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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