焦爐工藝標準計算參考總結(上)

1、I* 焦爐工藝計算參考 5.2 工藝計算 521 炭化室的物料衡算 物料平衡是根據物質不火定律進行計算的。 炭化室的物料衡算指進入炭化室 的的原料一一煤為入方，煉焦的各種產品一一焦炭及其他化工產品為出方進行衡 算。進行物料衡算是煉焦車間設計最基本的依據， 也是確定各種設備操作負荷和 經濟估算的基礎16。 （1）物料平衡的入方 物料平衡的入方包括入爐煤量，入爐煤帶入的水分，以及漏入炭化室的空氣 1）入爐煤量 入爐煤量指每孔炭化室的裝煤量或整座焦爐每小時的裝煤量。 算基準是噸入煤量。 物料平衡入方的干煤量（Gm ）按下式計算: 式中: 1000物料平衡計算的基準數； W入爐煤的水含量，。 由于本次

2、設計采用的是搗固焦爐，搗固煉焦工藝為了使配合煤能夠順利搗成 煤餅，一般取水含量為 9%11%，本次設計取入爐煤中水分含量為 10%。 入爐煤帶入的水量（Gs ）按下式計算: Gs=1000 而，kg/t； 根據以上公式可得： 1000 10 Gm = 1000 900 kg/t m 100 10 Gs=1000 100 kg/t s 100 1）吸入炭化室的空氣量 當集氣管壓力保持正常數值時，在整個結焦過程中，炭化室內均為正壓，所 物料平衡的計 Gm 1000 100 W 100 kg/t (5.1) I* 以空氣及燃燒系統(tǒng)產生的廢氣不容易漏入炭化室中。在物料平衡計算中可以不予I* (2)物料

3、平衡的出方 1)全焦量(GJ) 全焦量指包括粉焦在內的不同粒度焦炭的總和，其計算式如下: K aY 入爐煤收到基焦油產率，% KjYf 入爐煤干燥無灰基焦油產率，% GJ=1000KJ J 100 1000100 W Aar H，kg/t 100 100 (5.2) 式中: K；r 入爐煤收到基全焦率，% KJd 入爐煤干燥基全焦率，% K；用數理統(tǒng)計的方法得出的計算式如下： Kd =103.19 0.75Vc| 0.0067t J，% V 入爐煤的干基揮發(fā)分，;與配合煤的干基揮發(fā)分相同 d Vd =27.21, t . - 推焦前 15min 測定的焦餅中心溫度， C J (5.3) 設 t

4、 , =1000C，貝 U： J K； =103.19-0.75 2X.21-0.0067 Gj 1000 100 W 100 1000 100 10 100 76.08% =684.72 kg/t 2) 無水焦油量(GJY) 焦油量可按下式計算： ar GJY 1000 100 1000 100 W 100 K?Yf 100 ,kg/t (5.4) I* Aar 入爐煤收到基灰分，%I* 本設計中的入爐煤 Vdaf=30.32%,而當入爐煤的揮發(fā)分 Vdaf =28%30.5%時, KJY目前多采用下式進行計算： (5.5) =1.4 0.184 30.28 4.17 3）粗苯量 粗苯量可按

5、下式計算: GB 粗苯量，kg/t K；r 入爐煤收到基粗苯產率，% KBaf 入爐煤干燥無灰基粗苯產率，% KBaf目前多用下式進行計算: daf KB = 0.64 0.065Vdaf 0.64 0.065 30.28 1.33 4）氨量 KAr 入爐煤收到基氨的產率，% KA 入爐煤干燥無灰基氨的產率，% daf JY =1.4+0.8Vdaf GJY = 1000100 10 汕竺 100 100 33.66 kg/t GB Kar 1000 100 1000 100 W 100 Aar 100 kg/t (5.6) GB=1000 100 10 9.27 100 1.33 100 1

6、0.74 kg/t 對于氨的回收，國內主要有生產硫氨和和氨水兩種工藝流程 中均應換算成純氨量。 氨是由煤含氮化合物轉化而成的。氨量一般可按下式計算: GA ar 1000 仏 100 1000 100 W 100 KA 100 ，kg/t ，故在物料衡算 （5. 7） I* 經多方研究證實，煤在煉焦過程中氮量 12%16%轉化成氨，故氨的產率可 用下式計算：I* (5.8) 0.120.16;本設計 b 取 0.14 Nd 入爐煤干躁基氮含量，%; 已知，配合煤的Mad =1.66, Nad =1.37 5）凈煤氣量 用入爐煤揮發(fā)分含量求煤氣產率。 (5.9) 式中 K 為比例系數，其數值的大

7、小與入爐煤的性質等因素有關；對于氣煤 K=3.0;焦煤 K=3.3;對于一般的配合煤 K=3.1。 即 Kmqd 3.1 .27.21 16.17 ar 100 W d Gmq 1000Kmq 1000 花丁 Qq 100 10 16.17 1000 - 100 100 =145.53 kg/t 6）水量 水量包括入爐煤帶入的水量和煉焦過程中煤中的氫和氧化合而得的化合水 兩部分。 入爐煤帶入的水量與物料平衡計算中入方的數值相同。 化合水量可按下式計算： 17 bNd , %； 煤中總氮量轉入氨中的轉化系數，可取 則配合煤的Nd Nad 100 100 Mad =1.39 配合煤的干躁基氮含量與

8、入爐煤干躁基氮含量相等; 17氨的分子量； 14 - 氮的分子量。 GA bNdH=0.14 X.39 d 14 常=。236 ar 1000 仏 1000 100 W 100 100 KA 100 = 100 10 100 0.236 100 2.12 kg/t I* 式中:Gsx 1000 100 W 100 KSX 100 kg/t (5.10) I* Kds干基化合水產率，%，可按下面的經驗式求得： Ksx aOm (5.11) 16 a 煤中總氧量轉化成化合水的轉化系數， 一般可取 0.30.5,本設 計取 0.4； om 入爐煤干基含氧量，% ； 18水分子的摩爾質量； 16 -

9、氧原子量。 已知配合煤 Oad =100 Cdaf Hdaf Sdaf Ndaf 7) 差值 G =684.72+33.66+10.74+2.12+145.53+13.86+100=991.63 Kg G =1000-(GJ GJY GB GA Gmq GSX GS) =1000-991.63=0.94% 表5.9物料平衡表 收 入 支 出 符號 項目 數值 kg/t 占濕煤 /% 占干煤 /% 符號 項目 數值 kg/t 占濕煤 /% 占干煤 /% Gm 干煤 900 90 100 Gj 全隹 1-八、 684.72 68.47 76.08 Od m =100 88.65- 5.37 0.6

10、21.56=3.8 100 A 100 100 10.13 , 3.42 daf 3.8 KSX 100 aOm 篇=0.4 3.42 18 1.54 16 GSX 1000匹衛(wèi) 100 KSX 100 1000 他衛(wèi) 154 !3.86 kg/t 100 100 入爐煤帶入的水量GS = 1000 竺 100 kg/t 100 支出物料總和 G GJ GJY GB GA Gmq GSX GS I* Gs 入爐 煤帶 入的 水分 100 10 11.1 GJY 焦油 33.66 3.37 3.74 GB GA 粗苯 氨 10.74 2.12 1.07 0.21 1.19 0.23 Gmq 凈煤

11、 145.53 14.56 16.18 氣 GS 入爐 100 10 11.11 煤帶 入的 水分 GSX 化合 13.86 1.39 1.54 水 G 差值 9.37 0.94 1.04 C 合計 1000 100.00 合計 1000 100.00 G G 522 焦爐的熱量衡算 焦爐熱量平衡的測定和計算是在物料平衡的基礎上，根據能量守衡定 律進行的16，也就是說供給焦爐的的總熱量（2Q）等于焦爐支出的總熱量 （工 Q ）。 即藝 Q=藝 Q 上述等式的成立，必須考慮以下兩個前提： 焦爐熱平衡的測定值必須是焦爐正常生產的真實反映； 在焦爐熱平衡的測定和計算中，不考慮入爐煤在煉焦過程中碳氫化

12、合物 的分解和聚合的熱效應。 （1）熱平衡收入項計算 1）加熱用煤氣的熱量 加熱用煤氣的熱量包括加熱煤氣的燃燒熱和顯熱兩部分。 加熱煤氣的燃燒熱（Qi） 加熱煤氣燃燒熱是噸入爐煤所需加熱煤氣（干）量與加熱煤氣低發(fā)熱量的 乘積。 設噸入爐煤所需要加熱煤氣（干）量為 V m3/t 加熱煤氣低發(fā)熱量（QDW ） I* 高爐煤氣（干）的低發(fā)熱量為 938 kcal/ m3 故加熱煤氣的燃燒熱 Qi= QDW A/=938V kcal 加熱煤氣（干）帶入的顯熱（Q2） Q2=VCmqtmq （5.12） 式中： tmq - 加熱煤氣的入爐溫度，tmq=30C； Cmq 0C30C內，加熱煤氣（干）的平均

13、比熱，由畢業(yè)設計參 考資料附圖 14-2,查得 Cmq=0.321 kcal/ m3 Q2=VCmqtmq=VX0.321 30=9.63V kcal 高爐煤氣水分帶入的顯熱（Q3） 30 C時，高爐煤氣的含水量為 4.36%; 30C時，濕高爐煤氣重度 1.275 kg/ m3，干高爐煤氣重度為 1.297,貝U其中水 分的重度為 ms =0.03455kg/ m3; 030C內，水的平均比熱為 Cms=1.0 kcal/kg ； 4 36 Q3= V msCmstms=0.047V kcal 100 4.36 漏入加熱系統(tǒng)的荒煤氣的燃燒熱 因為焦爐正常狀況下漏入加熱系統(tǒng)的荒煤氣幾乎沒有，所

14、以這部分燃燒熱 我們不予考慮。 空氣帶入的顯熱（Q4） Q4=VXLXCkqXtkq （5.13） 式中： L加熱煤氣燃燒所需空氣量，m3,由畢業(yè)設計參考資料附錄 12-2 得 L=0.970 m3; Ckq0C20C,內空氣的平均比熱，由畢業(yè)設計參考資料附錄 14-1 得，Ckq=0.31 kcal/ m3; tkq蓄熱室走廊空氣的平均溫度，tkq=20C。 Q4=VXLkqXtkq =V 0.970 0.312 20=6.01V kcal 入爐干煤帶入的顯熱（Q5） Q=GmCmtm （5.14） I* 式中： Gm噸入爐干煤，為 1000kg； tm入爐煤的溫度，C,本設計取 20C；I

15、* Cm干煤的平均比熱，可用下式計算: Gs噸入爐煤帶入的水分，為 100kg； Cs 0C20C，水的平均比熱，為 1.0 kcal/kg； tm入爐煤的溫度，C Q6= GsCsm =100 1.0 忽 0=2000 kcal 收入熱量總和（3Q） Q=Q1 +Q2+Q3+Q4 +Q5+Q6 =938V+9.63V+0.047V+6.01V +4518.0+2000=953.727V+6518kcal （2）熱量支出各項的計算 焦炭帶出熱量（QA）的計算 QA=GJCJJ （5.16） 式中： GJ- 噸入爐煤產生的焦炭質量，kg; CJ - 焦炭的平均比熱，kcal/ （kg -T）；

16、tJ焦餅的平均溫度，C，本設計去 tJ =1000C； 某些資料提出的焦炭平均比熱如下表： 表5.10焦炭的比熱 溫度 薩德與德提出的值 德布儒奈提出的值 100 0.308-0.00093 AJ 900 1.562-0.00536 AJ 1.474-0.00414 AJ 1000 1.599-0.0565 AJ 1.511-0.00442 AJ 表中的“A為焦炭的灰分，當 AJ =10%, t=1000C時，根據上表，焦炭的平 均比熱為 1.543和 1.469,其平均值為 1.506，所以該資料認為焦炭的平均比熱 一般可取 1.506 kJ/ （kgC），即 0.36 kcal/ （kgC

17、），本設計 CJ 取該值。 Cm=0.26 (1- Ad 100 )+0.17 電 100 =0.26 (1-10.13/100)+0.17 10.13/100 =0.251kcal/(kg oC) Q5= GmCmtm =900 E.251 送 0=4518.0kcal 入爐煤水分帶入的顯熱（Q6） 式中: Q6=GsCstm (5.15) I* 已知 Kjr =76.08%,則 GJ=90076.08%=684.72 kg 故 QA=GjCJtJ =684.72 0.36 1000=246499.2 kcal 焦油帶出的熱量(QB) QB可用下式計算： QB=GJY X( 335+1.05

18、t) kJ/t (5.17) GJY噸入爐煤的焦油產量，根據物料衡算， GJY =33.66 kg； T結焦前半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，一般認為焦油氣在結焦 前半期離開炭化室，t 為結焦前半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，本設計設 t=650C。 QB 二GJY (335+1.05 t)=33.66 (335+1.05 650) =34249.05kJ/t=8154.55kcal 粗苯帶出的熱量(QC) QC可用下式計算： QC=GB X(335+1.88t) kJ/t (5.18) GB 噸入爐煤的粗苯產量，根據物料衡算， GB=10.74 kg T結焦前半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，

19、一般認為粗苯在結焦前半 期離開炭化室，故 t=650C。 Qc二GB (335+1.88t)=10.74 (335+1.88 650) = 16722.18kJ/t=3981.47kcal 氨帶出的熱量(QD) QD可按下式計算： QD= GA CA xt (5.19) 式中： GA噸入爐煤的氨產量，根據物料衡算， GA =2.12kg; f 整個結焦時間荒煤氣離開炭化室時的加權平均溫度， 2 1 t = t1+ t2， 3 3 t1結焦前半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，為 650 E t2結焦后半期荒煤氣離開炭化室的平均溫度，本設計設 t2=800 C -212 1 t = t1+ t2=

20、X650+- 800=700 C 3 3 3 3 CA OC700 C內氨的平均比熱，可按下式計算： CA =2.072+0.775 10-3t =2.072+0.775 10-3 700=2.6145 kJ/ (kg C) I* QD=GA XCA xf =2.12 .6145 X00=3879.92KJ=923.79Kcal 凈煤氣帶出的熱量(QE) QE用下式計算： QE=Gmq ( - XC1 Xi+ XC2Xt2) (5.20) mq 3 3 式中： Gmq噸入爐煤的凈煤氣產量，根據物料衡算， Gmq=145.53kg； Gmq - 標準狀態(tài)下凈煤氣重度，根據物料衡算，gmq=0.4

21、451 kg/m3 t1 650 C； t2800 C； C1 0C650 C內凈煤氣的平均比熱， C1=(1.311 59.5+2.315 2X.5+2.2 X414+6.0 X36+2.4 X036+0.4 X415+4 X. 348) /100=0.389kcal/ (m3 C) C2 0800C 內凈煤氣的平均比熱， C2=(1.321 X.5+2.484 2X.5+2.2 X65+6.0 X388+2.4 X12+0.4 X438+4 X. 372) /100=0.403 kcal / (m3 C) QE = Gmq(- C1 t1+ 1 C2 t2) mq 3 3 145 53 2

22、 1 = ( 0.389 650+ - 0.4043 800)=90272.20 kcal 0.4451 3 3 水分帶出的熱量(QF) 水分帶出的熱量包括以下三個部分： 入爐煤帶入水分加熱和蒸發(fā)所消耗的熱量(QF1)； a) 煤在煉焦過程所形成的化合水，被蒸發(fā)所消耗的熱量( QF2)； 水分與熾熱焦炭反應所消耗的熱量(QF3)。 入爐煤帶入水分加熱和蒸發(fā)所消耗的熱量(QF1) QF1可按下式計算： QF1=GS (597.3+CsqtS) (5.21) GS入爐煤含水量，kg，為 100kg； Csq OC650 C內水的平均比熱，kcal/ (kg -C)，根據畢業(yè)設計參考 資料計算得 C

23、sq=0.4840kcal/( kg C)。 I* QFI=GS (597.3+Csqt1) =100X(597.3+0.4840 650) =91190kcal b) 煤在煉焦過程所形成的化合水，被蒸發(fā)所消耗的熱量( QF2) QF2可按下式計算： QF2= ( 0.25GS+1.25GSX) Csq1 (t1-450) 500 (5.22) 式中： GSX 噸入爐煤帶入的水分與煉焦中形成的化合水量的總和， kg; 根據物料衡算，GSX=13.86 kg Csq1 450C650 C內水的平均比熱，kcal/ (kg C)； Csq 仁(650 Csq-450 Csq2) / (650450

24、) Csq20 C450C內水的平均比熱，kcal/ (kg C)，根據畢業(yè)設計 參考資料計算得 0.4689kcal/ (kg C)； Csq 仁(650 Csq1 450 Csq2 / (650 450) =(650X 0.4840 450X 0.4689650450) =0.5180kcal/(kg C) 故 QF2= / 0.25GS+1.25GSX) Csq1 /11 450 500 =/ 0.25 X00+1.25 X3.86) 0.5180 X 650450) 500 =16777.63kcal c) 水分與熾熱焦炭反應所消耗的熱量/ QF3) QF3可按下式計算： QF2=15

25、75Gf / 5.23) 式中： Gf與熾熱焦炭反應所消耗的水量，kg，Gf=0.25 /GS+ GSX) 故 QF3=1575Gf=1575 0.25 / GS+ GSX) =15750.25 ( 100+13.86) =44832.38kcal 所以 QF= QF1+ QF2+ QF3=91190+ ( 16777.63)+44832.38=119244.75 kcal 廢氣帶出的熱量/ QG) QG可按下式計算： QG = VV fCftf / 5.24) 式中： V噸入爐煤所需的加熱煤氣量； Vf -每 m3加熱煤氣所產生的理論廢氣量，m3，根據畢業(yè)設計參考 資料，Vf =1.773

26、m3;I* Cf廢氣的平均比熱，千卡/ (m3 ;C),根據畢業(yè)設計參考資料圖 14-1 得 Cf=0.341kcal/( m3 C)； tf廢氣的溫度，根據畢業(yè)設計參考資料tf=300C； QG = VVfCftf=VX 1.773 E.341 300=181.38V kcal 爐體表面總散熱量(QH) 設爐體表面散熱總量為總收入熱量的 10%，即 QH =10%2 Q (5.25) =10%X (953.657V+6518) =(95.366V+651.8)kcal 總的支出熱量(工 Q) Q= QA +QB +QC+QD +QE +QF +QG+QH =246499.2+8154.55+

27、3981.47+923.79+90272.20+119244.75+185.06V+95.366V+65.18 =(469727.76+276.746V) kcal Q=2Q-藝 Q =0 所以藝 Q=2 Q 則：953.657V+6518=469727.76+276.746V 求得 V=684.30m3/t Q= 953.657V+6518=953.657 684.30+6518 =659105.49kcal=2768243.04kJ Q=469727.76+276.746V =469727.76+276.746 684.30 =659105.05cal=2768241.20kJ ?Q=IQ-2Q =2768243.04-2768241.20=1.84 kJ 2768243.04 表5.11熱量平衡表 收 入 支 出 符號 項 目 數值 符 項目 數值 kcal/t kJ/t % 號 kcal/t kJ/t % Q1 加熱煤氣 641873.4 2695868. 97.39 QA 宀 4 444- 焦炭帶 2