热平衡计算

9　热平衡计算

9.1　热量收入各项计算

9.1.1　加热煤气燃烧的化学热量应按下列公式计算：

式中　Q1——加热煤气燃烧的化学热量（kJ/t）；

　QDW——加热煤气的低（位）发热量（kJ/m3）；

　V0,MQ——每吨湿煤所需加热煤气标准流量（m3/t）。

9.1.2　加热煤气的低（位）发热量应按下列公式计算：

式中　QDW——加热煤气的低（位）发热量（kJ/m3）；

　CO、H2、CH4、CmHn…——煤气中各可燃成分的体积分数（%）。

9.1.3　每吨湿煤所需的加热煤气标准流量应按下列公式计算：

式中　V0,MQ——每吨湿煤所需的加热煤气标准流量（m3/t）；

　V0——每小时的加热煤气标准流量（m3/h）；

　G——全炉每小时平均装煤量（t/h）。

9.1.4　加热煤气标准流量应按下列公式计算：

如果实际操作条件和设计孔板确定的条件一致时，仪表上的读数为标准流量，否则按下式修正（对同一压差）：

式中　V0——加热煤气标准流量（m3/h）；

　V——流量仪表读取加热煤气流量（m3/h）；

　ρ0′、ρ0—分别为设计孔板时及实际操作条件下标准状态的煤气密度（kg/m3）；

　P、P0——分别为设计孔板时及实际操作条件下的加热煤气绝对压力（Pa）；

　T0、T——分别为设计孔板与实际操作条件的加热煤气绝对温度（K）；

　f0、f——分别为T0与T温度下煤气中水汽含量（kg/m3）。

9.1.5　全炉每小时平均装煤量应按下列公式计算：

式中　G——全炉每小时平均装煤量（t/h）；

　G1——每孔炭化室装煤量（t）；

　N——每座焦炉炭化室孔数；

　τ——结焦周期（h）。

9.1.6　加热煤气带入的显热量应按下列公式计算：

式中　Q2——加热煤气带入的显热量，包括干煤气显热和水汽的显热（kJ/t）；

　V0,MQ——每吨湿煤所需加热煤气标准流量（m3/t）；

　tMQ——加热煤气的温度（℃）；

　MMQ——加热煤气中水汽的体积含量（%）；

　CSQ——0～tMQ℃间水汽的平均比热容，[kJ/（m3•℃）]；

　CMQ——加热煤气中干煤气在0～tMQ℃间的平均比热容［kJ/（m3•℃）］。

9.1.7　漏入荒煤气的燃烧热量应按下列公式计算：

式中　Q3——漏入荒煤气的燃烧热量（kJ/t）；

　QDW——净煤气的低（位）发热量（kJ/m3）（参照9.1.2计算）；

　φ——每小时由炭化室漏入加热系统的荒煤气量（m3/h）；

　G——每小时装煤量（t/h）。

9.1.8　加热煤气与漏入荒煤气所需助燃空气的显热量应按下列公式计算：

式中　Q4——加热煤气与漏入荒煤气所需助燃空气的显热量（kJ/t）；

　V0,MQ——每吨湿煤所需加热煤气标准流量（m3/t）；

　LR、LH——燃烧每立方米加热煤气及漏入荒煤气的实际空气需要量，由燃烧计算得到（m3/m3）；

　tKQ——蓄热室走廊空气平均温度（℃）；

　CKQ——空气在0～tKQ℃间的平均比热容［kJ/（m3•℃）］。

9.1.9　入炉干煤带入显热量应按下列公式计算：

式中　Q5——入炉干煤带入显热量（kJ/t）；

　GM——每吨入炉煤中的干煤量（kg/t）；

　CM——干煤在0～tM℃间的平均比热容［kJ/（kg•℃）］；

　tM——入炉煤的温度（℃）；

　AM•d——入炉煤干基灰分。

9.1.1 0　入炉煤水分带入的显热量应按下列公式计算：

式中　Q6——入炉煤水分带入的显热量（kJ/t）；

　GS——每吨入炉煤水含量（kg/t）；

　CS——水在0～tM℃间的平均比热容［kJ/（kg•℃）］；

　tM——入炉煤的温度（℃）。

9.1.1 1　收入热量总和应按下列公式计算：

式中　ΣQ——收入热量总和（kJ/t）；

　Q1、Q2…Q6——加热煤气燃烧热、加热煤气带入显热等，包括入炉煤水分带入的显热共六项（kJ/t）。

9.2　热支出项目计算

9.2.1　焦炭带出的热量应按下列公式计算：

式中　Q1′——焦炭带出的热量（kJ/t）；

　tJ——焦饼平均温度（℃）；

　GJ——每吨入炉煤生成焦炭量（kg/t）；

　CJ——焦炭在0～tJ℃间的平均比热容［kJ/（kg•℃）］。

式中　AJ•d、CJ•d和VJ•d——分别为焦炭干燥基灰分、固定碳和挥发分的含量（%）；

　CAJ和CC——分别为焦炭灰分和固定碳在0～tJ℃间的平均比热容［kJ/（kg•℃）］；

　CV——挥发分在0～tJ℃间的体积平均比热容，按焦炉煤气平均比热容计算［kJ/（m3•℃）］；

　ρJV——焦炭中挥发分的密度，可按焦炉煤气密度计算（kg/m3）。

为简化焦炭比热容（CJ）计算，可取经验数1.506［kJ/ （kg•℃）］，它与计算值将偏离0.6%左右。

9.2.2　焦油带出热量应按下列公式计算：

式中　Q2′——焦油带出热量（kJ/t）；

　GJY——每吨入炉煤生成焦油量（kg/t）；

　CJY——焦油气在0～t1h℃间的平均比热容［kJ/（kg•℃）］。

式中　t1h——结焦周期前半期荒煤气平均温度（℃）。

9.2.3　粗苯带出热量应按下列公式计算：

式中　′——粗苯带出热量（kJ/）t；

　GB——每吨入炉煤生成粗苯量（kg/t）；

　CBQ——粗苯气在0～t1h℃间的平均比热容［kJ/（kg•℃）］。

式中　t1h——结焦周期前半期荒煤气平均温度（℃）。

9.2.4　氨带出热量应按下列公式计算：

式中　′——氨带出热量（kJ/）t；

　GA——每吨入炉煤生成氨量（kg/t）；

　CA——氨在0～t1h℃间的平均比热容［kJ/（kg•℃）］；

　t1h——结焦周期前半期荒煤气平均温度（℃）。

　CA值可查有关资料或按下式计算：

式中　CA——氨在0～th℃间的平均比热容［kJ/（kg•℃）］；

　th——结焦周期内荒煤气平均温度（℃）。

式中　th——结焦周期内荒煤气平均温度（℃）；

　t1h——结焦周期前半期荒煤气平均温度（℃）；

　t2h——结焦周期后半期荒煤气平均温度（℃）。

9.2.5　净煤气带出热量应按下列公式计算：

1　当净煤气量为实测所得，其带出热量应按下式计算：

式中　′——净煤气带出热量（kJ/）t；

　C1h、C2h——分别为0～t1h℃及0～t2h℃间净煤气平均比热容［kJ/（m3•℃）］；

　GMQ——每吨入炉煤生成的净煤气量（kg/t）；

　ρ0——净煤气密度（kg/m3）；

　t1h——结焦周期前半期荒煤气温度（℃）；

　t2h——结焦周

期后半期荒煤气温度（℃）。

2　当净煤气量为计算所得，其带出热量按下式计算：

式中　Q5′——净煤气带出热量（kJ/t）；

　φ——每小时从炭化室漏入加热系统荒煤气量（m3/h）；

　C1h、C2h——分别为0～t1h℃及0～t2h℃间净煤气平均比热容［kJ/（m3•℃）］；

　GMQ——每吨入炉煤生成的净煤气量（kg/t）；

　ρ0——净煤气密度（kg/m3）；

　t1h——结焦周期前半期荒煤气温度（℃）；

　t2h——结焦周期后半期荒煤气温度（℃）；

　G——全炉每小时装煤量（kg/h）。

9.2.6　水汽带出热量应按下列公式计算：

式中　′——水汽带出热量（kJ/）t；

　Q6-1——入炉煤带入水分所消耗的热量（kJ/t）；

　Q6-2——化合水在生成过程所消耗热量与其带出热量之和（kJ/t）；

　Q6-3——水汽与焦炭反应所消耗的热量（kJ/t）；

　CSQ——在0～t1h℃时水汽平均比热容［kJ/（kg•℃）］；

　C′SQ——在450～t1h℃时水汽平均比热容［kJ/（kg•℃）］；

　C SQ″——在0～450℃时水汽平均比热容［kJ/（kg•℃）］；

　t1h——结焦周期前半期荒煤气平均温度（℃）；

GSX——每吨入炉煤生成的化合水量（kg/t）；

　GS——每吨入炉煤所含水量（kg/t）。

9.2.7　烟气带出热量应按下列公式计算：

式中　′——烟气带出热量（kJ/）t；

　V0,MQ——每吨入炉煤所需加热煤气的标准流量（m3/t）；

　VR,α2——每立方米煤气在小烟道的空气系数下完全燃烧时的实际烟气量（m3/m3）（通过燃烧计算求得）；

　d——不完全燃烧时的烟气量修正系数；

　CF——从0～tF℃间烟气的平均比热容［kJ/（m3•℃）］；

　tF——烟气平均温度（℃）；

　φ——每小时从炭化室漏入加热系统荒煤气量（m3/h）；

　G——全炉每小时装煤量（kg/h）。

当α2≥1时：

当α2＜1时：

式中　d——不完全燃烧时的烟气量修正系数；

　α2——小烟道处烟气的空气系数；

　CO、H2、CH4、O2——干烟气中各组分相应体积分数（%）。

9.2.8　化学不完全燃烧损失的热量应按下列公式计算：

式中　Q8′——化学不完全燃烧损失的热量（kJ/t）；

　V0,MQ——每吨入炉煤所需加热煤气的标准流量（m3/t）；

　CO、H2、CH4——干烟气中各组分相应体积分数（%）；

　φ——每小时从炭化室漏入加热系统荒煤气量（m3/h）；

　G——全炉每小时装煤量（kg/h）；

　d——不完全燃烧时烟气量的修正系数；

　VR,α2——每立方米煤气完全燃烧生成的烟气量（m3/m3）。

9.2.9　炉体表面总散热量应按下列公式计算：

式中　Q9′——炉体表面总散热量（kJ/t）；

　qS1——炉体表面散热量（kJ/t）；

　qS2——由炉基础传入地下室热量（kJ/t）；

　qS3——打开炉门散失热量（kJ/t）；

　αf——辐射传热系数［kJ/（m2•h•℃）］；

　αa——对流传热系数［kJ/（m2•h•℃）］；

　WF——风速（m/s）；

　F——每孔炭化室炉体各部位散热面积（m2）；

　Tb、Te——分别为炉体表面及环境绝对温度（K）；

　tb、te——分别为炉体表面及环境温度（℃）；

　A——炉体表面所处位置的散热校正系数；

　散热面向上：A=11.72，竖直散热面：A=9.21，散热面向下：A=6.28

　G′——每孔炭化室的装煤量（t）。

9.2.1 0　差值应按下列公式计算：

热平衡各项收入热量总和ΣQ与支出各项热量总和之差，即为差值。

式中　ΔQ——差值（kJ/t）；

　ΣQ——各项收入热量之和（kJ/t）；

　Q1′、Q2′…Q9′——各项支出热量（kJ/t）。

差值包括未测出的热量及误差。热平衡允许相对差值为±5%，即：

9.3　热平衡表

9.3.1　将热平衡收入、支出热量计算结果填入表9.3.1中。

表9.3.1　热平衡表

9.4　热效率及耗热量

9.4.1　热效率应按下列公式计算：

式中η——热效率（%）；

　′、′、′、′、′、′——每吨入炉煤的炼焦产品：焦炭、焦油、粗苯、氨、煤气等带出的热量（kJ/）t；

　Q5、Q6——每吨入炉煤中干煤和水分带入的热量（kJ/）t；

　ΣQ——各项收入热量总和（kJ/）t。

9.4.2　耗热量应按下列公式计算：

1　湿煤耗热量：每千克湿煤所消耗的计量热量，应按下列公式计算：

式中　qar——湿煤耗热量（kJ/kg）；

　QDW——加热煤气低发热量（kJ/m3）；

　V0,MQ——每吨入炉煤需消耗的加热煤气标准流量（m3/h）。

2　换算为7%水分的湿煤耗热量

当用焦炉煤气加热时：

式中　qh——换算为7%水分的湿煤耗热量（kJ/kg）；

qar——湿煤耗热量（kJ/kg）；

　M——入炉煤含水量（%）。

当用高炉煤气加热时：

式中　qh——换算为7%水分的湿煤耗热量（kJ/kg）；

qar——湿煤耗热量（kJ/kg）；

　M——入炉煤含水量（%）。

当用混合煤气加热时：

其换算系数可按煤气混合比，将上述系数进行加权计算。