焦爐熱量平衡的分析及提高熱效率的途徑

靳迎武 張善學 韓礦 張化強 宋全建

(安陽鋼鐵股份有限公司)

焦爐熱量平衡的分析及提高熱效率的途徑

靳迎武 張善學 韓礦 張化強 宋全建

(安陽鋼鐵股份有限公司)

通過對4#焦爐的熱量平衡分析，定量地反映了焦爐的能耗狀況，并通過與經驗值的對比尋求降低煉焦熱損失的途徑和所采取的措施，對提高焦爐熱量的利用率，減少焦爐熱損失，實現焦爐的低能高效有重要的指導意義。

熱平衡計算 能耗 熱量利用率 低能高效

0 前言

安鋼焦化廠4#焦爐爐型為JN43-80型焦爐，1990年建成投產。該焦爐爐型特點為：雙聯火道、廢氣循環、焦爐煤氣下噴的復熱式焦爐，于1996年采用高爐煤氣加熱至今。該焦爐爐齡已逾20年，步入了老齡化的行列。為了提高焦爐熱工效率，延長焦爐壽命，加強焦爐管理，對4#焦爐進行了熱量平衡的分析計算，定量地反映了焦爐的能耗狀況，對提高焦爐熱量的利用率，實現焦爐的節能降耗具有重要指導意義。

1 概述

評價焦爐的熱工管理水平，很重要的一項指標就是焦爐加熱熱量的利用效率。焦爐熱量平衡是通過對焦爐爐體、物料、熱量測量和計算，得出焦爐在生產過程中供給和支出的總熱量在各方面的分配數值。其模型可以反映出焦爐本體測定體系的內容(如圖1所示)。

圖1 焦爐熱平衡模型

分析焦爐熱平衡的目的就是通過計算找出焦爐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，從焦爐生產實際管理、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 熱量平衡計算

焦爐熱量平衡計算可分為兩部分，即入方熱量計算和出方熱量計算，根據計算的入方和出方熱量值，分析焦爐熱損失及焦爐熱量利用的效率[2]。計算中所采用的參數見表1、表2。

表1 焦爐、高爐煤氣成分 ％

表2 配合煤的元素分析數據(干燥無灰基) ％

2.1 熱量入方計算

焦爐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及不可見耗熱量Q6等方面。按生產檢測數據計算入方總熱量為：

Q入=∑Qi(i=Q，2，…6)=2852228.8 kJ/t濕煤

2.2 熱量出方計算

焦爐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。按生產檢測數據計算可得出方總熱量為：

在允許的相對差值范圍內：

焦爐熱量平衡狀況見表3：

表3 熱量平衡表

3 提高熱效率的途徑

由表3計算的熱平衡可以反映出供給的熱量在焦爐內的分配情況。分析焦爐熱量收入和支出的影響因素，重點采取降低煉焦耗熱量的措施有以下幾點：

3.1 焦餅中心溫度

紅焦帶出的熱量為36.78％，占有很大比例，因此選擇適當的焦餅中心溫度對耗熱量影響很大。當焦餅溫度在1000℃以上再提高50℃時，每千克煤的煉焦耗熱量將增加120 kJ～160 kJ。生產中在原來的基礎上將焦餅中心溫度降低20℃變為1030℃并使爐溫穩定，另一方面保持良好的裝煤系數和焦餅長向、高向均勻成熟，正點推焦等，確保了焦餅中心溫度在降低20℃時焦炭成熟良好，提高了焦爐的熱效率。

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、粗笨等化產品的產率和帶出的熱量，合適的溫度可以提高焦爐熱效率。在生產中保證焦餅高向加熱均勻的前提下，加強了裝煤、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間，從而降低了爐頂空間溫度，減少了化產品從炭化室帶走的熱量。

3.3 配合煤水分

本次測定配合煤水分為11.6％，遠遠大于經驗值10％。配合煤水分對焦爐煉焦影響較大，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增減60 kJ～80 kJ。另外，配合煤水分的變化，不僅對煉焦耗熱量影響較大，而且還影響焦爐加熱制度的穩定和入爐煤比重的改變。當配合煤水分波動頻繁時，為保證正常生產，必須要采用較高的標準溫度，會進一步增加煉焦耗熱量。因此，在現有的來煤條件下，煉焦要與配煤車間定期溝通，加強煤場管理力度，控制好煤的水分和水分的穩定度，保證焦爐的煉焦耗熱量持續均勻，達到降耗的目的。

3.4 合適的空氣過剩系數

用高爐煤氣加熱時，若空氣系數過低或不均勻穩定，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計算，則有相當于5.8％的加熱用高爐煤氣沒有被利用而損失掉。當空氣過剩系數過大時，含氧量改變1％，廢氣體積增加，相當于1％的高爐煤氣的熱量損失掉。對于有廢氣循環的4#焦爐α值控制在1.18～1.20之間，確保合適的空氣過剩系數，避免廢氣中物理和化學熱的損失。

3.5 廢氣帶走熱量

根據多年的生產經驗，廢氣溫度每降低25℃，焦爐熱工效率提高約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，提高了焦爐熱效率和降低了煉焦耗熱量[3]。

3.6 爐體、設備嚴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′，定期對蓄熱室封墻、煤氣旋塞、地下室立管、煤氣砣的嚴密程度、以及開閉器的絕熱程度進行檢查，發現不嚴密的現象及時進行處理。一年來共密封蓄熱室封墻23面，抹補開閉器12個。

4 實施效果

通過對4#焦爐熱量平衡的分析，在焦爐加熱制度的調節及爐體維護上圍繞著以上幾個方面做了大量的工作：矯正并降低了焦餅中心溫度；加強了裝、平煤的操作確保了合適的爐頂空間溫度；針對配合煤水分的變化靈活調整標準溫度；通過廢氣分析確保合適的空氣過剩系數；調節合適的吸力降低了廢氣的溫度，重新對蓄熱室封墻及煤氣旋塞進行再密封等，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 結語

通過對安鋼焦化廠4#焦爐熱量平衡的計算分析，指導操作人員更全面地了解了爐體狀況，在熱工調節及爐體維護中有針對性的從影響煉焦耗熱量的六個方面做了很多工作，提高了熱量的利用率，減少了熱損失，達到了節能降耗的目的，實現了焦爐的穩定高效生產。

[1]余振東.焦爐生產技術.沈陽：遼寧科學技術出版社，2003：153 -154.

[2]潘立慧.煉焦技術問答.北京：冶金工業出版社，2007：206-207.

[3]嚴文福.焦爐熱工測試與調節.北京：冶金工業出版社，1994：197-244.

THERM AL BALANC E ANALY SIS O F CO KE O VEN AND D IRECT IVE
SIGN IF ICANCE O F COK ING PRODUCT ION

Jin Yingwu Zhang Shanxue Han Kuang Zhang Huaqiang SongQuan jian (Anyang Iron＆Steel Stock Co，L td)

The therm al balance analysis reflects the energy characteristic of4#coke oven in quantify，It gives an important directive significance by increasing therm al efficiency to realize energy saving and low consump tion.

thermal balance calculation energy consump tion therm al efficiency low energy high effect

2010—1—5