罐式煅烧炉热平衡分析

[摘 要]介绍罐式煅烧炉的热收入及热支出，并绘制热平衡分析表，根据热平衡中不同项的占比情况，为设计及生产提供优化方案和计算方法。

[关键词]罐式煅烧炉；物料平衡；热平衡

中图分类号：TF806.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0113-02

Heat balance analysis for pot calciners

Northeastern University Engineering & Research Institute Co.， Ltd， Shenyang 110013）

[Abstract]The heat inputs and outputs of pot calciners were introduced，and the heat balance analysis table was drew. According to heat balance in the proportion of different items， to provide design and production optimization and calculation method.

[Key words]pot calciner； material？balance； heat balance

1 引言

炭素罐式煅烧炉是炭素生产的主要煅烧设备之一，尤其是近几年罐式煅烧炉在我国炭素生产企业中所占比重越来越大。石油焦是炭素生产所需的主要原料之一，罐式煅烧炉是将石油焦在隔绝空气的情况下进行热处理的热工设备。石油焦中挥发分的排除速度的升高极限是在600～700℃范围内，在此温度下挥发分排出量最大，之后虽继续升温挥发分排除减慢，到1100℃时则基本结束。一般而言：罐式煅烧炉如果挥发分适量便可提供足够的热量，不需要外加燃料，因此对于罐式炉煅烧石油焦来说：炉内热量主要主要有两方面，石油焦中挥发分的燃烧热和炭质烧损热。

2 罐式煅烧炉物料平衡

某厂一台36罐10层罐式煅烧炉年生产煅后焦约为37449t。炭质烧损为5%，表1为采购石油焦成分；表2为罐式煅烧炉物料平衡表。

3 罐式煅烧炉热平衡

3.1 热收入项

某厂测试的石油焦挥发份成分见表3

3.1.1挥发份燃烧热

查单一气体标态密度，最终计算挥发分密度为：0.311kg/Nm3

CmHn+（m+n）/4O2=（n/2）H2O+mCO2 CmHn平均低位热值为 63.79MJ/Nm3

CH4+ 2O2= 2H2O+CO2 CH4低位热值为 35.71MJ/Nm3

2H2+ 2O2= 2H2O+CO2 H2低位热值为 10.76MJ/Nm3

2CO+ O2= 2CO2 CO低位热值为 12.64MJ/Nm3

3.1.2炭质烧损热

C+ O2= CO2 石油焦热值为34000kJ/kg

计算得：炭质烧损为236.88kg/h，则炭质烧损热为：8053.92MJ/h

3.1.3预热空气显热

罐式煅烧炉在底部和侧墙增设预热空气道，与物料和挥发分呈逆流形式，利用炉体的热量换热，将冷空气换热后再进入炉膛里，由于罐式炉开孔较多，因此漏风大，这里我们选取漏风系数为1.2，挥发分燃烧所需空气量：3837.24Nm3/h，炭质烧损所需空气量：1524.24Nm3/h，硫份燃烧共需要的空气量：77.04Nm3/h，共计：（3837.24+1524.24+77.04） ×1.2=6526.22Nm3/h，空气比热：1.3KJ/m3.℃，因此计算得预热空气显热：6526.22×1.3×350=2969.43MJ/h

3.1.4原料显热

石油焦常温下比热：空气比热：1.26KJ/Nm3.℃。每小时加入的石油焦量为：4500/0.7771=5790.76kg/h，因此原来带入的显热：5790.76×1.26×20=145.93 MJ/h

3.2 热支出项

3.2.1 石油焦吸收的热量

石油焦经过煅烧温度由常温上升至1250℃-1300℃，此过程的平均比热：1.88KJ/Nm3.℃，计算得：石油焦吸收的热量为：4500×1.88×1300=10998MJ/h

3.2.2 烟气带走的热量

本项目罐式煅烧炉排烟量为：11000Nm3/h，高温烟气比热1.52 KJ/Nm3.℃，排烟温度为950℃，则高温烟气带走的热量为：11000×1.52×950=15884 MJ/h

3.2.3 水分蒸发吸收热

水分主要由石油焦带入到罐式煅烧炉内，水分的吸热是从20℃的水加热到100℃的水蒸气 ，100℃的水蒸气再继续加热到1000℃以上。超过100℃水蒸气的计算已经在烟气中统一计算这部分吸热量不做重复计算。带入的水分为5790.76×0.087=503.8kg/h，20℃水的比晗为83.86kJ/kg，100℃水蒸气的比晗为2675.4kJ/kg。计算的水分的蒸发吸收热为：503.8X（2675.4-83.86）=1305.62 MJ/h

3.2.4 表面散热及其他热损失

表面散热及其他热损失主要是由炉墙吸热和表面散热等组成，约为：2598.27MJ/h

3.3 热平衡分析

根据热收入和热支出，绘制热平衡，见表4.

4 结论

分析热平衡是为了更准确的认识罐式煅烧炉的热工特性，从而确定炉子的优化方案，通过热平衡可以看出只有三分之一的能量用来煅烧石油焦，而烟气带走差不多一半的热量，为了提高炉子的热效率，我们可以从以下几个方面进行优化：控制合理的漏风系数，使挥发份完全燃烧，释放更多的热量；尽量减少石油焦的含水量；增加炉子的保温，减少散热；充分利用余热，可加热导热油、生产蒸汽、供暖、发电。

参考文献

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