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1、焦炉设计计算要点 1 依据在方案论证中必须指出设计依据。设计依据分二种情况：钢铁联合企业焦炉多为复热式焦炉，设计计算以高炉煤气加热为主。独立焦化厂焦炉以单热式焦炉为主，设计计算以焦炉煤气加热为主。并注意设计计算均以焦侧为主。 2 主要公式 2.1 炉孔数和炉组的最后确定（1）焦炉的生产能力与炉孔数计算总炉孔数N= 式中 N总炉孔数目，个； G干全焦的年产量，万吨/年；V炭化室有效容积 ，m3/孔；堆煤密度，t/m3；K全焦率，%； 考虑到炭化室检修时的减产系数，0.95； 焦炉周转时间,h。 注意焦炉周转时间是受多个因素影响的复杂因素，必须作充分论证讨论。单孔装煤量G0=V t/孔。设计好总炉
2、孔数后，必须再复算焦炉的实际生产能力M，万吨全焦/年。（2）机械装备水平焦炉配套机械推焦车装煤车熄焦车拦焦车生产用备用2.2蓄热室计算2.2.1流量分配比的确定 在焦炉设计中这部分内容是最重要的，该部分计算有错误的话，下面内容将要全部反攻重算。高炉煤气与焦炉煤气加热计算有所不同。（1）机、焦侧气流流量分配比（即耗热比）造成机、焦侧流量不同一般有三个主要原因：锥度方向引起的装煤量不同.装煤量不同，但机焦侧焦饼要同时成熟，故焦侧焦饼温度比机侧温度要高1520废气热损失，焦侧比机侧大，故焦侧耗热量比机侧要大。按经验值，后两个原因造成的差比为1.051.06倍，当炭化室锥度为50mm时，气流比：（注意
3、各人设计炭化室宽度是不同，因而必须自己计算。）（2）蓄热室废气流量分配比：为了使空气蓄热室和高炉煤气蓄热室的废气排出温度接近。则进入空气蓄热室和煤气蓄热室的气体流量应有一定的分配比，这样才可充分利用蓄热室的面积。式中 V煤焦蓄焦侧煤气蓄热室煤气流量，m3/s； V空焦蓄焦侧空气蓄热室空气流量，m3/s； c煤进、c煤出为进、出口煤气蓄热室的煤气比热容，KJ/（Kg）； t煤进、t煤出相应的温度，； c空进、c空出为进、出口空气蓄热室的空气比热容，KJ/（Kg）； t空进、t空出相应的温度，；现假设t煤出=t空出=1080, t煤进=t空进=90。 注意：工学士必须掌握试插法。这从假设t煤出=t
4、空出=1080, t煤进=t空进=90开始查得：c煤进、c煤出、c空进、c空出，再通过蓄热室热平衡计算出t空进、t空出温度，看假设是否合理，若不合理必须从头开始再假设计算。公式中V煤焦蓄 、V空焦蓄流量也同样由下面公式计算才能知道。2.2.2气流流量计算 下面是举例数据，该部分计算数据必须按自己设计参数进行计算，热量单位、压力单位必须用国际单位制，否则作为一个大错误：1 Kcal=4.1868 KJ1mmH2O=9.8Pa10.0Pa（1）每个燃烧室所需流量：干、湿高炉煤气量：式中 G炭化室单孔装煤量，35.7t/孔； 3048每千克干煤耗热量，为设计定额查设计手册所得，配煤水份10.0%；
5、Q低高炉煤气低位发热量为3927KJ/m3； 周转时间，设计为20.5小时。式中 4.36煤气饱和温度为30时的1m3煤气含水百分量；空气量：式中 0.8839=1.25时，1m3干高炉煤气燃烧所需的湿空气量，查燃烧反应表可得，m3；废气量：式中 1.78=1.25时，1m3干高炉煤气燃烧所产生的湿废气量，m3。查燃烧反应表可得，m3。（2）煤气和空气蓄热室流量分配：机、焦侧空气蓄热室空气流量：机、焦侧煤气蓄热室煤气流量： 式中 2为每一个蓄热室空气、煤气流量要相应供给两个燃烧室用焦侧空气蓄热室空气流量： 焦侧煤气蓄热室煤气流量：焦侧空气蓄热室废气流量： 焦侧煤气蓄热室废气流量： 2.2.3焦
6、侧煤气蓄热室热平衡由于焦侧的蓄热室要比机侧大，设计时应考虑到实际生产状况，用比较大的值进行设计，以备生产余地。（1）带入热量Q入：废气带入热量：Q1高炉煤气带入热量：Q2所以，Q入=Q1+Q2=50199+3020=53219KJ/min。（2）带出热量Q出：废气带出热量：Q1 蓄热室封墙辐射和对流损失为总热量的1.5%计：Q2高炉煤气预热后带出热量：Q3=ct预 由上热平衡可计算出t预，第一次试插法才算完成。2.2.4格子砖蓄热面及水力直径计算（1）一块格子砖的蓄热面大容积焦炉格子砖目前用得多有二种：149#格子砖为12孔，150格子砖为9孔，尺寸必须查图。两端的外侧及内侧。（0.148+4
7、0.00520.00740.015）20.12140.0140.025=0.24220.1210.0014=0.06m2两旁 0.3690.0962=0.0708 m2内部 0.112240.0960.015(24-8)0.0963=0.281 m2顶部及底面 0.369(0.148-0.014)-120.1120.0152=0.0584 m2149格子砖总蓄热面积（12孔）：0.06+0.0708+0.281+0.0584=0.4702m2150格子砖总蓄热面积（9孔）：0.0491+0.0708+0.211+0.0466=0.3775 m2（2）一块格子砖空隙面积149：（0.104+20
8、.007）0.0052+0.36920.007+0.1120.01512=0.00118+0.00516+0.0202=0.02654m2150：0.02144 m2（3）一块格子砖的周界长149：（0.148+0.0054+0.0072+0.369）2+（0.112+0.015）24=1.102+3.05=4.152 m150：3.328m（4）焦侧蓄热室一层格子砖总蓄热面积一层格子砖蓄热室墙（5）焦侧蓄热室一层格子砖总空隙面积（6）焦侧蓄热室一层格子砖总周边长（7） 格子砖的水力直径水=4总空隙面积/总周边长2.2.5蓄热室对数平均温度计算2.2.6蓄热室总转热系数K的计算 2.2.6.1
9、加热时期的传热系数（1）对流传热系数：（下降气流）蓄热室上部：蓄热室中部： 蓄热室下部： （2）辐射给热系数蓄热室上部注意：原公式和图表单位为Kcal/（m2 h），因而两种单位均计算，最后转化为国际单位制KJ/(m2.h.）。蓄热室中部 蓄热室下部（3）加热期的总转热系数上部：=0.75(+)，KJ/(m2.h.）中部：=0.75(+)，KJ/(m2h ）下部：=0.75(+)，KJ/(m2h ）式中 0.75为校正系数，反映了气体通过蓄热室时分布的不均匀程度。2.2.6.2 冷却时期的传热系数：（1）对流传热系数（上升气流） 蓄热室上部： 蓄热室中部： 蓄热室下部：（2）辐射给热系数 蓄热
10、室上部： 蓄热室中部： 蓄热室下部：(3)冷却时期的总传热系数上部： 中部： 下部：，KJ/(m2h）2.2.6.3 蓄热室总传热系数K的计算根据：与数值可查附录十七得：Kp上与数值可查附录十七得：Kp中与数值可查附录十七得：Kp下，KJ/（m2周期）2.2.7格子砖高度计算（1）换热面积: （2）格子砖层数：n （3）格子砖高度： 2.3 焦炉炉体水压计算2.3.1 已知条件（1）加热系统各部位的温度表（2）焦炉各部位的空气过剩系数表（3）换算成标准条件下的气体密度湿高炉煤气密度： 湿空气密度： 湿废气密度： （4）加热系统各部位断面积和水力直径见表2.3.2 炉内各部位阻力计算炉内各部位阻
11、力计算通式有：P=P摩+P扩+P缩+P局（当变量气流时1/3，由变量公式推导出）；，；，式中 局部阻力系数K值查附表（严文福调节与节能书）。 注意：公式必须灵活运用，且计算正确关键是要计算好不同部位流速w和密度0 ，同时老书单位制mmH2O柱，必须改为国际单位制Pa。2.3.2.1上升气流计算以焦侧煤气蓄热室燃烧系统为依据。（1）小烟道：摩擦损耗： （2）篦子砖入口砖90o急转和缩小综合局部阻力：摩擦损耗： 开口突然扩大：（3）格子砖格子砖阻力损耗：计算公式特定：格子砖扩大损耗：（4）短斜道：因为炉头两个斜道进入的煤气量和空气量较其余的斜道多19%，故里面每个斜道进入煤气量为：入斜道前45o转
12、弯损耗：缩小损耗：45o转弯： 摩擦损耗： 斜道出口处扩大损耗：（5）立火道摩擦损耗：立火道内废气量由燃烧反应表计算可知， 废气循环量按立火道内废气量50%计，90o转弯损耗入跨越孔缩小损耗：扩大跨越孔面积有利于减小阻力，因而必须设计好。2.3.2.2下降气流（6）立火道立火道跨越孔入下降火道突然扩大损耗：90o转弯损耗：摩擦损耗：（7）长斜道 入口缩小损耗：由前计算已知煤气蓄热室流入废气量较空气蓄热室的多，因此计算以煤气蓄热室废气量为准。摩擦损耗：45o转弯损耗：出口扩大损耗：入蓄热室45o转弯损耗：（8）格子砖入格子砖缩小损耗：格子砖阻力损耗：（9）篦子砖（按中段算）入口突然缩小损耗：摩擦
13、损耗：进入小烟道扩大和90o转弯综合阻力损耗：（10）小烟道小烟道集流损耗：摩擦损耗：2.3.3 加热系统各浮力计算因为浮力的方向总是向上的，所以当浮力与气流方向相同时，同侧浮力和阻力符号相反，浮力是推动力；当浮力与气流方向相反时，浮力和阻力符号一致，所以浮力是阻力。 大气温度 tK=30 时， （1）上升气流小烟道：篦子砖：格子砖：蓄热室间：蓄热室顶至斜道出口：立火道底至跨越孔中心：跨越孔中心至炉顶： （2）下降气流跨越孔中心至炉顶：跨越孔中心至立火道底：斜道至蓄热室顶空间中心：蓄热室顶部空间中心至格子砖顶：t格子砖： 篦子砖：小烟道：以上炉内加热系统各部位阻力及浮力归纳如下见表4-9。表
14、炉内加热系统各部位阻力及浮力,Pa部位阻力浮力部位阻力浮力上升气流：下降气流： 小烟道 立火道 篦子砖 斜道 蓄热室格子砖 蓄热室顶部 蓄热室顶部空间 蓄热室格子砖 斜道 篦子砖 立火道 小烟道 炉顶小计小计2.3.4加热系统各部分压力计算(1)对于上升气流：P终=P初-P+h现要保持下降气流看火孔压力为0.00Pa，P终=0.P初=P-h 小烟道中心： 篦子砖底部： 篦子砖顶部： 蓄热室顶部空间：立火道底部： 跨越孔中心：炉顶： (2)对于下降气流：P终=P初-（P+h）炉顶：（炉顶看火孔处压力还是按上升气流公式计算） P8=P看=0.00Pa（注意计算结果必须为0.00Pa）跨越孔中心：立
15、火道底部：蓄热室顶部空间：篦子砖上部： 篦子砖下部：小烟道出口：P14 2.4 烟囱高度计算2.4.1 废气量计算查表3-7燃烧计算表可知： =1.35时，1m3干高炉煤气或焦炉煤气所产生的湿废气量 =1.50时，1m3干高炉煤气或焦炉煤气所产生的湿废气量(1)=1.35时,通过焦侧一对煤气、空气蓄热室的湿废气量： 通过焦侧一个煤气蓄热室的湿废气量： 炉端的燃烧室的煤气量为中间燃烧室70%，注意用焦炉煤气加热均走空气，煤气是不能预热？(2) =1.50时，通过焦侧烟道的湿废气量QY： 通过机侧烟道得湿废气量：通过总烟道的湿废气量：=2.4.2从交换开闭器到烟囱根部的阻力（1）交换开闭器两叉部之
16、一：摩擦损耗废气瓣双叉部之一的45o转弯损耗：90o转弯损耗： 扩大损耗汇合损耗：调节翻板损耗：废气连接管摩擦损耗：P1=P1 +P2 +P3 +P 4+P5+P 6+P7（2）烟道连接管：摩擦损耗： 135o转弯损耗： 进入分烟道90o转弯和扩大的综合阻力，综合阻力系数P2=P1 +P2 +P3 （3）焦侧烟道集流损耗：摩擦损耗：分烟道长度： 考虑到分烟道内壁粗糙阻力系数增加1.5倍，调节翻板损耗：90o转弯损耗（进入集合烟道）：P3 =P1 +P2 +P3 +P 4（4）集合烟道摩擦损耗：集合烟道长度汇合损耗：P4=P1 +P2 （5）总烟道摩擦损耗：总烟道全长粗糙烟道增加1.5倍，两个4
17、5o转弯损耗： 90o转弯损耗：（转弯处有曲率半径）进入烟囱90o转弯：调节翻板：关10度，K=0.5P5=P1 +P2 +P3 +P 4+P5 总阻力：P=P1+P2+P3+P4+P52.4.3从交换开闭器到烟囱底部各点浮力计算（1）废气开闭器（由小烟道中心到烟道连接管）（2）烟道连接管（3）连接管底部至焦侧烟道高度中心（4）分烟道中心至总烟道高度中心h=h1+h2+h3+h42.4.4 烟囱高度计算 （1）烟囱底部的压力综合上述计算得：小烟道出口中心处的压力 P14交换开闭器至烟囱底部的阻力损耗 p交换开闭器至烟囱底部的浮力h烟囱底部压力 （2）烟囱内的损耗：摩擦损耗：设烟囱高度（试插法）。 考虑到节省投资，般两座焦炉合用一个烟囱。又要考虑到废气出口速度通常在35m/s。烟囱内一般为0.040.05之间烟囱出口损耗：（3）烟囱备用吸力为50Pa。（4）烟囱高度：烟囱所需全部吸力为： 某地大气最高温度为40，为一个大气压力烟囱高度：考虑到结焦时间的缩短，故烟囱高度可适当取高，当地气压低于一个标准大气压时，须进行压力校正（怎样校）。2.5设计中主要问题讨论
