcal/(m3C)=1.304kJ/(m3C)Q3=VLckqtkq=Vx5.550X1.304X20=144.74VkJ/t(5.18)干煤带入的显热(Q4)Q4=Gct4mmm式中，t入炉煤的温度，C。本设计取20C；mc干煤的平均比热，可用下式计算：mc=0.883(1+0.008VJ1+0.15mdtm-0.0008(漳)3(5.19)式中，vd入

41、炉煤干基挥发分，vd=26.10,%。ddcm=0.883x(1+0.008x26.10)1+0.15x0.2-0.0008x0.23=1.099kJ/(kgC)Q4=GCmt=900 x1.099x20=19782kJ/t4mm武汉科技大学本科毕业设计武汉科技大学本科毕业设计 入炉煤水分带入的显热(q5)Q5=GSct(5.20)*Ssm式中，GS吨入炉煤带入的水分，为90kg；cs0C20C，水的平均比热，为4.2kJ/(kg.C)；Q=GCt=90X4.2X20=7560kJ/t5ssm收入热量总和(32)SQ=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5(5.21)LQ=17960V+28.30V+1

42、44.74V+19782+7560=27342+18133.04VkJ/t热量支出各项的计算焦炭带出热量(Q)1由炭化室推出的红焦带走的热量是焦炭量与其平均比热及平均温度的乘积。Q=GJcJtJ(5.22)1JJJ式中，G厂吨入炉煤产生的焦炭质量，kg；c厂焦炭的平均比热，kJ/(kg.C)；t厂焦饼的平均温度，C，本设计取tJ=1000c；焦炭平均比热如下表：表5.3.焦炭的比热温度/c萨德与德提出的值德布儒奈提出的值1000.308-0.00093AJ9001.562-0.00536AJ1.474-0.00414AJ10001.5990.00565AJ1.511-0.00442AJ表中的“

43、缶”为焦炭的灰分。根据前面焦炭质量的预测，Ad=11.22%。Jd当Ad=11.22%，t=1000C时，根据表5.3，焦炭平均比热分别为1.536和1.461,取d其平均值为1.498。即Cj=1.498kJ/(kg.C)，GJ=696.79kg/t故Q=Get=696.79X1.498X1000=1043791kJ/t1JJJ焦油带出的热量(Q)2焦油气的平均比热一般可按下式计算：cJY=1.277+1.641X10-3t1h,kJ/(kg.C)(5.23)JY1h焦油带走的热量可用下式计算：Q=Gjy(41.68+cJYt1h)，kJ/t(5.24)2JYJY1h式中：Gj厂吨入炉煤的焦

44、油产量，根据物料衡算，GjY=34.16kg/t；t1h前半个结焦时间荒煤气离开炭化室的平均温度，本设计取t1h=650C；1h1hJ0t1h温度内焦油气的平均比热，kJ/(kg.C)。Cjy=1.277+1.641X10-3X650=2.344kJ/(kgC)Q=34.16X(41.68+2.344X650)=53470kJ/t2粗苯带出的热量(Q)3粗苯气带出的热量可用下式计算：Q=G(431+cBt1h)，kJ/t(5.25)3BBq1h式中：GB吨入炉煤的粗苯产量，根据物料衡算，Gb=9.98kg/t；t1h前半个结焦时间荒煤气离开炭化室的平均温度，t=650C。1hcBq0t1h温度

45、内粗苯气的平均比热，kJ/(kg.C)。5=1.026+1.285X10-3t=1.026+1.285X10-3X650=1.861kJ/(kg.C)Bq1hQ=G(431+c)=9.98X(431+1.861X650)=16374kJ/t3BBq1h氨带出的热量(Q)4(5.26)(5.27)(5.28)氨带出的热量用下式计算：Q=GAxcAxtt=2t+1t1h2h35=2.072+0.775X10-3tA式中：GA吨入炉煤的氨产量，根据物料衡算，GA=2.00kg/t；t整个结焦时间荒煤气离开炭化室时的加权平均温度，C；cA0t温度内氨的平均比热；ATOC o 1-5 h zt2h后半个

46、结焦时间荒煤气离开炭化室的平均温度，C；本设计取t2h=800C；2h2h121T=t1h+t2h=x650+x8OO=7OOC HYPERLINK l bookmark178 o Current Document 1h32h33ca=2.072+0.775X10-3t=2.072+0.775X10-3X700=2.6145kJ/(kgC)Q=GxCaxT=2.00X2.6145X700=3661kJ/t4AA净煤气带出的热量(Q)5净煤气带出的热量用下式计算：Q=G(2c1ht1h+1c2ht2h)(5.29)Q5m1hc2hz533omq式中：G一吨入炉煤的净煤气产量，根据物料衡算，G=1

47、36.20kg；mqmq。c?h分别为0th和0亡2人温度内净煤气的平均比热，kJ/(kg.C)；丫om标准状态下净煤气重度，一般可按下式计算：kg/m3丫=44CO+28CO+16CH+2H+32O+32.6CH+28N,2422mn2omq22.4x100=44x2.4+28x6+16x25.5+2x59.5+32x0.4+32.6x2.2+28x422.4x100=0.445kg/m3t1h=650C,t2h=800C，假设在不同温度下净煤气的组成不变。净煤气的平均比热：t=650C时，各组成比热分别为：c=2.06475;c=1.4256;c=1.3647;c=2.3195;c=3.4

48、0385;c=1.31005;c=1.3469；的。2COCH4CmHHNc1h=0.01(2.4X2.06475+0.4X1.4256+6X1.3647+25.5X2.3195+2.2X3.40385+29.5X1.31005+4X1.3469)=1.6368kJ/m3t=800C时，各组成比热分别为：c=2.1311;c=1.4499;c=1.3862;c=2.4953;c=3.6383;c=1.3167;c=1.367；CO2O2COCH4CmHHN2c2h=0.01(2.4X2.1311+0.4X1.4499+6X1.3862+25.5X2.4953+2.2X3.6383+29.5X1

49、.3167+4X1.367)=1.6946kJ/m3净煤气带走的热量：Q5=叱(2c1ht1h+3c2ht2h)Y33omq=136-20 x(2x1.6368x650+1x1.6946x800)=355396kJ/t0.44533水分带出的热量(Q)6水分带出的热量是由以下三个部分热量构成的：即入炉煤带入水分的加热和蒸发所消耗的热量(Q)；煤在炼焦过程所形成的化合水，被蒸发所消耗的热量(Q)；水6-16-2分与炽热焦炭反应所消耗的热量(Q6-3入炉煤带入的水分加热和蒸发所消耗的热量Q6-1=GS(2500.8+csqt1h)(5.30)式中：GS入炉煤含水量，90kg/t；c0C650C内水

50、的平均比热，c=2.032kJ/(kg.C)sqsqQ=GS(2500.8+csqt1h)=90 x(2500.8+2.032x650)=343944kJ/t61煤在炼焦过程所形成的化合水被蒸发所消耗的热量与焦炭反应消耗的水量为：G=0.25G+0.25GfssxQ=(0.25GS+1.25GSx)c(-450)-2093,kJ/t62sqc=ct450csq旳1hqt4501hsx式中：G化合水量，根据物料衡算得：G=22.04kg/tsxCsqCsq450C650C内水的平均比热，kJ/(kg.C)；0C450C内水的平均比热，kJ/(kg.C)。650450c=1.9628kJ/(kgC

51、)，c=650*2豎驚*1.9628=2.188kJ/(kgC)sqsqQ62=(0.25GS+1.25Gsx)寫(t1h-450)-2093=(0.25x90+1.25x22.04)x2.188x(650-450)-2093=82853kJ/t水分与炽热焦炭反应所消耗的热量每千克水分与焦炭反应吸收6594kJ热量，故Q63=6594Gf=6594x(沖心化)，kJ/t(5.31)(5.32)(5.33)(5.34)Q=6594x(0.25x90+0.25x22.04)=184698kJ/t63Q=Q+Q+Q=34394482853+184698=445789kJ/t6616263废气带走的热

52、量(Q)7Q=VVfcftf(5.35)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。由焦化设计参考资料附表12-1,查得Vf=4.995m3；tf废气的温度，C。本设计取tf=300C。c厂废气的平均比热，kJ/(m3.C)。根据焦化设计参考资料图141得，cf=0.335kcal/(m3.C)=1.407kJ/(m3.C)；Q=VVfcftf=Vx4.995xl.407x300=2108.4VkJ/t7III炉体表面总散热量(Q)8大型炼焦炉的散热损失约占热量总消耗的812%。本设计取10%。贝V,Q=0.1Q=0.1x(27342+18133.04V)=2

53、734.2+1813.304VkJ/t8总的支出热量LQ災=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8=1043791+53470+16374+3661+355396+445789+2108.4V+2734.2+1813.304V=1921215.2+3921.7VkJ/t差值（AQ）根据热量平衡求V,因为为Q二Q,则27342+18133.04V=1921215.2+3921.7V得V=133.26m3/tYQ=27342+18133.04V=27342+18133.04xl33.26=2443750.91kJ/t工Q=1921215.2+3921.7V=1921215.2+3921.7

54、xl33.26二2443820.94kJ/1AQ=LQ-LQ,=2443750.91-2443820.94=70.03kJ/tAQx100%=-70.03X100%热入收43759100100和总*热出支0015.3焦炉蓄热室计算蓄热室计算的目的蓄热室计算的目的是求出格子砖的高度，从而进一步确定蓄热室的高度。蓄热室计算的总体思路应该按热交换量最大的蓄热室进行计算，所以一般选焦侧煤气蓄热室来计算格子砖高度。运算时先列出有关的原始数据，然后通过蓄热室热平衡计算，确定预热空气或高炉煤气的温度，以及蓄热室的热交换量，再按下列方法算出热交换系数K。P对流传热系数a的计算K(5.33)=T0.25(0.9

55、617+0.2125Vd0.60式中：a对流传热系数，kcal/m2hC；KV0换算成标准状态下湿气体的流速，m/s；d一格子砖的水力直径，m辐射给热系数a的计算F先求出辐射层厚度C，C=Pd（5.34）式中：P三原子气体co2或h2o的体积百分数；d一格子砖水力直径，m。按求得的C和C值，查焦化设计参考资料附录十六，分别查表得辐射给热TOC o 1-5 h zCO2H2。系数aco2和ah2o，kcal/m2hC。再将此两项相加，得a。FFF将a与a之和乘以气流通过蓄热室的不均匀系数（一般为0.70.8）即得总传热KF系数，再根据加热期和冷却期的总传热系数（查焦化设计参考资料附录十七），确定

56、总热交换系数K。P然后算出格子砖上、下部气体温差的对数平均温度，最后按下式求出换热面积F：F=_QL（5.35）KjAtP式中：F换热面积，m2；Q预热高炉煤气或空气净得的热量，kcal/min；Kj一格子砖的平均总热交换系数，kcal/m2周期C；PT一个换向周期的持续时间，一般为20min；At格子砖顶部与底部的气体对数平均温度，C根据一层格子砖的蓄热面积，可以确定格子砖的高度。原始数据名称单位数量备注炭化室有效容积（煤饼体积）m342.77炭化室一次装入干煤量t47.05干煤堆积密度：l.lt/m3周转时间h24紧张操作系数1.071kg干煤相当耗热量kJ2659.3入炉水分以10%计干

57、焦炉煤气发热量kJ/m317960通过计算得湿焦炉煤气的成分，%CO2CHmnO2COH2CH4N2H2O2.352.150.395.8658.1024.903.902.35每一燃烧室所需的干焦炉煤气量：47.。5x1000 x2659,3x1.0717960 x24m3/h310.591m3干焦炉煤气燃烧所需的湿空气量(a=1.25)m35.550查焦化设计参考资料附录十二焦侧燃烧时一个燃烧室所需干煤气量310.59x1-08x22.08m3/h322.54焦、机侧煤气分配比1.05x500+7.5=1.08500-7.5机侧燃烧时个燃烧室所需干煤气量310.59X22.08m3/h298.

58、64通过焦侧一个蓄热室的湿空气量(a=1.25):322.54x5.550/60m3/min29.83当a=1.25时，1m3干焦炉煤气所产生的湿废气量m36.248查附录十二二通过焦侧一个蓄热室的湿废气量(a=1.25)322.54x6.248/60m3/min33.59a=1.25时湿废气成分,CO2O2N2H0查附录十二二6.413.6869.8520.0630C时空气热容量kcal/m3C0.311查附录十四400C时湿废气热容量(a=1.25)kcal/m3C0.338查附录十四1300C时湿废气热容量(a=1.25)kcal/m3.C0.374查附录十四1168C空气热容量kcal

59、/m3.C0.344查附录十四1m3湿空气中含水汽量m30.025饱和温度30C,相对湿度0.6表5.5蓄热室高向温度分布部位温度/c绝对温度/K下降气流废气温度焦侧蓄热室上部13001573中部10351308下部400673下降气流格子砖温度焦侧蓄热室格子砖上部12351508中部9751248下部350623上升气流格子砖温度焦侧蓄热室格子砖上部11801453中部8201095下部150673上升气流空气温度焦侧蓄热室上部tt+273中部7601033下部30373本设计采用12孔格子砖，其参数如下：一块格子砖的蓄热面积F=0.4122m2焦侧一层格子砖的蓄热面积F=0.4122x60

60、+1.929=26.661m（其中包括60块格子砖的蓄热面及相应高度的蓄热室墙面积）焦侧蓄热室一层格子砖的总空隙面积Fk=1.320m2焦侧蓄热室一层格子砖的总周边长度L=211.32m格子砖的水力直径d=0.0236m煤气蓄热室热平衡1）带入热量废气带入显热Q=1300 x0.374x33.59=16331.46kcal/min空气带入热量Q2=30 x0.311x29.83=278.31kcal/min进入总热量Qa=Q1+Q2=16331.46+278.31=16609.77kcal/min2）带出热量废气带出热量Q3=400 x0.338x33.59=4541.37kcal/min蓄热