焦炉的热平衡及热工评定Word文档下载推荐.doc
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采用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%，故降低配煤水分可以降低此热量。
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可以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很大，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。
一般散失于周围空间的热量，对于大焦炉约为10%，小焦炉由于表面积大，故散热损失大于10%。
二、焦炉的热效率和热工效率
根据焦炉的热平衡，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1～4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（η热工）即：
η热工=×
100％（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，所以：
η热工=×
100％（8-16）
由于计算Q散比较困难，也可以采用热效率（η热）的方式来评定焦炉的热量利用情况。
η热=×
100％（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η热工约为70～75％，η热为80～85％。
η热工与η热可从焦炉热平衡中求得。
由表8-10可得：
η热工=×
100％=71.4％
η热=×
100％=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，而是根据燃烧计算来估算η热工和η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，因此可以近似看作为Q总。
煤气低发热值按其组成计算，煤气和空气的显热则根据燃烧计算所得的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：
η热=×
100％
η热工=×
[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=0.843m3／（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η热和η热工。
解
（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／（m3·
℃），30℃时煤气带入的饱和水汽量为干煤气的4.36％（查表8-3），30℃时水汽的比热容=1.457kJ／（m3·
℃）。
Q煤=11.35230+0.043611.45730=42.7kJ／m3
（3）空气带入的显热35℃时空气的比热容c空=1.277kJ／（m3·
℃），35℃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=0.84311.27735+0.84310.03521.45735=39.27kJ／m3
（4）废气带走的热量废气在280℃时的比热容查图8-4得c废=1.453kJ／（m3·
Q废=1.7571.453280=713.9kJ／m3。
（5）不完全燃烧的热损失CO的发热值为12728kJ／m3。
Q不=1.7570.02512728=56.1kJ／m3
则η热=
=
=79.33％
若Q效为供入总热量的10％，则
η热工=
=69.4％
三、炼焦耗热量
由焦炉热平衡作热工评定方法比较麻烦，因此生产上广泛采用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、焦炉热工操作及管理水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。
由于采用的计算基准不同，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，kJ／m3。
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水汽从焦炉炭化室带走的热量为：
l00％=51000kJ／（kg水）
式中2491——lkg水在OoC时的蒸发潜热，kJ／kg；
2.01——为水汽在0～600oC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，℃；
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+51Mt
q干=l00,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lkg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。
kJ/（kg干煤）（8-20）
式中G干——焦炉干煤装入量，kg／h
我国焦炉相当耗热量指标见表8-11。
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5100kJ/kg，则q湿的变化值为29～33kJ/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/kg
配煤水分增加1%时，该湿煤的耗热量增加29kJ，则折算到q相的增加为：
=67kJ
对于高炉煤气，配煤水分取7％时：
q相=（2638+2931）=2785kJ／kg
则q湿=2785=2596kJ／kg
故配煤水分增加1％时，q相的增加值为：
=67kJ
我国焦化厂的配煤水分一般为9～10％，由测得的耗热量换算为9％配煤水分的耗热量q换时，可按下列公式计算：
焦炉煤气：
q相换=q相-59（Mt-9）（8-21）
q湿换=q湿-29（Mt-9）（8-22）
高炉煤气：
q相换=q相-67（Mt-9）（8-23）
q湿换=q湿-33（Mt-9）（8-24）
炼焦耗热量可由焦炉的热平衡得到（按表8-9和8-10）：
q湿==2663kJ／（kg湿煤）
q干=100=2458kJ／（kg干煤）
q相=2663=2897kJ／[kg干煤（水）]
用焦炉煤气加热时，换算为水分9％时耗热量为：
q湿换=2663-29（8-9）=2692kJ／（kg湿煤）
q相换=2897-59（8-9）=2956kJ／[kg干煤（水）]
由物料平衡和热平衡作炼焦耗热量计算，生产上不可能随时进行，因此可用下式直接作近似计算：
q相=KT·
KP·
K换（8-25）
式中τ——炭化室周转时间，h；
V0——煤气流量表数值，m3／h；
Q低——加热煤气的低发热值，kJ／m3；
G——炭化室平均装干煤量，kg/孔；
n——一座焦炉的炭化室孔数；
KT、KP、K换——分别为温度、压力和换向校正系数。
需要进行上述校正的原因是，煤气流量表的刻度是按煤气在某一固定操作条件下（温度、压力、含水量等）由实际煤气流量换算来的，但实际操作时，煤气的温度、压力和含水量不同于流量表刻度时规定的数值，因此需校正。
孔板流量计的计算公式如下：
V0=0.673ad2（8-26）
式中a——标准孔板的消耗系数；
d——孔板流通孔直径，cm；
ρ0——标准状态下煤气密度，kg／m3；
f——煤气中水汽含量（按入炉前煤气温度定），kg/m3；
P——煤气的绝对压力，Pa；
T——煤气的绝对温度，K；
h——流量孔板前后的压差，Pa；
V0——煤气流量，m3／h。
对固定的流量孔板a、d的值是一定的，对一定组成的煤气，ρ0也不变。
如果实际操作条件和流量表刻度规定的条件一致为P、T和f时，表上的读数是正确的。
当实际操作条件为p′、T′和f′时，则对同一压差h，其标准流量将不是V0而是V0′，即：
V0′=0.673·
ad2m3／h
因此，应按流量表读数Vo校正到实际操作条件下的标准流量Vo′，其关系为：
因f、f′分别由T、T′决定，故令：
所以Vo′=Vo·
KT·
KP
故只要把KT、KP制成图表，按煤气的实际温度、压力查取即可。
K换是考虑到由于换向时，有一段时间不向焦炉送煤气，则每小时实际进入焦炉的煤气量将小于流量表的读数，因此乘以K换。
K换=
式中m——一小时内的换向次数；
τ——每次换向焦炉不进煤气的时间，min；
60——每小时60分钟。
则V0′=V0·
KP·
K换
[例8-4]42孔58-Ⅱ型焦炉（450mm），周转时间18h，用Q低=17920kJ／m3的焦炉煤气加热，煤气温度30oC，主管压力1900Pa，流量表读数为5800m3／h，如流量表的设计压力为3430Pa，设计温度为20OoC，ρ0=0.46kg／m3，换向时间30min，每次换向停止向焦炉供煤气的时间为23.3s，计算炼焦耗热量。
解：
查表8-3得，20oC时干煤气含水量f=0.0189kg／m3，30oC时f′=0.0351kg／m3。
则KT=
如大气压力为101325Pa时得：
P′=101325+4900=106225Pa
P=101325+3430=104755Pa
KP=
K换==0.987
则q相=kJ/[kg干煤（水）]
用炼焦耗热量评定焦炉热工操作的主要缺点是：
当炭化室墙漏气时，由于荒煤气在燃烧室内燃烧，使加热用煤气量减少，计算的耗热量降低，实际耗热量未能真实地反应出来。
四、降低炼焦耗热量、提高焦炉热工效率的途径
综上所述，可采取下列措施以降低炼焦耗热量，并提高焦炉的热工效率。
1.降低焦饼中心温度
从表8-10可知：
焦炭带走的热量占供入总热量的37.6％，是热量出方中最大的部分。
焦饼中心温度由1050oC降到1000oC，炼焦耗热量可以降低约46kJ／kg。
但降低焦饼中心温度必须以保证焦炭质量为前提。
调节好炉温，使焦饼同时均匀成熟，正点推焦是降低炼焦耗热量的重要途径。
2.降低炉顶空间温度
这就要求装满煤，减少煤气在炉顶空间的停留时间，并在保证焦饼高向加热均匀的前提下，尽可能降低焦饼上部温度。
3.降低配合煤水分
由前述可知，配煤水分每变化l％时，q相将相应增减59～67kJ／kg。
例如：
一座42孔的58-Ⅱ型焦炉，每孔装干煤量为18t，周转时间18h，则每小时处理煤量为=42000kg／h，当水分增加1％时，耗热量增加约为42000×
（59～67）=2478000～281400OkJ／h，相当于Q低=3643kJ／m3的高炉煤气770m3/h，或
Q低=17920kJ/h的焦炉煤气140m3／h，可见耗热量数值之大。
配煤水分的变化，不仅对耗热量影响很大，而且还影响焦炉加热制度的稳定和焦炉炉体的使用寿命。
水分的波动也会引起煤料堆密度的变化，从而影响焦炉的生产能力，同时水分波动频繁时，调火工作就跟不上，易造成焦炭过火或不熟，并且还可能发生焦饼难推。
故规定和稳定配煤水分是焦炉正常操作条件之一。
4.选择合理的空气过剩系数
当焦炉用高炉煤气加热、而空气过剩系数较低时，煤气由于燃烧不完全，废气中含有CO。
如废气中含有1%的CO，则煤气由于不完全燃烧而引起的热损失为:
12728×
1%=127kJ/（m3废气）
或127×
1.757=223kJ/（m3煤气）。
式中12728——CO的燃烧热，kJ/（m3CO）；
1.757——Q低为热值为3643kJ/m3的高炉煤气燃烧产生的废气量，m3/（m3煤气）。
也就是相当于100%=6.13%的热量没有被利用而浪费掉了，虽然提高空气过剩系数会使废气带走的热量增加，但它和不完全燃烧而损失的热量相比是很小的。
如废气中每增加1％的氧气，则相当于随废气带走的热损失为：
0.01×
（100/21）×
280×
1.45=19.4kJ／（m3废气）
或19.4×
1.757=34kJ／（m3煤气）
式中280——废气温度，oC；
1.45——280oC时废气的比热容，kJ／（m3·
oC）。
即相当于10％=0.953％的热量损失掉了。
由此可见，在一定的条件下提高空气过剩系数可使耗热量降低。
但当α增加到足以使煤气完全燃烧时，再增加α就会使废气带走的热量增加，导致炼焦耗热量增加，同时，由前面的分析得知，α的变化还会引起火焰长短的变化，从而影响焦炉高向加热均匀性。
因此在焦炉的热工操作中，选择适宜的空气过剩系数十分重要，并应力求保持稳定。
5.降低废气排出温度
降低废气排出温度，可以提高焦炉的热工效率，降低炼焦耗热量。
废气温度的高低与火道温度、蓄热室的蓄热面积、气体沿格子砖方向的分布、换向周期、炭化室墙和蓄热室墙的严密性等因素均有关。
搞好调火，使全炉加热火道温度均匀，就可以降低火道温度的规定值，从而降低废气温度。
增加蓄热面积可降低废气温度。
如58-Ⅱ型焦炉用九孔薄壁型格子砖比六孔格子砖的蓄热面积增加1／3，根据实测，废气温度可由原300oC约降至250oC～260oC，耗热量降低59～75kJ／kg。
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