CN102840888B - 一种基于热值测量的煤气流量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热值测量的煤气流量测量方法，首先计算冬天和夏天的气体燃料低发热量，钢坯由0℃升至30℃时吸收的热量，连续生产加热炉钢坯由30℃时至出钢温度燃料消耗量，根据煤气的化学能相等原则对煤气流量进行测量，得到煤气流量，本发明转变了传统煤气结算方式，将热值计入结算方法中，测量结果准确，改变了钢铁企业中煤气流量产出与用户端使用不平衡现象。

Description

一种基于热值测量的煤气流量测量方法

技术领域

本发明涉及一种煤气流量测量方法，具体地说是一种基于热值测量的煤气流量测量方法。

背景技术

钢铁企业中对煤气流量的传统测量一直存在一种煤气产出与用户端使用的不平衡现象，并且在冬季时尤为突出。为减缓该现象对钢铁企业煤气结算造成的影响，通常采取的手段为人工调整平衡。但这种手段并不能从根本上解决煤气的不平衡现象，迄今为止，国内外也并没有相关文献对造成该现象的原因进行科学的解释。

为从科学的角度解释煤气结算不平衡现象，通过研究大量的技术资料如《燃料及燃烧》、《钢铁厂工业炉设计参考资料（上）》等，结合长期的实践操作，发现煤气在产生、输送过程中，只要煤气没有泄漏，煤气的产生与各用户使用的化学能守恒（水蒸气冷凝成液态带出的可燃物除外）。

煤气的化学能与消耗量和热值有关，即Q=BQ_低kcal/h，式中Q_低—燃料的低发热量，B—燃料消耗量。热值受季节变化的影响很大，因此热值在煤气结算中起到不可或缺的作用。

通常钢铁企业的煤气结算是采用流量表计的数据进行计算，此数据为公式：Q=BQ_低kcal/h中的B，而Q_低则视为定值或微调值。实际过程中影响Q_低的不仅仅是人们所知的煤种、干湿除尘等，其中环境温度变化造成煤气中水蒸气含量变化对煤气热值的较大影响是钢铁企业普遍未认识的部分，同一煤气成分，研究发现Q_低与温度的关系如表1所示：

表1热值Q_低（kcal/m³）与温度关系

通过表1可以看出，Q_低受温度变化的影响很大，因此在做煤气流量测量时不能单一的将Q_低视为定值或微调值，须计入Q=B_测量Q_低kcal/h中作为变量考虑（其中B_测量为表计测量值）。

发明内容

本发明的目的是提供基于热值测量的煤气流量测量方法，该新型流量测量方法便是转变了传统煤气结算方式，将热值计入结算方法中，测量结果准确，改变了钢铁企业中煤气流量产出与用户端使用不平衡现象。

发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于热值测量的煤气流量测量方法，其特征在于：该方法将热值计入煤气流量测量中，改变单纯采用流量表计的煤气流量产出与用户端使用不平衡现象，具体如下：

1）气体燃料低发热量由下式（1）得到：

Q_低＝30.2CO+25.8H₂+85.7CH₄+141C₂H₄+152C₂H₆+56H₂S    （1）

2）设定冬季平均温度为0℃，则CO为10.05、H₂为51.5、CH₄、为26.71、C₂H₄为0.41、C₂H₆为1.93、对于H₂S，H₂S+O₂→SO₂+H₂，式中SO₂对设备、管道、钢坯、等金属元件具有极强的腐蚀性，因此在焦炉煤气产出时都会对其进行净化、脱硫即将SO₂除去，而后再投入使用，因而对H₂S不再考虑，其钢坯燃烧消耗量计算为：

将焦炉煤气干成分转换为湿煤气的发热量

冬Q_低＝30.2×10.05+25.8×51.5+85.7×26.71+141×0.41+152×1.93＝4272kcal/m³

①、钢坯由t₂0℃升至t₁30℃时吸收的热量Q

由导热公式：Q＝MCp(t₁-t₂)其中M—炉子产量取100t/h，Cp-钢坯比

热容

Q＝100000kg/h×460J/kg·°C×(30-0)°C＝1.38×10⁹J/h

燃料消耗量为： $B_1=\frac{1.38\×{10}^{9}J/h}{4272\×{10}^3\mathrm{cal}/m^3\×4.18J/\mathrm{cal}}={77.28m}^3/h$

②、连续生产加热炉燃料消耗由公式计算，其中R-单位燃耗 B—炉子燃料消耗量，Q_低—燃料低发热量，G—炉子产量；钢坯由30℃时至出钢温度燃料消耗量为：

③、钢坯由0℃时至出钢温度燃料消耗量为：

B_总＝B₁+B₂＝77.28+6788＝6865.28m³/h；

3）设定夏季平均温度为30℃，则CO为9.69、H₂为49.65、CH₄、为25.75、C₂H₄为0.39、C₂H₆为1.86，其钢坯燃烧消耗量计算为：

将焦炉煤气干成分转换为湿煤气的发热量：

夏Q_低＝30.2×9.69+25.8×49.65+85.7×25.75+141×0.39+152×1.86＝4118kcal/m³

4）根据煤气的化学能Q_化相等原则对煤气流量进行测量，并根据Q_化确定用户煤气使用量，其中，Q_化=B_测量Q_低，式中B_测量为流量表计的数据，Q_低为不同温度下煤气成分变化根据下式得出的热值。

本发明在湿煤气的产生供出、煤气用户使用、煤气混合配比的煤气管道上分别安装煤气测温装置（或根据不同季节以平均温度计算），根据煤气化验成分以一个月的平均干煤气成分换算成平均温度下湿煤气成分计算煤气低发热量，结合用量数据，对煤气流量进行准确测量。

本发明转变了传统煤气测量方式，将热值计入结算方法中，根据化学能确定用户煤气使用量，测量结果准确，改变了钢铁企业中煤气流量产出与用户端使用不平衡现象。本发明适用于对钢铁企业煤气进行准确结算。

具体实施方式

以某厂加热炉设计技术参数在该加热炉未作任何改造的条件下，分别计算冬、夏季环境温度下煤气消耗量为例。该加热炉炉子产量（冷装额定）：100t/h，钢坯尺寸：150*150*12000，钢坯入炉温度30℃，钢坯加热温度：1150℃，单位燃耗（冷装）：290*4.18kJ/kg。燃料种类：以上述焦炉煤气成分计算。未实施热值计算之前，该厂的焦炉煤气在冬季与夏季小时消耗量测量值分别为：冬季小时表计测量值为6865m³/h左右，夏季小时表计测量值为7042m³/h左右，从结果看，冬季小时消耗量小于夏季小时消耗量，但从热量角度看，冬季小时消耗热量Q_冬=6865m³/h*4272kcal/m³=29327280kcal/h，夏季小时消耗热量为Q_夏=7042m³/h*4118kcal/h=28998956kcal/h，由此可以看出，冬季小时消耗热量高于夏季小时消耗热量，如果仅以流量或将固定、微调热值计算，明显出现偏差，因此应根据不同温度下的热值进行热量计算并作为新的结算方式。

按照传统经验，普遍认为冬季燃料消耗量应该增加，并高于夏季燃料消耗量，因此对冬季燃料消耗量未达到经验值进行人为干预，调整为大于7100m³/h。在实施热值计算后，由以下理论计算方法得出:

表2为一周焦炉煤气色谱仪化验出干成分后转换成的湿成分

表2焦炉煤气转换成不同环境温度下的湿煤气成分

气体燃料低发热量计算公式如下：

Q_低＝30.2CO+25.8H₂+85.7CH₄+141C₂H₄+152C₂H₆+56H₂S

连续生产加热炉燃料消耗由公式计算，其中R-单位燃耗B-炉子燃料消耗量，Q低-燃料低发热量，G-炉子产量

1、冬季设定平均温度为0℃，其钢坯燃烧消耗量计算为：

将焦炉煤气干成分转换为湿煤气的发热量

Q_低＝30.2×10.05+25.8×51.5+85.7×26.71+141×0.41+152×1.93＝4272kcal/m³

④、钢坯由0℃升至30℃时吸收的热量

由导热公式：Q＝MCp(t₁-t₂)其中M-炉子产量Cp—钢坯比热容

Q＝100000kg/h×460J/kg·°C×(30-0)°C＝1.38×10⁹J/h

燃料消耗量为： $B_1=\frac{1.38\×{10}^{9}J/h}{4272\×{10}^3\mathrm{cal}/m^3\×4.18J/\mathrm{cal}}={77.28m}^3/h$

⑤、钢坯由30℃时至出钢温度燃料消耗量为：

⑥、钢坯由0℃时至出钢温度燃料消耗量为：

B_总＝B₁+B₂＝77.28+6788＝6865.28m³/h

2、夏季设定平均温度为30℃，其钢坯燃烧消耗量计算为：

将焦炉煤气干成分转换为湿煤气的发热量：

Q_低＝30.2×9.69+25.8×49.65+85.7×25.75+141×0.39+152×1.86＝4118kcal/m³

3、根据煤气的化学能Q_化相等原则对煤气流量进行测量，并根据Q_化确定用户煤气使用量，其中，Q_化=B_测量Q_低，式中B_测量为流量表计的数据，不同温度下煤气成分变化根据下式得出的热值，其中，冬季Q_低为4272kcal/m³，夏季Q_低为4118kcal/m³。

上述计算过程显示，热值计算燃料消耗量得出的理论值与实际测量值基本相符，即计量表计在正常运行情况下的测量值为真实值，并非需要凭借传统经验进行人为干预。这一结论颠覆了对表计测量煤气流量不准确的认知，科学的解释了煤气在冬季出现的产出与用户端使用不平衡的现象，即冬季煤气在产出时温度高、热值低、流量大，随着长距离管道输送，到达用户端时温度降低、热值升高、流量减少，但煤气的化学能Q=B_测量Q_低并未改变。因此应该采用煤气化学热能来分析煤气、结算考核，这样不仅精确的计算出煤气消耗量，更能对煤气调度、煤气结算起到正确、科学的指导作用。

Claims (1)

1.一种基于热值测量的煤气流量测量方法，其特征在于：该方法将热值计入煤气流量测量中，改变单纯采用流量表计的煤气流量产出与用户端使用不平衡现象，具体如下：

1）气体燃料低发热量由下式（1）得到：

Q_低＝30.2CO+25.8H₂+85.7CH₄+141C₂H₄+152C₂H₆+56H₂S  （1）

2）设定冬季平均温度为0℃，则CO为10.05、H₂为51.5、CH₄为26.71、C₂H₄为0.41、C₂H₆为1.93，由于SO₂对设备、管道、钢坯、金属元件具有极强的腐蚀性，因此在焦炉煤气产出时都会对其进行净化、脱硫即将SO₂除去，而后再投入使用，对于H₂S，H₂S+O₂→SO₂+H₂，因而H₂S在计算中不再考虑，其钢坯燃烧消耗量计算为：

将焦炉煤气干成分转换为湿煤气的发热量

冬Q_低＝30.2×10.05+25.8×51.5+85.7×26.71+141×0.41+152×1.93＝4272kcal/m³

①、钢坯由t₂0℃升至t₁30℃时)吸收的热量Q＝MC_p(t₁-t₂)

由导热公式：Q＝MCp(t₁-t₂)其中M—炉子产量取100000千克/小时，Cp—钢坯比热容

Q＝100000kg/h×460J/kg·℃×(30-0)℃＝1.38×10⁹J/h

燃料消耗量为： $B_1=\frac{1.38\×{10}^{9}J/h}{4272\×{10}^3\mathrm{cal}/m^3\×4.18J/\mathrm{cal}}=77.28m^3/h$ 连续生产加热炉燃料消耗由公式计算，其中R—单位燃耗B—炉子燃料消耗量，Q_低—燃料低发热量，G—炉子产量；钢坯由30℃时至出钢温度燃料消耗量为：

②、钢坯由0℃时至出钢温度燃料消耗量为：

B_总＝B₁+B₂＝77.28+6788＝6865.28m³/h；

3）设定夏季平均温度为30℃，则CO为9.69、H₂为49.65、CH₄、为25.75、C₂H₄为0.39、C₂H₆为1.86，其钢坯燃烧消耗量计算为：

将焦炉煤气干成分转换为湿煤气的发热量：

夏Q_低＝30.2×9.69+25.8×49.65+85.7×25.75+141×0.39+152×1.86＝4118kcal/m³

4）根据煤气的化学能Q_化相等原则对煤气流量进行测量，得到Q_化，并根据Q_化确定用户煤气使用量，其中，Q_化=B_测量Q_低，式中B_测量为流量表计的数据，Q_低为不同温度下煤气成分变化根据下式得出的热值。