直立炉传热数学模型和节能措施.pdf

煤气与热力 第2 1 卷 第6 期 文章编号 1 0 0 0 4 4 1 6 2 0 0 1 0 6一 O 5 O 2 0 3 直立炉传热数学模 型和节能措施 周学航 长沙市燃气总公司制气分厂 湖南 长沙 4 1 0 1 5 3 摘要 采用无限太平板一雏空间导热理论 建立起直立妒传热数 学模型 鲒舍模型和导 热理论 通过降低烟道气 即废 气 的温度和吸 力 调整热煤 气管的末端压力 减少热煤气 管的热损失等来达到降低块焦消耗 节约能源 改善操作和提高经济效益的目的 关键词 中温干馏 直立炉 传热模型 中图分类号 T U 9 9 6 T Q 5 4 文献标识码 A 1 引 言 长沙市燃气总公司建有两座共 4 0门直立炉 设 计产气能力为 0万 m 3 d 1 9 9 2年底投产 以来 实 际生产能力只达到 8万 d 左右 主要原因是炉温 不能保证 为了降低烟气 的温度和吸力 调整热煤 气管的末端压力 减少热煤气管的热损失等方式来 达到降低块焦消耗 节约能源 改善操作和提高经济 效益 研究了直立炉的传热数学模型和节能措施 2 直立炉导热数学模型 由于炭化室炉墙加热均匀 故煤料导热可按无 限大平板一维空间加热方式处理 单位面积稳定导 热热流量可用傅立叶定律描述 q 1 对于不稳定导热 可将上式微分得 血 a x 2 2 a r一 将 幽 c P 代人式 2 并整理得 a 2 t 3 f C d 对于直立炉煤料导热 火道温度分布基本不变 假定煤料干馏热为零 在靠近炉墙的煤料由炉墙导 人的热流量等于传人煤料的热流量 由此可得煤料 的加热边值条件 当 R时 有 智 生O x 4 当 R时 描述炉墙温度 当 R d 即于火道墙表面 时 得 t一 0 t 一 0 5 联解式 3 4 5 得直立炉煤料不稳定导热 数学模 型 嚣 跗 上式几乎概括了直立炉煤料传热过程的参数 并按下述经验公式计算 c 2 9 3 2 5 1 盏 7 0 8 1 0 7 5 8 n l O 4 1 4 2 0 3 9 实践表明 用式 6 计算所得数据与硅砖炉的实 际数值误差不大 适合于大型炉壁 3 直立炉煤消耗热能的数学模型 直立炉耗热量一般用每吨人炉煤消耗多少公斤 机械发生炉焦炭来衡量其工艺指标 机械发生炉煤 气产生的热能主要消耗在热煤气管散热 直立炉煤 嚣 薯 羿 篇 航 O 1 l 9 卯16 一 男 湖 南 益 阳 工 程 师 大 学 主 要 从 事 煤 化 工 和 传 喜 I的 研 究 工 作 维普资讯 2 0 0 1 年 l 2月 周学航 直立炉传热数学模型和节能措施 5 0 3 成焦 烟气废热 炉体散热及荒煤气焙上 直立炉煤 成焦热可用下式计算 Q k c t k 一 0 j l O j 将式 6 代人式 1 0 得 c舞 1 上式即直立炉煤成焦热 的数学模型 式中 c V A 1 2 由直立炉煤成焦热可求得直立炉耗热 0 w Q K l 3 通过式 1 1 1 2 1 3 可看 出 影响直立炉 的 能耗参数有煤本身的性质 炉墙的结构特征 操作温 度和成焦时间 炉墙结构一般无法改变 故根据煤 料性质 操作温度 减少炉体散热和控制最佳成焦时 间是直立炉 节能 的主要 途径 4 直立炉节能途 径 选择适当的成焦时间 提高人炉煤料温度和降 低煤料水分 减少热煤气管道的散热量 回收利用烟 气余热等措施可降低直立炉生产过程的能量消耗 1 直立炉煤成焦时间 直立炉煤的成焦时间 f可由式 6 求得 成焦时间在炉型结构确定 以后 主要 由焦饼中 心温度和火道温度来确定 成焦时间过长或过短都 将增加能耗 其最佳成焦时 间在 1 8 h左右 平均火 道温度为 1 2 5 0 虽不能通过上式求导来得出最 大或最小成焦时间 但在煤料性质 火道温度及生产 能力等确定后 可通过上式求出最佳成焦时间 此时 操作条件好 产品质量高和生产成本低 2 减少热煤气管道的散热 生产初期 的热煤气管道采用钢管 内衬耐火砖 热能损耗很大 吨人炉煤耗焦量达 0 4 t 后来在管 外加包保温材料来减少热能损失 根据串联热阻概 念 三层圆筒壁的导热方程式为 1 J l r 2 3 r 3 1 5 2 由式 1 5 可知 选取保 温材料导热 系数 3 越 小 保温材料厚度 6 越大 能使传热速率迅速降低 根据我公司的生产实践 加保温层后 平均每天少用 机炉 焦达 1 0t 以上 3 选择适宜的火道温度和废气温度 降低 则烟气温度低 烟气散热少 炉体表面 散热也低 但火道温度即要高于焦饼 中心温度 又 要满足一定的生产能力 故 l 不能任意降低 根据 国内同行业的多年实践 选择顶部温度为 1 1 5 0 底部温度为 l 3 5 0 较佳 又将烟气控制温度从 1 0 5 0 降到 9 0 0 烟气吸力工艺指标从 1 5 0 P a降 到 1 2 0 P a 大大地减少了烟气流量 从而降低 了机械 发生炉焦 炭的消耗 降低幅度在 1 0 以上 4 荒煤气焙 回收的设想 可采取措施 将荒煤气作为提高人炉煤温度 的 热源 使热能得以利用 5 结 语 通过传热分析 可知采用适宜的工艺操作条件 通过相应的保温措施 减少人炉煤的水分 能大大减 少直立炉 的热能消耗 符号说明 A 煤料灰分 一入炉煤水分 r 一人炉煤挥发分 可燃 基 n 静扩散章 h c 一 炉煤 比热窖 U 0一 热量 k J h 仉 一戚焦热 k J k g q 一 炉煤 能耗 U l R一炭化 室平均宽度之半 m 一温度 一火道温 度 一焦饼中 心成熟温度 一 炉煤韧 始温度 一匝 炭化室 中心距 离 m p 一 密度 k 一 炭化室炉墙 厚度 m 一 热导率 d m h r 一成焦时间 h 一过杂温度 参考文献 1 挑昭章 李朝东 焦炉炭化室传热模型的研究 J 煤气与热力 t 9 9 2 6 4 1 1 M e r 4 e k D e t Wa l l h e a t e F t i e t t c y r e s e c a d t J F u e l 1 9 K 3 6 2 c 9 5 3 4 5 6 6 3 天津大学化工原理教研室 化工原理 上 M1 天津 天津大学 版社 1 9 8 3 维普资讯 5 O 4 煤气与热力 第2 l 卷 第6 期 Ma t h e ma t i c a l Mo d e l o f He a t T r a n s f e r a n d En e r g y S a v i n g o f Ve r t i c a l Re t o rt Z HO U u e h a n g G a s m a k i n gB r a n c h C h a ngs l m G a s G e n e r a l C o C h a ngs l m 4 1 0 1 5 3 C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r r e p o r t s t h a t b a s e d o n o n e d i m e n t i o n s p a c e h e a t c o n d u c t i o n the o ry o f i n i l n i to fl a t p l a t e the ma t h e m a t i c mo d e l o n h e a t t r a m f e r o f v e c a l r e t o r t i s e s t a b l i s h e d C o mb i n n i n g the m o d e l w i th h e a t con d u c t i o n the o r y b y m e ans o f r e d u c i n gI e a l por t u r e a n d d r a f t o f thefl u e g a s a 由 u s t i n g e n d p r e s s u r e o f h o t g a s and a b at i n g h e a t l o s s o f h o t g a s p i p e t h e p rop o s e o f r e d u c i n g l u mp c o k e c o n s u mp ti on s a v i n g e n e r g y i mp r o v i n g o p e r a ti o n and e n h a n c i n g e c 0 n c ben e fi t U b e a c h i e v e d Ke y wo r d s me d i u m t e mp e r a t u r ed i s t i l l at i o n v e rti c a l r e t o rt h e at l r d i l e r m o d e l 上接第 5 0 1 页 单台泵运行工况点 4 效率约为 的 7 0 此时 并联运行的各 台水泵皆在最高效率下工作 7 8 3 7 8 0 8 8 且并联运行总流量增加 幅度 最大 2 2 2 5 2 6 3 8 而消耗的功率增加最少 2 8 2 o 4 1 3 3 5 鉴于两台泵并联运行后其流量增加最大为 2 6 3 8 而消耗 的 电能 却增加 2 8 加 一5 7 o 9 且设备初投资 占地面积 管理 费用等都相应增 大 故设计 中应优先考虑单台泵运行方案 若为便于 对系统进行量调节 建议使用变频调速水泵 参考文献 I 彭彦华 热水网低负荷时循环水泵的扬程造型 J 煤气与热 力 t 9 9 g 4 6 t 一6 2 2 盂凡柬 热水供暖系统循环水泵的造型 J 煤气与热力 2 0 0 0 j 5 7 5 9 3 目江英 杨明 热水采暖系统循环水泵的选型 J 煤气与热 力 2 加0 2 1 5 9 1 6 0 4 权敏 热水采暖系统循环水泵的选型与节能 J 煤气与热 力 2 0 0 1 1 7 4 7 7 5 周漠仁 流体力学泵与风机 第 2 版 M 北京 中国建筑工业 出版社 1 9 8 5 6 秦加昌 白志辉 采暖循环泵运行工况与节能的探讨 J 建筑 节能 1 9 9 7 2 4 5 4 7 7 壬昭俊 采暖循环柬泵的性能回归益线方程研究 J 哈尔滨建 筑 大学学报 2 O O O 2 6 5 6 9 S t u d y o f Ma t h e ma t i c al Mo d e l o n He a t i n g Ci r c u l a t i o n P u mp i n P a r a l l e l Op e r a t i o n C o n d i t i o n W N G Z h an j L In C o l le g e o fMu n i c ip a l E n v i r o m n e n ml E n g i n e e r i ng H a r b i nl n s t i t t o f H a e r b n 1 5 0 0 9 0 C h n a A b s t r a c t T h em a t h e ma t i c a l mo d e l s O l 3 a s i n g l ep u mp o per a ti on andt w o p u mp sp a r a l l e l o p e r a ti o n a 工 e s e t 叩 i nt h i s Ip 凹 T h e r e s I l l t s o f RX L s e r i es p l r r q si n p a r a l l e l o pe r a t i o n a re c a l c u l a t e d b a s e d o l 3 the d a t a 0 f p u m p sf o r RX L s e r i es T h efl o w o ft w o p u mp s p a r a l l e l o p e rati on inc r e a s e s a p p mx l ma t e l y 2 5 i l l O r et h a nt h a t o f a s i dl e p u mp o po mt i o nandt h epow e r i n c r e a s e s a p p r o x i n mt e l y 4 0 啪 r et h a n t h a t o f a s ing l e p u mp o p e r a t i o n a t the p 0 盯 t 0 f o p t i mum o p e r a t i o n I ft w o p u mps I np a r a l l e o p e r a t i o ni s n o t a tthe p 0 i n t o f 叩d mm o per a t i o n t h efl o w o f p u mp si n p a r a l l e o p e rati o ni n c r e a s e s a b o u 6 n mt h a nt h a t o f a s i dl e p u mp o per a t i o n andthepow e ri n c r e a s e