CN102759542A - 一种基于*平衡的干熄焦烧损率测量方法 - Google Patents

Abstract

一种基于火用平衡的干熄焦烧损率测量方法，本发明在分析了干熄焦过程工艺、运行状况及影响干熄焦烧损率的相关因素后，建立了干熄焦系统的火用平衡模型；通过分析火用平衡模型获得了干熄焦过程焦炭烧损率和蒸汽产量的关系，利用该关系，可以简单、方便、有效、快速地计算出干熄焦焦炭烧损率，对降低干熄焦生产成本、提高干熄焦熄焦产量和效率具有重要意义。

Description

一种基于*平衡的干熄焦烧损率测量方法

技术领域

本发明涉及一种干熄焦烧损率测量方法。

背景技术

我国干熄焦规模和产量居世界第1，截止2011年底已有干熄焦装置150套，处理能力为1.5亿吨。目前，国内焦炭烧损率设计值为0.9%左右，而国内焦化厂的焦炭烧损率远高于这个数，在2%~4%之间；以2011年底的处理能力来算，3%的焦炭烧损就是450万吨，均价1850元/吨，则直接经济损失为83.25亿元；随着更多干熄焦装置的投入运行，焦炭的烧损量会更多，因此控制焦炭烧损率已是刻不容缓的问题，对提高企业的节能减排降耗具有非常重要的实际意义。而要有效地控制焦炭烧损，必须先准确实时地计算出焦炭烧损率。现有的计算方法主要有①碳含量测算法；②热平衡法测算法；③利用循环气体成分测算法。方法①的计算是假定干熄炉内的循环气体可燃成分含量保持不变，空气导入量不变，因此该方法只能作为一种笼统的统计方法，不能准确计算焦炭的烧损率；方法②是利用热平衡原理，分别对干熄炉系统和余热锅炉系统进行热量衡算，计算烧损率与蒸汽产量的关系，间接算得焦炭烧损率，但由于现场操作情况复杂，计算结果滞后于现场调整所带来的变化，特别是在工况多变的环境中，无法起到实时监测，和及时指导生产的作用；方法③的计算简单，只要检测出循环气体中的                                                

原子含量就能随时计算出焦炭的烧损率，但由于没把红焦残余的挥发份(

和

)考虑进去，计算的结果与实际偏差较大，尤其是对焦炉状况不太好的企业，焦饼成熟度不稳定，修正系数

波动较大，很难准确计算。

由于烧损率测算不准确，使得干熄焦烧损率的难以精确控制，致使干熄焦过程能耗较高，因此，研究新的干熄焦烧损率测算方法，对降低干熄焦生产成本、提高干熄焦熄焦产量和效率，实现焦化行业节能、降耗、减排具有重要意义。

发明内容

为解决干熄焦烧损率难以准确测算的问题，本发明提供了一种基于火用平衡的干熄焦烧损率测量方法。具体包括以下步骤：

步骤1：根据干熄焦工艺特征建立干熄炉的火用平衡模型：

                    (1)

式中为红焦950

~1050

进入干熄炉时带来的火用；

为低温惰性循环气体进入干熄炉时带来的火用；

为焦炭燃烧产生的火用；

为惰性循环气体逆流与红焦换热升温成900

~980

左右的高温烟气所带走的火用；

为干熄炉出口180

左右的焦炭所带走的火用；为干熄炉表面散热和从干熄炉炉顶排出部分气体所带走的火用损失。所述低温惰性循环气体的温度为120-140

。

步骤2：根据干熄焦工艺特征建立锅炉的火用平衡模型：

                      (2)

式中

为900

~980

左右的高温烟气经过一次除尘后的所拥有的火用；为锅炉产生蒸汽所带走的火用；

为高温惰性循环气体经过锅炉换热后所 剩下的火用；

为蒸发器表面散热所损失的火用。

步骤3：一次除尘系统的火用平衡模型：

                         (3)

式中

为一次除尘系统表面散热和焦粉尘所造成的火用损失。

步骤4：二次除尘系统的火用平衡模型：

                         (4)

式中

为惰性循环气体经过二次除尘后所剩余的火用，

为二次除尘系统表面散热和焦粉尘所造成的火用损失。

步骤5：循环风机的火用平衡模型：

                         (5)

式中为惰性循环气体经循环风机后所剩余的火用，

为二次除尘系统表面散热所造成的火用损失。

步骤6：热管换热器的火用平衡模型：

                         (6)

式中为热管换热器表面散热所造成的火用损失。

步骤7：干熄焦系统的总火用平衡模型：

                     (7)

步骤8：火用的计算方法为：

                     (8)

式中

为该物质在

状态下的比焓火用，单位为

；

和

分别为该物质在

状态下的比焓和比熵，单位为；

和分别为该物质在

状态下的比焓和比熵，单位为

； 

为基准状态，即

，。

步骤9：基于火用平衡的烧损率计算方法为：设焦炭烧损率为；锅炉蒸汽的产量为

，单位为

；干熄炉中循环气体充分吸收红焦火用，在不导入空气和工业

及不放散的情况下，将红焦冷却到180，具体计算如下：

(1)  红焦所具有的火用：

                 (9)

其中

为干熄炉入口处焦炭的比焓；

为干熄炉入口处焦炭的比熵；

为每天熄焦的总量，单位为千克。

(2)  焦炭燃烧产生的火用：

                             (10)

其中

为焦炭燃烧产生的比焓。

(3)  干熄炉出口焦炭所具有的火用：

                 (11)

其中

为干熄炉出口处焦炭的比焓； 为干熄炉出口处焦炭的比熵。

(4)   锅炉产生蒸汽所消耗的的火用：

      (12)

其中

为蒸汽产量，单位为t；

为锅炉放散泄露的蒸汽量，单位为t；

和

分别为蒸汽的比焓和比熵，单位为

；

和分别为锅炉中水的比焓和比熵；

和

分别为锅炉供水的比焓和比熵；

为锅炉排污的比例。

(5)  干熄焦系统散热所损失的火用：

                     (13)

其中

为系统火用损失的系数。

(6)  由式(7)—式(13)可得干熄焦焦炭烧损率计算公式为：

        (14)

式(14)可以看出锅炉的蒸汽产量与干熄焦系统焦炭的烧损率成一次线性关系。

    本发明将火用平衡分析应用于干熄焦系统的能量消耗与流动分析，是克服现有干熄焦系统烧损率测算方法局限性的有效方法，因为干熄焦系统最大的优点是系统余热的回收利用，而火用代表能量的使用价值，按照能量守恒，在生产过程中真正被消耗的是火用，而不是能，且目前采用火用平衡分析法来测算干熄焦系统的烧损率鲜有报道，因此采用火用平衡分析方法来测算干熄焦系统的焦炭烧损率是可行的。现有的干熄焦烧损率测算方法，往往习惯于用能的数量多少来衡量能的价值，却不管所消耗的是什么样的能量。能量在转换时具有量的守恒性和质的差异性，即它不仅有数量多少之分，更有质量高低之别，因此仅用热平衡原理很难准确地测算干熄焦系统的烧损率，而火用平衡分析法是从量和质的统一的角度正确反映系统能量的“质”的贬值和损耗。

 干熄焦系统是利用左右的低温惰性气体与温度为950

~1050

的红焦进行逆向对流换热，使惰性气体升温为900

~980

左右的高温烟气，高温烟气经过一次除尘除去大颗粒焦粉，进入预热锅炉进行热交换，产生、4.6Mpa左右的中压蒸汽，而高温烟气温度降为160

~180

的烟气，经二次除尘后返回循环风机，由循环风机送入热管换热器进一步降温至130左右，再次进入干熄炉进行再一次的热交换。从上述过程可以看出干熄焦系统中存在大量的能量转换和消耗，为了准确地测算系统的焦炭烧损率，必须准确地了解系统的能量消耗和流向，而火用分析法能同时反映出干熄焦系统的外部损失和内部损失(比如由于焦炭燃烧所产生的火用)，能全面分析能量的质和量的变化和损耗，真正揭示出系统火用损的部位、大小和原因，为提高能量利用率指明方向，因此通过火用平衡分析能够准确地揭示出系统的蒸汽产量与烧损率的关系。本发明计算简单、方便，对降低干熄焦生产成本、提高干熄焦熄焦产量和效率，实现焦化行业节能、降耗、减排具有重要意义。

附图说明]

图1为干熄焦系统火用流向图。 

具体实施方式]

为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合说明书中的附图对本发明的实施方式作进一步描述。

  实施例1

设每天处理红焦量为

；产生450℃，4.6Mpa的中压蒸汽量为；450℃，4.6Mpa的中压蒸汽的比焓值和比熵值

；105℃锅炉供水的焓值

和比熵值

；256℃锅炉中水的焓值

和比熵值

；1050℃红焦的焓值

和熵值

；干熄炉出口180℃焦炭的焓值

和熵值

；焦炭燃烧产生的比焓

；锅炉排污的比例为；系统火用损失的系数为

；锅炉放散泄露蒸汽量

。具体的参数选择可以参看王晓东主编的《炼焦设备安装维修新技术及标准规范实用手册》（黑龙江文化音像出版社2004年版）。代入公式：

可靠计算获得烧损率为2.2%，在同等条件下与①碳含量测算法的3.5%；②热平衡法测算法的2.7%；③利用循环气体成分测算法的3%相比，由于考虑了系统的外部火用损失和内部火用损失，更能准确地反应干熄焦过程的运行状况，计算结果表明，测算模型具有较高的精度，能满足实际生产需求。 

Claims (2)

1.一种基于火用平衡的干熄焦烧损率测量方法，其特征在于包括：

步骤1：根据干熄焦工艺特征建立干熄炉的火用平衡模型：

                    (1)

式中为红焦950~1050

进入干熄炉时带来的火用；为低温惰性循环气体进入干熄炉时带来的火用；

为焦炭燃烧产生的火用；

为惰性循环气体逆流与红焦换热升温成900~980

的高温烟气所带走的火用；

为干熄炉出口180

的焦炭所带走的火用；

为干熄炉表面散热和从干熄炉炉顶排出部分气体所带走的火用损失；

步骤2：根据干熄焦工艺特征建立锅炉的火用平衡模型：

                      (2)

式中

为900

~980

的高温烟气经过一次除尘后的所拥有的火用；

为锅炉产生蒸汽所带走的火用；

为高温惰性循环气体经过锅炉换热后所 剩下的火用；

为蒸发器表面散热所损失的火用；

步骤3：一次除尘系统的火用平衡模型：

                         (3)

式中

为一次除尘系统表面散热和焦粉尘所造成的火用损失；

步骤4：二次除尘系统的火用平衡模型：

                         (4)

式中

为惰性循环气体经过二次除尘后所剩余的火用，为二次除尘系统表面散热和焦粉尘所造成的火用损失；

步骤5：循环风机的火用平衡模型：

                         (5)

式中

为惰性循环气体经循环风机后所剩余的火用，

为二次除尘系统表面散热所造成的火用损失；

步骤6：热管换热器的火用平衡模型：

                         (6)

式中

为热管换热器表面散热所造成的火用损失；

步骤7：干熄焦系统的总火用平衡模型：

                     (7)

步骤8：火用的计算方法为：

                     (8)

式中

为该物质在

状态下的比焓火用，单位为；

和

分别为该物质在

状态下的比焓和比熵，单位为

；

和

分别为该物质在状态下的比焓和比熵，单位为； 

为基准状态，即

，；

步骤9：基于火用平衡的烧损率计算方法为：设焦炭烧损率为

；锅炉蒸汽的产量为

，单位为

；干熄炉中循环气体充分吸收红焦火用，在不导入空气和工业

及不放散的情况下，将红焦冷却到180

，具体计算如下：

红焦所具有的火用：

                 (9)

其中

为干熄炉入口处焦炭的比焓；

为干熄炉入口处焦炭的比熵；

为每天熄焦的总量，单位为千克；

焦炭燃烧产生的火用：

                             (10)

其中

为焦炭燃烧产生的比焓；

干熄炉出口焦炭所具有的火用：

                 (11)

其中

为干熄炉出口处焦炭的比焓； 

为干熄炉出口处焦炭的比熵；

 锅炉产生蒸汽所消耗的的火用：

      (12)

其中

为蒸汽产量，单位为t；

为锅炉放散泄露的蒸汽量，单位为t；

和

分别为蒸汽的比焓和比熵，单位为

；

和

分别为锅炉中水的比焓和比熵；

和

分别为锅炉供水的比焓和比熵；为锅炉排污的比例；

干熄焦系统散热所损失的火用：

                     (13)

其中

为系统火用损失的系数；由式(7)—式(13)得到干熄焦焦炭烧损率计算公式为：

。

2.根据权利要求1所述的基于火用平衡的干熄焦烧损率测量方法，其特征在于：所述低温惰性循环气体的温度为120-140

。

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