焦?fàn)t熱量平衡的分析及提高熱效率的途徑

靳迎武 張善學(xué) 韓礦 張化強(qiáng) 宋全建

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

焦?fàn)t熱量平衡的分析及提高熱效率的途徑

靳迎武 張善學(xué) 韓礦 張化強(qiáng) 宋全建

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

通過(guò)對(duì)4#焦?fàn)t的熱量平衡分析，定量地反映了焦?fàn)t的能耗狀況，并通過(guò)與經(jīng)驗(yàn)值的對(duì)比尋求降低煉焦熱損失的途徑和所采取的措施，對(duì)提高焦?fàn)t熱量的利用率，減少焦?fàn)t熱損失，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t的低能高效有重要的指導(dǎo)意義。

熱平衡計(jì)算 能耗 熱量利用率 低能高效

0 前言

安鋼焦化廠(chǎng)4#焦?fàn)t爐型為JN43-80型焦?fàn)t，1990年建成投產(chǎn)。該焦?fàn)t爐型特點(diǎn)為：雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、焦?fàn)t煤氣下噴的復(fù)熱式焦?fàn)t，于1996年采用高爐煤氣加熱至今。該焦?fàn)t爐齡已逾20年，步入了老齡化的行列。為了提高焦?fàn)t熱工效率，延長(zhǎng)焦?fàn)t壽命，加強(qiáng)焦?fàn)t管理，對(duì)4#焦?fàn)t進(jìn)行了熱量平衡的分析計(jì)算，定量地反映了焦?fàn)t的能耗狀況，對(duì)提高焦?fàn)t熱量的利用率，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t的節(jié)能降耗具有重要指導(dǎo)意義。

1 概述

評(píng)價(jià)焦?fàn)t的熱工管理水平，很重要的一項(xiàng)指標(biāo)就是焦?fàn)t加熱熱量的利用效率。焦?fàn)t熱量平衡是通過(guò)對(duì)焦?fàn)t爐體、物料、熱量測(cè)量和計(jì)算，得出焦?fàn)t在生產(chǎn)過(guò)程中供給和支出的總熱量在各方面的分配數(shù)值。其模型可以反映出焦?fàn)t本體測(cè)定體系的內(nèi)容(如圖1所示)。

圖1 焦?fàn)t熱平衡模型

分析焦?fàn)t熱平衡的目的就是通過(guò)計(jì)算找出焦?fàn)t入方和出方熱量的分布情況，分析影響煉焦耗熱變化的因素，從焦?fàn)t生產(chǎn)實(shí)際管理、熱工制度等方面分析影響煉焦耗熱變化的因素，從而尋找降低煉焦熱損失的途徑[1]。

2 熱量平衡計(jì)算

焦?fàn)t熱量平衡計(jì)算可分為兩部分，即入方熱量計(jì)算和出方熱量計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的入方和出方熱量值，分析焦?fàn)t熱損失及焦?fàn)t熱量利用的效率[2]。計(jì)算中所采用的參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

表1 焦?fàn)t、高爐煤氣成分 ％

表2 配合煤的元素分析數(shù)據(jù)(干燥無(wú)灰基) ％

2.1 熱量入方計(jì)算

焦?fàn)t熱量的入方主要包括加熱煤氣的燃燒熱Q1，加熱煤氣的顯熱 Q2，空氣的顯熱 Q3，干煤的顯熱Q4，配合煤水分顯熱Q5及不可見(jiàn)耗熱量Q6等方面。按生產(chǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算入方總熱量為：

Q入=∑Qi(i=Q，2，…6)=2852228.8 kJ/t濕煤

2.2 熱量出方計(jì)算

焦?fàn)t熱量的出方主要包括焦炭顯熱 Q1′，凈煤氣顯熱 Q2′，焦油潛顯熱 Q3′，粗苯潛顯熱 Q4′，氨顯熱Q5′，水汽潛顯熱 Q6′，廢氣潛顯熱 Q7′，不完全燃燒熱Q8′和爐體表面散熱 Q9′等方面。按生產(chǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可得出方總熱量為：

在允許的相對(duì)差值范圍內(nèi)：

焦?fàn)t熱量平衡狀況見(jiàn)表3：

表3 熱量平衡表

3 提高熱效率的途徑

由表3計(jì)算的熱平衡可以反映出供給的熱量在焦?fàn)t內(nèi)的分配情況。分析焦?fàn)t熱量收入和支出的影響因素，重點(diǎn)采取降低煉焦耗熱量的措施有以下幾點(diǎn)：

3.1 焦餅中心溫度

紅焦帶出的熱量為36.78％，占有很大比例，因此選擇適當(dāng)?shù)慕癸炛行臏囟葘?duì)耗熱量影響很大。當(dāng)焦餅溫度在1000℃以上再提高50℃時(shí)，每千克煤的煉焦耗熱量將增加120 kJ～160 kJ。生產(chǎn)中在原來(lái)的基礎(chǔ)上將焦餅中心溫度降低20℃變?yōu)?030℃并使?fàn)t溫穩(wěn)定，另一方面保持良好的裝煤系數(shù)和焦餅長(zhǎng)向、高向均勻成熟，正點(diǎn)推焦等，確保了焦餅中心溫度在降低20℃時(shí)焦炭成熟良好，提高了焦?fàn)t的熱效率。

3.2 爐頂空間溫度

爐頂空間溫度的高低決定著凈煤氣、焦油、氨、粗笨等化產(chǎn)品的產(chǎn)率和帶出的熱量，合適的溫度可以提高焦?fàn)t熱效率。在生產(chǎn)中保證焦餅高向加熱均勻的前提下，加強(qiáng)了裝煤、平煤操作，降低焦餅上部溫度，減少了荒煤氣在爐頂空間的停留時(shí)間，從而降低了爐頂空間溫度，減少了化產(chǎn)品從炭化室?guī)ё叩臒崃俊?/p>

3.3 配合煤水分

本次測(cè)定配合煤水分為11.6％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)驗(yàn)值10％。配合煤水分對(duì)焦?fàn)t煉焦影響較大，降低配合煤水分可以降低煉焦耗熱量，水分每變化1％，每千克煤的煉焦耗熱量就相應(yīng)增減60 kJ～80 kJ。另外，配合煤水分的變化，不僅對(duì)煉焦耗熱量影響較大，而且還影響焦?fàn)t加熱制度的穩(wěn)定和入爐煤比重的改變。當(dāng)配合煤水分波動(dòng)頻繁時(shí)，為保證正常生產(chǎn)，必須要采用較高的標(biāo)準(zhǔn)溫度，會(huì)進(jìn)一步增加煉焦耗熱量。因此，在現(xiàn)有的來(lái)煤條件下，煉焦要與配煤車(chē)間定期溝通，加強(qiáng)煤場(chǎng)管理力度，控制好煤的水分和水分的穩(wěn)定度，保證焦?fàn)t的煉焦耗熱量持續(xù)均勻，達(dá)到降耗的目的。

3.4 合適的空氣過(guò)剩系數(shù)

用高爐煤氣加熱時(shí)，若空氣系數(shù)過(guò)低或不均勻穩(wěn)定，在一般情況下，如果廢氣中含有1％的 CO，高爐煤氣低熱值3950 kJ/m3、α=1.25計(jì)算，則有相當(dāng)于5.8％的加熱用高爐煤氣沒(méi)有被利用而損失掉。當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)大時(shí)，含氧量改變1％，廢氣體積增加，相當(dāng)于1％的高爐煤氣的熱量損失掉。對(duì)于有廢氣循環(huán)的4#焦?fàn)tα值控制在1.18～1.20之間，確保合適的空氣過(guò)剩系數(shù)，避免廢氣中物理和化學(xué)熱的損失。

3.5 廢氣帶走熱量

根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，廢氣溫度每降低25℃，焦?fàn)t熱工效率提高約1％，煉焦耗熱量約降低25 kJ/kg～30 kJ/kg，因此，適當(dāng)降低了從小煙道排出的廢氣溫度，減少了廢氣帶走的熱損失。在操作方面，提高蓄熱室內(nèi)格子磚氣流分布的均勻程度，定期吹掃格子磚為降低小煙道的溫度提供了條件，提高了焦?fàn)t熱效率和降低了煉焦耗熱量[3]。

3.6 爐體、設(shè)備嚴(yán)密程度和爐體絕熱程度

為了降低爐體的散熱 Q9′和廢氣帶走的熱量Q7′，定期對(duì)蓄熱室封墻、煤氣旋塞、地下室立管、煤氣砣的嚴(yán)密程度、以及開(kāi)閉器的絕熱程度進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)不嚴(yán)密的現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行處理。一年來(lái)共密封蓄熱室封墻23面，抹補(bǔ)開(kāi)閉器12個(gè)。

4 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)4#焦?fàn)t熱量平衡的分析，在焦?fàn)t加熱制度的調(diào)節(jié)及爐體維護(hù)上圍繞著以上幾個(gè)方面做了大量的工作：矯正并降低了焦餅中心溫度；加強(qiáng)了裝、平煤的操作確保了合適的爐頂空間溫度；針對(duì)配合煤水分的變化靈活調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)溫度；通過(guò)廢氣分析確保合適的空氣過(guò)剩系數(shù)；調(diào)節(jié)合適的吸力降低了廢氣的溫度，重新對(duì)蓄熱室封墻及煤氣旋塞進(jìn)行再密封等，這些措施的采取使得高爐煤氣的耗量由去年的噸焦950 m3降到目前的915 m3，大大降低了煉焦耗熱量。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)安鋼焦化廠(chǎng)4#焦?fàn)t熱量平衡的計(jì)算分析，指導(dǎo)操作人員更全面地了解了爐體狀況，在熱工調(diào)節(jié)及爐體維護(hù)中有針對(duì)性的從影響煉焦耗熱量的六個(gè)方面做了很多工作，提高了熱量的利用率，減少了熱損失，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t的穩(wěn)定高效生產(chǎn)。

[1]余振東.焦?fàn)t生產(chǎn)技術(shù).沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003：153 -154.

[2]潘立慧.煉焦技術(shù)問(wèn)答.北京：冶金工業(yè)出版社，2007：206-207.

[3]嚴(yán)文福.焦?fàn)t熱工測(cè)試與調(diào)節(jié).北京：冶金工業(yè)出版社，1994：197-244.

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2010—1—5