朱燦朋

（北京首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司，北京100043）

為保證焦炭均勻成熟，同時(shí)最大限度地提高焦炭和化產(chǎn)品的收率，必須制訂并嚴(yán)格執(zhí)行焦?fàn)t加熱制度。焦?fàn)t加熱制度中重要的一項(xiàng)就是煤氣流量的供給，除了邊部燃燒室供給煤氣量為中部燃燒室的約75%之外，其余每個(gè)燃燒室都應(yīng)供給等量的煤氣，以使各燃燒室立火道的溫度趨于一致，并保證直行溫度的均勻性。直行溫度均勻性主要是通過(guò)調(diào)節(jié)蓄熱室頂部吸力來(lái)實(shí)現(xiàn)，煤氣蓄熱室頂部吸力主要是通過(guò)控制支管孔板直徑的大小來(lái)調(diào)節(jié)，這就要求在設(shè)計(jì)過(guò)程中，預(yù)先計(jì)算出較合適的支管孔板直徑排列，從而指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)并提高其調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。

本文以用高爐煤氣加熱的65孔6 m搗固焦?fàn)t為例，采用阻力理論計(jì)算高爐煤氣支管孔板的直徑，得出有利于直行溫度分布均勻的孔板直徑排列方式，可為今后其他爐型的高爐煤氣支管孔板直徑的排列設(shè)計(jì)提供可靠的理論基礎(chǔ)。

1 各支管煤氣用量計(jì)算

用高爐煤氣加熱時(shí)，進(jìn)入每個(gè)燃燒室的煤氣量主要由煤氣主管壓力和煤氣支管孔板直徑大小決定，煤氣主管壓力一定時(shí)，主要由支管孔板直徑來(lái)決定。高爐煤氣需經(jīng)過(guò)蓄熱室預(yù)熱，所以供給每個(gè)燃燒室的煤氣量也是由蓄熱室頂部的吸力來(lái)控制。也就是說(shuō)，調(diào)節(jié)蓄熱室頂部吸力，主要是通過(guò)控制支管孔板直徑的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。6 m搗固焦?fàn)t爐體及高爐煤氣熱值參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 6 m搗固焦?fàn)t爐體及高爐煤氣熱值參數(shù)

（1）高爐煤氣總用量

（2）機(jī)、焦側(cè)煤氣流量比

機(jī)、焦側(cè)的煤氣流量應(yīng)根據(jù)兩側(cè)所需熱量的不同來(lái)分配，兩側(cè)所需熱量主要取決于兩側(cè)的裝煤量和耗熱量。根據(jù)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)，兩側(cè)流量比等于兩側(cè)炭化室的平均寬度比乘以1.05[1]，即：

式中：V焦為焦側(cè)煤氣流量，m3/h；V機(jī)為機(jī)側(cè)煤氣流量，m3/h；S焦為焦側(cè)炭化室平均寬度，mm；S機(jī)為機(jī)側(cè)炭化室平均寬度，mm。

則焦、機(jī)側(cè)煤氣流量分配比例=1.05×507.5/492.5=1.08。

（3）機(jī)、焦側(cè)煤氣總流量

實(shí)際工作時(shí)的煤氣流量校正系數(shù)取1.1，對(duì)機(jī)、焦側(cè)總流量進(jìn)行計(jì)算：

機(jī)側(cè)煤氣總流量=83 068.28×1.1/(1+1.08)=43 930.34 m3/h

焦側(cè)煤氣總流量=83 068.28×1.1-43 930.34=47 444.77 m3/h

（4）各支管煤氣用量

設(shè)邊部燃燒室的熱負(fù)荷為中部的75%，對(duì)機(jī)、焦側(cè)支管煤氣量進(jìn)行計(jì)算：

2 各支管孔板直徑的確定

2.1 中部支管孔板

供給焦?fàn)t的加熱煤氣，需要通過(guò)一定的管道壓力來(lái)輸送。進(jìn)入燃燒室的煤氣量是通過(guò)安裝在支管上的孔板來(lái)控制的，因此煤氣主管至爐內(nèi)兩點(diǎn)之間的壓力差等于孔板阻力降與入爐煤氣管阻力降之和，而爐內(nèi)壓力變化相對(duì)較小，可以將其視為定值[1]，只需計(jì)算孔板阻力降即可。

首先對(duì)支管斷面積進(jìn)行計(jì)算。

支管斷面積=3.14×（0.18/2）2=0.025 m2

根據(jù)支管斷面積和支管煤氣量對(duì)煤氣在支管中的流速進(jìn)行計(jì)算。

煤氣在機(jī)側(cè)支管中的流速=機(jī)側(cè)支管煤氣量/支管斷面積=1 341.38/（0.025×3 600）=14.90 m/s

煤氣在焦側(cè)支管中的流速=焦側(cè)支管煤氣量/支管斷面積=1 448.70/(0.025×3 600)=16.10 m/s

支管、旋塞阻力的計(jì)算公式為：

出口阻力的計(jì)算公式為：

兩式中：ΔP為壓力降，Pa；k為阻力系數(shù)；L為支管長(zhǎng)度，m；d為管道的直徑（或當(dāng)量直徑），m；v為流速，m/s；γ為重度，N/m3。

（1）支管阻力

取煤氣主管壓力為1 000 Pa、煤氣在30℃時(shí)的重度γ為1.17 N/m3、煤氣支管長(zhǎng)度為2.09 m、阻力系數(shù)k為0.04，對(duì)機(jī)、焦側(cè)支管阻力進(jìn)行計(jì)算：

機(jī)側(cè)支管阻力=0.04×2.09×14.902×1.17/（0.18×2）=60.32 Pa

焦側(cè)支管阻力=0.04×2.09×16.102×1.17/（0.18×2）=70.43 Pa

（2）旋塞阻力

取旋塞相當(dāng)管長(zhǎng)6 m，對(duì)機(jī)、焦側(cè)旋塞阻力進(jìn)行計(jì)算：

機(jī)側(cè)旋塞阻力=0.04×6×14.902×1.17/（0.18×2）=173.17 Pa

焦側(cè)旋塞阻力=0.04×6×16.102×1.17/（0.18×2）=202.18 Pa

（3）出口阻力

機(jī)側(cè)出口阻力=(1-0.025/0.132)2×14.902×1.17/2=85.34 Pa

焦側(cè)出口阻力=(1-0.025/0.132)2×16.102×1.17/2=99.64 Pa

（4）孔板阻力

通過(guò)計(jì)算爐體水壓得出，上升氣流小煙道壓力為-30 Pa。

孔板阻力=煤氣主管壓力-支管阻力-旋塞阻力-出口阻力-小煙道壓力，則：

機(jī)側(cè)孔板阻力=1 000-60.32-173.17-85.34-(-30)=711.17 Pa

焦側(cè)孔板阻力=1 000-70.43-202.18-99.64-(-30)=657.75 Pa

（5）孔板直徑

對(duì)孔板直徑進(jìn)行計(jì)算，首先需對(duì)孔板阻力系數(shù)采用k=2ΔP/（v2×γ）進(jìn)行計(jì)算：

機(jī)側(cè)孔板阻力系數(shù)=2×711.17/（14.902×1.17）=5.48

焦側(cè)孔板阻力系數(shù)=2×657.75/（16.102×1.17)=4.34

然后查局部阻力系數(shù)表[2]，通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算得出：機(jī)側(cè)截面積之比=0.47、焦側(cè)截面積之比=0.50。

截面積之比為孔板截面積與支管截面積之比，而兩者的截面積和直徑的平方成正比，即f/F=(d/D)2，式中：f為孔板截面積，m2；F為支管截面積，m2；d為孔板直徑，m；D為支管直徑，m。

對(duì)機(jī)、焦側(cè)孔板直徑進(jìn)行計(jì)算：

機(jī)側(cè)孔板直徑=180×(0.47)0.5=123.40 mm，取124 mm。

焦側(cè)孔板直徑=180×(0.50)0.5=127.28 mm，取128 mm。

通常情況下，為了減小煤氣的泄漏損失，主管壓力不宜過(guò)高，一般保持在500 Pa～1 000 Pa[3]。其目的：一是保證調(diào)節(jié)各燃燒室煤氣流量的靈敏性和準(zhǔn)確性；二是防止煤氣因壓力過(guò)高而增加漏失量，或因壓力偏低而產(chǎn)生回火爆炸的危險(xiǎn)。同時(shí)，高爐煤氣中CO的體積分?jǐn)?shù)為25%～30%，毒性大，為了防止高爐煤氣泄漏，要保持煤氣設(shè)備嚴(yán)密，高爐煤氣進(jìn)入廢氣盤(pán)應(yīng)處于負(fù)壓狀態(tài)。

影響直行溫度均勻性的因素主要有裝煤推焦操作不均衡、荒煤氣竄漏、爐體堵塞等原因，當(dāng)溫度出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)查明原因作出處理，再視實(shí)際情況變化通過(guò)調(diào)節(jié)孔板直徑、廢氣盤(pán)翻板、風(fēng)門(mén)開(kāi)度等改變相應(yīng)的煤氣量和空氣量，以實(shí)現(xiàn)均勻性調(diào)節(jié)的目的。當(dāng)周轉(zhuǎn)時(shí)間、裝煤量發(fā)生變化，應(yīng)調(diào)節(jié)煤氣流量，這時(shí)應(yīng)調(diào)整孔板直徑大小以使煤氣主管壓力達(dá)到合適的控制范圍。增大孔板直徑可降低主管壓力，反之則提高主管壓力。

2.2 邊爐支管孔板

邊爐支管孔板的直徑取決于煤氣的使用量和所規(guī)定的煤氣主管壓力。取邊部燃燒室的熱負(fù)荷為中部的75%，邊爐支管孔板直徑的計(jì)算方法與中部支管孔板直徑的計(jì)算方法相同，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 邊爐支管孔板直徑計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表2，邊爐機(jī)側(cè)孔板直徑取81 mm，邊爐焦側(cè)孔板直徑取83 mm。

2.3 次邊爐支管孔板

由于邊部燃燒室的溫度波動(dòng)大，在確定其孔板直徑時(shí)，應(yīng)給予一定的調(diào)節(jié)余地，一般邊部煤氣支管的孔板直徑為中部的63%～68%，靠邊第二個(gè)支管的孔板直徑為中部的95%～96%[2]。當(dāng)孔板排列好時(shí)，可以使蓄熱室頂部吸力保持一致，以達(dá)到全爐爐溫均勻的目的。取次邊爐供熱負(fù)荷為中部供熱負(fù)荷的90%，次邊爐支管孔板直徑的計(jì)算方法與中部支管孔板直徑的計(jì)算方法相同，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 次邊爐支管孔板直徑計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表3，次邊爐機(jī)側(cè)孔板直徑取116 mm，次邊爐焦側(cè)孔板直徑取122 mm。

3 支管孔板排列

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，可得到65孔焦?fàn)t支管孔板直徑排列情況，見(jiàn)表4。

表4 65孔焦?fàn)t支管孔板直徑排列mm

高爐煤氣孔板直徑的排列是根據(jù)煤氣主管兩端的壓力差而定。管道壓力的變化程度與管道的直徑和長(zhǎng)度以及管路的布置情況有關(guān)，因此每座焦?fàn)t應(yīng)根據(jù)各自的特點(diǎn)，測(cè)出管道的壓力變化情況，按壓力的不同來(lái)適當(dāng)調(diào)整孔板直徑的排列。

孔板斷面積應(yīng)不大于支管斷面積的70%[3]，孔板斷面積太大時(shí)，阻力系數(shù)太小，調(diào)節(jié)靈敏度??；太小時(shí)，要求孔板精度高，否則尺寸差別很小也會(huì)引起煤氣量較多的變化?？装宄叽绲倪x擇還應(yīng)考慮主管可能提供的壓力，以及使主管開(kāi)閉器或調(diào)節(jié)翻板具有必要的備用量。

4 結(jié) 語(yǔ)

焦?fàn)t各燃燒室煤氣量的均勻分配依靠孔板直徑沿焦?fàn)t縱向恰當(dāng)?shù)呐帕衼?lái)實(shí)現(xiàn)。合理的支管孔板直徑排列，有利于調(diào)節(jié)蓄熱室頂部吸力的均勻性和直行溫度的均勻性。但在生產(chǎn)過(guò)程中，有很多因素影響爐溫的均勻性，如周轉(zhuǎn)時(shí)間、推焦和裝煤、荒煤氣竄漏等，必須綜合掌握這些情況，才能確保焦?fàn)t穩(wěn)定正常生產(chǎn)。