干熄爐風(fēng)料比的計算及冷卻段簡化模型

李恩文,劉文榮,楊 玉,劉 東

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪271100)

干熄爐風(fēng)料比的計算及冷卻段簡化模型

李恩文,劉文榮,楊 玉,劉 東

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪271100)

討論了干熄焦裝置中干熄爐風(fēng)料比的計算方法,并且構(gòu)造了一個干熄爐冷卻段氣固換熱的簡化模型,同時計算了循環(huán)氣體在冷卻段焦炭間隙內(nèi)流動的平均流速,以及冷卻段循環(huán)氣體的壓降,證明將冷卻段焦炭看做固定床模型是合理的。

風(fēng)料比;氣固換熱;固定床

1 焦炭的物理性質(zhì)

焦炭的物理性質(zhì)與其常溫機(jī)械強(qiáng)度和熱強(qiáng)度及化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。焦炭的主要物理性質(zhì)如下:真密度為1.8g/cm3～1.95g/cm3;視密度為0.88g/cm3～1.08g/cm3;氣孔率為35%～55%;散密度為400g/cm3～500g/cm3;平均比熱容為0.808kJ/(kgk)(100℃),1.465kJ/ (kgk)(1 000℃);熱導(dǎo)率λ為2.64kJ/(mhk) (常溫),6.91kg/(mhk)(900℃);著火溫度(空氣中)為450℃～650℃;干燥無灰基低熱值為30kJ/g～32kJ/g;比表面積為0.6m2/g～0.8m2/g(使用全自動F-Sorb 2400比表面積儀BET方法檢測)。

2 干熄爐風(fēng)料比的計算

取冷卻段上部焦炭溫度為1 100℃,冷卻段下部焦炭溫度為150℃;

由焦炭平均比熱容為0.808kJ/(kgk) (100℃),1.465kJ/(kgk)(1 000℃);

假設(shè)比熱隨溫度變化為線性關(guān)系,可得150℃時焦炭比熱容為:0.8445kJ/(kgk);

1100℃時為:1.538kJ/(kgk)。

由以上數(shù)據(jù)可以得到焦炭經(jīng)過冷卻段時焓變?yōu)?

△H=150×(1.538×1 100-0.844 5× 150)=234 769MJ/h

取冷卻段上部循環(huán)氣體溫度為960℃,冷卻段下部循環(huán)氣體溫度為125℃。

依據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中關(guān)于循環(huán)氣體焓變的計算程序,可以得到:

1NM3循環(huán)氣體由125℃流經(jīng)干熄爐升至960℃的焓變?yōu)?1.245MJ

與干熄爐設(shè)計風(fēng)料比1 250Nm3/t基本一致。

3 干熄爐冷卻段換熱模型

干熄爐冷卻段空間可以看作體積為708m3,底面內(nèi)徑為10 228mm,高度為L=8 617mm的圓柱體。取散密度450kg/m3可得冷卻段焦炭質(zhì)量為318.6t,取視密度為0.98g/cm3。取焦炭比表面積為0.7m2/g,可以將冷卻段焦炭等效為兩個表面積:

由以上模型可以得到冷卻段焦炭的體積為323.35m3,空隙體積為384.65m3(合計708m3)。

該模型的計算步驟見參考文獻(xiàn)[2]。

由h?R1可將上式簡化為:

S=2πR1h·U

由此可求出循環(huán)氣體在冷卻段的平均流速:

平均流速也可如以下方法計算:

冷卻段內(nèi)側(cè)半徑為:5.114m,換算為平均流速為:

兩者計算結(jié)果一致,證明該套管模型構(gòu)造合理。

4 冷卻段循環(huán)氣體壓降的計算

在日常工藝操作中,干熄爐入口壓力為3.69k Pa,鍋爐入口壓力為-0.80k Pa,因此冷卻段循環(huán)氣體壓降為4.49kPa。

冷卻段循環(huán)氣體壓降的計算可由固定床的赫格斯公式給出:

其中Re=duρ/μ

粒度在30mm～80mm之間的焦炭稱為冶金焦。在這里取d=55mm。L=8 617mm,u=1.174m/s,氣孔率為35%～55%,取e為40%。

循環(huán)氣體成分見表1[3]。

表1 循環(huán)氣體成分

因此循環(huán)氣體ρ=1.249kg/m3;μ= 170.77×10-7Pa·s;故Re=4 722.6

與實(shí)際值4.49k Pa相近,因此將冷卻段焦炭看做固定床模型是合理的。

[1] 王德軍,楊逢庭,李恩文.干熄爐焦炭燒損率及鍋爐熱效率的計算[J].山東工業(yè)技術(shù),2013 (5).

[2] 戴干策,任德呈,范白暉.傳遞現(xiàn)象導(dǎo)論[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014.

[3] 卡爾L·約斯.Matheson氣體數(shù)據(jù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

The Calculation of Gas-Coke Ratio and Simplified Model of Cooling Section for Coke Dry Quenching Furnace

LI En-wen,LIU Wen-rong,YANG Yu,LIU Dong
(Shandong Taishan Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271100,Shandong,China)

The calculation method of CDQ gas-coke ratio is discussed.And a simplified model of gas-solid heat exchange in CDQ cooling section is also developed.Therefore the average flow velocity of recycle gas among the cooling section coke space,pressure drop of recycle gas is calculated,which proves that it is reasonable to take cooling section coke as fixed bed.

gas-coke ratio;heat exchange between gas and solid;fixed bed

TQ530 TK224

:A

1001-5108(2015)05-0076-03

李恩文,高級工程師,主要從事煤化工方面的工作。