焦?fàn)t的熱平衡與熱工評定(doc8頁)

1、焦?fàn)t的熱平衡及熱工評定一、焦?fàn)t的物料平衡及熱平衡焦?fàn)t的物料平衡計算是設(shè)計焦化廠最基本的依據(jù)，也是確定各種設(shè)備操作負荷和經(jīng)濟估 算的基礎(chǔ)。而焦?fàn)t的熱平衡是在物料平衡和燃燒計算的基礎(chǔ)上進行的。通過熱平衡計算， 可具體了解焦?fàn)t熱量的分配情況，從理論上求出煉焦耗熱量，并得出焦?fàn)t的熱效率和熱工 效率，因此對于評定焦?fàn)t熱工操作和焦?fàn)t爐體設(shè)計的是否合理都有一定的實際意義。為了 進行物料衡算，必須取得如下的原始數(shù)據(jù)：(1) 精確稱量裝入每個炭化室的原料煤量，取3 5 晝夜的平均值，同時在煤塔取樣測定平均配煤水分。干煤和配煤水分為焦?fàn)t物料衡算的入方。以下為焦?fàn)t物料平衡的出方：(2) 各級焦炭產(chǎn)量。標(biāo)定前要放空焦

2、臺和所有焦槽的焦炭，標(biāo)定期間應(yīng)準(zhǔn)確計量冶金焦、 塊焦和粉焦 ( 要計入粉焦沉淀池內(nèi)的粉焦量 )的產(chǎn)量。并對各級焦炭每班取平均試樣以測定 焦炭的水分，并考慮到水分蒸發(fā)的損失量，然后計算干焦產(chǎn)量。(3) 無水焦油、粗苯、氨的產(chǎn)量，通常按季度或年的平均值確定，不需標(biāo)定。(4) 水汽量按季或年的多余氨水量的平均值確定。(5) 干煤氣產(chǎn)量由洗苯塔后 (全負壓操作流程為鼓風(fēng)機后 )的流量表讀數(shù)確定，并進行溫度 壓力校正。在計算時，一般以 1000kg 干煤或濕煤為基準(zhǔn)。以下列出某廠焦?fàn)t炭化室物料平衡的實際數(shù) 據(jù)。如表 8 9 所示。根據(jù)物料平衡和溫度制度，計算出各種物料帶入焦?fàn)t和帶出焦?fàn)t的顯熱和潛熱，然后

3、作出焦?fàn)t的熱平衡計算。具體計算方法可參考有關(guān)資料?，F(xiàn)列出根據(jù)表 8-9 的物料平衡所作的熱平衡計算，如表 8-10 的數(shù)據(jù)，并加以分析。由熱平衡可知，供給焦?fàn)t的熱量有98% 來自煤氣的燃燒熱，故在近似計算中可認為煤氣的燃燒熱為熱量的惟一來源，這樣可簡化計算過程。在熱量出方中，傳入炭化室的有效熱1 4 項占 70%，而其中焦炭帶走的熱量占 37.6%，換算到每噸赤熱焦炭帶走的熱量為：kJ/t 焦。此值相當(dāng)可觀。采用干法熄焦此熱量可大部分回收。降低焦餅中心溫度和提 高焦餅加熱均勻性可降低此熱量。由水蒸汽帶走的熱量占 16%，故降低配煤水分可以降低此熱量。 此外，采取降低爐頂空間溫度、上升管加水夾套

4、回收余熱等方法可以減少或部分回收煤氣、化 學(xué)產(chǎn)品和水汽帶走的熱量。由廢氣帶走的熱量也很大，約占18.6% ，因此改善蓄熱室的操作條件，提高蓄熱效率，是降低熱量消耗的重要途徑之一。一般散失于周圍空間的熱量，對于大焦?fàn)t約為10% ，小焦?fàn)t由于表面積大，故散熱損失大于10%。二、焦?fàn)t的熱效率和熱工效率 根據(jù)焦?fàn)t的熱平衡，可進行焦?fàn)t的熱工評定。由表8-10 可見，只有傳入炭化室的熱量 （出方 14項 ）是有效的，稱為有效熱。為了評定焦?fàn)t的熱量利用程度，以有效熱（Q 效）占供入總熱量 （Q 總）的百分比稱為焦?fàn)t的熱工效率 （熱工 ）即：熱工 = ×100（8-15）因 Q效等于供入焦?fàn)t總熱量減

5、去廢氣帶走的熱量Q廢和散失周圍空間的熱量 Q 散， 所以：熱工 = ×100（8-16）由于計算 Q 散比較困難，也可以采用熱效率 （熱）的方式來評定焦?fàn)t的熱量利用情況。 熱=×100（8-17）它表示理論上可被利用的熱量占供入總熱量的百分比。通常對現(xiàn)代大型焦?fàn)t 熱工約為 70 75， 熱為 8085。 熱工與 熱可從焦?fàn)t熱平衡中 求得。由表 8-10 可得：熱工 =× 100 =71.4 熱=×100 =81.4但由于進行熱量算衡需要做大量的繁瑣的測量、統(tǒng)計和計算工作，通常生產(chǎn)上不進行，而是根據(jù) 燃燒計算來估算 熱工和 熱，方法如下： 計算以 1 標(biāo)

6、m3 加熱煤氣為基準(zhǔn)。 在熱量入方中，由于煤氣的燃燒熱 ( 低發(fā)熱值 )和煤氣、空氣的顯熱已占總熱量 99以上，因此 可以近似看作為 Q總。煤氣低發(fā)熱值按其組成計算，煤氣和空氣的顯熱則根據(jù)燃燒計算所得的L 實和煙道走廊的溫度計算。 由蓄熱室進入廢氣盤的廢氣所帶出的熱量 Q 廢和廢氣中不完全燃燒產(chǎn)物的燃燒熱 Q 不，可通過 取樣分析得出的廢氣組成和測定的廢氣溫度來求得。焦?fàn)t的散熱損失一般按供入總熱量的10計。則：熱=× 100熱工 =×100例 8-3 某焦?fàn)t以 Q 低 =3643kJ m3 的高爐煤氣加熱，由燃燒計算得，L 實=0.843 m3(m3 煤氣)，產(chǎn)生的廢氣量

7、V 廢=1.757m3 (m3 煤氣 )，煤氣溫度 30oC，煙道走廊的空氣溫度為 35oC，空氣的相 對濕度為 0.6，廢氣中含 CO 為 0.25，廢氣的平均溫度為 280oC，計算焦?fàn)t的 熱和 熱工。解 (1) 煤氣的燃燒熱 Q低=3643kJ(m3 煤氣 )。(2) 煤氣帶入的顯熱 煤氣溫度 30oC，查圖 8-4 得 c 煤=1.352kJ(m3· )，30時煤氣帶入的飽和 水汽量為干煤氣的 4.36(查表 8-3)，30時水汽的比熱容 = 1.457kJ(m3·)。Q 煤 =11.35230+0.043611.45730=42.7kJ m3(3) 空氣帶入的顯熱

8、 35時空氣的比熱容 c 空=1.277kJ (m3·)，35時飽和水汽量為干空氣的 5.87，當(dāng)相對濕度為 0.6 時，空氣中所含水汽量為干空氣的0.05870.6=0.0352 。Q 空 =0.84311.27735+0.84310.03521.45735=39.27kJ m3(4) 廢氣帶走的熱量 廢氣在 280時的比熱容查圖 8-4得 c廢=1.453kJ(m3·)。Q 廢 =1.7571.453280=713.9kJ m3 。(5) 不完全燃燒的熱損失 CO 的發(fā)熱值為 12728kJ m3。Q 不 =1.7570.02512728=56.1kJ m3則熱 =79

9、.33 若 Q 效為供入總熱量的 10 ，則熱工 = =69.4 三、煉焦耗熱量 由焦?fàn)t熱平衡作熱工評定方法比較麻煩，因此生產(chǎn)上廣泛采用煉焦耗熱量對焦?fàn)t進行熱工評 定。煉焦耗熱量是表示焦?fàn)t結(jié)構(gòu)的完善程度、焦?fàn)t熱工操作及管理水平和煉焦消耗定額的重要指標(biāo)，也是 確定焦?fàn)t加熱用煤氣量的依據(jù)。煉焦耗熱量是將 1kg 煤在煉焦?fàn)t內(nèi)煉成焦炭所需供給焦?fàn)t的熱量。由于采用的計算基準(zhǔn)不同，故 有下列表示方法。1. 濕煤耗熱量1kg 濕煤煉成焦炭應(yīng)供給焦?fàn)t的熱量，用 q 濕來表示，顯然濕煤耗熱量隨煤中水分變化而變化， 水分越多， q 濕越大。q濕=，kJ(kg 濕煤 )(8-18)式中 V0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下加熱煤氣的耗

10、量， m3 h；Q 濕焦?fàn)t的濕煤裝入量， kg；Q 低加熱用煤氣的低發(fā)熱值， kJm3。2. 干煤耗熱量lkg 干煤煉成焦炭所消耗的熱量。干煤耗熱量不包括煤中水分的加熱和蒸發(fā)所需要的熱量，以干來表示。每 kg 水汽從焦?fàn)t炭化室?guī)ё叩臒崃繛椋簂00 =51000kJ （kg 水 ）式中 2491 lkg 水在 OoC時的蒸發(fā)潛熱， kJkg；2.01 為水汽在 0 600oC 時的平均比熱容， kJ （kg ·oC）；600 從炭化室導(dǎo)出的荒煤氣的平均溫度，；72.5 焦?fàn)t的平均熱工效率，。 如配煤水分為 Mt（濕基 ），則 q 濕 =q 干 +5100 =q 干+51Mtq干=l00

11、, kJ （kg 干煤 ）（8-19）3. 相當(dāng)耗熱量 為統(tǒng)一基準(zhǔn)，便于比較，提出了相當(dāng)耗熱量這一概念。它是在濕煤煉焦時，以 lkg 干煤為基準(zhǔn) 時，需供給焦?fàn)t的熱量 （包括水分加熱和蒸發(fā)所需熱量 ），以 q 相來表示。,kJ/ （ kg 干煤） （8-20）式中 G 干焦?fàn)t干煤裝入量， kgh 我國焦?fàn)t相當(dāng)耗熱量指標(biāo)見表 8-11 。表 8-11 數(shù)據(jù)按每 kg 搗固煤料，配煤水分 7計。計算加熱系統(tǒng)時，考慮使生產(chǎn)留有余地，故規(guī)定值較高。由表可見，焦?fàn)t用高爐煤氣加熱時，相當(dāng)耗熱量高于用焦?fàn)t煤氣加熱。這是因為高爐煤氣與焦 爐煤氣相比，熱輻射強度低，廢氣量大，廢氣密度高，故廢氣帶走的熱量多，通過

12、爐墻和設(shè)備的漏損量也 大。由于煤料水分常有波動，各廠煤料水分也不相同,故耗熱量也不相同。為便于比較，必須將煉焦耗熱量換算為同一基準(zhǔn)。水分每變化 1時，相當(dāng)于濕煤中 1的干煤為 1的水分所取代，故 q濕的變化值為。因 q 干一般約為 2094kJ/kg， q水為 5100 kJ/kg ，則 q 濕的變化值為 2933 kJ/kg。該值的換算方法如下：當(dāng)用焦?fàn)t煤氣加熱時，配煤水分 7%的 q 相取大中型焦?fàn)t的平均值： （2345+2596）=2470kJ/kg按式 8-20 得：q 濕=q 相=2303kJ/kg配煤水分增加 1%時，該濕煤的耗熱量增加 29kJ，則折算到 q 相的增加為：=67k

13、J 對于高爐煤氣，配煤水分取 7時：q 相= (2638+2931)=2785kJ kg 則 q濕=2785=2596kJ kg故配煤水分增加 1時， q 相的增加值為：=67kJ我國焦化廠的配煤水分一般為9 10，由測得的耗熱量換算為9配煤水分的耗熱量 q 換時，可按下列公式計算：(8-21)(8-22)(8-23)(8-24)(按表 8-9 和 8-10)：焦?fàn)t煤氣： q相換 =q相-59(M t-9) q 濕換 =q 濕 -29(Mt-9)高爐煤氣： q相換 =q相-67(M t-9) q 濕換 =q 濕 -33(Mt-9) 煉焦耗熱量可由焦?fàn)t的熱平衡得到q濕= 2663kJ (kg 濕

14、煤)q干=100=2458kJ (kg 干煤)q 相=2663=2897kJ kg 干煤 (水 )用焦?fàn)t煤氣加熱時，換算為水分9時耗熱量為：q 濕換 =2663-29(8-9)=2692kJ (kg 濕煤 )q相換=2897-59(8-9)=2956kJ kg干煤(水) 由物料平衡和熱平衡作煉焦耗熱量計算，生產(chǎn)上不可能隨時進行，因此可用下式直接作近似計 算：q 相= KT·KP· K 換(8-25)式中 炭化室周轉(zhuǎn)時間， h；V0煤氣流量表數(shù)值， m3 h；Q 低加熱煤氣的低發(fā)熱值， kJ m3；G炭化室平均裝干煤量， kg/ 孔；n 一座焦?fàn)t的炭化室孔數(shù)；KT、 KP、K

15、 換分別為溫度、壓力和換向校正系數(shù)。 需要進行上述校正的原因是，煤氣流量表的刻度是按煤氣在某一固定操作條件下 (溫度、壓力、含 水量等 )由實際煤氣流量換算來的，但實際操作時，煤氣的溫度、壓力和含水量不同于流量表刻度時規(guī)定的 數(shù)值，因此需校正?？装辶髁坑嫷挠嬎愎饺缦拢篤0=0.673 ad2 (8-26)式中 a標(biāo)準(zhǔn)孔板的消耗系數(shù)；d孔板流通孔直徑， cm ； 0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤氣密度， kg m3；f煤氣中水汽含量 (按入爐前煤氣溫度定 ) ，kg/m3 ；P煤氣的絕對壓力， Pa；T煤氣的絕對溫度， K ；h 流量孔板前后的壓差， Pa；V0煤氣流量， m3 h。對固定的流量孔板 a、d 的

16、值是一定的，對一定組成的煤氣， 0 也不變。如果實際操作條件和流量表刻度規(guī)定的條件一致為 P、T 和 f時，表上的讀數(shù)是正確的。當(dāng)實際操作條件為p、 T和 f時，則對同一壓差 h，其標(biāo)準(zhǔn)流量將不是 V0 而是 V0，即：V0= 0.673· ad 2m3h因此，應(yīng)按流量表讀數(shù) Vo 校正到實際操作條件下的標(biāo)準(zhǔn)流量Vo，其關(guān)系為：因 f、 f分別由 T、 T決定，故令：所以Vo=Vo·KT·KP故只要把 KT、KP制成圖表，按煤氣的實際溫度、壓力查取即可。 K 換是考慮到由于換向時，有一 段時間不向焦?fàn)t送煤氣，則每小時實際進入焦?fàn)t的煤氣量將小于流量表的讀數(shù)，因此乘以

17、 K 換。K 換 =式中 m一小時內(nèi)的換向次數(shù)； 每次換向焦?fàn)t不進煤氣的時間， min ； 60 每小時 60 分鐘。則V0=V0·KT·K P·K 換例 8-4 42孔 58-型焦?fàn)t （450mm），周轉(zhuǎn)時間 18h，用 Q 低=17920kJ m3的焦?fàn)t煤氣加熱，煤氣 溫度 30oC ，主管壓力 1900Pa，流量表讀數(shù)為 5800m3 h，如流量表的設(shè)計壓力為3430Pa，設(shè)計溫度為20OoC，0=0.46kg m3，換向時間 30min，每次換向停止向焦?fàn)t供煤氣的時間為23.3s，計算煉焦耗熱量。解：查表 8-3 得， 20oC 時干煤氣含水量 f=0.0

18、189kg m3，30oC 時 f=0.0351kg m3。則 KT=如大氣壓力為 101325Pa 時得： P=101325+4900=106225Pa P=101325+3430=104755PaKP=K 換 = =0.987則 q 相 =kJ/kg 干煤 （ 水 ）用煉焦耗熱量評定焦?fàn)t熱工操作的主要缺點是：當(dāng)炭化室墻漏氣時，由于荒煤氣在燃燒室內(nèi)燃 燒，使加熱用煤氣量減少，計算的耗熱量降低，實際耗熱量未能真實地反應(yīng)出來。四、降低煉焦耗熱量、提高焦?fàn)t熱工效率的途徑 綜上所述，可采取下列措施以降低煉焦耗熱量，并提高焦?fàn)t的熱工效率。1. 降低焦餅中心溫度從表 8-10 可知：焦炭帶走的熱量占供入總熱量的37.6，是熱量出方中最大的部分。焦餅中心溫度由 1050oC 降到 1000oC，煉焦耗熱量可以降低約 46kJ kg。但降低焦餅中心溫度必須以保證焦炭質(zhì)量 為前提。調(diào)節(jié)好爐溫，