焦化设备配件加热炉炉管内表面吸附力的影响和回收燃烧废气带走的热量
其一、焦化焦炉设备内表面吸附力的影响
加热炉炉管内表面越粗糙,焦化焦炉设备其吸附能力表现得就越高。当原料介质中含有数量的盐类杂质时,由于盐类杂质的逐渐沉降,使加热炉炉管内表面吸附能力不断加强。而高流速介质会使加热炉炉管壁的吸附力减弱。
介质在加热炉炉管内流动时,与炉管内表面之间的过渡区,称为边界层。介质主体温度要比边界层的平均温度低,而平均速度比边界层速度块,且流动状态为层流。因此,边界层总是比介质主体入临界区,焦粉的浓度比介质主体中焦粉的浓度高。
焦化设备配件加热炉炉管内介质裂解的临界温度比边界层的温度高时,可以认为基本不结焦。介质裂解的临界温度与边界层的温度相当时,焦炭量增加,且随边界层温度的上升而增加,此时认为加热炉炉管开始结焦。加热炉炉管结焦的速度不仅与边界层的平均流速、压力、温度、边界层焦粉的浓度有关,而且与边界层的厚度有关,控制边界层的厚度,会使结焦速度越慢。
通过加热炉炉管内外过程模拟可知,通常情况下,如介质温度420℃,管内壁或油膜温度450℃-460℃。油膜温度过高会引起某段炉管内介质气化加剧,当Q/a上升到300-400,加热炉炉管内壁温度将增加。当高温炉管与易结焦介质接触后,导致加热炉炉管结焦速率上升。
影响生焦速率的主要因素是管壁温度(或内膜温度)和表面热强度。在的流速下,内膜温度升高或热强度增大,则生焦速度会明显加快,为了减缓生焦速率,尽力提高焦垢脱离速度,工艺上采取的主要措施是通过提高炉管注汽量,使炉管内介质流速增加,并使其处于湍流状态。
其二、焦炉设备回收燃烧废气带走的热量
焦炉燃烧废气具有一定的温度以保证烟囱足够的吸力,使焦炉加热系统产生气体流动,因此,烟道废气带走一部分热量是不可少的,只能尽量减少燃烧产物带走的热量和部分回收利用。一方面从改进焦炉炉体结构上考虑,焦化焦炉设备提高传热效率和热工性能,实现节能目的,这主要是焦炉研究设计的新方向。另一方面从焦炉加热操作调节上考虑节能措施,降低燃气消耗量,从以下几方面着手:
①加热煤气在低空气过剩系数下燃烧
在保证加热煤气完全燃烧的情况下,采用低空气过剩系数(a)操作,可提高燃烧温度和传热效率,减少燃烧系统产生的废气量,使得废气带走的热量减少。
全部燃烧室在低空气过剩系数下燃烧加热煤气的试验表明,在利用焦炉煤气加热时,当a值从1.25降到1.15时可节能1.1%,用混合煤气加热时,当a值从1.45降到1.20后可节能1.3%。
②炼焦炉供热量定值加热及用计算机控制焦炉加热
在炼焦炉的实际操作中,供入焦炉加热系统的煤气流量不变,而供入加热系统的煤气的组成、温度、水分和热值等指标都是经常变化的。由于煤气的热值变化而影响到焦炉加热的均匀性和稳定性,继而对焦炭质量也产生影响。国内外在实现焦炉加热自动化之前,先要解决焦炉定供热量加热的问题。我国鞍山焦耐院、鞍钢化工总厂和钢焦化厂先后进行过热值指数自动调节的研究,研究的关键是研制气体热值指数变送器,使得在煤气压力和温度恒定的时候,能测出通过节流孔板燃烧后发出的热量,建立煤气的热值与流量的关系。钢焦化厂在煤气热值和自动记录获得成功的基础上,通过在焦炉上安装煤气热值、流量和烟道吸力之间的自动控制调节系统,不仅稳定了炉温,提高了焦炉的安定系数,而且使炼焦耗热量降低3.4%。
关于焦炉加热计算机控制,由于焦炉加热过程是复杂的非线性过程,使用计算机控制加热困难比较大,涉及自动检测温度的方法、焦炉操作管理自动化系统的建立完善,确定每个环节的数学模型,研制系统的硬件和软件,然后建成自动控制系统等。尽管自上世纪70年底以来,国内外焦化工作者坚持不懈地从事这方面的探索,但至今很难在国内焦化企业见到应用比较成功、操作运行稳定、真实可靠的计算机控制系统。
③焦炉程序加热
煤料在炭化室内炼焦时,从加热火道的墙传给煤料的热量在整个结焦周期内是变化的,因此,在整个结焦周期内以同样的煤气量加热是很不合理的。采用程序加热,可以按照结焦过程中煤料吸热变化的情况,制定供给煤气的流量。这样,在结焦周期不改变的情况下,可以节省相当部分热量。
研究结果表明,焦炉程序加热炼焦与恒定加热炼焦相比,加热煤气量减少约12%,废气热损失略有减少,焦炭然后加热温度均降低150~180℃,仅从降低焦炭然后加热温度来计算,焦炭带出的热量损失可减少12~15%,每公斤湿煤(含水分10%)炼焦的耗热量减少150~180KJ。此外,炉顶空间温度不会过高,也减少荒煤气带走的热量。
④回收利用烟道废气的热量从蓄热室小烟道出来的废气温度达350~400℃,而烟囱底部处的温度为200℃左右。可见,大量的冷室气从废气盘、分烟道和总烟道闸板处漏入,使废气温度降低。另外,一部分热量损失于从废气盘到烟囱底部的散热过程。因此,可考虑局部回收利用烟道废气带走热能。因烟道废气温度不高,废气量大,又要考虑保证烟尘吸力,回收利用需要较大的工艺变动和动力消耗,焦化业内目前主要将其作为干燥热源,如前所述利用焦炉烟道气显热的煤调湿装置。
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