焦炉煤气燃烧计算
高炉煤气利用率计算公式
高炉煤气利用率计算公式
高炉煤气利用率是指高炉煤气中可燃成分的利用率，通常用以下公式计算：
利用率= (实际利用的煤气量/ 总煤气量) ×100%
其中，实际利用的煤气量是指用于高炉鼓风、热风炉、焦炉、发电等生产和工序的煤气量总和，单位为立方米。
总煤气量是指从高炉烟囱排出并经过除尘、脱硫等处理的煤气量，单位也是立方米。
为了提高高炉煤气的利用率，通常需要考虑以下几点：
1、优化配比：根据高炉煤气的成分和各工艺所需的热值，合理分配高炉煤气和焦炉煤气的使用比例，以达到最佳的燃烧效果。
2、提高热效率：采用高效的燃烧器和加热设备，减少热损失和不完全燃烧，从而提高热效率。
3、开发新工艺：通过研发新工艺和技术，如高温高压燃烧、富氧燃烧等，提高煤气的燃烧速度和利用率。
4、加强设备维护：定期检查和维护设备，确保设备的正常运转和高效运行。
5、减少泄露：加强煤气管道的密封和监测，减少煤气泄露造成的损失。
通过以上措施的实施，可以有效地提高高炉煤气的利用率，降低能源消耗和成本，同时也有利于环保和可持续发展。
1章 火焰炉热工计算(1-7)
式中：n—空气消耗系数，按表 1-4 取值。
（1-9） （1-10）
3
表 1-3 几种单一可燃气体与燃烧特性
可燃气体 种类
氢 一氧化碳 硫化氢
甲烷 乙炔 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 丁烯 丁烷 环烷戊烷 戊烷 苯
分子式
H2 CO H2S CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H8 C4H10 C5H10 C5H12 C6H6
③ 上述计算的空气量均为干空气量，因实际使用的助燃空气中均含有水分，所以实际
湿空气需要量为：
Ln湿 =（1 + 0.00124g H干2O）Ln 标m3/kg
式中：
g
干 H 2O
—鼓风温度下空气中水分含量（g/m3
干空气），查表
1-2。
在设计计算供风系统，选用鼓风机能力时，应以 Ln 湿为依据。
（2）燃料燃烧产物生成量
Q低
= 126.15CO 湿
+
107.26
H
湿 2
+
356.51CH
湿 4
+
233.45H 2 S 湿
kJ/标m3
（1-8）
式中： CO 湿、H 2湿、CH 4湿、H 2 S 湿 —每 100 标 m3湿气体燃料中，各可燃成分的体积含量（标 m3）。
注：如湿气体燃料中尚含有式（1-8）未包括的其它可燃成分，可参照表 1-3 中相应数据进行补充计算。
（1）燃料种类及其成分； （2）空气消耗系数（n）； （3）燃料及助燃空气的预热温度。
1.3 燃料成分的换算
1.3.1 固体、液体燃料成分的换算
固体、液体燃料成分是以各组成元素的重量百分数来表示的。共有四种表示方法，即： 供用成分（用）、干燥成分（干）、可燃成分（燃）和有机成分（机）。进行燃料燃烧计算时， 必须依据燃料的供用成分进行计算。如果提供的固体、液体燃料成分不是供用成分，则应将 其换算成相应的供用成分，即：
焦炉煤气发热量计算
焦炉煤气发热量计算方法1、GB/T11062-1998的相关规定：1.1我国目前是用的计量参比条件和燃烧参比条件相同，均为101.325kPa ，20℃。
1.2已知组成的混合气体，在燃烧温度、计量温度和压力是的体积发热量计算公式：22102210)()],(,[~T R p t H p t V t H ⨯⨯= (26) 式中： )],(,[~2210p t V t H ----- 混合物的理想气体体积发热量（高位或低位）；)(10t H ----- 混合物的理想摩尔发热量；R----- 摩尔气体常数（R=8.314510J ·mol -1·K -1）； T 2----- 绝对温度（T 2=t 1+273.15）公式（26）是基本方法，还有一个可供选择的方法：)],(,[~)],(,[~221012210p t V t H x p t V t H j N j j ⋅=∑= （27）式中： )],(,[~2210p t V t H ----- 混合物的理想气体体积发热量（高位或低位）；)],(,[~2210p t V t H j ----- 组分j 的理想气体体积发热量（高位或低位）； j x ----- 组分j 的体积百分数。
有上述两种不同方法计算出的值，相差不大于0.01MJ ·m -3。
2、101.325kPa ，20℃干焦炉干煤气标况发热量的计算 2.1焦炉干煤气的组成从天安化工焦炉煤气流量测量节流装置设计计算书中获得焦炉煤气的组成如下：氮气2.4%、氧气0.7%、氢气57.9%、甲烷24.9%、乙烯2.6%、一氧化碳8.2%、二氧化碳3.3%.2.2焦炉干煤气各可燃组分的理想气体体积低位发热量（30,~-⋅m MJ H ）（我国目前是用的计量参比条件和燃烧参比条件相同，均为101.325kPa ，20℃，从相关国家标准中选用20/20℃数据）：氢气10.05MJ/Nm3、甲烷33.367 MJ/Nm3、乙烯55.01 MJ/Nm3、一氧化碳11.76 MJ/Nm3。
燃料及燃烧
理论燃烧产物量
（二）实际空气需求量和实际燃烧产物量的计算 实际空气需要量 实际燃烧产物量 （三）燃烧产物成分和密度的计算 1.燃烧产物成分 用
烟煤 ：烟煤比褐煤炭化更完全，水分和挥发分进一步减少，固体碳 增加。低发热量较高；一般都在23000~29300千焦/千克。 作冶金炉燃料时，主要考虑的指标是：挥发分和发热量；灰分 含量及其熔点；含硫量；煤的粒度大小。 分类：长焰煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤。 无烟煤 ：无烟煤是炭化程度最完全的煤，其中挥发分很少。无烟煤 挥发分少，燃烧时火焰很短，故在冶金生产中很少使用。焦炭缺乏 时，可用无烟煤暂代。
②氢（H）： H 2 1 O2 H 2O(汽) 119915( KJ / Kg )
③氧（O）：有害元素 ④氮（N）：惰性物质
1 C O2 CO 10258( KJ / Kg ) 2
2
⑤硫（S）：有害杂质。S
O2 SO2 409930 KJ
存在形式：有机硫，黄铁矿硫硫酸盐 ⑥水分（W）：有害成分。水分来源：外部水、吸附水、结晶水。 ⑦灰分（A）：
2.焦炭 要求：①化学成分 ②机械强度
③块度
④灰分 ⑤反应能力 3.粉煤 将块煤或碎煤磨至0.05~0.07毫米的粒度称为粉煤。
任务2 燃烧计算
一 概述 1.完全燃烧与不完全燃烧 燃料中的可燃物全部与氧发生充分的化学反应，生成不能 燃烧的产物，叫完全燃烧。 燃料的不完全燃烧存在两种情况： ①化学性不完全燃烧：燃烧时燃料中的可燃物质没有得到足 够的氧，或者与氧接触不良，因而燃烧产物中还含有一部分 能燃烧的可燃物被排走，这种现象叫化学不完全燃烧。 ②机械不完全燃烧：燃料中的部分可燃成分未参加燃烧反应 就损失掉的那部分。如灰渣裹走的煤，炉栅漏下的煤，管道 漏掉的重油或煤气。
煤气燃烧计算
一、煤气完全燃烧计算1、燃料部分单一可燃气（热效应数高炉煤气，=3208.62kJ/Nm3折合成千卡Q d=766.36kcal/Nm3或Qd=766.36587.13kcal/kg 3208.62kJ/Nm3÷4.1868kJ/kcal==10805kJ/Nm3×2.30%+12650kJ/Nm3×23.40%+35960kJ/Nm3×0.00%+59813kJ/Nm3×0.00%+86939kJ/Nm3×0.00%+90485kJ/Nm3×0.000%+117875kJ/Nm3×0.000%=煤气燃烧计算2、完全燃烧计算表设有 1.000Nm3高炉煤气完全燃烧空气系数α=1.500完全燃烧（α=1.500）计算表3、际理论燃烧实际理论燃烧温度t li计式中，t li：为计算的实际理论V、c：实际燃烧产物体Q：煤气发热量，kJV r、c r、t r：煤气的V a、c a、t a：助燃空n%：燃烧室热效率，这100%⑴煤气平均比热计算根据以上列表计算可得，这样的煤气完全燃烧时理论需氧量、理论空气量、理论烟气量以及空气过剩系数α=1.500时的实际空气量和实际烟气量如下：注：将涉及到的单一气体平均比热计算公式列如下：单位：kJ/（Nm3·℃）（参见《炼铁设计参考资料》P776～778，《高炉炼铁工艺及计算》成兰伯主编 P524～526也有）()%r r r a a aliQ V c t V c t ntVc++⨯=2326(0.386160.22100.081810) 4.1868626.9COc t t t--=+⨯-⨯⨯（<℃）2273.1[(0.71428308.38lg153.4)] 4.186820001000COtc t t t+=--÷⨯（<℃）23(0.31410.0424110) 4.1868626.9Oc t t-=+⨯⨯（<℃）2273.1[(0.42143113.07lg55.74)] 4.186830001000Otc t t t+=--÷⨯（<℃）2326(0.31030.0124100.0178610) 4.1868626.9N COc t t t--=+⨯+⨯⨯、、空气（<℃）2273.1[(0.41844148.33lg65.28)] 4.186830001000N COtc t t t+=--÷⨯、、空气（<℃）3(0.355350.031710) 4.1868100c t t-=+⨯⨯H2O(气)（<℃）31(0.35010.0578100.26) 4.1868526.9c t tt-=+⨯+⨯⨯H2O(气)（<℃）273.11000[(0.68973850.63lg117.298.6)] 4.186830001000273.1tc t t tt+=---÷⨯+H2O(气)（<℃）首先设定煤气温度t r =20℃煤气的平均比热c r 要根273.11000[(0.68973850.63lg117.298.6)] 4.186830001000273.1t c t t t t +=---÷⨯+H2O(气)（<℃）2326(0.31120.00375100.010410) 4.1868726.9H c t t t --=-⨯+⨯⨯（<℃）2273.11000[(0.4652585.93lg111.60.6)] 4.186830001000273.1H t c t t t t +=---÷⨯+（<℃）43(0.36860.3310) 4.1868726.9CH c t t -=+⨯⨯（<℃）4273.1[(1.20533822.37lg477.1)] 4.186811001000CH t c t t t +=--÷⨯（<℃）按照上表计（单位：均比热cr=+c CH4CH 4+c C=1.3587kJ/(Nm 3·℃)⑵实际理论燃 1.6399kJ/(Nm 3·℃)实际理论燃烧温度t li =#########=1.3026kJ/Nm3.℃×2.30%+1.3002kJ/Nm3.℃×23.40%+1.5709kJ/Nm3.℃×0.00%+1.7940kJ/Nm3.℃×0.00%+2.2432kJ/Nm3.℃×0.00%+1.6351kJ/Nm3.℃×14.60%+1.3002kJ/Nm3.℃×54.70%+1.4904kJ/Nm3.℃×5.00%+1.3186kJ/Nm3.℃×0.00%+3.9238kJ/Nm3.℃×0.000%+4.3160kJ/Nm3.℃×0.000%=烧》P268）=[(3208.62kJ（煤气发热量）+23.87kJ（空气物理热）+27.17kJ（煤气物理热）]×100%（燃烧室热效率）÷[1.789Nm3/Nm3煤气×1.000Nm3煤气×1.6399kJ/(Nm3·℃)]==1110.85℃废气平均比热=2.2912kJ/Nm3·℃×21.24%+1.7821kJ/Nm3·℃×4.08%+1.4438kJ/Nm3·℃×71.09%+1.5097kJ/Nm3·℃×3.59%=。
焦炉燃烧计算
焦炉燃烧计算煤在焦炉中的干馏过程是靠干馏过程产生的焦炉煤气燃烧加热得以连续进行,所以从焦炉煤气的组成可以计算需要的理论氧量,还可以计算煤气的热值,这对于焦炉调节有着重要的意义,下面就焦炉煤气的燃烧进行简单的计算;1、 空气量的计算：1立方米干煤气标况燃烧所需理论氧量O 理按照下式计算O 理=H 2+CO+2CH 4+3C 2H 4+Nm 3/Nm 3煤气;式中H 2、CO 、CH 4、C 2H 4等分别为煤气中该成分的体积百分比;L 理=100/21 O 理,Nm 3/Nm 3煤气实际干空气量L 实干=过剩系数L 理,Nm 3/Nm 3煤气 实际湿空气量为：L 实湿= L 实干{1+H 2O 空},Nm 3/Nm 3干空气;2、废气量和废气组成的计算 完全燃烧时,废气中仅含有CO 2、H 2O 、N 2 和过剩空气中带入的氧,故废气中各种成分的体积为： V CO2=CO 2+ CO+ CH 4+2 C 2H 4+6C 6H 6 Nm 3/Nm 3煤气 V H2O =H 2+2CH 4+C 2H 4+3 C 6H 6+H 2O 煤+ L 实干H 2O 空 Nm 3/Nm 3煤气 V 氮=+ L 实干, Nm 3/Nm 3煤气 V O2= L 实干- O 理, Nm 3/Nm 3煤气式中H 2O 煤---每m 3煤气中所含水汽量,Nm 3/Nm 3煤气 故1m 3煤气燃烧生成的废气量为： V= V CO2 +V H2O +V 氮+V O2, Nm 3/Nm 3煤气例：计算空气需要量和废气生成量,计算以干煤气为准,并设过剩系数为α=,饱和煤气的温度为20℃,空气温度为20℃,相对湿度,计算结果如下：以100立方米干煤气为准：表一：某公司2014年度煤气组成平均值%干表二：废气组成及废气量：由计算,燃烧1m3上述的干焦炉煤气时,L实干=Nm3煤气L实湿N米3/N米3,V=Nm3。
各种煤气的参数计算实例
各种煤气参数计算实例高炉煤气1、高炉煤气高炉煤气1．1高炉煤气的低发热值Q d（kJ/Nm3）★ 高炉煤气的成份：CO CO2 C m Hn O2 CH4 H2 N2 H2O 合计干成分% 26 17.4 0.2 0.4 0.4 2.6 53 -- 100湿成分% 25.04 16.76 0.19 0.39 0.39 2.5 51.03 3.7 100 ★ 高炉煤气低发热值Q dQ d=126.5×25.04+108.1×2.5+359.6×0.39+650×0.19=3701（kJ/Nm3）甲方提供的参数为800～850（kcal/Nm3）,与提供的燃气成分有差别,考虑到生产余量,本次实际计算取值为3550（kJ/Nm3）。
1.2高炉煤气燃烧和空气需求量L（kJ/Nm3）所按提供的成份计算,再用热值验算。
L0=0.0476×[0.5×25.04＋0.5×2.5＋2×0.39＋3.5×0.19－0.39]=0.71 Nm3 /Nm3(理论值) 验算值：L0’=0.19×3701/1000=0.703 Nm3/ Nm3较符合；L0取值0.71 Nm3 /Nm3а取值：1.03～1.05(过剩系数),考虑到蓄热式燃烧的核心为贫氧燃烧,则а取下限较好!1.3高炉煤气燃烧生成的烟气量V(Nm3 /Nm3)所按提供的成份计算,再用低热值验算其合理性。
V=Vco 2＋V`N 2＋V`H 2O ＋V O 2＋V SO 2 (16.76＋25.04＋0.39＋2×0.19)÷100＋ 0.79×1.03×0.71＋0.51＋ (2.5＋2×0.39＋3×0.19＋3.7)÷100=1.59 Nm 3/ Nm 3验算值：V 0=1.03×0.733＋0.97－0.03×10003701=1.60 Nm 3/ Nm 3很符合则V 取1.60 Nm 3/Nm31.4高炉煤气燃烧的理论燃烧温度t 0(℃)设为冷空气设为冷空气、、冷煤气时的t 0 t 0= y k k r r d C V L t C t C Q ..2++=57.103.159.13704××=1430℃2、焦炉煤气2.1焦炉煤气的低发热值Q d （kJ/Nm 3）★ 焦炉煤气的成份：CO CO 2 C m Hn O 2 CH 4 H 2 N 2 H 2O 合计 干成分%83.62.2120.559.15.6--100 湿成分% 7.71 3.45 2.12 0.96 19.74 56.91 5.39 3.71100★ 焦炉煤气低发热值Q dQ d =126.5×7.71+650×2.12+359.6×19.74+108.1×56.91=15603（kJ/Nm 3） 甲方提供的参数为4000～4200（kcal/Nm 3）,与提供的燃气成分有差别,考虑到生产余量,本次实际计算取值为15610（kJ/Nm 3）。
燃煤锅炉大量掺烧焦炉煤气的效率计算
燃煤锅炉大量掺烧焦炉煤气的效率计算中国是一个多煤少油的国家，截止2019年初，我国已探明的煤炭储量占世界煤炭储量的33.8%，煤炭在中国一次性能源消费中处于主导地位。
化石燃料燃烧是电力生产和其他能源、资源消耗部门的主要来源，这种形势在短期内将不会改变[1]。
钢铁生产过程中会产生大量焦炉、高炉煤气，一般钢铁企业会相应的建设自备电厂，受机组容量限制，钢铁厂并不能完全的、高效的利用焦炉、高炉煤气。
杨轶、湛志刚等通过对高炉煤气及煤粉燃烧理论的研究［2，3］，分析了高炉煤气燃烧需要的空气量及掺烧对炉膛烟气量、飞灰可燃物含量、炉膛辐射换热以及燃烧效率的影响。
钢铁工业中大量未被利用的高、焦炉煤气排放到大气，造成环境的污染和能源的浪费。
钢铁工业副产品煤气的浪费促使德国、捷克、匈牙利等国相继开始了对利用高、焦炉煤气替代一次能源发电的应用研究[4]。
华能营口电厂锅炉为前苏联塔甘罗格红色工人锅炉厂制造的超临界参数压力、多次垂直上升直流锅炉，单炉膛前后墙对冲燃烧，п型布置，一次中间再热，平衡通风。
经改造#1、2锅炉各增设三只煤气燃烧器，用于燃烧鞍钢来煤气。
本文以华能营口电厂煤气掺烧为例，根据焦炉煤气掺烧后空预器排烟温度、各风机出力、磨煤机电流等变化，计算大量掺烧焦炉煤气后，燃煤锅炉锅炉效率的变化，并对煤气掺烧的经济性进行评价。
工况一按照燃用煤种采购价格60%结算煤气价格，折合节约燃煤10.99t/h，节约燃料成本为13.48%，降低燃烧单位燃料成本31.93元/千千瓦时。
受排烟温度变化影响燃料成本变化为-0.22元/千千瓦时。
电耗降低156.82kW·h，节约燃料成本为0.26元/千千瓦时。
综合节约单位燃料成本31.97元/千千瓦时，即该工况下节约单位燃料成本13.50%。
工况二按照燃用煤种采购价格60%结算煤气价格，折合节约燃煤7.21t/h，节约燃料成本为7.34%，降低燃烧单位燃料成本17.39元/千千瓦时。
煤气燃烧计算
一、煤气完全燃烧计算1、燃料部分3（热效应数值摘自《工业炉设计手册 第2版》P89-90，在《炼铁设计参考资料》P782也有）各种煤气成分列表如下：（成分如有变动，请相应调整）所选煤气成分列表如下： 1.3053kg/Nm 3您选择的是高炉煤气，其低位发热值Qd==3208.62kJ/Nm 3折合成千卡Q d =766.36kcal/Nm 3或Qd=766.36kcal/Nm3÷1.3053kg/Nm3=587.13=10805kJ/Nm3×2.30%+12650kJ/Nm3×23.40%+35960kJ/Nm3×0.00%+59813kJ/Nm3×0.00%+86939kJ/Nm3×0.00%+90485kJ/Nm3×0.000%+117875kJ/Nm3×0.000煤气燃烧计算则所选煤气分子当量=2×2.300%+28×23.400%+16×0.000%+28×0.000%+42×0.000%+44×14.600%+28×54.700%+18×5.00%+32×0.000%+44×0.000%+58×0.000%=则所选煤气29.2380kg/kmol÷22.4Nm3/kmol=3208.62kJ/Nm3÷4.1868kJ/kcal=2、完全燃烧计算表设有 1.000Nm3高炉煤气完全燃烧空气系数α= 1.500完全燃烧（α=1.500）计算表3、完全燃烧实际理论燃烧温度计算实际理论燃烧温度t li 计算公式如下：式中，t li ：为计算的实际理论燃烧温度，℃V、c：实际燃烧产物体积及产物平均比热容，单位分别是：Nm 3，kJ/(Nm 3·℃)Q：煤气发热量，kJV r 、c r 、t r ：煤气的体积、平均比热和温度，单位分别是：Nm 3，kJ/(Nm 3·℃)，℃V a 、c a 、t a ：助燃空气的体积、平均比热和温度，单位分别是：Nm 3，kJ/(Nm 3·℃)，℃n%：燃烧室热效率，这里设定n%=100%⑴煤气平均比热计算注：将涉及到的单一气体平均比热计算公式列如下：单位：kJ/（Nm 3·℃）（参见《炼铁设计参考资料》P776～778，《高炉炼铁工艺及计算》成兰伯主编 P524～526也有）根据以上列表计算可得，这样的煤气完全燃烧时理论需氧量、理论空气量、理论烟气量以及空气过剩系数α=1.500时的实际空气量和实际烟气量如下：()%r r r a a a li Q V c t V c t n t Vc++⨯=2326(0.386160.22100.081810) 4.1868626.9CO c t t t --=+⨯-⨯⨯（<℃）2273.1[(0.71428308.38lg153.4)] 4.186820001000CO t c t t t +=--÷⨯（<℃）23(0.31410.0424110) 4.1868626.9O c t t -=+⨯⨯（<℃）2273.1[(0.42143113.07lg 55.74)] 4.186830001000O t c t t t +=--÷⨯（<℃）2326(0.31030.0124100.0178610) 4.1868626.9N CO c t t t --=+⨯+⨯⨯、、空气（<℃）2273.1[(0.41844148.33lg 65.28)] 4.186830001000N CO t c t t t +=--÷⨯、、空气（<℃）3(0.355350.031710) 4.1868100c t t -=+⨯⨯H2O(气)（<℃）31(0.35010.0578100.26) 4.1868526.9c t t t-=+⨯+⨯⨯H2O(气)（<℃）273.11000[(0.68973850.63lg117.298.6)] 4.186830001000273.1t c t t t t +=---÷⨯+H2O(气)（<℃）首先设定煤气温度t r =20℃煤气的平均比热c要根据烃类比热计算,烃类平均比热表如下：（单位：kJ/(Nm 3·℃)）（参考自《硅酸盐工业热工基础》P240 表4-14）按照插入法计算,20℃时各种烃类平均比热计算结果如下，计算结果在下列相应温度区间列出273.11000[(0.68973850.63lg117.298.6)] 4.186830001000273.1t c t t t t +=---÷⨯+H2O(气)（<℃）2326(0.31120.00375100.010410) 4.1868726.9H c t t t --=-⨯+⨯⨯（<℃）2273.11000[(0.4652585.93lg111.60.6)] 4.186830001000273.1H t c t t t t +=---÷⨯+（<℃）43(0.36860.3310) 4.1868726.9CH c t t -=+⨯⨯（<℃）4273.1[(1.20533822.37lg477.1)] 4.186811001000CH t c t t t +=--÷⨯（<℃）按照上表计算的20℃时各种烃类平均比热，来计算煤气的平均比热：3所以煤气平均比热cr=c H2H 2+c CO CO+c CH4CH 4+c C2H4C 2H 4+c C3H6C 3H 6+c CO2CO 2+c N2N 2+c H2O H 2O+c O2O 2+c C3H8C 3H 8+c C4H10C 4H 10==1.3587kJ/(Nm 3·℃)⑵实际理论燃烧温度计算由于温度小于2000℃，下表按照插入法计算的CO2的平均比热值略过，不能使用 1.6399实际理论燃烧温度t li =（Q＋V r c r t r ＋V a c a t a ）n%/（Vc）=-151.28=[(3208.62kJ（煤气发热量）+23.87kJ（空气物理热）+27.17kJ（煤气物理热）]×100%（燃烧室热效率）÷[1.789Nm3/Nm3煤气×1.000Nm3煤气×1.6399kJ ℃)]==1110.85℃废气平均比热=2.2912kJ/Nm3·℃×21.24%+1.7821kJ/Nm3·℃×4.08%+1.4438kJ/Nm3·℃×71.09%+1.5097kJ/Nm3·℃×3.59%=（上表中2000～2500℃CO 2的平均比热值参考自《燃料与燃烧》P268=1.3026kJ/Nm3.℃×2.30%+1.3002kJ/Nm3.℃×23.40%+1.5709kJ/Nm3.℃×0.00%+1.7940kJ/Nm3.℃×0.00%+2.2432kJ/Nm3.℃×0.00%+1.6351kJ/Nm3.℃×14.60%+1.3002kJ/Nm3.℃×54.70%+1.4904kJ/Nm3.℃×5.00%+1.3186kJ/Nm3.℃×0.00%+3.9238kJ/Nm3.℃×0.000%+4.3160kJ/Nm3.℃×0.000%=29.238 0.000%=kcal/kg）（参见《炼铁设计参考资料》P776～778，《高炉炼铁工艺及计算》成兰伯主编 P524～526也有）α=1.500时的实际空气量和实际烟气量如下：2273.1[(0.71428308.38lg153.4)] 4.186820001000CO t c t t t +=--÷⨯（<℃）2273.1[(0.42143113.07lg 55.74)] 4.186830001000O t c t t t +=--÷⨯（<℃）2273.1[(0.41844148.33lg 65.28)] 4.186830001000N CO t c t t t +=--÷⨯、、空气（<℃）31(0.35010.0578100.26) 4.1868526.9c t t t-=+⨯+⨯⨯H2O(气)（<℃）43(0.36860.3310) 4.1868726.9CH c t t -=+⨯⨯（<℃）4273.1[(1.20533822.37lg477.1)] 4.186811001000CH t c t t t +=--÷⨯（<℃）kJ/(Nm 3·℃)kJ/(Nm 3·℃)399kJ/(Nm3·2的平均比热值参考自《燃料与燃烧》P268）值插入法计算。
煤气 蒸汽 电能 热量计算
蒸汽、电、煤气热能换算表
发电量 KW·h
热效率 %
21
100
146.5 697.7
152.6 726.7
158.7 755.8
164.8 784.9
170.9 814.0
177.0 843.0
1吨蒸汽温度 ℃ / 含热量 Kcai
100 600000
150 625000
200 650000
250 675000
电厂出口蒸汽出口按 300℃计算 1吨蒸汽影响发电 170.9 KW·h 7吨蒸汽影响发电 170.9 * 7 = 1196.3 KW·h
电价按0.4元计算 1吨蒸汽影响发电价 170.9 * 0.4 = 68.36 元 7吨蒸汽影响发电价 1196.3 * 0.4 = 478 元
酸洗1线台时产量按 20t/h计算 酸洗2条线台时产量按 40t/h计算 1吨带钢耗蒸汽费用：478 ÷ 40 = 11.95 元
1KW·h = 860.4 千卡 1KW = 860.4 Kcai/h
焦炉煤气热值 4000 Kcai/Nm³ （高炉煤气热值 800 Kcai/Nm³）
焦炉煤气H2 60% CH4 25% CO 6%
1吨水0--100℃ 热量 = 1000*100 = 100000 Kcai
1吨100℃水汽化为100℃饱和蒸汽 热量 = 1000*539 = 5 ﹕ 1
0.98 ﹕ 1
酸洗2条线生产蒸汽消耗费用计算
酸洗1线 + 其它1线用蒸汽： 总2.5t/h 酸洗2条线 + 其它2条线用蒸汽： 总2.5 * 2 = 5 t/h
综合热利用率 0.71 （利用率0.75 漏气率0.05） 酸洗2条线 + 其它2条线实际需要用蒸汽： 5 ÷ 0.71 ≈ 7 t/h
炼焦工段物料衡算和热量衡算
2.4 加热用煤气相关计算所选焦炉煤气组成见表2-4。
(1) 干煤气热值煤气中可燃成分的低热值（3kJ /m ）为：CO —12730 ， 2H —10840 ， 4CH —35840 ， m n C H —71170则煤气的低热值为：g 24m nDW 12730CO 10840H 35840CH 71170C H Q 100+++=1.1767010027117025358400.59108400.712730=⨯+⨯+⨯+⨯3kJ /m(2) 干煤气密度()ii0MW 10022.4χρ⋅=⨯∑4.22100326.0286444.2782.02288.022*********⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯+⨯+⨯=0.4583kg /m式中 ()i MW ——煤气中某成分的分子量； i χ——煤气中某成分的体积，%。
(3) 湿煤气组成焦炉煤气温度为31.2℃时，13m 干煤气所含水汽量为0.04643m /3m ，则湿煤气中氢气含量为：=S H )(2%38.560464.0159.0=+%其它气体计算与上相同，计算结果如下：4CH ：23.89% ，CO ：6.69% ，m n C H ：1.91% ，2CO ：2.29% ，2N ：3.82% 2O ：0.57% ，2H O ：4.64%(4) 湿煤气热值()3/168870464.0111.17670m KJ Q SDW =+⨯=(5) 湿煤气密度3/473.00443.04.2218)0443.01(458.0m kg S =⨯+-⨯=ρ 2.5 煤气燃烧计算以13m 干煤气燃烧计算 (1) 理论空气需要量 理论需氧量为：()L 2424662O 0.010.5H CO 2CH 3C H 7.5C H -O =++++⎡⎤⎣⎦=0.01[0.5⨯(59+7.0)+2⨯25+3⨯2⨯0.8+7.5⨯2⨯0.2-0.6] =0.9023m /3m式中 CO ，4CH ，2O ……分别为煤气中该成分的体积，%。
焦炉煤气燃烧的数值模拟
7.2 焦炉煤气燃烧的数值模拟7.2.1案例简介本案例是利用有限速率反应模型，对焦炉煤气的燃烧过程进行数值模拟。
燃烧室二维模型如图7-2-1所示，燃烧室长2000mm，高500mm，焦炉煤气从左侧10mm高的进口高速流入，助燃空气在左侧490mm进口流入，气体燃料与空气在燃烧室内充分混合并燃烧，利用数值模拟计算得出燃烧室内温度场、速度场以及组分浓度等数据。
图7-2-1燃烧室二维模型7.2.2 Fluent求解计算设置1．启动Fluent-3D（1）双击桌面Fluent14.0图标，进入启动界面。
（2）选中Dimension→3D单选按钮，选中Double Precision复选按钮，取消对Display Options下的三个复选按钮的选择。
（3）其它保持默认设置即可，单击OK按钮进入Fluent 14.0主界面窗口。
2．读入并检查网格（1）执行菜单栏中的File→Read→Mesh命令，在弹出的Select File对话框中读入pollutant.msh三维网格文件。
（2）执行菜单栏中的Mesh→Info→Size命令，得到如图7-2-3所示的模型网格信息：共有22531个节点，44730个网格面，22200个网格单元。
（2）执行菜单栏中的Mesh→Check命令。
反馈信息如图7-2-4所示，可以看到计算域三维坐标的上下限，检查最小体积和最小面积是否为负数。
图7-2-3 Fluent 网格数量信息图7-2-4 Fluent网格信息3．求解器参数设置（1）单击选择左边workspace中P roblem Setup→General命令，在出现的General 面板中进行求解器的设置。
（2）保持面板中的Scale下默认单位为m，保持默认设置，如图7-2-6所示。
图7-2-6 求解参数设置（3）单击选择Problem Setup→Model命令，对求解模型进行设置，如图7-2-7所示。
（4）双击Models→Energy-off选项（或选中Energy-off，点击Edit），打开Energy （能量方程）对话框。
第六章.焦炉内煤气燃烧
否则，如果煤气和空气反应产生的热量低于系统的散热，使燃 烧反应不能扩展到整个有效空间中去，系统温度不能提高，而在距 火源较远的地方，温度较低，当火源移开时，仍会发生熄火现象。
因此，燃烧都是在很快的反应速度下进行的，参与反应的煤气和空
气浓度减小，就会使反应速度减慢；低于某一极限值时，因反应速 度太慢而不能着火，故把可燃气体和空气所组成的混合物中可燃气
根据煤气和空气的混合情况，煤气燃烧有两种方式。
（1）动力燃烧（无焰燃烧）
——是指煤气和空气在进入燃烧室前先混合均匀，然后着火燃
烧，这时的燃烧速度取决于化学动力学因素（化学反应速度），故 称动力燃烧。
由于化学反应速度极快，可达到很高的燃烧强度，燃烧完全， 燃烧产物中没有烟粒，燃烧室中透彻明亮，这种燃烧方法又称为无 焰燃烧。 由于在燃烧前煤气和空气均匀混合，故动力燃烧可在很小的过 剩空气系数下达到完全燃烧，燃烧温度高。
0.39 0.38 0.29
(体积分数) / ％ H20 2.30 4.18 4.18
饱和温 度/OC
20 30 30
二、煤气的发热值
气体燃料的发热值是指单位体积的气体完全燃烧时所放出的热量
(kg／m3)。燃烧产物中水的状态不同时，发热值有高低之分。燃烧产物
中水蒸汽冷凝，呈0℃液态水时的发热值称为高发热值(Q高)，燃烧产物 中水呈汽态时的发热值称为低发热值(Q低)。
温度升高时，反应速度加快，燃烧范围加宽
（3）惰性气体的影响 惰性气体的存在降低了反应物的浓度，使反应速度和防 热速度减慢，故燃烧范围变窄
2、扩散燃烧和动力燃烧
煤气的燃烧过程比较复杂，根据上述内容，在一定的条件下，燃烧过程
可分为三个阶段：
①煤气和空气混合，并达到极限浓度。 ②将可燃混合气体加热到着火温度或点火燃烧使其达到着火温度。 ③可燃物与氧气发生化学反应而进行连续稳定的燃烧，此过程取决 于化学动力学的因素，即主要和反应的浓度和温度有关。
焦炉煤气的着火点和爆炸极限
焦炉煤气的着火点和爆炸极限焦炉煤气是在焦化过程中产生的一种气体，主要成分为一氧化碳和氢气，同时还含有少量的甲烷、二氧化碳等。
这种气体具有较高的易燃性和爆炸性，因此在焦炉煤气的储存、运输和使用过程中需要特别注意安全。
焦炉煤气的着火点着火点是指物质在一定条件下开始燃烧的温度。
焦炉煤气的着火点受到多种因素的影响，主要取决于气体中的成分组成和气体与空气的混合比例。
焦炉煤气的主要成分一氧化碳和氢气的着火点分别为： - 一氧化碳（CO）：610°C- 氢气（H2）：580°C这意味着当焦炉煤气的温度达到这些温度时，一氧化碳和氢气便会自燃。
然而，需要注意的是，着火点并不是一个绝对的数值，它会受到其他因素的影响，比如气体浓度、氧气含量和压力等。
更高的气体浓度和氧气含量会降低焦炉煤气的着火点。
焦炉煤气的爆炸极限爆炸极限是指气体混合物中可导致爆炸的最小和最大浓度范围。
在此浓度范围内，如果有火源引燃，气体混合物会发生爆炸。
对于焦炉煤气来说，其爆炸极限主要受到一氧化碳和氢气的影响。
焦炉煤气的爆炸极限浓度范围如下： - 一氧化碳（CO）：爆炸下限为27%（体积分数），爆炸上限为74% - 氢气（H2）：爆炸下限为4%（体积分数），爆炸上限为74%这意味着当焦炉煤气的浓度在爆炸极限范围内时，一旦有火源引燃，就会发生爆炸。
此外，需要特别注意的是，焦炉煤气的爆炸极限也会受到其他因素的影响，如温度和压力等。
较高的温度和压力条件下，焦炉煤气的爆炸极限可能会发生变化。
安全措施为了确保焦炉煤气的安全使用，需要采取一系列的安全措施：1.防止气体泄漏：定期检查和维护设备，确保阀门和管道的密封性，及时发现并修复泄漏。
2.避免火源：在储存和使用焦炉煤气的区域内，禁止明火和各种火源，包括电火花、摩擦火花等。
3.维持低浓度：通过适当的通风和排气系统，保持焦炉煤气的低浓度，避免其浓度接近或超过爆炸极限。
4.安全操作：严格遵守安全操作规程，包括正确使用防爆设备和个人防护装备。
理论与实际值计算
1 K
注：CmHn以80%C2H6和20%C2H4计算，煤气饱和温度30℃，入炉空气温度为20℃，相对湿度0.6，空气系数α =1.4 结论：1、以一座焦炉为例计算，根据19h30min结焦时间的煤气流量19000m3/h推算得知结焦时间为19小时时， 3 煤气流量大约在V煤气=20000m3/h，得出产生废气流量大约为V废气=121440m /h. 2、废气温度=250～280℃。 3、废气流量的大小和煤气成分多少（空间温度大小，回收处理情况）、结焦时间、加热制度等有关。
6.42 19.16 0.38
注：是煤气组成以氢气为例， H2=H2干/（1+标态含水量） =58/（1+0.0437）=55.57%
C2H4+3O2=2CO2+2H2O 3.00 C2H6+3.5O2=2CO2+3H2 3.50 O H2+1/2=H2O 0.50
1.44 55.57 8.43 4.19 其他以此类推：见相对湿煤气组成.
焦炉烟道废气显热回收理论计算
焦炉煤气燃烧计算表（以100m3干煤气为计算基准） 理论耗氧 组成 含量% （体积） 3.0 1.6 6.7 20.0 C2H4=0.4 C2H6=1.5 58.0 8.8 4.19 焦炉煤气燃烧所需理论氧量和燃烧产物量 78.40 33.50 107.49 13.14 33.50 5.52 120.63 19.87 8.80
实际空气量（干） 和带入的水汽、氧、 L实（干）=α L理=α O理100/21 522.67 氮 废气中各成分量，m3 废气组成，%（体积）
K
3.3 燃烧计算
w(Car ) 1 w( H ar ) w( S ar ) w(Oar ) 22.4 100 2 2 32 32 100 21 12
[m3空气/Kg燃料]
4
第三节
燃烧计算
燃烧时生成的理论烟气 (燃烧产物)量（V）：
w(C ) ar w( H ) ar w( H 2O) ar w( S ) ar w( N ar ) 22.4 V Va 79% 2 18 32 28 100 12
9
第三节
燃烧计算
的经验值（完全燃烧、氧化焰）： 气体燃料：=1.05~1.15 液体燃料：=1.15~1.25
固体燃料
粉煤：=1.1~1.3 块煤：=1.3~1.7
10
第三节
燃烧计算
2）实际烟气量：
V V ( 1 ) V >1时： a
固、液体燃料
V V ( 1 ) V % a 79 <1时：
(2) 由热量平衡(能量守恒)计算燃烧温度
2
第三节
燃烧计算
二、 空气量、烟气量及烟气组成的计算 1、分析计算法
基于化学反应式、物料平衡的理论计算。 （1） 理论上完全燃烧时空气量 (Va0)和烟气量（V0）： 1) 固、液体燃料（以1Kg燃料为计算基准） 收到基中可燃成分有C、H和S：氧化（燃烧）反应： C + O2 CO2 1 H + O2 1— H2O 4 2 S + O2 SO2 3
可燃成分 燃烧反应
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
CmHn + ( m + n )O2 mCO2 + n —H2O 4 2