6m焦炉热工参数的分析及节能措施

6m焦炉热工参数的分析及节能措施汪洋（攀钢煤化工厂，攀枝花617022)根据国家“十一五”钢铁企业发展纲要中节能减排的要求，我厂对新1、2号焦炉的热工参数进行了测量与计算，在此基础上研究了6m焦炉的节能降耗方案，以实现符合国家节能减排要求的焦炉最佳经济运行模式。1物料平衡物料平衡计算中取1000kg干煤为基准。物料平衡参数见表1。物料平衡G入＝GM+GS=1130.58kgG出=GJ+GV+GB+GA+GZ+GK+GS+GL=1120.981kg物料误差η=（G入－G出）/G入×100%=0.85%计算误差为0.85%5%，符合行业标准。2能量平衡对炼焦炉的热平衡，一般应以焦炉本体为测定体系。热量平衡参数见表2，根据表2数据计算得出本次标定的2号焦炉的热平衡误差为1.71%5%,符合行业标准。2.1效率计算1）热效率：η热=（Q供－Q废－Q不）Q供＝81.31%2）热工效率：：η热工=（Q供－Q废－Q损－Q散）Q供＝68.16%3）窑炉统一效率：η统＝（Q有－Q原）/（Q供－Q原）=67.82%2.2炼焦耗热量计算1)相当耗热量。用湿煤炼焦，以lkg干煤为计算标准，需供给焦炉的热量：q相＝Q1/1000=2847kJ/kg干煤2)湿煤耗热量。1kg湿煤炼成焦炭需供给焦炉的热量：q湿=q相×（100－Mt）/100=2518.2kJ/kg表1物料平衡参数符号入方项目数量符号项目数量kg对湿煤％对干煤％kg对湿煤％对干煤％GM干煤量100088.45100GJ焦炭777.0068.7377.70GS配煤水分Mt130.5811.550GV焦油35.903.183.59GB粗苯6.100.540.61GA氨2.980.260.30GZ净煤气142.9012.6114.29GK化合水20.321.802.03GS配煤水130.5811.5513.06GL漏损煤气5.500.500.55GW误差9.600.850.96小计1130.58小计1130.58100.00113.09表2热量平衡参数符号入方项目kJ/t干煤％符号出方项目kJ/t干煤％Q1煤气燃烧热284665390.29Q1′焦炭显热1081273.234.30Q2湿煤气显热36796.21.17Q2′净煤气显热422782.413.41Q3空气带入热27333.20.79Q3′焦油潜显热82684.162.62Q4干煤显热218400.69Q4′粗苯潜显热11841.320.38Q5配煤水显热11371.60.36Q5′氨潜显热6002.460.19Q6不可见热耗2112006.70Q6′水汽潜显热610019.8019.35Q7′废气显热539030.517.38Q8′不完全燃烧热40790.51.31Q9′表面散热414687.2013.15Q10′误差-53917.5-1.71合计3155194100.0合计3155194100.003)干煤耗热量。1kg水蒸汽出炭化室所需热量：qs1＝[(2500+2.06×755)+(2500+748×2.056)]/2×0.6782=5966.7kJ/kg由q湿=q干×（100－Mt）/100－qs1(Mt/100)得q干＝［q湿－qs1(Mt/100)］/(100－Mt)×100=2067.7kJ/kg4）相当（换算）耗热量。水分每变化1%,相当于湿煤中1％的干煤被1％的水分所取代，则水分每增加1%,q湿的变化量为：qs2＝(qs1－q干)/100=39.0kJ水分每变化1%,q相的变化为：qs3＝［(q湿－qs2)×100/（100－8）］－［q湿×100／（100－7）］＝71则相当（换算）耗热量为：Q湿换=q湿－qs2(Mt－7)=2340.8kJ/kg湿煤Q相换=q相－qs3(Mt－7)=2191.4kJ/kg干煤3火用平衡3.1综合火用平衡炼焦炉综合火用平衡是根据炼焦过程的实际情况计算的，不仅考虑了燃烧室的供热所引起的火用的变化，而且计入原料在炭化室内经过炼焦过程后发生的物理火用和化学火用的变化，还由于物料有相的变化，所以又计入相变火用。此外，焦炉是由表面温度相差很大的部位组成的，故散热火用的计算十分复杂。先计算入方火用，后计算出方火用，最后列出综合火用平衡表（表3)，图1为焦炉火用流图。3.2分析火用平衡，在分析火用平衡中，不计出、入炭化室的物料的化学火用。可以在综合火用平衡的基础上进一步对加热煤气的有效能利用率和节能途径及方向进行分析。理由有两点：在炼焦过程中原料产品只有能量的转换，化学火用未释放，而是以储存能的形式出现；出方、入方的化学火用基本相等。表3焦炉综合火用平衡参数符号入方火用kJ/t干煤％符号出方火用kJ/t干煤％EXCG加热煤气化学火用28745248.752EXCJ焦炭化学火用2031233461.85EXPG物理火用20990.006EXPJ物理火用631079.401.92EXCM入炉湿煤化学火用2973900090.55EXCG2净煤气化学火用6100032.8418.57EXPM物理火用510.00EXPG2物理火用208268.730.63EXCK空气带入化学火用00.017EXCA氨化学火用67998.600.21EXPK物理火用5613.40.674EXPA物理火用889.400.00EXCL泄漏煤气化学火用221416.80.00EXCV焦油化学火用1318579.534.02EXPL物理火用0EXPV物理火用35528.400.11EXCB粗苯化学火用248950.340.76EXPB物理火用5359.460.02EXCS水汽化学火用5156.250.02EXPS物理火用3271.140.01EXCF废气化学火用2014910.63EXPF物理火用1090250.34EXQ炉体表面散热112140.760.34An不可逆火用损3482599.3510.58合计合计32842704100.00图1焦炉火用流图3.3外供火用平衡综合火用平衡和分析火用平衡均是以焦炉本身为基点，而外供火用平衡是以扩散到炼焦车间为基点，即以实际外供用户可能使用的有效能为依据。外供火用平衡的基点如下：粗煤气经过集气管后损失的有效能，由于上升管出来的高温粗煤气用氨水喷洒后有60％左右的焦油被冷凝冷却，故粗煤气冷却到80～90℃。这些有效能未被利用，即物理火用几乎全部散失。Expg2+Expv+Expb+Expf≈0式中的：Expg2为净煤气的物理火用，kJ/t干煤；Expv为焦油的物理火用，kJ/t干煤；Expb为粗苯的物理火用，kJ/t干煤；Expf为废气的物理火用，kJ/t干煤。烟囱外排废气的物理火用和化学火用无法利用，即Expf=0。炉体表面的散热火用Exq均损失于大气中，即Exq=0。3.4火用效率焦炉有如下几种不同形式的火用效率定义和计算方法：1)第1种火用效率。只计内部火用损，即只考虑过程不可逆火用损失，定义式为η1ei＝（100－An）/100综合火用效率：η综′＝（100－10.58）／100×100%=89.42%分析火用效率：η分′＝（100－57.89）／100×100%=42.11%2)第2种火用效率：同时内部和外部火用损。①记入内部和废气火用损定义式为：ηei＝（100－An－ExF）／100综合火用效率：η综2＝（100－10.58－0.97）／100×100%=88.45%分析火用效率：η分2＝（100－57.89－8.42）／100×100%=33.69%②记入内部和废气散热火用定义式为：η3ei＝（100－An－ExF－Exq）／100综合火用效率：η3ei＝（100－10.58－0.97－0.34）／100×100%=88.11%分析火用效率：η3分＝（100－57.89－10－3.61）／100×100%=28.27%外供火用效率：η3外＝（100－13.95－0.63）／100×100%=85.42%4结果分析与讨论4.1物料平衡分析1)此次标定对煤、焦、煤气等主要产品以计量为主，对化学产品、煤、焦分析等以统计方法计量，即在厂方提供的日、月或年的报表中取得。2)荒煤气漏气率的测定是在焦炉生产相对正常加热（换向后5min)的情况下，一次性取多组分分烟道废气，测其组成，经计算荒煤气漏气率达到3.8%，说明新1、2号焦炉炉体结构比较严密，但还没有达到理想的状态。3)成焦率的测定。根据煤、焦的平均挥发分，用3个经验公式分别计算，得到的结果取平均值为76.532%。但在计算物料平衡时使用的是2007年1季度的统计平均值77．7％。4)加热煤气和荒煤气流量的测试。我厂煤气流量、温度的测试均采用自动检测装置。流量、温度数据的采集是根据设备显示记录下来的，再经过压力等方面的校正，得出BFG的流量为831.3m3/t干煤，通过计算得荒煤气流量为341.9m3/t干煤。5)物料平衡计算误差为0.85%，说明这次物料平衡的测试较准确。4.2热量平衡分析1)热量平衡计算结果显示，出方大于入方，与实际焦炉运行过程需消耗的能量相吻合。热量误差为2.09%，测试标定较准确。2)测量焦饼表面温度，最低温度1058℃，充分说明焦饼已成熟。3)空气过剩系数α的测定比较复杂，特别是CO的含量，最高的达到1.4%。为了得到比较准确的α值，进行了数次测量，最终得到统计值为1.29，说明生产过程中的α值变化较大，需要进一步加强管理。4)荒煤气温度的测定。用热电偶插入火落孔，约深入到上升管根部，并以3、8号炭化室为测量对象，测试要在1个周转时间内完成，得到的数据关系曲线见图2，此结果与炼焦过程相符合。图2上升管根部温度随时间变化图4.3节能措施1)调整空气过剩系数。空气过剩系数大，说明废气带走的热量多，焦炉的耗热量增加。可以通过调节进风门开度来调节空气量，使空气过剩系数稳定在1.30左右，以降低炼焦耗热量。2)降低配煤水分可降低耗热量。①加强煤场的管理，实现煤料的均匀化；②采用煤干燥工艺，控制煤水分在合适的范围内；③采用装炉煤的调湿装置。3)缩短炼焦时间。通过减少结焦时间，可以减少一定量的热量消耗。要根据焦饼的成熟程度决定周转时间。4)降低表面散热。在表面散热中，占比例较大的有炉顶区和炉台区。可以用保温泥或其他保温材料保温，进而降低炉体散热。5)降低炼焦耗热量。实践证实，炉龄短的和炉龄长的炼焦耗热量都较高，而处于“壮年”的焦炉不但表面散热低、周转时间适中、有特定的配煤比，且炼焦耗热量低，焦炉运行达到最佳状态。4.4火用平衡炼焦过程的不可逆火用损是因存在温差、压力差及炉内高向、长向温度、压力、浓度分布的不均匀性和系统内分子运动的湍动而引起的有效能损失。1)从综合火用平衡表结果可看出，在出方火用中，净煤气占的比例较大，为19.20%，由于废气量较低，废气的火用比较低，不可逆火用损为10.58%，符合焦炉的转换过程要求。2)炉体表面散热所损失的能量占13.15%，改善炉体表面材料，可以减少能量损失。3)外供火用是对整个炼焦车间的，忽略了物理火用的影响，反映了二次能源的产生、利用情况，焦炭的火用为63.73%，说明有效能利用情况良好。5结论1)通过对新1、2号焦炉的物料平衡、能量平衡的测量与计算，表明攀钢新1、2号焦炉的物料平衡、能量平衡的误差符合行业规定要求，测试结果符合实际，由此得到的有关结论具有客观性和实用性。2)3种火用平衡和7种火用效率的计算结果表明，炼焦过程不仅是一个较为完善的能源转换过程，产生了更为优质的二次能源，而且焦炉主体设备在煤气燃烧、废气余热利用、绝热等方面均逐步完善。3)新1、2号焦炉的火用效率较高，有效能利用情况良好。