干熄炉风料比的计算及冷却段简化模型

李恩文,刘文荣,杨 玉,刘 东

(山东泰山钢铁集团有限公司,山东莱芜271100)

干熄炉风料比的计算及冷却段简化模型

李恩文,刘文荣,杨 玉,刘 东

(山东泰山钢铁集团有限公司,山东莱芜271100)

讨论了干熄焦装置中干熄炉风料比的计算方法,并且构造了一个干熄炉冷却段气固换热的简化模型,同时计算了循环气体在冷却段焦炭间隙内流动的平均流速,以及冷却段循环气体的压降,证明将冷却段焦炭看做固定床模型是合理的。

风料比;气固换热;固定床

1 焦炭的物理性质

焦炭的物理性质与其常温机械强度和热强度及化学性质密切相关。焦炭的主要物理性质如下:真密度为1.8g/cm3～1.95g/cm3;视密度为0.88g/cm3～1.08g/cm3;气孔率为35%～55%;散密度为400g/cm3～500g/cm3;平均比热容为0.808kJ/(kgk)(100℃),1.465kJ/ (kgk)(1 000℃);热导率λ为2.64kJ/(mhk) (常温),6.91kg/(mhk)(900℃);着火温度(空气中)为450℃～650℃;干燥无灰基低热值为30kJ/g～32kJ/g;比表面积为0.6m2/g～0.8m2/g(使用全自动F-Sorb 2400比表面积仪BET方法检测)。

2 干熄炉风料比的计算

取冷却段上部焦炭温度为1 100℃,冷却段下部焦炭温度为150℃;

由焦炭平均比热容为0.808kJ/(kgk) (100℃),1.465kJ/(kgk)(1 000℃);

假设比热随温度变化为线性关系,可得150℃时焦炭比热容为:0.8445kJ/(kgk);

1100℃时为:1.538kJ/(kgk)。

由以上数据可以得到焦炭经过冷却段时焓变为:

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

取冷却段上部循环气体温度为960℃,冷却段下部循环气体温度为125℃。

依据参考文献[1]中关于循环气体焓变的计算程序,可以得到:

1NM3循环气体由125℃流经干熄炉升至960℃的焓变为:1.245MJ

与干熄炉设计风料比1 250Nm3/t基本一致。

3 干熄炉冷却段换热模型

干熄炉冷却段空间可以看作体积为708m3,底面内径为10 228mm,高度为L=8 617mm的圆柱体。取散密度450kg/m3可得冷却段焦炭质量为318.6t,取视密度为0.98g/cm3。取焦炭比表面积为0.7m2/g,可以将冷却段焦炭等效为两个表面积:

由以上模型可以得到冷却段焦炭的体积为323.35m3,空隙体积为384.65m3(合计708m3)。

该模型的计算步骤见参考文献[2]。

由h≪R1可将上式简化为:

S=2πR1h·U

由此可求出循环气体在冷却段的平均流速:

平均流速也可如以下方法计算:

冷却段内侧半径为:5.114m,换算为平均流速为:

两者计算结果一致,证明该套管模型构造合理。

4 冷却段循环气体压降的计算

在日常工艺操作中,干熄炉入口压力为3.69k Pa,锅炉入口压力为-0.80k Pa,因此冷却段循环气体压降为4.49kPa。

冷却段循环气体压降的计算可由固定床的赫格斯公式给出:

其中Re=duρ/μ

粒度在30mm～80mm之间的焦炭称为冶金焦。在这里取d=55mm。L=8 617mm,u=1.174m/s,气孔率为35%～55%,取e为40%。

循环气体成分见表1[3]。

表1 循环气体成分

因此循环气体ρ=1.249kg/m3;μ= 170.77×10-7Pa·s;故Re=4 722.6

与实际值4.49k Pa相近,因此将冷却段焦炭看做固定床模型是合理的。

[1] 王德军,杨逢庭,李恩文.干熄炉焦炭烧损率及锅炉热效率的计算[J].山东工业技术,2013 (5).

[2] 戴干策,任德呈,范白晖.传递现象导论[M].北京:化学工业出版社,2014.

[3] 卡尔L·约斯.Matheson气体数据手册[M].北京:化学工业出版社,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,高级工程师,主要从事煤化工方面的工作。