第八章.焦?fàn)t內(nèi)煤氣燃燒.ppt

1、第十一章 煉焦?fàn)t內(nèi)煤氣的燃燒及熱工評(píng)定,一、幾種煤氣的組成,第一節(jié) 煉焦?fàn)t加熱用煤氣,當(dāng)設(shè)計(jì)焦?fàn)t進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)，煤氣的組成必須確定，因此規(guī)定熱工計(jì)算時(shí)煤氣的組成如下表所示： 熱工計(jì)算用煤氣組成,以上兩表中的煤氣組成均為干基（干煤氣），而煤氣一般都是被水飽和的，進(jìn)行各種計(jì)算時(shí)，必須考慮煤氣中的水分含量，并以下式進(jìn)行換算： X濕 = X干/（1+M干），% 或者：X干 = X濕/（1 - M濕），% 式中： X干、X濕干、濕基煤氣組成，% M干、 M濕干、濕基煤氣的水分含量，m3/m3，其數(shù)值由下表查取。,如焦?fàn)t煤氣的飽和溫度為20，由表6-2查得1m3干煤氣在20oC時(shí)的飽和水蒸汽含量為0.02

2、36m3m3，則濕煤氣中組分的含量以氫為例可換算如下： 由此方法將表6-2干煤氣組成換算成表6-4濕煤氣組成。,氣體燃料的發(fā)熱值是指單位體積的氣體完全燃燒時(shí)所放出的熱量(kgm3)。燃燒產(chǎn)物中水的狀態(tài)不同時(shí)，發(fā)熱值有高低之分。燃燒產(chǎn)物中水蒸汽冷凝，呈0液態(tài)水時(shí)的發(fā)熱值稱為高發(fā)熱值(Q高)，燃燒產(chǎn)物中水呈汽態(tài)時(shí)的發(fā)熱值稱為低發(fā)熱值(Q低)。 各種氣體燃料的發(fā)熱值可用儀器直接測定，也可以根據(jù)其組成按加和法進(jìn)行計(jì)算。,二、煤氣的發(fā)熱值,煤氣中各可燃成分的低發(fā)熱值(kJm3)為： CO12728；H210844；C2H435840；CmHn71179。 按焦?fàn)t煤氣的組成及上述數(shù)據(jù)，可計(jì)算焦?fàn)t煤氣的低發(fā)

3、熱值： = =17920kJ/m3 由于焦?fàn)t煤氣可燃成分多，且含有大量發(fā)熱值高的CH4，其發(fā)熱值約為高爐煤氣的5倍。,煤氣的密度是指每立方米煤氣的質(zhì)量，記為(kgm3)，每m3煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度則記為0。它和其它混合氣體一樣，可以根據(jù)組成按加和法計(jì)算。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤氣的密度可按煤氣組成用加和性計(jì)算： 0 = 0.01MiXi/22.4，kg/m3 式中：Mi煤氣中i成分的分子量； Xi煤氣中i成分的體積%。,三、煤氣的密度,按表6-2所列焦?fàn)t煤氣的組成計(jì)算其密度為： O= = 0.451kgm3 式中 2、16、28分別為H2、CH4、CO的分子量，CmHn中按80的C2H4和20C6H6

4、計(jì)算。 飽和溫度為20oC時(shí)的濕焦?fàn)t煤氣的密度為： =0.459kg/m3,四、煤氣的加熱特性,焦?fàn)t煤氣可燃成分濃度大，發(fā)熱值高，提供一定熱量所需煤氣量少，理論燃燒溫度高。 此外用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，煉焦耗熱量低，且當(dāng)增減煤氣流量時(shí)對(duì)焦?fàn)t燃燒溫度的變化比較靈敏，一般需要23小時(shí)爐溫即可反映出來。 焦?fàn)t煤氣在回收車間凈化不好時(shí)，煤氣中萘、焦油和焦油渣增多，容易堵塞管道及管件，煤氣中氨、氰化物、硫化物等對(duì)管道和設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。當(dāng)焦?fàn)t壓力制度不當(dāng)，炭化室負(fù)壓操作時(shí)，煤氣中N2、C02、02含量增加，發(fā)熱值降低且會(huì)波動(dòng)，因此煉焦車間和回收車間的操作狀況對(duì)焦?fàn)t加熱用煤氣質(zhì)量影響很大。,高爐煤氣中不可燃成分占7

5、0，故發(fā)熱值低，提供一定熱量所需煤氣量多，產(chǎn)生的廢氣量也多。 高爐煤氣中可燃成分主要是CO，且不到30，燃燒速度慢，火焰長，高向加熱均勻，可適當(dāng)降低燃燒室的溫差。但高爐煤氣不預(yù)熱時(shí)，理論燃燒溫度低，因此，必需經(jīng)蓄熱室預(yù)熱到1000oC以上，才能滿足燃燒室溫度的要求。 用高爐煤氣加熱時(shí)，由于煤氣和廢氣的密度較高，廢氣量也多，故耗熱量高，加熱系統(tǒng)阻力大，約為焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)阻力的二倍以上。當(dāng)增減煤氣流量時(shí)，溫度變化反映較慢，爐溫需6個(gè)小時(shí)才能反映出來。,用于焦?fàn)t加熱的煤氣有富煤氣（焦?fàn)t煤氣）、貧煤氣（高爐煤氣和發(fā)生爐煤氣），它們的加熱特性如表所示。 貧煤氣富化：貧煤氣中加入部分富煤氣，以提高貧煤氣的

6、熱值。富煤氣的貧化：富煤氣中加入部分貧煤氣，以降低富煤氣的熱值。,第二節(jié) 煤氣的燃燒,1、燃燒反應(yīng)和燃燒極限 煤氣中的可燃成分具有和空氣中的氧發(fā)生下列反應(yīng)的能力。,（1）燃燒反應(yīng)是指煤氣中的各可燃成分與氧所進(jìn)行的伴有發(fā)光發(fā)熱的劇烈的氧化反應(yīng)。 （2）燃燒極限是指能穩(wěn)定燃燒時(shí)可燃混合物中可燃?xì)怏w的體積濃度范圍，稱為燃燒極限。較低的濃度稱為下限，較高的濃度稱為上限。 燃燒的條件： 可燃成份、氧、一定的溫度,燃燒極限的本質(zhì)： 反應(yīng)(燃燒)速度與濃度的關(guān)系: 燃燒反應(yīng):mF + nO2 = CO2 + H20 燃燒速度:r = kFmOn 而F + Air = 100% O= 0.21Air 代入上式

7、得: r = kFm0.21Airn = k FmAirn = k Fm1-Fn 所以，當(dāng)F變大或變小時(shí)，r均變小。當(dāng)F達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，反應(yīng)速度小得反應(yīng)無法進(jìn)行，該臨界值就是燃燒極限。,表6-6 某些空氣可燃混合物在常壓下的燃燒極限,對(duì)于混合氣體的燃燒極限，隨其組成而變，可用下式估算： (體積%) （8-1） 式中 L可燃?xì)怏w混合物的燃燒(或爆炸)極限(上限或下限)； P1 P2在氣體混合物中，各組分的體積百分含量，； N1 N2純組分的相應(yīng)極限濃度(上限或下限)，體積。 上式只適用于不含惰性氣體的氣體混合物，對(duì)含有C02、N2等惰性氣體的可燃混合物需用下式校正： (8-2) 式中 可燃?xì)怏w

8、中惰性氣體的含量（體積分?jǐn)?shù)），。,著火溫度是使可燃混合物開始正常穩(wěn)定燃燒的最低溫度。著火溫度并非是一個(gè)物理常數(shù)，它與可燃混合物的成分、燃燒系統(tǒng)的壓力、燃燒室的類型和大小有關(guān)。 表8-7 幾種可燃?xì)怏w在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的著火溫度,二、著火溫度,（1）點(diǎn)火可燃混合氣體靠火星、灼熱物體等火源形成火焰中心，然后經(jīng)火焰?zhèn)鞑ナ箍扇蓟旌蠚馊紵悬c(diǎn)火燃燒。 點(diǎn)火燃燒要有兩個(gè)條件： 一是有一定能量的火源 二是能進(jìn)行火焰?zhèn)鞑?三、點(diǎn)火與爆炸,（2）爆炸在密閉容器中可燃混合氣，在燃燒極限內(nèi)達(dá)到著火溫度或點(diǎn)火時(shí)，由于絕熱壓縮作用，可燃混合氣因急劇反應(yīng)使溫度和壓力急劇升高，這時(shí)火焰的傳播速度可達(dá)每秒幾公里整個(gè)容器內(nèi)的可燃混

9、合氣將同時(shí)急劇反應(yīng)而產(chǎn)生極大的破壞力并引進(jìn)爆炸。 爆炸與燃燒的不同點(diǎn)是：燃燒是穩(wěn)定的連鎖反應(yīng)，主要依靠溫度的提高，使反應(yīng)加速；而爆炸是不穩(wěn)定的連鎖反應(yīng)，主要依靠壓力的提高，使活性分子濃度急劇提高而加速反應(yīng)。,煤氣的燃燒過程比較復(fù)雜，根據(jù)上述內(nèi)容，在一定的條件下，燃燒過程可分為三個(gè)階段： 煤氣和空氣混合，并達(dá)到極限濃度。 將可燃混合氣體加熱到著火溫度或點(diǎn)火燃燒使其達(dá)到著火溫度。 可燃物與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定的燃燒，此過程取決于化學(xué)動(dòng)力學(xué)的因素，即主要和反應(yīng)的濃度和溫度有關(guān)。 根據(jù)煤氣和空氣的混合情況，煤氣燃燒有兩種方式。,四、擴(kuò)散燃燒和動(dòng)力燃燒,（1）動(dòng)力燃燒（無焰燃燒） 是指煤氣和空

10、氣在進(jìn)入燃燒室前先混合均勻，然后著火燃燒，這時(shí)的燃燒速度取決于化學(xué)動(dòng)力學(xué)因素（化學(xué)反應(yīng)速度），故稱動(dòng)力燃燒。 由于化學(xué)反應(yīng)速度極快，可達(dá)到很高的燃燒強(qiáng)度，燃燒完全，燃燒產(chǎn)物中沒有煙粒，燃燒室中透徹明亮，這種燃燒方法又稱為無焰燃燒。 由于在燃燒前煤氣和空氣均勻混合，故動(dòng)力燃燒可在很小的過?？諝庀禂?shù)下達(dá)到完全燃燒，燃燒溫度高。 燃?xì)忮仩t一般采用動(dòng)力燃燒。,（2）擴(kuò)散燃燒（有焰燃燒） 是指煤氣和空氣分別送入燃燒室后，依靠對(duì)流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散作用邊混合邊燃燒的過程稱為擴(kuò)散燃燒。 由于燃燒反應(yīng)瞬間完成，故燃燒速度取決于可燃物分子和氧分子相互碰撞的物理過程，即擴(kuò)散過程。擴(kuò)散燃燒時(shí)，由于局部氧的不足而發(fā)生碳?xì)?/p>

11、化合物的熱解，產(chǎn)生游離碳，因此在燃燒帶中有固體微粒存在，產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱輻射，形成光亮的火焰，故這種燃燒方法又稱為有焰燃燒。,擴(kuò)散燃燒速度主要取決于氣流沿高向的運(yùn)動(dòng)速度、煤氣和空氣的氣流夾角、出口中心間距、擴(kuò)散系數(shù)等因素。 而氣體燃料的擴(kuò)散系數(shù)D反比于其平均分子量的平方根，即： D(8RT/M)0.5 式中：R氣體常數(shù)； T氣體的絕對(duì)溫度，K； M燃料氣的平均分子量。 由于高爐煤氣的平均分子量遠(yuǎn)大于焦?fàn)t煤氣的平均分子量，所以，高爐煤氣的火焰長度遠(yuǎn)大于焦?fàn)t煤氣的火焰長度。,焦?fàn)t立火道中煤氣的燃燒就屬于擴(kuò)散燃燒。 立火道內(nèi)煤氣的燃燒速度（火焰長度）主要取決于氣流沿高向的運(yùn)動(dòng)速度、煤氣與空氣流的夾角

12、、出口軸心間距、擴(kuò)散系數(shù)等。 為了拉長火焰、改善焦?fàn)t的高向加熱均勻性，焦?fàn)t火道內(nèi)應(yīng)使煤氣和空氣緩慢接觸。焦?fàn)t在設(shè)計(jì)中，斜道口的結(jié)構(gòu)可使煤氣和空氣流平行噴出。,第二節(jié) 煤氣的燃燒計(jì)算 一、燃燒計(jì)算 燃燒計(jì)算要解決理論需氧量、理論空氣量、產(chǎn)生的廢氣量、廢氣組成、燃燒溫度等。 1、空氣過剩系數(shù) 是指為了保證燃料的完全燃燒，供給的實(shí)際空氣量一定要多于理論空氣量，二者之比稱為空氣過剩系數(shù)，用表示。,大小的意義： 太小，燃料燃燒不完全，CO2和H2O電離多，可燃成分CO、H2隨廢氣排出，浪費(fèi)煤氣； 太大，產(chǎn)生的廢氣量大，帶走的廢氣顯熱多，燃燒火焰短，會(huì)降低立火道溫度； 一般情況下: 用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，=1

13、.201.25 用高爐煤氣加熱時(shí)，=1.101.15,可通過測定廢氣的組成按下式求得： 式中:O2、CO、CO2由廢氣分析測得的廢氣中各成分的體積%； K隨加熱煤氣組成而異的系數(shù)， VCO2、O理燃燒1立方米煤氣所產(chǎn)生的理論CO2量和理論需O2量,公式推導(dǎo)：由定義，當(dāng)煤氣完全燃燒時(shí)，,L過、O過煤氣完全燃燒時(shí)的過剩空氣量和過剩氧量，m3(m3煤氣) O理煤氣完全燃燒時(shí)所需理論氧量，m3(m3煤氣),當(dāng)廢氣中含有CO時(shí)，則 (O2)=O2-0.5CO (CO2)= CO2+CO 代入上式得式（1） 式中：L過、O過1m3煤氣完全燃燒所需過剩空氣、過剩O2量，m3/m3; V1m3煤氣完全燃燒產(chǎn)生

14、的廢氣量，m3/m3; (CO2)、（O2）完全燃燒時(shí)廢氣中CO2、O2含量，%,例：焦?fàn)t用焦?fàn)t煤氣加熱，所需理論氧量為91.93m3，燃燒產(chǎn)生的CO2量為40.06m3，在標(biāo)準(zhǔn)蓄熱室小煙道取樣，廢氣成分分析為：CO2=9.1%，CO=0.1%，O2=4.5%，計(jì)算空氣過剩系數(shù)？ 解：,1）空氣需要量的計(jì)算 理論需氧量 1m3煤氣完全燃燒時(shí)所需的理論氧量等于煤氣中各可燃成分單獨(dú)燃燒時(shí)所需氧量的總和。如下式： O理=0.5(H2+CO)+2CH4+3C2H4+7.5C6H6 -020.01，m3(m3煤氣) 式中H2、CO、CO2分別表示煤氣中各成分的體積含量, 理論干空氣量： L理= ， m3

15、(m3煤氣),2、燃燒的物料衡算,實(shí)際干空氣量為： L實(shí)(干) =L理， m3(m3煤氣) 由于空氣中均含有一定的水分，因此實(shí)際空氣量應(yīng)包括帶入的水分，則實(shí)際濕空氣量為： L實(shí)=L實(shí)(干)(1+H20)空 ， m3(m3煤氣) 式中 H20為每m3干空氣中所含的水汽量，m3(m3干空氣)。,燃燒產(chǎn)生的廢氣量V： VCO2=0.01CO2+CO+CH4+2C2H4+6C6H6， VH2O=0.01H2+2(CH4+C2H4)+3C6H6+H2O煤、干+ L實(shí)、干 H2O空、干 VN2=0.01N2+0.79 L實(shí)、干 VO2=0.21 L實(shí)、干- O理 V=VCO2+VH2O+VN2+VO2，

16、nm3廢氣/nm3煤氣 廢氣組成：Xi=Vi/V, i = CO2、H2O、N2、O2,同理，低發(fā)熱值為3643kJm3的高爐煤氣，飽和溫度為30，空氣溫度為20OC，相對(duì)濕度為0.6，= 1.25時(shí)，可計(jì)算得： L實(shí)(干)=0.843m3(m3煤氣) L實(shí)=0.855m3(m3煤氣) V廢=1.757m3(m3煤氣) 其廢氣組成為：C02 23.28，02 2.02、H20 4.24、N2 70.46。由計(jì)算可知，燃燒1m3焦?fàn)t煤氣所需空氣量約為燒1m3高爐煤氣所需空氣量的6.5倍，產(chǎn)生的廢氣量約為3.5倍，且兩者的廢氣組成也有顯著差別，除N2以外焦?fàn)t煤氣產(chǎn)生的廢氣中以H20為最多，高爐煤氣

17、的廢氣則以C02為最多。,例題： 某焦?fàn)t用發(fā)生爐煤氣加熱，實(shí)測得廢氣的組成為： 廢氣成分 CO2 CO O2 含量，% 16.90 0.10 2.00 發(fā)生爐煤氣的組成為： 煤氣成分 H2 CO CH4 CO2 N2 O2 含量，% 3.0 28.8 0.2 11.1 56.5 0.40 求空氣過剩系數(shù)。,解：依題意： = 1 + K （O2 - 0.5CO）/(CO2 + CO) K = Vco2 /O理 則 Vco2 = 0.01(CO + CO2 +CH4) = 0.01(28.8 + 11.1 + 0.2) = 0.401 O理 = 0.010.5(H2+CO) +2CH4 O2 =

18、0.010.5(3.0 +28.8) +20.2-0.4 = 0.159 故 K= 0.401/0.159 = 2.522 = 1 + 2.522 （2 - 0.50.1）/(16.9 + 0.1) = 1 + 0.289 = 1.289 答：該焦?fàn)t的空氣過剩系數(shù)為1.289。,焦?fàn)t煤氣組成如下，求K值。 H2 CO2 O2 CO C2H4 CH4 58.0 2.2 0.4 5.8 2.9 25.0 從反應(yīng)式中可求得： CO2CO22C2H4CH4CO2.222.925.05.838.8 O2理3C2H42CH40.5H20.5COO2 32.9225.00.558.00.55.80.490.

19、2 則 KCO2O2理38.890.20.43 由此可見，K是隨煤氣組成而改變的，一般焦?fàn)t煤氣K0.43高爐煤氣K0.25。如果煤氣成分波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)按煤氣成分重新計(jì)算K值。 設(shè)燒焦?fàn)t煤氣的廢氣中的組成CO29.0，O24.6，已知K0.43，計(jì)算值。,3、燃燒熱衡算燃燒溫度計(jì)算 燃燒溫度是指燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量用于加熱燃燒產(chǎn)物（廢氣）使其達(dá)到的溫度稱為燃料的燃燒溫度。該溫度的高低取決于燃料組成、空氣系數(shù)、預(yù)熱程度及熱量向周圍介質(zhì)傳遞的情況等多種因素。 （1）實(shí)際燃燒溫度：煤氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，除掉廢氣中CO2和H2O部分離解所吸收的熱量和傳給周圍介質(zhì)的熱量后，存余部分使廢氣溫度升高，此時(shí)的溫

20、度稱為實(shí)際燃燒溫度。,燃燒過程的熱量收入項(xiàng)： (1)煤氣的燃燒熱Q低燃燒1標(biāo)m3煤氣所生成的熱量，即煤氣的低發(fā)熱值： Q1=Q低，kJ(m3煤氣） (2)煤氣的物理熱Q煤 Q2= Q煤=c煤t煤 ，kJ(m3煤氣) 式中 c煤煤氣在t煤時(shí)的比熱容，kJ/(m3oC)； t煤進(jìn)入燃燒室的煤氣預(yù)熱溫度，oC。 (3)空氣的物理熱Q空 Q3=Q空=L實(shí)c空t空 ，kJ(m3煤氣) 式中 L實(shí)燃燒1標(biāo)m3煤氣所需的實(shí)際空氣量，m3(m3煤氣）； c空空氣在t空oC時(shí)的比熱容，kJ/(m3oC)； t空進(jìn)入燃燒室的空氣預(yù)熱溫度，。 進(jìn)入總熱量： Q總=Q1+Q2+Q3=Q低+Q煤+Q空， kJ/（m3煤

21、氣）,燃燒過程的熱量支出項(xiàng)： (1)廢氣帶走的熱量Q廢 Q1=Q廢=V廢c廢t廢 ，kJ(m3煤氣) 式中 V廢燃燒1標(biāo)m3煤氣所產(chǎn)生的廢氣量，m3(m3煤氣）； c廢廢氣在t廢oC時(shí)的比熱容，kJ(m3oC)； t廢廢氣離開燃燒室時(shí)的溫度，即實(shí)際燃燒溫度t實(shí)。 (2)廢氣傳給周圍介質(zhì)的熱量Q散： Q2=Q散=Q效+Q損，kJ/（m3煤氣） 式中 Q效傳給爐墻加熱煤料的熱量，kJ(m3煤氣)； Q損散失于周圍空間的熱損失，kJ(m3煤氣）。,(3)不完全燃燒的熱損失Q不，即廢氣中CO的燃燒熱: Q3=Q不=12728VCO ，kJ(m3煤氣） 式中 VCO燃燒1m3煤氣產(chǎn)生的廢氣中CO的含量，

22、m3(m3煤氣)； 12728CO的燃燒熱，kJ(m3CO)。 (4)廢氣中C02和H20部分離解時(shí)吸收的熱量Q分 當(dāng)溫度達(dá)到13001400以上時(shí)，廢氣中的H20和CO2就要發(fā)生顯著的離解反應(yīng)： H2 0 H2+02-10718 C02 CO+02-12778,由離解反應(yīng)可知：當(dāng)溫度升高平衡向右方的吸熱方向移動(dòng)，使離解度增加。當(dāng)空氣過剩系數(shù)增加時(shí)(即氧的濃度增加)，平衡向左方移動(dòng)，使離解度減少。C02和H20的離解度與溫度的關(guān)系可查圖：,圖 CO2和H2O的離解度與溫度的關(guān)系,Q4=Q分=V廢q離 ，kJ(m3煤氣) 式中 V廢1標(biāo)m3煤氣燃燒產(chǎn)生的廢氣量， m3(m3煤氣)； q離1m3廢

23、氣中C02和H20的離解熱， kJ(m3廢氣)。 q離=10840 +12730 ， kJ(m3廢氣) 式中 10840、12730為H20和C02的離解熱，kJ(m3H20)，kJ(m3C02)； 、 為廢氣中H20和CO2的含量，m3(m3廢氣)； 、 為H20和C02的離解度，。 根據(jù)熱平衡原理：收入項(xiàng)=支出項(xiàng) Q低+Q煤+Q空=V廢c廢t實(shí)+Q效+Q損+Qco+Q分 (8-12),Q低+Q煤+Q空=V廢c廢t實(shí)+Q效+Q損+Qco+Q分 t實(shí) = (Q低+Qg+Qa-Q效-Q散-QCO-Q分）/Vcp 式中：Q低煤氣的低熱值，kj/m3； Qg煤氣的顯熱（物理熱）， kj/m3； Qa

24、空氣顯熱， kj/m3； Q效有效熱， kj/m3； Q散向周圍的散熱， kj/m3； QCO不完全燃燒熱， kj/m3； Q分CO2、H2O的高溫離解熱， kj/m3； V1m3煤氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣量，m3/m3; cp廢氣的熱容（比熱），kj/m3。,（2）理論燃燒溫度：假設(shè)：1）煤氣完全燃燒，即QCO=0，2）廢氣不向周圍介質(zhì)傳熱，即Q效=Q散=0。這種條件下煤氣燃燒使廢氣達(dá)到的溫度稱為理論燃燒溫度。 t理=(Q低+Qg+Qa-Q分）/Vcp （3）熱值燃燒溫度：當(dāng)上式中Q分=0時(shí)，此時(shí)廢氣達(dá)到的溫度稱為熱值燃燒溫度t熱。是理論上能達(dá)到的最高溫度。 一般情況下：t熱=t 理+ 200 3

25、00, t理=t實(shí)+ 250 400,第四節(jié) 焦?fàn)t熱工評(píng)定,一、煉焦熱與煉焦耗熱量 煉焦熱是1kg煤從室溫轉(zhuǎn)化為焦?fàn)t推出溫度下的焦炭、煤氣和化學(xué)產(chǎn)品所需的理論熱。 煉焦耗熱量則是1kg煤在工業(yè)焦?fàn)t中煉成焦炭時(shí)，需要提供給焦?fàn)t的熱量。 二者的關(guān)系如下： 煉焦耗熱量=煉焦熱+焦?fàn)t散熱+廢氣熱焓,一、焦?fàn)t的物料平衡及熱平衡,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(jìn)行焦?fàn)t的熱工評(píng)定。只有傳入炭化室的熱量(出方15項(xiàng))是有效的，稱為有效熱。為了評(píng)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 因Q效等于供入焦?fàn)t總熱量減去廢氣帶走

26、的熱量Q廢和散失周圍空間的熱量Q散， 所以：,由于計(jì)算Q散比較困難，也可以采用熱效率(熱)的方式來評(píng)定焦?fàn)t的熱量利用情況。 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(duì)現(xiàn)代大型焦?fàn)t熱工約為7075，熱為8085。熱工與熱可從焦?fàn)t熱平衡中求得。 熱工= 100=71.4 熱= 100=81.4,但由于進(jìn)行熱量算衡需要做大量的繁瑣的測量、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算工作，通常生產(chǎn)上不進(jìn)行，而是根據(jù)燃燒計(jì)算來估算熱工和熱，方法如下： 計(jì)算以1標(biāo)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(jì)算，煤氣和空氣的

27、顯熱則根據(jù)燃燒計(jì)算所得的L實(shí)和煙道走廊的溫度計(jì)算。,由蓄熱室進(jìn)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(jì)。則： 熱= 100 熱工= 100,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)。 （1）濕煤耗熱量 1kg濕煤煉成焦炭應(yīng)供給焦?fàn)t的熱量，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) 式中 V0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下加熱煤氣的耗量，m3h； Q濕焦?fàn)t的濕煤裝入量，kg； Q低加熱用

28、煤氣的低發(fā)熱值，kJm3。,3、煉焦耗熱量,（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q干來表示。 每kg水汽從焦?fàn)t炭化室?guī)ё叩臒崃繛椋?式中 2500lkg水在0oC時(shí)的蒸發(fā)潛熱，kJkg； 2.01為水汽在0600oC時(shí)的平均比熱容，kJ(kgoC）； 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，。,則q濕與q干的關(guān)系如下： 式中，51為1%kg水在焦?fàn)t內(nèi)加熱、蒸發(fā)需熱,（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(shí)，以lkg干煤為基準(zhǔn)時(shí)，需供給焦?fàn)t的熱量(包括水分加熱

29、和蒸發(fā)所需熱量)，以q相來表示。 ,kJ/（kg干煤） 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。,水分每變化1時(shí)，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。 配煤水分高于8%時(shí)，每變化1%的q相變化值為：,（4）不同水分基準(zhǔn)時(shí)耗熱量的換算,(2)煉焦耗熱量的計(jì)算 由物料平衡和熱平衡作煉焦耗熱量計(jì)算，生產(chǎn)上不可能隨時(shí)進(jìn)行，因此可用下式直接作近似計(jì)算： q相= KTKPK換 式中 炭化室周轉(zhuǎn)時(shí)間，h； V0煤氣流量表數(shù)值，m3h； Q低加熱煤氣的低發(fā)熱值

30、，kJm3； 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換分別為溫度、壓力和換向校正系數(shù)。,K換是考慮到由于換向時(shí)，有一段時(shí)間不向焦?fàn)t送煤氣，則每小時(shí)實(shí)際進(jìn)入焦?fàn)t的煤氣量將小于流量表的讀數(shù)，因此乘以K換。 K換=（60-m）/60 式中 m一小時(shí)內(nèi)的換向次數(shù)； 每次換向焦?fàn)t不進(jìn)煤氣的時(shí)間，min； 60每小時(shí)60分鐘。 則 V0=V0KKTK PK換,四、降低煉焦耗熱量、提高焦?fàn)t熱工效率的途徑 1、裝爐煤性質(zhì) 焦煤和肥煤的煉焦熱較低，氣煤和瘦煤的煉焦熱較高，因此不同配比的裝爐煤所需煉焦熱有所差異。在相同結(jié)焦時(shí)間和加熱制度下，焦?fàn)t熱耗隨配煤揮發(fā)分提高而增大，尤其當(dāng)

31、氣煤含量超過30%時(shí)更為明顯。,2、降低焦餅中心溫度 焦炭帶走的熱量占供入總熱量的37，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46kJkg。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，使焦餅同時(shí)均勻成熟，正點(diǎn)推焦是降低煉焦耗熱量的重要途徑。,3、降低爐頂空間溫度 這就要求裝滿煤，減少煤氣在爐頂空間的停留時(shí)間，并在保證焦餅高向加熱均勻的前提下，盡可能降低焦餅上部溫度。 從爐頂排出的荒煤氣帶走的熱量也是較多的。當(dāng)結(jié)焦時(shí)間、裝煤量一定時(shí)，荒煤氣出口溫度每降低10 oC ，耗熱量降低20kJ/kg左右，因此降低爐頂空間溫度對(duì)含熱量的降低也是

32、有利的。,4、降低配合煤水分 配煤水分每變化l時(shí)，q相將相應(yīng)增減5967kJkg。例如：一座42孔的58-型焦?fàn)t，每孔裝干煤量為18t，周轉(zhuǎn)時(shí)間18h，則每小時(shí)處理煤量為 =42000kgh，當(dāng)水分增加1時(shí)，耗熱量增加約為42000(5967)=2478000281400OkJh，相當(dāng)于Q低=3643kJm3的高爐煤氣770m3/h，或 Q低=17920kJ/h的焦?fàn)t煤氣140m3h，可見耗熱量數(shù)值之大。,5、選擇合理的空氣過剩系數(shù) 當(dāng)焦?fàn)t用高爐煤氣加熱、而空氣過剩系數(shù)較低時(shí)，煤氣由于燃燒不完全，廢氣中含有CO。如廢氣中含有1%的CO，則煤氣由于不完全燃燒而引起的熱損失為: 12728 1%=127kJ/(m3廢氣) 或 127 1.757=223kJ/(m3煤氣)。 式中 12728CO的燃燒熱，kJ/(m3CO)； 1.757Q低為熱值為3643kJ/ m3的高爐煤氣燃燒產(chǎn)生的廢氣量，m3/(m3煤氣)。 也就是相當(dāng)于 100%=6.13%的熱量沒有被利用而浪費(fèi)掉了,如廢氣中每增加1的氧氣，則相當(dāng)于隨廢氣帶走的熱損失為： 0.01（100/2