CN106645280B - 炼焦煤传热过程模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种炼焦煤传热过程模拟装置，包括基座，所述基座上设有加热室，所述加热室上设有炉膛，所述加热室与所述炉膛之间隔有加热套件，所述加热套件上设有炉料底部测温热电偶，所述炉膛顶部设有炉盖，所述炉盖上设有炉料表面测温热电偶，所述炉膛上开有荒煤气导出孔。本发明对焦炉的实际加热状况进行模拟，通过本装置可以有效的测定不同预处理工艺条件下的炼焦煤的传热变化，为热工制度的修改提供帮助，为降低废水处理量的煤的水分调节技术提供了重要的技术基础；本装置操作简单，实用性强，将煤料水分调节技术成功用于炼焦煤后，焦化废水处理量降低50～80％，蒸发煤中水分的能耗降低30％，并且降低了配煤成本，年效益近亿元。

Description

炼焦煤传热过程模拟装置
技术领域
本发明涉及冶金行业中的焦化设备，具体地指一种炼焦煤传热过程模拟装置。
背景技术
炼焦煤主要用于焦化行业生产冶金焦炭等产品，其生产方式是将煤料在密闭的容器中高温干馏而成。在前述过程中，煤中的挥发性物质会随着炉体温度的变化不断析出，产生诸如：水蒸汽、焦油、煤气等多种物质形成的荒煤气，而其中的水蒸汽最终将变成化学废水经过处理后排放。随着下游钢铁行业需求的下降和国民环保意识的提高，原本粗犷的生产方式对焦化行业的压力越来越大，具有节能减排的炼焦煤的预处理技术，特别是降低废水处理量的煤的水分调节技术越来越受到关注。但对于煤中水分调节后的煤料在焦炉中的传热变化尚属技术空白，没有相应的研究设备与研究标准，工艺改变后对于热工制度的调整主要依靠历史经验进行，这种方式不利于有效热工制度的建立。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种炼焦煤传热过程模拟装置，该装置能对焦炉的实际加热状况进行模拟，有效测定不同预处理条件工艺条件下炼焦煤的传热变化，进而可有效修改热工制度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种炼焦煤传热过程模拟装置，包括基座，所述基座上设有加热室，所述加热室上设有炉膛，所述加热室与所述炉膛之间隔有加热套件，所述加热套件上设有炉料底部测温热电偶，所述炉膛顶部设有炉盖，所述炉盖上设有炉料表面测温热电偶，所述炉膛上开有荒煤气导出孔。
进一步地，所述炉膛上还开有若干炉料中心测温孔，所述炉料中心测温孔内设有炉料中心测温热电偶。
进一步地，所述加热套件包括加热板和加热元件，所述加热板顶面呈平板状，所述加热板底部并排设有若干凹槽，所述加热元件布置在所述凹槽中，所述炉料底部测温热电偶布置在所述加热板顶部。
进一步地，所述荒煤气导出孔直径∶所述炉膛高度的尺寸比例为：1∶0.6～0.8。
进一步地，所述荒煤气导出孔上连有抽风机，所述抽风机上连有煤气净化装置。
进一步地，所述炉膛的长∶宽∶高的尺寸比例为：100～200∶132∶11。
进一步地，所述加热元件的加热密度沿所述加热室宽度方向递减。
进一步地，所述凹槽宽度沿所述加热室宽度方向递增。
进一步地，所述炉盖包括顶部的保温层，所述保温层的底部设有所述炉料表面测温热电偶。
更进一步地，所述炉膛端部设有可拆卸维修门；所述炉盖顶部设有热成像仪固定架。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
其一，本发明对焦炉的实际加热状况进行模拟，通过本装置可以有效的测定不同预处理工艺条件下的炼焦煤的传热变化，为热工制度的修改提供帮助。
其二，本发明能有效检测煤中水分调节后的煤料在焦炉中的传热过程的变化情况，为降低废水处理量的煤的水分调节技术提供了重要的技术基础。
其三，本装置操作简单，实用性强，将煤料水分调节技术成功用于炼焦煤后，焦化废水处理量降低50～80％，蒸发煤中水分的能耗降低30％，并且降低了配煤成本，年效益近亿元。
附图说明
图1为一种焦煤传热过程模拟装置的结构示意图。
图2为图1中加热套件及其上的炉料底部测温热电偶结构示意图。
图3为图1中加热元件的布置状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示的焦煤传热过程模拟装置，包括基座1，基座1上设有加热室2，加热室2上设有炉膛3，炉膛3的长∶宽∶高的尺寸比例为：100～200∶132∶11；优选160∶132∶11。加热室2与炉膛3之间隔有加热套件4，加热套件4上设有炉料底部测温热电偶5。炉膛3顶部设有炉盖6，炉盖6顶部为保温层6-1，保温层6-1的底部贴近炉膛3的一面设有炉料表面测温热电偶7，该炉料表面测温热电偶7采用测温平板，测温平板的尺寸与炉膛3大小一致，引线直接通过炉盖6上穿孔引出，用于测量煤料表面的温度。基座1与炉盖6之间由夹紧螺栓9或快压件压紧相连，炉盖6上方设有热成像仪固定架，用于固定热成像仪作为导热面的测定。炉膛3侧壁上开有荒煤气导出孔3-1，荒煤气导出孔3-1直径∶炉膛3高度的尺寸比例为：1∶0.6～0.8，优选1∶0.72，荒煤气导出孔3-1上连有吸力为不大于-500pa抽风机，抽风机上连有煤气净化装置(图上未示出)；炉膛3侧壁中部还开有多个炉料中心测温孔3-2，炉料中心测温孔3-2内插入用于测量炉膛中心温度的炉料中心测温热电偶(图上未示出)，炉膛3端部设有可拆卸维修门8，维修炉门8为可拆卸式设计，用于安装加热套件4及炉体维修等。
上述方案中，结合图2所示，加热套件4包括加热板4-1和加热元件4-2，加热板4-1顶面呈平板状，加热板4-1底部并排设有若干凹槽4-11，加热元件4-2布置在凹槽4-11中，炉料底部测温热电偶5布置在加热板4-1顶部。凹槽4-11宽度沿加热室2宽度方向递增，加热元件4-2的加热密度沿加热室2宽度方向递减，使得炉膛3内宽度方向的加热值相差5～10℃。
上述焦煤传热过程模拟装置的工作过程如下：
首先，将炉体安装好后，按照设定的堆比重(0.7～1kg/cm3)在炉膛3内平铺一层煤炼焦煤料，炉膛宽度方向的端部空出约30mm的空间作为装煤预留段10(如图3所示)；然后，将炉盖6盖上，分别接通炉料表面测温热电偶7，炉料中心测温热电偶，炉料底部测温热电偶5的电源，并利用加热元件4-2开始加热炉体，同时开启抽风机；加热过程中，由炉料底部测温热电偶得到控温温度t1，由炉料中心测温热电偶得到炉膛中心温度t2，由炉料表面测温热电偶7得到炉料表面温度t3及传热时间T；根据不同的原料条件测定两组以上数据进行比较，以一组数据为原始值，其他组忽略热损失，认为供热情况相同的条件下进行传热效率的比较，由“η＝Δt组1/Δt组2”计算对比传热系数。
上述方案中，基座1由硅砖或其他耐火保温材料制作而成，基座1尺寸在炉膛3尺寸上根据保温材料性质向各方向外延续不少于220mm的保温层；炉盖可采用石英玻璃；加热板4-1为一面是平面另外一面带有凹槽4-11的金属板或刚玉等其他耐火材料制成；加热元件4-2可为电阻丝、硅碳棒、硅钼棒等，按照功率要求可以为串联(如图3所示)，也可以为并联放置于加热板4-1的凹槽4-11内，加热板靠炉膛3所在的一面为平面，在该平面上放置平板式热电偶(即：炉料底部测温热电偶5)或点温计，作为控温热电偶，测量控温温度t1，控温引线可由在基座1上另行开孔获得，该控温热电偶的放置范围为控温热电偶层。前述材料根据实际情况可以进行调整，但各类材料的耐温性必须满足炉膛终温不低于950℃。
炉料表面测温热电偶7和炉料底部测温热电偶5均采用平板式热电偶，该热电偶的正负极上套有绝缘导套，一般为陶瓷或刚玉制品。
实施例1
炉膛高度为55mm，宽度为660mm，长度为800mm，炉膛基座与炉盖尺寸均向外延伸220mm，按照要求连接各炉体，抽风机及煤气净化装置等组件；炉体安装完毕后，按照0.75kg/cm3的堆比重，在炉膛内平铺一层已知水分为10％的煤料，炉膛宽度方向的末端空出约30mm的空间；盖上炉盖，连接炉料表面测温热电偶，炉料中心测温热电偶，炉料底部测温热电偶，开始加热，并开启抽风机；观察测试结果，当炉料表面测温热电偶达到105℃时，读取炉料底部测温热电偶的温度为500℃；按照相同的堆比重，放置已知水分为5％的煤料，按照相同的操作步骤进行升温，观察结果显示，当炉料表面测温热电偶达到105℃时，读取炉料底部测温热电偶的温度为600℃。
计算对比传热系数：
η＝Δt(10％水分)/Δt(5％水分)＝(500-105)℃/(600-105)℃＝0.8，则水分为5％的煤料在焦炉中的初步传热速率低于水分为10％的煤料，仅为其80％。
实施例2
炉膛高度为75mm，宽度为900mm，长度为1000mm，炉膛基座与炉盖尺寸均向外延伸220mm，按照要求连接各炉体，抽风机及煤气净化装置等组件；炉体安装完毕后，按照0.85kg/cm3的堆比重，在炉膛内平铺一层已知水分为12％的煤料，炉膛宽度方向的末端空出约30mm的空间；盖上炉盖，连接炉料表面测温热电偶，炉料中心测温热电偶，炉料底部测温热电偶，开始加热，并开启抽风机；观察测试结果，当炉料表面测温热电偶达到105℃时，读取炉料底部测温热电偶的温度为600℃；按照相同的堆比重，放置已知水分为2％的煤料，按照相同的操作步骤进行升温，观察结果显示，当炉料表面测温热电偶达到105℃时，读取炉料底部测温热电偶的温度为800℃。
计算对比传热系数：
η＝Δt(12％水分)/Δt(2％水分)＝(600-105)℃/(800-105)℃＝0.71，则水分为2％的煤料在焦炉中的初步传热速率低于水分为12％的煤料，仅为其71％。
实施例3
炉膛高度为55mm，宽度为660mm，长度为800mm，炉膛基座与炉盖尺寸均向外延伸220mm，按照要求连接各炉体，抽风机及煤气净化装置等组件；炉体安装完毕后，按照0.75kg/cm3的堆比重，在炉膛内平铺一层已知水分为10％的煤料，炉膛宽度方向的末端空出约30mm的空间；盖上炉盖，连接炉料表面测温热电偶，炉料中心测温热电偶，炉料底部测温热电偶，开始加热，并开启抽风机；观察测试结果，当炉料表面测温热电偶t3达到105℃时，读取炉料底部测温热电偶的温度t1为500℃，炉料中心测温热电偶的温度t2为300℃；按照相同的堆比重，放置已知水分为5％的煤料，按照相同的操作步骤进行升温，观察结果显示，当炉料表面测温热电偶t3达到105℃时，读取炉料底部测温热电偶的温度t1为600℃，炉料中心测温热电偶的温度t2为320℃。
计算对比传热系数：
η底＝Δt底(10％水分)/Δt底(5％水分)＝(500-105)℃/(600-105)℃＝0.8，η中＝Δt中(10％水分)/Δt中(5％水分)＝(300-105)℃/(320-105)℃＝0.91
则水分为5％的煤料在焦炉中的初步传热速率低于水分为10％的煤料，仅为其80％。传热到中心的热量，水分为5％的煤料在焦炉中的初步传热速率低于水分为10％的煤料，为其91％。

Claims (3)

1.一种炼焦煤传热过程模拟装置，包括基座(1)，其特征在于：所述基座(1)上设有加热室(2)，所述加热室(2)上设有炉膛(3)，所述加热室(2)与所述炉膛(3)之间隔有加热套件(4)，所述加热套件(4)上设有炉料底部测温热电偶(5)，所述炉膛(3)顶部设有炉盖(6)，所述炉盖(6)上设有炉料表面测温热电偶(7)，所述炉膛(3)上开有荒煤气导出孔(3-1)；
所述炉膛(3)上还开有若干炉料中心测温孔(3-2)，所述炉料中心测温孔(3-2)内设有炉料中心测温热电偶；
所述加热套件(4)包括加热板(4-1)和加热元件(4-2)，所述加热板(4-1)顶面呈平板状，所述加热板(4-1)底部并排设有若干凹槽(4-11)，所述加热元件(4-2)布置在所述凹槽(4-11)中，所述炉料底部测温热电偶(5)布置在所述加热板(4-1)顶部；
所述加热元件(4-2)的加热密度沿所述加热室(2)宽度方向递减；
所述凹槽(4-11)宽度沿所述加热室(2)宽度方向递增；
所述炉盖(6)包括顶部的保温层(6-1)，所述保温层(6-1)的底部设有所述炉料表面测温热电偶(7)；
所述炉膛(3)的长∶宽∶高的尺寸比例为：100～200∶132∶11；
炉料表面测温热电偶( 7) 和炉料底部测温热电偶( 5) 均采用平板式热电偶。
2.根据权利要求1所述的炼焦煤传热过程模拟装置，其特征在于：所述荒煤气导出孔(3-1)上连有抽风机，所述抽风机上连有煤气净化装置。
3.根据权利要求1所述的炼焦煤传热过程模拟装置，其特征在于：所述炉膛(3)端部设有可拆卸维修门(8)；所述炉盖(6)顶部设有热成像仪固定架。
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