曹其華

【摘 要】文章通過企業(yè)煉焦耗熱量計算案例分析工序耗熱量的計算方法。結(jié)合某鋼鐵企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行情況，分析焦?fàn)t爐況、入爐煤水分及煉焦加熱操作等對煉焦耗熱量的影響。結(jié)果表明，爐況不同對煉焦耗熱量影響較大;華南地區(qū)使用露天貯煤場的企業(yè)雨季需采取具體措施控制入爐煤水分含量，根據(jù)入爐煤水分變化幅度適時調(diào)整煉焦加熱制度;煉焦過程中機(jī)、焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度制定不合理會造成煉焦耗熱量增加。

【關(guān)鍵詞】煉焦耗熱量;標(biāo)準(zhǔn)溫度;入爐煤水分

【中圖分類號】TQ522.16 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）12-0088-03

0 前言

能源在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用，世界各國都將合理高效使用能源、節(jié)能降耗放在重要位置。節(jié)能降耗的措施之一是能源使用的限額管理，對各行各業(yè)制定產(chǎn)品或產(chǎn)值能源消耗限額。那些以消耗熱能為主的行業(yè)或企業(yè)，除了制定能源消耗限額外還同時規(guī)定熱量消耗指標(biāo)，這類行業(yè)或企業(yè)耗熱量是否達(dá)到指標(biāo)要求常常決定了能源消耗指標(biāo)是否達(dá)到要求，因此對減少工序或產(chǎn)品耗熱量的研究備受關(guān)注。煉焦耗熱量是焦化及鋼鐵行業(yè)考察企業(yè)能源消耗情況的重要指標(biāo)，相關(guān)領(lǐng)域?qū)Υ俗髁瞬簧傺芯縖1-4]。有關(guān)研究認(rèn)為，煉焦過程中爐頂空間溫度、小煙道溫度、燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)、煉焦周轉(zhuǎn)時間等因素均直接或間接影響煉焦耗熱量的大小。但煉焦操作中適宜機(jī)、焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度的制定及焦?fàn)t爐況等對煉焦耗熱量影響都沒有受到應(yīng)有重視，本文將對這些方面進(jìn)行分析說明，同時對煉焦耗熱量的計算方法進(jìn)行分析并舉例說明。

1 耗熱量計算及舉例

1.1 煉焦耗熱量計算方法

煉焦耗熱量指單位重量的煉焦煤煉制成焦炭時所需要的熱量。煉焦耗熱量可以用濕煤耗熱量、干煤耗熱量及標(biāo)水煤耗熱量等指標(biāo)表示，相關(guān)行業(yè)通常以標(biāo)水煤耗熱量表示煉焦耗熱量的高低。標(biāo)水煤耗熱量是假定入爐煤收到基水分為7%時計算出的煉焦耗熱量，基本消除了入爐煤水分波動對煉焦耗熱量的影響，方便了同一企業(yè)不同時期或不同企業(yè)間對煉焦耗熱量的分析比較。標(biāo)水煤煉焦耗熱量計算方法如下。

（1）標(biāo)水煤煉焦耗熱量計算式。

q7=qsh-K（Mar-7）

式中，q7為標(biāo)水煤煉焦耗熱量（單位為kJ/kg）;qsh為濕煤耗熱量;K為1 kg入爐煤水分每變化1%時煉焦耗熱量的變化值，其中焦?fàn)t煤氣加熱時K值約為29.3 kJ、高爐煤氣加熱時K值約為33.4 kJ;Mar為收到基入爐煤水分（單位為%）。

（2）濕煤耗熱量計算式。

qsh=（Qnet×V0）/Wsh

式中，qsh為濕煤耗熱量（單位為kJ/kg）;Qnet為加熱用煤氣低位熱值（單位為kJ/Nm3）;V0為加熱用煤氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下用量，（單位為Nm3/h）;Wsh為濕煤用量（單位為kg/h）。

（3）計算標(biāo)水煤耗熱量時需要注意以下幾點(diǎn)：加熱用煤氣低位熱值應(yīng)為計算時段內(nèi)的實(shí)際測量值，加熱用煤氣的溫度、壓力及用量應(yīng)分別為此計算時段內(nèi)的平均溫度、平均壓力及平均用量;加熱用煤氣用量應(yīng)換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的用量;煉焦煤用量需換算為計算時段內(nèi)的平均用煤量，其水分為收到基入爐煤平均水分。

1.2 煉焦耗熱量計算舉例

某一鋼鐵企業(yè)計算某年某月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：煉焦用煤收到基入爐煤水分10.90%，濕基用煤量29 811.16 kg/h;煉焦加熱用煤氣為焦?fàn)t煤氣，煤氣的平均溫度55 ℃，平均壓力為1 000 Pa，平均用量為4 732 m3/h，實(shí)測煤氣低位熱值為17 774.0 kJ/Nm3。

根據(jù)上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)，煉焦標(biāo)水煤耗熱量的計算過程及結(jié)果如下。

（1）利用理想氣體狀態(tài)方程將工況煤氣用量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)煤氣用量。

V0=[273.15×（101 325+1 000）×4 732]

÷[101 325×（273.15+55）]≈3 978（Nm3/h）

（2）計算濕煤耗熱量。

qsh=（Qnet×V0）/Wsh=17 774.0×3 987/29 811.16

≈2 377（kJ/kg）

（3）計算標(biāo)水煤耗熱量。

q7=qsh-K（Ma r-7）=2 377-29.3×（10.9-7）≈2? 263（kJ/kg）

通過計算可知，該企業(yè)此年此月份的煉焦標(biāo)水煤耗熱量比較高。

2 耗熱量影響因素及降低耗熱量措施

影響煉焦耗熱量的因素較多，如煉焦工藝、爐型及爐況、原料煤質(zhì)量、煉焦加熱制度及操作等。對企業(yè)來說，煉焦工藝及爐型基本已確定，這種情況下，影響煉焦耗熱量的因素主要集中在焦?fàn)t爐況、入爐煤水分及煉焦加熱操作等方面。以下結(jié)合華南某鋼鐵企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析說明。

2.1 煉焦?fàn)t況

焦?fàn)t結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可根據(jù)加熱用煤氣供入方式、煤氣種類、裝煤方式等分成不同的焦?fàn)t爐型。但現(xiàn)代焦?fàn)t有共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即焦?fàn)t主體結(jié)構(gòu)都是由炭化室、燃燒室和蓄熱室等組成，每個炭化室寬向兩側(cè)都是燃燒室、每個燃燒室沿其長向又設(shè)多個立火道。煉焦過程中，由于長期機(jī)械性磨損及操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐商炕覡t墻受到損壞，出現(xiàn)剝蝕及墻面變形、縫隙甚至熔洞等現(xiàn)象?？p隙和熔洞一旦出現(xiàn)，煉焦過程中產(chǎn)生的荒煤氣就會從炭化室直接竄漏到燃燒室，造成煤氣浪費(fèi)，這些浪費(fèi)掉的煤氣最終將折算到煉焦耗熱量上，致使煉焦耗熱量增加。該企業(yè)數(shù)據(jù)表明，同一座焦?fàn)t當(dāng)炭化室墻基本完好時煉焦耗熱量為2 250～2 300 kJ/kg、而炭化室墻熔洞及縫隙較多時煉焦耗熱量達(dá)到2 400～2 450 kJ/kg，從中可以看出焦?fàn)t爐況的影響程度。

為了減少煉焦耗熱量及節(jié)能降耗、延長焦?fàn)t的使用壽命，該企業(yè)投入了大量人力、物力對焦?fàn)t爐體進(jìn)行維護(hù)，不僅使用濕法修補(bǔ)方法，還曾經(jīng)使用陶瓷焊補(bǔ)乃至吊頂翻修等技術(shù)對焦?fàn)t爐體實(shí)施修補(bǔ)。

2.2 入爐煤水分

入爐煤進(jìn)入焦?fàn)t炭化室后，經(jīng)歷加熱脫水干燥、進(jìn)一步升溫?zé)峤?、形成半焦及再升溫形成焦炭等過程;煉焦過程中入爐煤水分經(jīng)歷升溫、蒸發(fā)、再升溫的過程，其中水分蒸發(fā)環(huán)節(jié)需要吸收大量的熱量;形成的水蒸氣和荒煤氣一起匯集于炭化室爐頂空間，由上升管導(dǎo)出炭化室并經(jīng)橋管及循環(huán)冷卻水噴灑后進(jìn)入集氣管，此時溫度降低到80～100 ℃，大部分水蒸氣又變成液態(tài)水和焦油及荒煤氣一起送到下一道工序處理。由此，入爐煤水分越多，煉焦過程中吸收的熱量越多、煉焦耗熱量也越大。生產(chǎn)過程中為了降低入爐煤水分對煉焦耗熱量的影響，該企業(yè)根據(jù)不同情況采取了相應(yīng)措施。

圖1為該企業(yè)某年份入爐煤月平均水分變化趨勢圖。由圖1所示，該企業(yè)入爐煤月平均水分5～9月都較高、6月達(dá)到最高值，其它月份入爐煤水分相對較低。造成此現(xiàn)象的原因是該企業(yè)原料煤場為露天設(shè)置，而華南地區(qū)5～9月尤其是5～7月雨水較多。為了盡量減少雨季入爐煤水分增高對煉焦耗熱量的影響，該企業(yè)在儲煤和煉焦過程中采取了壓實(shí)堆場煤堆、優(yōu)先取用受到雨水影響小的堆放位置煤等措施。雨季不僅入爐煤平均水分高，水分變化幅度也大，圖2顯示了該企業(yè)1、2月與6、7月入爐煤水分變化情況。由圖2所示，6、7月入爐煤水分不僅比1、2月的高，并且波動幅度也比1、2月的大。入爐煤水分變化太大時，煉焦耗熱量變化也大，甚至可能出現(xiàn)煉焦過程不穩(wěn)定、造成生焦等現(xiàn)象，這時該企業(yè)采取了調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)溫度等措施保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

2.3 煉焦操作及標(biāo)準(zhǔn)溫度的制定

煉焦操作包括裝煤操作、上升管及集氣管操作、調(diào)火操作等，其中調(diào)火操作又包括煉焦過程中各溫度指標(biāo)及各壓力指標(biāo)的保持和調(diào)節(jié)等。煉焦操作制度中合理的煉焦標(biāo)準(zhǔn)溫度制定有時沒有得到足夠重視。標(biāo)準(zhǔn)溫度是保證在規(guī)定結(jié)焦時間內(nèi)使焦餅成熟的主要溫度指標(biāo)，適宜的機(jī)、焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度是保證焦餅均勻成熟的保證。

該企業(yè)生產(chǎn)過程中某一時段對其焦?fàn)t不同炭化室推焦前0.5 h焦餅中心溫度測量的平均結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，無論是機(jī)側(cè)、中道還是焦側(cè)，焦餅中心溫度由下到上都是呈逐步降低的趨勢;焦餅中心溫度由焦側(cè)到機(jī)側(cè)也是呈逐步降低的趨勢。因此，焦餅中心溫度的最低點(diǎn)在機(jī)側(cè)上部。焦餅中心溫度由下到上逐步降低是由該企業(yè)的焦?fàn)t結(jié)構(gòu)決定的，而焦餅中心溫度焦側(cè)高于機(jī)側(cè)是機(jī)、焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度制定不合理造成。為了生產(chǎn)過程中不出現(xiàn)生焦，推焦前焦餅最低點(diǎn)即機(jī)側(cè)上部的溫度必須在950 ℃以上。從該企業(yè)生產(chǎn)過程看，當(dāng)機(jī)側(cè)上部焦餅中心溫度達(dá)到950 ℃時，對應(yīng)焦側(cè)溫度已經(jīng)達(dá)到970 ℃，從時間上看，焦側(cè)提前0.5 h以上就能達(dá)到所需溫度，也就是說焦側(cè)焦炭白白多加熱了一段時間，增加了煉焦耗熱量。后來該企業(yè)重新調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)溫度，適當(dāng)降低焦側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)溫度，結(jié)果機(jī)、焦側(cè)焦餅基本上能同時成熟，降低了煉焦耗熱量。

3 結(jié)論及建議

（1）通過計算案例對企業(yè)煉焦耗熱量進(jìn)行計算，分析了煉焦耗熱量的計算方法。

（2）結(jié)合某鋼鐵企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行情況分析了焦?fàn)t爐況、入爐煤水分及煉焦加熱操作等對煉焦耗熱量的影響。爐況不同對煉焦耗熱量影響較大，好的爐況煉焦耗熱量明顯降低;鑒于華南地區(qū)的自然氣候條件，使用露天貯煤場的企業(yè)雨季需采取具體措施控制入爐煤水分的升高，并且針對雨季入爐煤水分的變化幅度需適時調(diào)整煉焦加熱制度;煉焦過程中，煉焦標(biāo)準(zhǔn)溫度制定不合理會造成耗熱量增加，應(yīng)制定合理的機(jī)側(cè)及焦側(cè)標(biāo)準(zhǔn)溫度。

（3）建議華南地區(qū)新建煉焦工藝最好配置防雨儲煤場，這樣可以從根本上減少雨季入爐煤的水分;有關(guān)部門應(yīng)加大入爐煤干燥工藝研究力度，加快建設(shè)相關(guān)設(shè)施，以更好地適應(yīng)國家節(jié)能減排形勢要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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