2022年干熄焦系统热平衡计算 .pdf

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1、济钢干熄焦系统热平衡计算宁述芹，贺西娟，张丙林（济南钢铁股份有限公司焦化厂，山东济南 250101）摘要：根据济钢干熄焦系统的实际运行参数,对干熄焦装置进行了热平衡计算,得出并验证了干熄焦装置的热平衡方程。经计算可知,整套干熄焦装置的热效率达81.7%,为干熄焦技术的发展提供了依据。关键词：干熄焦；热平衡计算；热效率中图分类号：TQ522.16 文献标识码：A 文章编号：1004-4620（2006）02-0047-02Heat Balance Calculation of Jigang s CDQ SystemNING Shu-qin,HE Xi-juan,ZHANG Bing-lin（Th

2、e Coking Plant of Jinan Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）Abstract:According to the practice running parameters of Jigang s coke dry quenching system,the heat balance calculation is carried out,educing and validating the heat balance equation.The calculated result shows that the heat effici

3、ency of the CDQ system reaches 81.7%and offers reference for developing the CDQ technology.Key words:coke dry quenching;heat balance calculation;heat efficiency 1 干熄焦系统工艺流程济南钢铁股份有限公司（简称济钢）干熄焦系统的工艺流程为：由焦炉推出的红焦（1050）经拦焦车进入焦罐中，再经装焦装置将红焦装入干熄炉。红焦在干熄炉预存段滞留约1.5h，进入冷却段，与低温的循环氮气逆流换热，焦炭被冷却至200以下经排焦装置排至皮带上运至筛焦

4、楼。经在干熄炉内换热，循环氮气被加热至800850，经斜道、下环道、上环道、一次除尘进入余热锅炉，在余热锅炉中与水进行热交换，产生过热蒸汽。被冷却的循环氮气经二次除尘后再经循环风机作用，进入干熄炉循环使用。2 干熄焦装置热平衡方程的推导2.1 干熄焦装置的热平衡树干熄焦装置的热平衡树如图1 所示。Q8 余热锅炉Q7 干熄炉Q1 Q2 Q5 Q4 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -Q3 Q7 Q6 图 1 干熄焦热平衡树图中：Q1焦炭在干熄炉内冷却放出的热量；Q 2 焦炭在干熄炉内燃烧放出的热量；Q 3 循环气体温度升高吸收的热量；Q 4漏入空气和循环气体外

5、泄所损失的热量；Q 5 由熄焦室表面散失的热量；Q 6 产生蒸汽所用热量；Q 7 锅炉系统散失于周围大气的热量；Q 8 循环气体从干熄炉出口到余热锅炉入口散失的热量。2.2 干熄炉热平衡计算Q放=Q1+Q2 Q吸=Q3+Q4+Q5 根据热平衡方程：Q吸=Q放则：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 2.3 余热锅炉热平衡计算Q吸=Q6+Q7 Q放=Q3+Q8 因从干熄炉出口到余热锅炉入口，管道极短，且为负压，更有较厚的保温砖，所以此段的热损失可忽略不计，即 Q8 0，则：Q放=Q3。根据Q 吸=Q 放，则：Q6+Q7=Q3。2.4 干熄焦热平衡方程的导出对干熄炉和余热锅炉进行热平衡计算得出的公式如下：

6、Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 Q6+Q7=Q3 由于漏入空气和循环气体外泄所损失的热量和由熄焦室外表面散失于周围空气的热量很少，可忽略不计，即Q4、Q5近似为零，则可近似认为Q3+Q4+Q5Q3，由此可得干熄焦热平衡方程为：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5=Q6+Q7 3 干熄焦热平衡计算济钢干熄焦工艺参数见表1,循环气体组成见表2,各循环气体成分在不同温度下的比热见表31。表 1 济钢干熄焦实际运行工艺参数参数名称数值干熄炉处理量G/kg.h-1 44000 循环气体积流量U/m3 100000 锅炉生产能力G/kg.h-1 21000 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，

7、共 5 页 -装入焦炭温度T1/1050 装入焦炭显热q1/kJ.kg-1 1478.01 排出焦炭温度T2/200 排出焦炭显热q2/kJ.kg-1 208.9 锅炉入口气温度T3/650 干熄炉入口气温T4/160 过热蒸汽压力P/MPa 4.6 过热蒸汽温度T5/435 过热蒸汽焓H1/kJ.kg-1 3286 锅炉给水温度T6/105 锅炉给水焓H2/kJ.kg-1 440.8 锅炉炉水温度T7/260 锅炉炉水焓H3/kJ.kg-1 1135 焦炭燃烧热q3/kJ.kg-1 30660 干熄炉外壁温t/60 焦炭烧损量/%0.6 干熄炉外面积Aw/m2 534 表 2 循环气体组成表

8、%气体成分CO CO2 H2 N2 O2 体积含量4.0 12.0 2.0 81.2 0.8 表 3 循环气体成分在不同温度下的比热kJ/kg.温度/CO CO2 H2 N2 O2 160 1.0444 0.8924 14.3938 1.0418 0.9302 650 1.0920 1.0520 14.5645 1.1250 0.9990 3.1 干熄炉热平衡计算3.1.1求Q 放Q1=G(q1-q2)=5.5841 107(kJ/h)Q2=Gq3=8.0942106(kJ/h)Q放=Q1+Q2=6.3935107(kJ/h)3.1.2求Q 吸名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第

9、3 页，共 5 页 -（1）650下的循环气体比热C3为：C3=CiVi=1.3827（kJ/kg）（2）160下的循环气体比热C4为：C4=CiVi=1.2901（kJ/kg）（3）标准状况下循环气体密度0 为:0=0iVi=1.3139(kg/m3)（4）160下的循环气体密度=为:4=0T0/T4=0.8891(kg/m3)（5）Q3=u4(c3T3-c4T4)=6.155 107(kJ/h)（6）燃烧 1kg 焦炭所需空气量2:V=(1-m)(32/12)(22.4/32)4.76=8.01式中m焦炭灰分系数，取m为 0.1，即灰分10%；4.76 标准状态下1m3O2 所对应的空气量

10、。（7）损失的循环气体比热Ca为：Ca=(C1+C2）/2=1.3364(kJ/kg)（8）损失的循环气体温度ta为：ta=(T3+T4)/2=405()（9）漏入系统的空气比热Cb查资料可知为1.005（kJ/kg.）。（10）Q4=GV(Cata-cbtb)=1.102106(kJ/h)（11）传热系数aT为：aT=ac+aR=9.4+0.052(t-tb)=11.48 其中ac对流传热系数；aR辐射传热系数。（12）Q5=(ac+aR)Aw(t-tb)=1.026 106(kJ/h)则：Q吸=Q3+Q4+Q5=6.119107(kJ/h)3.2 余热锅炉热平衡计算（1）生产蒸汽所用热量:

11、Q6=D(H1-H2)+Dr*(H3-H2)=6.0478 107(kJ/h)式中 r 炉水排污占蒸汽产量的百分数，取5%。（2）余热锅炉散热系数2:Q=QcDe/D=0.0183(由资料查得当De=35t时，qc=1.1%)（3）余热锅炉散失于周围大气的热量:Q7=qQ6=1.1067106(kJ/h)（4）余热锅炉的Q吸:Q吸=Q6+Q7=6.1585107(kJ/h)4 结 论通过以上计算可得出：Q1+Q2=6.3935107(kJ/h)Q3+Q4+Q5=6.3685107(kJ/h)Q6+Q7=6.1585107(kJ/h)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共

12、5 页 -Q3=6.1556107(kJ/h)由于：（Q4+Q5）/（Q3+Q4+Q5）=0.032 所以 Q4、Q5可忽略不计，这就进一步验证了干熄焦热平衡方程的准确性，即：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5=Q6+Q7 济钢干熄焦单炉每小时可处理红焦44t，产生 21t 高压蒸汽，每吨红焦产汽率达到了0.47，用于产生蒸汽的热量为 5.9749107kJ/h，则：回收红焦显热=100%=92%济钢干熄焦装置的热效率：=100%=81.7%日本新日铁八幡钢铁厂的56t/h干熄焦装置所做热平衡，回收红焦显热的92%，且整套干熄焦装置的热效率为 82.6%3。济钢第一座国产干熄焦装置可回收红焦显热的92%，整套干熄焦装置的热效率81.7%，可见已达到了较高的水平。参考文献：1 姚昭章.炼焦学 M.北京：冶金工业出版社，1986.2 郑琼姣.燃烧工程 M.北京：煤炭工业出版社，1991.3 谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理 M.北京：化学工业出版社，1992.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -