干熄焦循环气体热传递效率的计算及分析
李梦年
（临涣焦化股份有限公司，安徽 淮北235000）
摘要:通过对惰性气体在密闭空间循环换热的热效率的计算和分析来提高干熄焦产气率，根据所得数据结果最优化工艺参数指标，并提出改进措施。 关键词：干熄焦 余热锅炉 热效率 计算
CDQ cycle gas heat transfer efficiency calculations and analysis
Li Meng-nian
(Linhuan coking Limited by Share Ltd,Huaibei,China)
Abstract: This paper CDQ gas production rate to increase by an inert gas in confined spaces cycle thermal efficiency of heat transfer calculations and analysis, optimization of process parameters indicators based on data obtained results, and suggest improvements.
Key words: CDQ waste heat boiler thermal efficiency calculation 干法熄焦的运用在很大程度上提高了环境的保护，其产生的压力蒸汽用来发电也给企业带了效益，国家相关规定也明确指出干熄炉作为安全环保投入设施必须与焦炉同时施工作业，在生产规模和管理上也进一步规范化。我临涣焦化现有2座75t/h处理能力的干熄焦装置，湿熄焦系统作为备用。1#干熄炉与2009年3月投入使用，2#干熄炉与2010年4月份投产。自投产以来干熄焦装置存在预存室压力波动大，焦炭烧损率偏高，产气率低等问题，因此本文通过对干熄焦风料比，红热焦炭热能的传递以及锅炉热效率等热工参数的研究，来实现每吨焦产气率的最大化，优化工艺操作。 临涣焦化主要工艺参数：
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 项目 装入焦碳平均温度 装入焦碳平均粒径 焦碳冷却时间 单炉焦炭产量 单炉装入时间 气体循环风机风量 焦炭处理能力 焦炭烧损率 规格/性能 1030℃ 55mm 1小时56分 22.5T 9分56秒 199000Nm/h 2*140t/h 1% 3序 号 9 项目 干熄炉入口气体温度 规格/性能 约140℃ 约940℃ ≤180℃ 0.56t/t焦 约1220Nm/t焦 3.65MPa 450±5℃ 70t/h 310 锅炉入口气体温度 11 冷却后焦碳温度 12 汽料比 13 干熄焦风料比 14 产生蒸汽压力 15 产生蒸汽温度 16 实际产生蒸汽量
干熄焦工艺流程图：
一 、惰性气体吸收红焦显热的热效率：（表1） 名称 红焦 冷焦 焦粉 高温循环烟气 低温循环烟气 质量 1t 1t 0.1t 设定 设定 温度 1030℃ 160℃ 940℃ 140℃ 比热 1.465kj/kg.℃ 0.985kj/kg.℃ 28893kj/kg 1.2942kj/Nm3.℃ 1.2942kj/Nm3.℃ 我干熄焦目前最大的难点是如何提高热能的传递效率，减少热能损失以提高产气率，这里通过对焦炭放热和惰性气体吸收红焦显热的计算来研究论证得出合理的工艺参数供同行参考。我们假定每干熄一吨红焦所释放的热量为Q1，利用热能公式Q=c·m·Δt得出 Q1=[1.465kj/kg.℃*(1030-0)k-0.985kj/kg.℃*(160-0)k]*1t=1351.35mj
也即是每吨红焦从1030度降到160度所释放的热量为1351.35mj.由于焦炭烧损率约为1%,设定焦粉放热为Q2，则 Q2=1t*1%*28893kj/kg=288.93mj
惰性气体在与红焦接触所能带走的热量我们设定Q3,每干熄一吨焦炭所需要的循环风量设定V，则
Q3=V Nm3/h*1.2942kj/Nm3.℃*(940-140)
我干熄焦在满负荷生产状态下循环风量设定在150000Nm3/h，每小时装焦5.5炉也即123.75t,得出V=1212.12Nm3/h，则Q3=1254.86mj. 设定惰性气体与红焦换热的热效率为P,可以得出 P=[Q3/Q1+Q2]*100%=76.5%
由所得数据可以看出，我单位干熄焦装置的实际热传递效率只为76.5%低于同行
的80%的平均效率。根据数据分析发现，我干熄焦在循环风量进风挡板的开度不合理，周边进风和中央进风均为50%，这造成周边进风量多大，大量的气体不断往炉壁汇集，使气体在干熄炉冷却段上部形成一个空心的锥形体，使中央部位焦炭冷却效果下降，换热不充分。另外，我干熄焦冷却段四点温度分布不均，最高点和最低点相差可达200度。经过调整，把周边进风开度设定为60%，中央进风设定30%并在排出装置下锥斗处 打入调节棒来控制焦炭均匀下降，现在热效率已基本控制在80%左右。 二、 锅炉热效率的研究：(表2) 名称 锅炉供水 过热蒸汽 高温循环烟气 低温循环烟气 流量 设定 0.56t/h 1212Nm3/h 1212Nm3/h 工质参数 104℃ 450℃/3.65MP 940℃ 170℃ 比热 436kj/kg.℃ 3221kj/kg 1.2942kj/Nm3.℃ 1.2942kj/Nm3.℃
由计算已得知惰性气体吸收每吨红焦热量Q3，我们假定锅炉吸收惰性气体热量为Q4，产生蒸汽指标设定为450℃/3.65MP，则
Q4=[3221kj/kg*(450-0)k-436kj/kg*(104-0)k]*0.56t=786.30mj 设定锅炉吸收惰性气体的热效率为P2，则 P2=Q4/Q3*100%=66.26%
由数据得出锅炉蒸汽吸收惰性气体的热效率为66.26%，经分析发现热损失主要源于两个部分:一是锅炉管道结垢，我们在锅炉年修检查管道发现，从下部省煤器到上部蒸发器管道结垢厚度从0.5-5mm不等，这跟锅炉给水水质的控制有较大关系。二是锅炉负压区泄露，经检查发现锅炉在一次除尘膨胀节和水冷套管上部泄露严重，造成冷空气进入锅炉内部循环，降低产气率。
三、干熄焦风料比的优化
干熄焦风料比即使指每完全干熄一吨焦炭所需要的循环风量，循环风量过大或过小都会影响锅炉产气率，这里我们通过对锅炉入口问题T6与锅炉出口温度T1的差值的变化来找出最优的风料比。设定循环风量为M1,惰性气体经锅炉的释放的热量为Q5，则
Q5=M1*（T6-T1）*C即Q5=M1*△T*C
可以看出惰性气体在锅炉内释放的热量和△T有直接关系，图是在干熄焦140t/h排焦量下设定不同风料比得出的T6与T1 风料比 1：1150 1：1200 1：1250 1：1300 1：1350 1：1400 温度℃ T6 T1 926 165 932 167 940 169 937 171 931 172 922 174 △T 761 765 771 766 759 748 此表可以得出风料比设定1:1250时△T值最大，此时惰性气体在锅炉内放热量最大。 四、结论
1. 通过对惰性气体在干熄炉和锅炉中的循环热传递的研究以及热效率的计算可以得出每段时期内干熄焦锅炉热效率的高低，由此帮助我们实时判断干熄焦装置是否存在缺陷，有利于我们找出问题所在并及时做出调整，保证蒸汽发电量。 2. 通过对锅炉入口温度和出口温度差值的研究，可以合理控制风料比，对提高产气率以及降低焦炭烧损率都有帮助。
上述内容可以看出干熄焦余热锅炉的产气率还有很大的提高空间，这对于节能降耗，控制企业成本都具有明显优势，值得企业推广运用。
参考文献：【期刊】
[1 ] 罗时政,康春清,祝仰勇,乔继军,徐瑞阳. 干熄焦循环气体对焦炭烧损的影响分析[J]. 山东冶金. 2010(01)
[2 ]吴亚敏. 干熄焦循环水处理技术的应用[J]. 科技信息. 2010(21) [3 ]马希博,甘秀石. 鞍钢干熄焦工艺存在的问题及改进措施[J]. 鞍钢技术. 2011(01)
作者简介：李梦年，男，1982年，汉族，辽宁丹东人，现工作于临涣焦化股份有限公司，现任干熄焦余热发电工艺值长，助理工程师，学士，主要研究优化干熄焦工艺参数，提高余热发电产量。