焦炉传热和结焦时间计算

焦炉工艺计算参考5.2 工艺计算5.2.1 炭化室的物料衡算物料平衡是根据物质不灭定律进行计算的。

炭化室的物料衡算指进入炭化室的的原料——煤为入方，炼焦的各种产品——焦炭及其他化工产品为出方进行衡算。

进行物料衡算是炼焦车间设计最基本的依据，也是确定各种设备操作负荷和经济估算的基础[16]。

(1) 物料平衡的入方物料平衡的入方包括入炉煤量，入炉煤带入的水分，以及漏入炭化室的空气量1) 入炉煤量入炉煤量指每孔炭化室的装煤量或整座焦炉每小时的装煤量。

物料平衡的计算基准是吨入煤量。

物料平衡入方的干煤量（G m ）按下式计算：G m1001000100W-=⨯，kg/t （5.1） 式中：1000——物料平衡计算的基准数； W ——入炉煤的水含量，%。

由于本次设计采用的是捣固焦炉，捣固炼焦工艺为了使配合煤能够顺利捣成煤饼，一般取水含量为9%~11%，本次设计取入炉煤中水分含量为10%。

入炉煤带入的水量（G s ）按下式计算：G s =1000100W⨯，kg/t ； 根据以上公式可得：G m= 1000101000900100-⨯= kg/t G s =101000100⨯=100 kg/t 1) 吸入炭化室的空气量当集气管压力保持正常数值时，在整个结焦过程中，炭化室内均为正压，所以空气及燃烧系统产生的废气不容易漏入炭化室中。

在物料平衡计算中可以不予考虑。

(2) 物料平衡的出方1) 全焦量(G J )全焦量指包括粉焦在内的不同粒度焦炭的总和，其计算式如下：J G =10010001000100100100ar dJ ar J K W A K --=⨯，kg/t （5.2） 式中：ar J K ——入炉煤收到基全焦率，% d J K ——入炉煤干燥基全焦率，%d J K 用数理统计的方法得出的计算式如下：d J K =103.19―0.75V d ―0.0067Jt ，% （5.3）d V ——入炉煤的干基挥发分，%；与配合煤的干基挥发分相同。

第四章：炼焦炉的加热与调节前言在了解了炼焦工艺的“煤的理论”、“结焦原理”、“备煤工艺”之后，应接着了解“装煤、平煤、出焦”操作工艺。

但是，由于装、平煤、出焦有专人讲解。

所以，我这里接着讲解炼焦炉的加热与调节。

“加热与调节”是炼焦工艺过程中最重要的工艺操作，应当把握的主要内容有：1、加热用的主要燃料是什么？其发热量、燃烧反应是什么？如何计算其用量？如何确定与其匹配的空气量？其燃烧产物量，密度ρ如何计算?2、焦炉内的传是如何传递的？3、如何对焦炉进行热工评定？4、焦炉的加热制度有哪些？什么是温度制度？包含些什么内容？什么是压力制度？包含些什么内容？5、在使用焦炉煤气加热的条件下，如何进行加热调节？6、在使用高炉煤气和混合煤气条件下，如何进行加热调节？7、如何进行停、送、换用煤气的操作？了解与把握这些知识，不仅是热修瓦工技师分析、判断、监督延长焦炉使用寿命的必要前提，也是热修瓦工进行安全热修所必须具备的基本知识。

第一节：焦炉加热用燃料——煤气以及助燃空气的计算一、焦炉加热常用燃料有两种：焦炉煤气和高炉煤气。

为提高高炉煤气的热值，常在高炉煤气中掺烧焦炉煤气。

二、热工计算用煤气的组成：①名称：组成（体积%）低发热量焦炉煤气H2CH4CO CmHnCO2N2 O2KJ/Nm359.2 25.5 6.0 2.2 2.4 4.0 0.4 17890高炉煤气 1.5 0.2 26.8 13.6 57.2 0.4 3637②煤气的湿组成表示及换算煤气中常含有饱和水蒸汽。

湿煤气的组成，可按干煤气组成和各个温度在煤气中饱和水蒸汽的含量进计算。

一般是给出1立方米干煤气所能吸收的水蒸汽的质量（g常数）来表示：g干干H2O 因此，必须先把g干H2O变成H2O湿。

在标准状态下（0℃760mmHg）条件下：1Kg水蒸汽的体积为：22.14= 1.24 m3 /Kg181m3干煤气吸收的水份为g干干H2O100 m3干煤气吸收的水份为：g干干H2O×100×1.24 = 0。

周转时间、操作时间、结焦时间和检修时间的联系
（1）周转时间：一个炭化室两次推焦相距的时间，包括煤的干馏时间及推焦装煤等操作时间。

对全炉而言，周转时间是全部炭化室都进行一次推焦所需时间。

周转时间根据焦炉砖材质、炭化室宽度、炉体及设备状况、操作水平以及焦炭质量等因素来确定。

硅砖焦炉一般周转时间为：
炭化室宽350mm 12小时
407mm 16小时
450mm 18-20小时
500mm 22～小时
焦炉在生产过程中周转时间应保持稳定，不应频繁变动。

（2）操作时间：连续两炉推焦的间隔时间，包括前一炉号开始摘炉门到推焦、平煤等到下一炉号开始摘门所需的时间。

又被称作炭化室处理事件。

每炉操作时间一般为8～12分钟。

缩短操作时间有利于保护炉体和减少环境污染。

操作时间与操作工水平、车辆状况以及各工种之间配合好坏有关。

一般熄焦车每操作一炉需要5-6分钟，推焦车需要10-11分钟，装煤车与拦焦车操作一炉时间少于推焦车。

因此，对于一般两座焦炉共用熄焦车的情况，其操作时间应以熄焦车能否在规定的时间内完成操作完为准。

（3）结焦时间：煤在炭化室内高温干馏的时间。

一般规定为从平煤杆进入炭化室到推焦杆开始推焦的时间间隔。

（4）检修时间：全炉所有炭化室都不出炉的间歇时间。

检修时间用于设备维修和清扫。

检修时间一般为1.5～2小时为宜，过短不利于检修，过长会造成荒煤气发生量不均衡。

因此，当检修时间过长时，可以在一个周转时间内安排多次检修时间。

四个时间存在以下相互关系：
周转时间=结焦时间+操作时间=操作时间×炉孔数+检修时间。

焦炉延长结焦时间问题与解决办法延长结焦时间是有限度的，超越一定限度就会被迫停炉。

对硅砖焦炉而言，应尽量避免走冷炉道路，因为冷炉极易造成砌体断裂，加剧焦炉老化，如处理不当，焦炉寿命会因之而告终。

延长结焦时间或保温焖炉在技术管理上有某些特殊要求，如能抓住关键，落实措施，焦炉寿命可以基本不受影响。

因此冷炉是万不得已的事，原则上是：能延则延，能闷则闷，延闷不成，才取冷炉。

一、结焦时间延长的幅度炉温要做使硅砖不致因装煤后降低到晶形转化的危险温度(一般火道1160-1200度，边火道温度950度以上)。

煤的煤气发生量、水份、炉型结构等决定结焦时间，因此规定一个延长结焦时间的极限是很困难的。

根据国内外经验，在炉体良好情况下，大型硅砖焦炉可降到产能的15%，(装入煤挥发份在25-27%范围内，能产生的煤气量相当于正常加热用煤气量的30%，其中15%用于煤炼焦，其余15%用于增加的散热、横向火道恶化而增加的热损失、荒煤气窜漏、热量减少等)，中型20%，66型25%左右，是可以获得自身加热用煤气。

如抚顺化工厂中型单座捣固下喷30孔焦炉曾一度保持在144小时，即产能的13.9%仍能维持生产。

所以对一般大型焦炉，焦耐院认为最长结焦时间维持80-100小时为宜，炉体状况差。

煤料挥发份低，水分大的焦炉60小时左右。

推荐中型焦炉最长结焦时间维持在60-80小时，66型维持在40-60小时为宜。

过长的结焦时间是不够安全的。

当煤料供应欠缺时，应该尽量使煤场多储备一些煤，及早安排延长结焦时间。

二、关于保温闷炉问题能否保温焖炉，主要取决于有无加热煤气的来源。

当有另外气源可以供给焦炉加热时，结焦时间就不受上述情况限制。

保温焖炉有两种方法：一是带焦焖炉，二是空炉保温。

焖炉时间短，十几天，可考虑带焦焖炉，炭化室石墨不易烧掉。

焖炉时间较长时，推空保温较好，炉温均匀，可避免空气漏入炭化室，使灰熔结在炉墙上的缺点。

多炉组的焦化厂，应尽量将煤料集中到少数焦炉上进行较短结焦时间生产，其余保温。

焦炉传热和结焦时间计算焦炉传热和结焦时间计算本章内容: 第一节燃烧室向炉墙的传热第二节炭化室炉墙和煤料的传热第三节炭化室温度场和结焦时间的计算第四节煤结焦过程的热物理参数第五节蓄热室传热安排: 2学时第三节炭化室温度场和结焦时间计算目的意义：设计焦炉设计炼焦化工设备规定焦炉工艺操作制度确定焦炉生产能力影响因素：入炉煤工艺参数炉墙厚度、材质炭化室宽度标准温度炼焦温度等焦炉传热和结焦时间计算一、以分析解为基础的计算 1、一维导热微分方程的分析解式中： t0 ――装炉煤初始温度,℃ tc ――炉墙燃烧室侧墙面温度,℃μ――为取决于Bio准数的函数，由煤、炉墙的宽度δ和δc 以及导热率λ和λc确定； A1――取决于μ和x的函数。

Fo――付立叶准数， a――煤料的热扩散率，m2/h; τ――周转时间（结焦周期），h; δ――半炭化室宽（煤料宽度），m; 焦炉传热和结焦时间计算式中：λ――煤料的热导率，kJ/m??h??℃λc――炉墙的热导率，kJ/m??h??℃δ――半炭化室宽（煤料宽度），m; δc――炉墙厚度，m t（tK）――焦饼中心温度，℃; tc ――燃烧室侧炉墙温度，℃; x――离炭化室中心的距离， m。

Bio――毕欧准数，焦炉传热和结焦时间计算焦炉传热和结焦时间计算焦炉传热和结焦时间计算 2、以分析解为基础的结焦时间计算方法（1）库拉克夫法当结焦终了时，t tK，则或1）计算法：煤料的热扩散率a、导热率λ由右图查取，代入上式计算便得。

λ,a Bio A1,μ Fo 第八章焦炉传热和结焦时间计算焦炉传热和结焦时间计算2）图表法焦炉传热和结焦时间计算炉墙厚度（2）郭树才法 1）计算法式中：焦炉传热和结焦时间计算结焦时间：炉砖导热率：煤料导热率：煤料热扩散率： 2）图表法第八章焦炉传热和结焦时间计算第八章焦炉传热和结焦时间计算第五节蓄热室传热目的意义：回收废气显热确定蓄热室换热面积F 确定格子砖块数n F/F砖确定格子砖层数N n/n层确定格子砖的高度h h砖×N 确定蓄热室高度确定焦炉高度第八章焦炉传热和结焦时间计算第八章焦炉传热和结焦时间计算第八章焦炉传热和结焦时间计算一、蓄热室传热特点 1、蓄热室的作用：回收废气显热并用来预热用于加热焦炉的空气或高炉煤气。

5.2.3 焦炉蓄热室计算蓄热室计算的目的是求出格子砖的高度，从而进一步确定蓄热室的高度。

应该按热交换量最大的蓄热室进行计算，所以一般选焦侧煤气蓄热室来计算格子砖高度。

运算时先列出有关的原始数据，然后通过蓄热室热平衡计算，确定预热空气或高炉煤气的温度，以及蓄热室的热交换量，再按下列方法算出热交换系数p K 。

(1) 对传热系数K α的计算K α=T 0.25（0.9617+0.60.2125V d） （5.26）式中：K α——对流传热系数，kcal/m 2·h·℃；V 0——换算成标准状态下湿气体的流速，m/s ； d ——格子砖的水力直径，m (2) 辐射给热系数F α的计算 先求出辐射层厚度CC=Pd （5.27）式中：P ——三原子气体CO 2或H 2O 的体积百分数； d ——格子砖水力直径，m 。

按求得的2CO C 和2H O C 值，查《焦化设计参考资料》附录十六，分别查表得辐射给热系数2CO F α和2H OF α，kcal/m 2·h·℃。

再将此两项相加，得F α。

将K α与F α之和乘以气流通过蓄热室的不均匀系数（一般为0.7～0.8）即得总传热系数，再根据加热期和冷却期的总传热系数（查《焦化设计参考资料》附录十七），确定总热交换系数p K 。

然后算出格子砖上、下部气体温差的对数平均温度，最后按下式求出换热面积F ：F=JP QTK t∆ （5.28） 式中：F ——换热面积，m 2；Q ——预热高炉煤气或空气净得的热量，kcal/min ；J P K ——格子砖的平均总热交换系数，kcal/m 2·周期·℃；T ——一个换向周期的持续时间，一般为20min ； ∆t —格子砖顶部与底部的气体对数平均温度，℃ 根据一层格子砖的蓄热面积，可以确定格子砖的高度。

(3) 原始数据表5.12 原始数据名称单位数量 备注炭化室有效容积m 3 42.3炭化室一次装入干煤量：38.5×0.8 t 40.19 干煤堆积重度：0.95t/ m 3 1Kg 干煤相当耗热量 Kcal/ Kg 728干高炉煤气的发热量 Kcal/ m 3938查《焦化设计参考资料》附录十二 湿高炉煤气组成，%：CO 2O 2COH 2CH 4N 2 H 2O10.52 0.29 26.78 2.58 0.19 55.24.36每一煤气燃烧室所需的干高炉煤气量： 40.19100065724938⨯⨯⨯m 3/h1300通过一个煤气蓄热室的高炉煤气量：m 3/h高炉煤气30℃时含饱和水汽量4.36% 干煤气1300×2 2600 湿煤气1300×2÷0.9564 2719 通过一个焦侧煤气蓄热室的高炉煤气量： m 3/min焦、机侧煤气分配比为： 1.09干煤气⨯⨯2600 1.0960(1+1.09)22.60 湿煤气22.60÷0.9564 22.63当α=1.25时，1m 3干高炉煤气所产生的湿废气量m 3 1.824 查《焦化设计参考资料》附录十二当α=1.25时，1m 3干高炉煤气燃烧所需的湿空气量m 3 0.933 查《焦化设计参考资料》附录十二 当α=1.25时，焦侧一对煤气、空气蓄热室通过的湿废气量 22.60×1.824 m 3/min41.22废气通过煤气与空气蓄热室的分配比：22.630.3621080-22.630.3239022.600.933(0.3411080-0.31290)⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯1.19查《焦化设计参考资料》附录十四煤气1080℃热容量为0.362空气1080℃热容量为0.341煤气90℃热容量为0.323空气90℃热容量为0.312当α=1.25时，通过焦侧一个煤气蓄热室的湿废气量41.22×1.19÷2.192m3/min 21.96当α=1.25时，湿废气组成，%：CO2 H2O2 N221.49 4.8 2.12 71.59360℃时，湿废气热容量（α=1.25）Kcal/ m3·℃0.349 查《焦化设计参考资料》附录十四1300℃时，湿废气热容量（α=1.25）Kcal/ m3·℃0.3915 查《焦化设计参考资料》附录十四本设计采用12孔格子砖，其参数如下[17]：①一块格子砖的蓄热面积F=0.4930 m2②焦侧一层格子砖的蓄热面积F=31.544 m2（其中包括60块格子砖的蓄热面积及相应高度的蓄热室墙面积）③焦侧蓄热室一层格子砖的总空隙面积F K=1.614 m2④焦侧蓄热室一层格子砖的总周边长度L=272.314 m⑤格子砖的水力直径d=0.0237 m(4)煤气蓄热室的热平衡1）带入热量①废气带入的显热（Q1）Q1=1300×0.3915×21.96=11177 kcal/min②高炉煤气带入的显热（Q2）Q2=90×0.323×22.63=658 kcal/min③进入总热量（Q a）Q a= Q1+ Q2=11177+658=11835 kcal/min2）带出热量①废气带出热量（Q3）Q3=360×0.349×21.96=2760 kcal/min②蓄热室墙面对周围环境的散热（Q4）取散热系数K=0.005Q 4= KQ a =0.005×11835=60 kcal/min ③ 总带出热量（Q b ）Q b = Q 3+ Q 4=2760+60=2820 kcal/min 3） 煤气预热所得热量（Q 5）Q 5=Q a ―Q b =11835―2820=9015 kcal/min 4） 高炉煤气预热后温度 t=⨯预热煤气所得所得热量湿煤气量预热后温度下的煤气热容量901522.630.362=⨯≈1080 ℃(5) 热交换系数K P 的计算 用下式计算对流传热系数αK =T 0.25（0.9617+00.60.2125V d） （5.29） 1) 蓄热室加热期的对流传热系数① 蓄热室上部：格子砖温度 t G =1235℃；废气温度 t F =1300℃； 平均温度：t J =（t G + t F ）/2=1267.5℃；t J =1540.5 KV 0=21.9660 1.614⨯=0.227m 3/s1S K α=T 0.25（0.9617+00.60.2125V d ）=1540.50.25×（0.9617+0.60.21250.2270.0237⨯）=8.88kcal/m 2·h·℃ ② 蓄热室中部G t ，=975℃；F t ，=1035℃； J t ，=1005℃；J T ，=1278K1Z K α= T 0.25（0.9617+00.60.2125V d ）=12780.25×（0.9617+0.60.21250.2270.0237⨯） =8.47kcal/m 2·h·℃ ③ 蓄热室下部G t ”=310℃；F t ”=360℃； J t ”=335℃；J T ”=608K1X K α= T0.25（0.9617+00.60.2125V d ）=6080.25×（0.9617+0.60.21250.2270.0237⨯） =7.04 kcal/m 2·h·℃2) 蓄热室加热期的辐射给热系数① 蓄热室上部C CO2=Pd=21.49×0.0237/100=0.00509 m C H2O =Pd=4.8×0.0237/100=0.00114 m辐射介质温度：G t =1235℃ F t =1300℃，查《焦化设计参考资料》附录十六得，21CO F α=8.4 kcal/m 2·h·℃ O H F21α=1.2 kcal/m 2·h·℃ 1S F α=21CO F α+O H F21α=8.4+1.2=9.6 kcal/m 2·h·℃ ② 蓄热室中部辐射介质温度：G t ，=975℃ F t ，=1035℃，查《焦化设计参考资料》附录十六得，21CO F α=6.3 kcal/m 2·h·℃ O H F 21α=0.75 kcal/m 2·h·℃ 1Z F α=21CO Fα+O H F 21α=6.3+0.75=7.05 kcal/m 2·h·℃ ③ 蓄热室下部辐射介质温度：G t ”=310℃ F t ”=360℃，查《焦化设计参考资料》附录十六得，21CO F α=1.495 kcal/m 2·h·℃ O H F 21α=0.25 kcal/m 2·h·℃ 1X F α=21CO F α+O H F21α=1. 495+0.25=1.745 kcal/m 2·h·℃ 3) 加热期的总传热系数上部：1S α=0.75（1S K α+1S F α）=0.75×（8.88+9.6）=13.86 kcal/m 2·h·℃ 中部：1Z α=0.75（1Z K α+1Z F α）=0.75×（8.47+7.05）=11.64 kcal/m 2·h·℃下部：1X α=0.75（1X K α+1X F α）=0.75×（7.04+1.745）=6.59 kcal/m 2·h·℃ 上三式中0.75为校正系数；反映了气体通过蓄热室时分布的不均匀程度。

焦炉缩短结焦时间到18小时的各种参数参考一、20小时结焦1、配合煤水分控制在14%以内。

2、装干煤量每炉16.4吨3、配合煤挥发份控制在（26%），（即吨干煤产煤气量取值为320m³）。

4、20小时结焦每天推出炉数为110.4炉，每月以30天计算，一个月推出炉数为110.4*30=3312炉，每月需要干煤量=3312*16.4=54316.8吨，每月需要配合煤（含14%水分）=54316.8/0.86=63159吨。

5、每月产干焦炭量（以1.28的成焦率计算）=54316.8/1.28=42435吨6、产生煤气量每天为110.4*16.4*320=579379.2m³每小时产气量为579379.2/24=24140.8m³每月产生煤气量（30天计算）579379.2*30=17381376m³7、焦炉耗热量控制在2320kj/kg，即是占用每小时产气量的52%，其中1#焦炉用气6000m³/h，2#焦炉用气6600m³/h。

二、19小时结焦1、配合煤水分控制在14%以内。

2、装干煤量每炉16.4吨3、配合煤挥发份控制在（26%），（即吨干煤产煤气量取值为320m³）。

4、19小时结焦每天推出炉数为116.21炉，每月以30天计算，一个月推出炉数为116.21*30=3486炉，每月需要干煤量=3486*16.4=57170.4吨，每月需要配合煤（含14%水分）=57170.4/0.86=66477吨。

5、每月产干焦炭量（以1.28的成焦率计算）=57170.4/1.28=44664吨6、产生煤气量每天为116.21*16.4*320=609870m³每小时产气量为609870/24=25411.25m³每月产生煤气量（30天计算）609870*30=18296100m³7、焦炉耗热量控制在2310kj/kg，即是占用每小时产气量的52%，其中1#焦炉用气6300m³/h，2#焦炉用气6900m³/h。

焦炉生产中得K１、K2、K3、等系数得各自意义就是什么？三者之间得关系如何?K1：推焦计划系数,标志着推焦计划表中计划结焦时间与规定结焦时间相吻合情况；K2:推焦执行系数,用以评定班按推焦计划实际执行得情况;温度K均就是：调节温度在标准温度±20℃范围内为合格数/测量总个数，影响因素主要有一就是调火工得经验调节;二就是煤气、空气混合比适宜,空气过剩系数在工艺要求范围1、1-１、2５%;三就是烟道吸力符合当前加热要求。

影响K均系数主要就是入炉煤水分、推焦系数、装煤量,要提高Ｋ均除加强炉温调节外，要保证入炉煤水分波动不超过１%,生产正常,推焦执行系数Ｋ2要达到０、9５,炭化室装煤量要均匀。

长期得实践经验积累总结，调节直行温度得均匀性得方法其实与调节横排温度大致就是相同得,不只就是单纯得取压铁丝得问题,而就是要以全局得角度出发，也就就是从焦炉得整个炉组来瞧,平衡全炉温度得分布,说白了也就就是温度数字得合理分配,目标就就是缩小温度间得高低限差距，在实际操作中,只取低得而不压高得，这种调节方法使得横排温度得调节趋于困难,个别炉号连续压几根铁丝或有得炉号甚至取完铁丝也不见效果,通过在调火组推行每天由调火组长统筹安排全局,对连续几天高得采取压铁丝与连续几天低得取铁丝,两者同时进行调节，并对连续三天不合格炉号进行考核,运行效果明显得。

月平均K均系数可达到0、9７以上、焦炉温度得四大系数及其对生产得指导作用就是：(１)直行温度得均匀系数K均。

其计算式为:ﻫK均＝（M-A机)+(M－A焦)／2Ｍ式中M—焦炉燃烧室数（检修炉、缓冲炉除外);A焦、A机—分别为机、焦侧火道温度与该侧平均温度相差超过±2０℃得个数(边炉为±30℃)。

ﻫ直行温度指得就是全炉机、焦侧标准火道得温度,K均表明全炉各炭化室加热就是否均匀,因为火道温度始终随着相邻炭化室得装煤、结焦、出焦而变化着,所以以其昼夜平均温度计算均匀系数。