目录
第一节流体力学基本知识 ............................................................................................................... 1
一、流体的主要物理量 ........................................................................................................... 1
1、压强（压力） ............................................................................................................. 1
2、温度 ............................................................................................................................. 2
3、密度 ............................................................................................................................. 2
4、粘度 ............................................................................................................................. 3
5、流量 ............................................................................................................................. 3
6、流速 ............................................................................................................................. 4
二、气体状态方程式 ............................................................................................................... 4
三、柏努力方程式 ................................................................................................................... 5
1、柏努力方程式 ............................................................................................................. 5
2、流体流动的类型 ......................................................................................................... 6
3、阻力与阻力系数 ......................................................................................................... 6
四、柏努力方程式在焦炉上的应用 ....................................................................................... 7
1、焦炉内气体流动的特点 ............................................................................................. 7
2、焦炉实用气流方程式及其应用 ................................................................................. 8
3、阻力、压力差与气体流量的关系 ........................................................................... 10
五、动量原理在焦炉上的应用 ............................................................................................. 12
1、焦炉废气循环 ........................................................................................................... 12
2、变量气流方程式及其应用 ....................................................................................... 13
第二节煤气性质与燃烧 ................................................................................................................. 16
一、煤气性质 ......................................................................................................................... 16
1、煤气组成 ................................................................................................................... 16
2、煤气发热值 ............................................................................................................... 16
3、煤气密度 ................................................................................................................... 17
4、煤气的加热特性 ....................................................................................................... 17
二、煤气燃烧 ......................................................................................................................... 17
1、燃烧反应 ................................................................................................................... 17
2、燃烧方式 ................................................................................................................... 18
3、燃烧极限 ................................................................................................................... 18
4、煤气爆炸 ................................................................................................................... 18
三、燃烧计算 ......................................................................................................................... 18
1、空气系数 ................................................................................................................... 19
2、空气需要量和废气生成量的计算——燃烧的物料平衡 ....................................... 19
3、燃烧温度——燃烧的热平衡 ................................................................................... 20
第三节热效率与耗热量 ................................................................................................................. 21
一、焦炉传热 ......................................................................................................................... 21
二、焦炉的热效率 ................................................................................................................. 21
三、炼焦耗热量 ..................................................................................................................... 22
l、耗热量计算 ................................................................................................................ 22
2、耗热量的影响因素 ................................................................................................... 23
第四章 焦炉内气体流动与煤气燃烧
第一节流体力学基本知识
一、流体的主要物理量
1、压强（压力）
垂直作用于流体单位面积上的力，称为流体压力强度，或称为流体静压强，简称压强，在焦炉调火中习惯上称压力。
P=F/A (4-1)
式中 F--垂直作用于流体表面上的压力，N;
A--作用面的面积，m2；
P--流体的静压力，Pa（帕）。
在工业上压力是用压力计来测定的。从压力计上直接读出的数值，只是被测定的真实压力（称为绝对压力）与当时当地的外界大气压力的差值。
当被测流体的绝对压力大于外界大气压力时，压力计所测得的压力值称为表压（正压），此时
绝对压力=大气压力十表压 (4-2)
当被测流体的绝对压力小于外界大气压力时，压力计所测得的压力值称为真空度（负压），在焦炉调火中，常把负压称为吸力。此时
绝对压力=大气压力一真空度 (4-3)
大气压力就是地球周围空气层所形成的压力，它随地区的海拔高度不同而不同，也因季节、晴雨等气候变化而稍有变化，通常以纬度为45°处海平面的平均压力作为标准，一个标准大气压等于101325Pa。
在海拔高度小于11km范围内，大气压力可由下式求得：
P= 101325 (1-0.02257H)5.256Pa (4-4)
式中 P--大气压力，Pa;
H--海拔高度，km。．
例4-1 用斜型微压计测得某焦炉集气管压力为100Pa，该地区当时大气压力为81197Pa，求绝对压力。
解绝对压力=大气压力十表压
=81197＋100
=81297Pa
=81.297kPa
例4-2 用微压计测得某焦炉分烟道吸力为200Pa，该地区当时大气压力为100263Pa，求绝对压力。
解绝对压力=大气压力一吸力
=100263 - 200
=100063Pa
=100.063kPa
2、温度
温度是表征物体冷热程度的物理量。一般采用百分温标（即摄氏温标）的度数(℃)来量度，这种温标是在标准大气压下以水的冰点为0，以水的沸点作为100来表示。
国际单位制(SI)的温标以开尔文为单位，符号为K,1K等于水三相点热力学温度的1/273.16。热力学温度一般称为绝对温度，它与摄氏温度的关系为：
TK=t℃＋273.15 (4-5)
3、密度
单位体积流体的质量称为密度，即
ρ=m/v (4-6)
式中 m——流体的质量，kg;
V-流体的体积，m3
ρ-流体的密度，kg/m3。
对于理想气体，在标准状态下(101325Pa，0℃)，每千摩尔气体的体积为22.4m3，所以，其密度为
ρ0=M/22.4 ( 4—7)
式中 M——理想气体分子量，kg/kmol。
焦炉水力计算中，所涉及的气体的温度不太低，压力也不太高，水蒸汽含量很少，可以作为理想气体进行计算。在计算混合气体平均密度时，可将式(4-7)中的M由气体平均分子Mm代替，Mm可由下式求得：
Mm = MAYA＋MBYB＋---＋MnYn (4-8)
式中MA,MB„Mn——气体混合物中各组分的分子量，kg/kmol
YA,YB---Yn----气体混合物中各组分摩尔分率。
考虑到焦炉炉内气体压力多在一个大气压左右，即P≈ρ0，这样，在工作状态下，气体密度Pt与ρ0的关系为：
(4-9)
气体中水蒸汽的含量随其温度的变化而变化，湿气体在工作状态下的密度可按下式计算
(4-10)
式中f—1m3干气体在t℃时，被水蒸汽饱和后所含水蒸汽质量，kg/m3.,
0. 804一一水蒸汽密度，kg/m3；
P湿——工作状态下湿气体密度；．
ρ0，To，T——同前。
例4-3 焦炉煤气体积组成为(%)：H259.5，CH425.5；CO6.0，CmHn2.2，CO22.4；N24.0；O20.4；求其平均密度及饱和温度为20℃的湿煤气工作状态密度。
解：CmHn按80%C2H4和20%C6H6计算
4、粘度
流体流动时产生内摩擦力的这种特性，称为粘性，衡量流体粘性大小的物理量称为粘度，以符号μ表示，单位为Ns／m2。气体的粘度与温度的关系为：
(4-11)
式中C--实验常数
气体的粘度只有在极高或极低的压力下才有变化，一般情况下可不予考虑．对于低压下混合气体的粘度，则可采用下式：
(4-12)
式中 Yi——混合气体中某一组分摩尔分率；
μi——混合气体中某一组分的粘度；
Mi-----混合气体中某一组分的分子量。
5、流量
单位时间内流经通道任一截面的流体量，称为流量。一般有两种表示方法。
1)体积流量：单位时间内流经通道任一截面的流体体积，称为体积流量。符号为V．单位为m3/S，m3／h。由于气体体积随温度和压力的改变而变化，当气体流量以体积流量表示时，须注明温度和压力。
2)质量流量：单位时间内流经通道任一截面的流体质量，称为质量流量。符号为G;单位为kg/s，kg/h。
质量流量与体积流量的关系为：
G=ρV
(4-13)
6、流速
单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速。符号为w，单位为m/s。
流体流经管道截面上各点的流速是不同的。管道中心流速最大，越靠近管壁流速越小，至管壁处流速降至零。流体流经管道截面上某点的流速，称为点流速。在工程计算中，通常所称流速都是指流体流经整个管道截面上的平均流速。其表达式为：
w = V/F (4-14)
式中F——与流动方向相垂直的管道截面积，m2
V——流量．m3/s．
例4-4 要求某焦炉地下室煤气主管输送焦炉煤气的流量V0=6000m3/h．试选择煤气主管管径。
解：按规定主管内煤气流速不大于12m/s．现选w0=10m/s，则
查管道规格，确定选用Φ478×6钢管，煤气实际流速为
工作状态下气体流速Wt与标准状态下气体流速W。之间换算式为
(4-15)
二、气体状态方程式
气体有两个主要特性，其一．没有一定的外形，无论用什么形状的容器来装气体，气体分子都会充满整个容器；其二，是气体的压缩性与热胀冷缩现象。
气体的压力．容积和温度这三个状态参量间存在着一定的关系，
(4-16)(
或 PV=nRT (4-17)
式中 R——摩尔气体常量，即在一定的温度和压力下，同体积的任何气体的摩尔数相同，R=8.314kj/(kmol·k)
n—„摩尔数．n=m/M（m是质量，M分子量）
式(4 - 16)或(4- 17)称为气体状态方程，把该方程用于实际气体时．计算结果和实验数值会有或大或小的偏差，但是焦炉生产中，所涉及的主要气体，如焦炉煤气，高炉煤气、空气及废气等其压力不太高，温度不太低，它们的压力、容积和温度之间的相互关第都满足理想气体状态方程。
在焦炉调火中，经常需要将处于工作状态的气体换算成标准状态，或者相反．
例4-5 加热煤气温度为40℃，管道内煤气压力为1000Pa．测得煤气实际流量为9000m3/h，换算成标准状态下流量应是多少？
解由式(4 - 14)得
三、柏努力方程式
1、柏努力方程式
根据能量守恒定律，对单位质量流体流动的机械能进行衡算，可得下式t
(4-18)
假定流体流动时，没有能量损失，即∑hf=0，并且又没有系统加入外功，We=0．式4-18可简化为
(4-19)
式中gz——位能，J/kg，
g——重力加速度，m/s2；
w2/2——动能，J/kg;
P/ρ——静压能，J/kg;
We——向系统加入外功．J/kg;
∑hf——能量损失，J/kg；
下标1,2为分别始末两截面处的数值。
柏努力方程式常用下述两种形式描述：
第一种，将4-18式各项除以重力加速度(g)，并令He=We/g，Hf=∑hf/g，则以压头形式表示的柏努力方程式为：
(4-20)
式中z——位压头，m液柱；
w2/2g——动压头，m液柱‘
P/ρg——静压头，m液柱；
He ——输送设备对流体所提供的有效压头，m液柱：
Hf——压头损失，m液柱。
第二种，将4-18式中各项乘以流体密度p，即得以压力形式表示的柏努力方程式：
(4-21)
式中：zρg——位压力，Pa;
w2ρ/2——动压力，
Pa;
P——静压力，Pa;
ρ∑Hf = △P——压力降，Pa;
ρWe——外力使系统增加的压力, Pa。
2、流体流动的类型
流体的流动有两种显然不同的流动类型：滞流（层流）和湍流（紊流）。流体作滞流流动时，其质点始终沿着与管轴平行的方向作有规则运动，质点之间互不混合；流体作湍流流动时，流体质点除了沿管道方向向前流动外，各质点的运动速度在大小和方向上随时发生变化，于是质点间彼此碰撞并互相混合。由于质点碰撞而产生的附加阻力较由粘性所产生的阻力大得多，所以碰撞将使流体前进阻力急剧加大。
研究证明：流体的流速w;流体流经管道的直径d；流体的密度ρ及粘度μ组成的复合数群dwρ/μ是判别流体流动类型的一个准则，这个数群称为雷诺准数，以符号Re表示。
实验结果表明，当
Re≤2000时，为滞流；
Re≥4000时，为湍流；；
2000
3、阻力与阻力系数
流体流动时，由于流体具有粘性，因此，在流体与管壁之间、流体与流体之间产生摩擦力，阻碍流体的流动，这就是流体阻力。
流体阻力可分成直管阻力与局部阻力两类。直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于摩擦而产生的阻力；局部阻力是流体在流动中，由于管道的某些局部障碍，例如改变流动方向、断面变化、在各种管件里流动等产生的阻力。柏努力方程中的∑hf项是指所研究系统的总阻力损失，包括直管阻力和局部阻力。
(1)直管阻力
计算直管阻力的一般公式：
(4-22)
式中：K直=λL/d导，直管阻力系数
L——直管长度，m
d——管道的直径（对非圆形管道，即为当量直径de)，m
(a)层流时的λ
λ=64/Re（圆形管道） (4-23)
上式适于圆形管道。对于非圆形管道，在计算阻力时采用当量直径，即
非圆形管道时，按下式计算： (4-24)
λ=B/Re (4-25)
对于正方形通道：B=57
对于长方形通道：长：宽=2：l时，B=62
长：宽=4：l时，B=73．
（b）湍流时的λ
流体转入湍流区后，初期
λ=A/Ren（ (4-26)
对于光滑金属管道：A=0.32，n=0.25;
对于表面粗糙金属管道：A=0.129，n=0.2；
对于砌砖通道：A=0.175，n=0.12．
当湍流程度进一步加剧，Re数达到某一数值后，此时λ与Re无关，阻力与流速的平方成正比，称阻力平方区。工业上为简化计算，对于粗糙管道，如砌砖烟道取λ=0.05—0.06；长期使用并有涂层的金属管道取λ=0.045。
(c)在流量变化通道，如分烟道、煤气分配管道、小烟道和横砖煤气道等。通道中各截面的流量是变化的，阻力系数为
K=1/3·λ·L/d (4-27)
计算阻力时，流速取汇合或分配前通道中的最大流速．
（2）局部阻力
流体湍流流动时，局部阻力系数有两种算法：
（a)当量长度法
此法是将流体流过局部部位所产生的局部阻力，折合成相当于同直径的管道时所产生的阻力，此时总阻力
(4-28)
Le值由实验确定。
（b)阻力系数法
△P局=K·ρw2/2 (4-30)
式中：K——局部阻力系敦，一般由实验求得。
几种经常遇到的局部阻力系致，见附录
四、柏努力方程式在焦炉上的应用
1、焦炉内气体流动的特点
在没有向系统加入外功即We=0的情况下，式(4-19)变为：
(4- 30)
焦炉内煤气、空气和废气的流动规律，基本上符合式(4-30)．在应用时要考虑下述特点：
(1)流经焦炉加热系统各区段的不是同一种气体，气体的湿度也有较大变化，因此要分区段运用柏努力方程式（如分为蓄热室、斜道和立火道等区段）。
(2)炉内加热系统压力变化较小，各区段温度变化均匀，故流动过程中气体密度ρ的变
化应是均匀的，因此可用平均温度下的气体密度ρ1-2代替ρ，即：ρ1-2=ρ0T0/T1-2=2ρ1ρ2/(ρ1＋ρ2)称为调和平均密度，其中T1-2=1/2(T1＋T2)，ρ1，ρ2——分别为截面1，2处的气体密度，为便于焦炉上应用，式（4-30）可写为：
（4-31）
为简化计算，通常用ρ1-2=1/2(ρ1＋ρ2)代替调和平均密度
(3)焦炉加热系统不仅是气体流动通道，而且起气流分配作用。此外，集气管、加热煤气管道和烟道等均有分配或汇合气流的作用。在这些通道中气流压力和动量的变化很大，因此要考虑变量气流的流动特点．
(4)式(4-31)中，zρ1-2g，w12ρ1-2/2，P1分别为位压力、动压力和静压力，三者之和即为总压，所以，由式(4-31)可得：
总压差=阻力
按这一原理，焦炉调节时为改变流量，可以采用两种手段：即通过改变煤气、废气的静压力来改变系统的总压差，或通过改变调节装置的开度（局部阻力系数）来改变系统阻力。
2、焦炉实用气流方程式及其应用
(l)浮力
焦炉内的热气体与炉外空气存在着密度差，因而产生使热气体向上流动的力，这个力称为浮力。
浮力产生原理（见图4-1）：假如在密闭通道内，有一股被密度为ρk的冷空气包围的、静止的、密度为ρi的热气柱，因热气柱上、下的位能不同使热气柱底部的绝对压力比顶部的绝对压力大，即
Pl- P2 =h1-2ρig (4-32)
对于热气柱外的冷空气有：
P'l-P'2 =h1-2ρig (4-33)
式(4-33)减去(4-32)得：
(P2 -P'2)- (P1 - P'1) =h1-2g (ρk-ρi) (4-34)
式(P2 -P'2)和(P1 - P'1)分别为热气柱顶部和底部的相对压力，并以a2和a1表示。
如将热气柱顶与冷空气接通时，则两者压力相等即P2=P'2，(4—34)式变为
-a1 =h1-2g (ρk-ρi) (4-35)
由于ρk>ρi．热气柱底部将具有h1-2g (ρk-ρi)的负压．若将热气体底部与大气接通，冷空气就会吸入通道内，同时热气柱上升．热气柱上升的力叫浮力，数值为h1-2g (ρk-ρi)
图4-1浮力产生示意图
（2)上升与下降气流公式
焦炉内对于气体流量不变的通道，动压力的变化可忽略不计。
上升气流时：a2＝a1＋h1-2g (ρk-ρ1-2)－∑1-2△P (4-36)
下降气流时；a2＝a1－h1-2g (ρk-ρ1-2)－∑1-2△P (4-37)
由式(4-36)和式(4-37)可以看到，
a)在上升气流时，当阻力大于浮点处压力；当阻力小于浮力时，末点处压力小于始点处压力，当阻力小于浮力时，末端处压力大于始点处压力。如上升气流蓄热室格子砖堵塞，阻力增加，当其阻力大于浮力时，出现蓄热室顶的吸力大于蓄热室底的吸力。
b)在下降气流时，末端压力始终小于始点处的压力，或末端处的吸力总是大于始点处的吸力，这两点的压力差就是该段的浮力与阻力和。
由于热浮力的方向总是向上的．因而，对于上升气流热浮力是推动力，对于下降气流热浮力是阻力。在水平方向流动时，a2＝a1－∑1-2△P。
例4-6 下降气流蓄热室顶郝和底部的压力差为41Pa，若浮力为25Pa，问蓄热室阻力是多少。
解：将已知数据代入(4-37)得：
41－25－∑1-2△P＝0
∑1-2△P ＝16Pa
(3)循序上升与下降气流公式
当气体在既有上升气流又有下降气流的通道内流动时，从始点到终点的全部阻力总是使终点压力减小；上升时浮力使终点压力增加，下降时浮力使终点压力减小，其公式为
a2＝a1＋∑h上g (ρk-ρｉ)－∑h下g (ρk-ρｉ)－∑△P (4-38)
式中∑h上g (ρk-ρｉ)——气流两个断面之间各上升气流段浮力总和。
∑h下g (ρk-ρｉ)——气流两个断面之间，各下降气流段浮力总和。
上升气流蓄热室顶至下降气流蓄热室顶的气体流动，因上升与下降高度相等，且气体密度变化较小，所以上升与下降的浮力差可以不计，由（4-38）得：a2－a1＝∑△P。这就是说，上升与下降蓄热室顶的压力差等于气流所经路程中所产生的阻力．严格来说此式是近似的，因为其浮力差实际上不等于零，但在实际应用中已足够准确。
(4)焦炉实用气流方程式的应用
上述各气流公式广泛地用于确定和分析焦炉通道内相对压力，
阻力和浮力三者之间的关
系．解决集气管压力、蓄热室吸力、格子砖阻力、进风门开度，分烟道吸力、煤气孔板和烟囱吸力等一系列实际问题，
如，一定高度H的烟囱能够产生的根部吸力，可按根部至烟囱顶口的上升气流公式确定，即
a顶＝a根＋hg (ρk-ρ1-2)－∑烟△P
a顶、a根——烟囱顶口和根部能产生的相对压力，Pa
hg (ρk-ρ1-2)——烟囱浮力，Pa
∑烟△P——烟囱阻力，Pa
因a顶＝0，故烟囱根部能够产生的吸力为：
－a根＝hg (ρk-ρ1-2)－∑烟△P
例4-7冬夏两季大气压发生变化，试分析这种变化对焦炉集气管压力、蓄热室顶部吸力的影响。
(１)讨论集气管压力．接式(4- 36)．列出炭化室底到集气管间的上升气流方程式： 冬季：a'2＝a'1＋hg (ρ'k-ρ'1-2)－∑1-2△P'
夏季：a2＝a1＋hg (ρk-ρ1-2)－∑1-2△P
其中：∑1-2△P'＝∑1-2△P，ρ'1-2＝ρ1-2，且要求炭化室底部压力相等，a'1＝a1，将上述两式相减得：
a'2－a2＝hg (ρ'k-ρｋ)
因ρ'k>ρｋ
所以a'2－a2>0
即：冬季集气管压力应保持比夏季高一些，差值为hg (ρ'k-ρｋ)
ii）讨论上升气流蓄顶吸力，列出蓄顶到看火孔间的气流方程式如下：
冬季：a'2＝a'1＋hg (ρ'k-ρ'1-2)－∑1-2△P'
夏季：a2＝a1＋hg (ρk-ρ1-2)－∑1-2△P
其中：∑1-2△P'＝∑1-2△P，ρ'1-2＝ρ1-2，且要求炭化室底部压力相等，a'2＝a2，将上述两式相减得：
a1－a'1＝hg (ρ'k-ρｋ)
因ρ'k>ρｋ
所以a1－a'1>0
即上升蓄顶压力夏季比冬季高，也就是说，夏季的蓄顶吸力低于冬季的蓄顶吸力。 iii）讨论下降气流蓄顶吸力，按(4-37)列出从看火孔到蓄顶的下降气流公式
冬季：a'2＝a'1－hg (ρ'k-ρ'1-2)－∑1-2△P'
夏季：a2＝a1－hg (ρk-ρ1-2)－∑1-2△P
其中：∑1-2△P'＝∑1-2△P，ρ'1-2＝ρ1-2，且要求看火孔压力相等，a'１＝a１，将上述两式相减得：
a２－a'２＝hg (ρ'k-ρｋ)
因ρ'k>ρｋ
所以a２－a'２>0
即下降蓄顶压力，夏天比冬天高。
3、阻力、压力差与气体流量的关系
用阻力公式计算焦炉加热系统阻力值，比较繁琐，且因阻力系数取值的误差和其它因素影响，计算结果常与实测值有偏差。所以，焦炉加热调节中，常用阻力、压力差与流量的对
比关系，由原测量值换算为调节后的需要值，并据此进行加热调节。
(1)阻力、气体流量的关系
焦炉生产条件改变前后加热系统某段的阻力分别为
两式相除得：
（4-40）
对于某一区段有：
C值在煤气、空气和废气区段分别为：
[1**********]0C煤=；C空=αL理；C废=V f
式中△P'，△P——同一通道区段，条件改变前后的阻力，Pa；
K'，K——阻力系数；
V'，V——气体流量，m3/h；
ρ'０，ρ０——气体密度，kg/m3；
T'，T——绝对温度，K；
q'，q——炼焦耗热量，kj/kg
B'，B——炭化室装煤量，t；
C'，C——每提供1000kJ热量所需气体流量：m3／1000kJ；
Q——加热煤气（干）低位发热量，kj/m3；
α——空气系数；
L理——1m3煤气燃烧所需理论空气量，m3/m3；
Vf——1m3煤气燃烧所生成的废气量，m3／m3。
(2)压力差与流量的关系
对整个加热系统由式（4-38）知：
∑△P＝ａ始－ａ终＋∑h上g (ρk-ρｉ)－∑h下g (ρk-ρｉ)
若所选定的区段间上升与下降气流浮力差为零，即∑h上g (ρk-ρｉ)－∑h下g (ρk-ρｉ)＝0，
则∑△P＝ａ始－ａ终 (4- 41)
此式适用于异向气流蓄顶之间，也适用于机、焦侧高炉煤气管道至废气盘的通道。此式用于进风口至分烟道整个加热系统时，只能得到近似结果，因为下降段总浮力大于上升段总浮力，且各蓄热室的堵漏情况和阻力系统等差异较大。
结合式(4- 40)和(4-41)，对同一通道，在两种生产条件下，当符合式(4-41)的规定，并设k＝k'，T＝T'，则可得出
(4-42)
该式表明在一定条件下，阻力或压力差是流量的指标。
例4-8 某80型焦炉用高炉煤气加热时，煤气斜道阻力为24.0Pa，若改用焦炉煤气，该斜道阻力为多大？
解由于同一斜道几何尺寸完全相同，故K＝K'，则
因为τ=τ'，T＝T'，B＝B'，耗热量分别为q'＝3050kJ／kg，q＝2275kJ/kg。高炉煤气发热量为3900kJ/m3，则C'＝1000/3900m3，如焦炉煤气发热量为17900kJ/m3，则
式中：L实——燃烧1m3焦炉煤气所需实际空气量，当α=1.25时，L实=5.55m3
2——燃烧焦炉煤气所需空气量由两个斜道供给，故通过一个斜道的空气量为二分之一。 在0℃下，湿空气ρ0=1.25kg/m3，高炉煤气ρ'0=1.275kg/m3，将上述各值代入并计算得： ∑△P空＝7.16Pa
五、动量原理在焦炉上的应用
1、焦炉废气循环
(1)废气循环的意义和原理
煤气和空气在上升立火道内燃烧产生废气，经跨越孔流入下降立火道，这时有部分废气经循环孔被抽吸入上升立火道中，这种燃烧法称废气循环。采用废气循环，可以稀释煤气和降低氧的浓度，并从而减慢燃烧速度，提高气流速度，拉长火焰。废气循环有利于焦饼上下加热均匀，从而收到改善焦炭质量，缩短结焦时间，增加产量并降低炼焦耗热量的效果。
形成废气循环的推动力：①在循环孔两侧上升气流与下降气流之间产生的剩余喷射力，②因上升气流温度比下降气流温度高，在上升火道与下降火道间产生的热浮力差。
(2)废气循环基本方程式
动量原理指出：“稳定流动时，作用于流体某一区域上的外力在某一坐标轴方向上的总和，等于在此区域两端单位时间内流过的流体在该方向上的动量变化”。根据这一原理及循序上升和下降气流方程式可得到双联火道废气循环的基本方程式：
(4-43)
式中V0煤、V0空、V0废——煤气，空气，废气流量，m3/S；
ρ0——气体密度；
F火、F煤斜(烧嘴)、F空斜——火道，高炉煤气斜道（烧焦炉煤气时为烧嘴），
空气斜道截面积，
m2；
T煤斜、T空废、F上斜——斜道（或烧嘴）出口处煤气、空气和上升气流火道废气绝对温度，K
H——火道高度
ρ下废，ρ上废——下降和上升气流火道中废气密度，kg／m3
x=V环/V废——废气循环量占燃烧产生废气量的百分率，%。
式(4- 43)左边1～4项分别为煤气喷射力（△h煤）、空气喷射力（△h空）、火道中废气的剩余喷射力（△h废）、和上升与降下火道的浮力差(△h浮)、右边(PH－PB)为循环孔阻力、∑1－H△P为跨越孔和火道的阻力、合并为总阻力∑总△P0则式4-43可写成：
△h煤＋△h空一△h废＋△h浮＝∑总△P0 (4-44)
上式推导中没有考虑循环废气与火道中废气的汇合阻力．也没有考虑喷射力的利用率，故计算的废气循环量大于实际。试验表明．喷射力利用系数取0.75时，所得结果与实际比较一致，即式(4-44)改成
0.75（△h煤＋△h空一△h废）＋△h浮＝∑总△P0(4-45)
实际上废气循环量还取决于烧嘴、斜道和循环孔的位置、但在理论公式中难以计入。
（3）废气循环和防止短路的讨论
（a）废气循环推动力
在一般情况下，浮力差大于有效喷射力。但当减小烧嘴直径和斜道口断面时喷射力将增加；当气体预热温度降低，或交接时间缩短时，浮力差将减少。用高炉煤气贫化焦炉煤气，不仅降低可燃物浓度，使燃烧速度减慢，还增加煤气喷射力，使废气循环量增加，从而拉长火焰。
（b）废气循环的阻力
跨越孔阻力起主要作用（火道摩擦阻力甚微）在一定推动力下，阻力增加时，废气循环量将减少。
（c)废气循环量的自动调节作用
流量变化时，喷射力和阻力均改变，浮力差则可视为不受流量影响。因此用高炉煤气加热时，团煤气、废气流量增加，喷射力和阻力均增加，浮力差的作用相对减少，故废气循环量减少．正好适应了高炉煤气火焰较长的特点。反之，用焦炉煤气加热时，浮力差的作用大于喷射力，导致废气循环量自动增加，使火焰拉长，有助于改善高向加热的均匀性。
当流量一定、高向加热均匀性变差时，上升和下降火道的温度差增加，浮力差加大，使废气循环量自动增加，从而改善高向加热均匀性。
（d)短路
所谓短路就是上升气流煤气和空气不经过立火道燃烧而由循环孔被直接抽入下降气流斜道中燃烧。这将损坏炉体，应予防止。短路的主要原因是喷射力与浮力之和小于火道的阻力．通常在以下情况下容易发生短路：①换向时；②结焦时间过长或保温期间；③火道中有杂物使阻力增大；④装煤初期如有大量荒煤气经炉墙漏入火道；⑤看火孔为负压且未被盖严．
2、变量气流方程式及其应用
焦炉内的变量气流百分配通道内的变量气流和集合通道中的变量气流两种。加热煤气主管、横管、炉内横砖煤气道、小烟道、分烟道、水平烟道和集气管等通道中气体的流动均属变量气流。它与恒量气流的流动规律的主要区别是存在气体流量变化所引起的动量变化。
(1)变量气流基本方程式
对于分配通道（图4-2）变量气流，其公式为：
（4-46）
式中Px——水平通道长向某处气流静压力，Pa；
PH——水平通道入口处气体静压力，Pa
VH——水平通道入口处气体总流量，m3/s
F——通道截面积，m2
P——气体密度．kg/m3
L——通道长度，ml
D——通道水力直径，m．
λ——摩擦系数．
x——通道入口处至x点的相对距离,m．
对于集合通道变量气流，其公式为：
（4-47）
式中：P'x——水平通道长向某处气流静压力，Pa；
PK——水平通道出口处气体静压力，Pa
VK——水平通道出口处气体总流量，m3/s
式（4-46）和（4-47）在推导中以单身气流为出发点并作了下述假设：
①气流系单向流动，实际上属三维流动。
②仅考虑摩擦阻力，实际上由于气流平行性的破坏，还存在复杂的局部阻力。
③温度取为定值，实际上，变量气流通道中，有时气体温度也随x变化。
图4-2均匀变量气流示意图
(2)小烟道内的静压分布和蓄热室长向气流的均匀分布
小烟道内，一般2 1− 1−x 2 ＞λL
3D 1− 1−x 3 ，所以，从式(4- 46)和式(4-47)可知，
沿小烟道全长的静压力，无论是分配通道的上升气流还是集合通道的下降气流，都是小烟道外侧静压力小，内侧静压力大，即Px>PH、P'x>PK。而篦子砖孔上部气流的静压力P（或P'）则是相同的。因此，篦子砖上、下的静压差沿蓄热室长向分布如图4-3所示，即
上升气流时，△P2>△P1，内侧流量大
下降气流时，△P'2
图4-3篦子砖上下静压差沿蓄热室长向分布
因外侧散热量大，蓄热室内部温度高于外侧，因此内侧浮力较大，更促使上升气流时内侧流量加大，下降气流时外侧流量加大。这种压力分布，还导致了蓄热室内气流的对角线流动。上升气流时，气流从内侧下部向外侧上部流动；下降气流时，气流从内侧上部向外侧下部流动。结果造成了蓄热室内气流的不均匀分布，使蓄热室内格子砖的传热面积不能充分利用。为了改善气流分布，对不同采取如下措施：①采用扩散型箅子砖孔。在外侧配置内径下大上小的收缩型箅子砖，内侧配置内径下小上大的扩大型箅子砖。这种排列方式，由于阻力系数不同，既能适应上升气流，也可满足下降气流的压力分布，从而使气体流量分布均匀。②增加小烟道断面，降低小烟道内气流速度，使小烟道内外静压差减小．③采用分格蓄热室，煤气和空气全下喷。④采用单向小烟道，或将小烟道分成水平格。⑤采用截面变化的小烟道，减少其内外静压差。
第二节煤气性质与燃烧
焦炉加热所使用的煤气，通常有焦炉煤气和高炉煤气，此外还有发生炉煤气。
一、煤气性质
1、煤气组成
煤气组成见表4-1，热工计算用煤气成分见表4-2。
几种煤气组成及低发热值表4-1
热工计算用煤气成份表4-2
2、煤气发热值
它是指单位体积的煤气完全燃烧所放出的热量(kj/m3)。发热值有高、低之分。燃烧产物中水蒸汽冷凝呈0度液态水时的发热值称高发热值；燃烧中水蒸汽呈汽态时的发热值称低发热值。在热工设备中，因燃烧后废气温度较高，水蒸汽不可能冷凝，所以有实际意义的是低发热值。各种燃料的发热值可用仪器直接没得，煤气的发热值可由组成按加和性计算，即， QDW－108.4H2＋358.4CH4＋127.3CO＋711.8CmHn (4—
50)
3、煤气密度
单位体积煤气的质量，称为煤气密度（kg/m3)，也可按加和法计算，即
标准状态下
ρ0＝(44CO2＋28CO＋16CH4＋32O2＋32.6CmHn＋28N2＋2H2)/(22.4×1oo),kg/m3(4-51) 按表4-2组成，可计算出焦炉煤气、高炉煤气（大型），高炉煤气（中型）的密度分别为：0. 451kg/m3，1.33lkg/m3，1.297kg/m3．
4、煤气的加热特性
(1)焦炉煤气
焦炉煤气可燃成份浓度大，发热值高，理论燃烧温度达1800～2000℃，着火温度是600～650℃，由于H2占50%以上，故燃烧速度快、火焰短，煤气和废气的密度低，分别约为0.454kg/m3和1.21kg/m3（α=1.25），因CH4占1/4以上，而且含有CmHn，故火焰光亮，辐射能力强。此外，用焦炉煤气加热时，加热系统阻力小，炼焦耗热尾低，增减煤气流量时，对焦炉燃烧室温度变化比较灵敏。焦炉煤气在回收车间净化不好时，煤气中萘、焦油较多，容易堵塞管道和管件，煤气中氨、氰化物、硫化物对管道和设备腐蚀严重．
（2）高炉煤气
高炉煤气不可燃成分约占70%，发热值低，理论燃烧温度低．为1400～1500℃，着火温度大于700℃。煤气中可燃成分主要是CO．且不到30%。故燃烧速度慢、火焰长，高向加热均匀．可适当降低燃烧室温度。用高炉煤气加热时，由于废气和煤气密度较高，约分别为1.4kg/m3（α=1.25）和1. 3kg/m3，废气量也多，故耗热量高，加热系统阻力大，约为焦炉煤气加热时的二倍以上。使用高炉煤气时，必须经蓄热室预热至1000℃以上，才能满足燃烧室温度的要求，故要求炉体严密，以防煤气在燃烧室以下部位燃烧。由于高炉煤气中含CO多，毒性大，故要求管道和没备严密，并使交换开闭器、小烟道和蓄热室部位在上升气流时也要保持负压。
二、煤气燃烧
煤气的燃烧是指煤气中的可燃成份和空气中的氧在足够的温度下所发生的剧烈氧化反应。燃烧需要有三个条件，即：可燃成分、氧、一定的温度，缺少一个条件也不会引起燃烧。
1、燃烧反应
煤气中各可燃成份的燃烧反应如下：
H2＋1/2O2→H2O
CO＋1/2O2→CO2
CH4＋2O2→2H2O＋CO2
C2H4＋3O2→2CO2＋2H2O
C2H6＋7.5O2→6CO2＋3H2O
完全燃烧时，可见到火苗明亮，没有烟。如果火苗暗红并带有黑烟就是燃烧不完全。在
焦炉加热中，应当使煤气完全燃烧，这样才能有效地煤气的热能，提高热，降低耗热量。
2、燃烧方式
根据煤气和空气的混合情况，煤气燃烧有两种方式．即动力燃烧和扩散燃烧。动力燃烧是煤气和空气在进入燃烧室前先均匀混合，然后再着火燃烧的方法，其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．也叫无焰燃烧。扩散燃烧是煤气和空气分别送入燃烧室后．依靠对流扩散和分子扩散作用，边混合、边燃烧的方法，其燃烧速度取决于可燃物分子和空气分子相互接触的物理过程。这种方法也叫有焰燃烧，焦炉立火道内煤气的燃烧属于扩散燃烧。
3、燃烧极限
空气可燃混合物在常压下的燃烧极限表4-3
可燃气体与空气或氧所组成的混合物，只有可燃气体在一定浓度范围内和在着火温度下才能进行稳定的燃烧，这种极限浓度称为燃烧极限。当低于下限或高于上限浓度时均不能着火燃烧。可燃气体的燃烧极限随混合物的温度和压力增加而加宽，同时可燃气体与氧的混合物比与空气的混合物燃烧极限要宽得多。表4-3列举了某些可燃气体在常压下的燃烧极限。
4、煤气爆炸
爆炸就其本质而言，与燃烧基本一致，不同点在于：燃烧是稳定的连锁反应，在必要的浓度，主要依靠温度的提高，使反应加速，而爆炸是不稳定的连锁反应，在必要的浓度极限条件下，主要依靠压力的提高，使活性分子浓度急剧提高，而加速反应。可燃气体的爆炸极限介于燃烧极限之间．
焦炉煤气、氢气和苯蒸汽的操作下限很低，故管道、管件、设备不严时，漏入空气中．遇到火源，就容易着火爆炸，相反，高炉煤气、发生炉煤气、氢气和一氧化碳爆炸上限较高，当管道、设备不严并出现负压时，容易吸入空气形成爆炸性可燃混合物。此外，当管道内煤气低压或流量过低时，也易产生回火爆炸。对于这些，均应采取适当措施，预防事故发生。
三、燃烧计算
以煤气燃烧时的化学反应为基础，通过物料平衡和热量平衡计算燃烧所需空气量、生成的废气量及燃烧所能达到的温度，为了使燃烧完全，必需有一定的空气过剩量。
1、空气系数
为了保证燃料完全燃烧，实际供给的空气量必须多于理论所需空气量，两者之比叫空气系数α。
α=实际空气量（L实）
理论空气量（L理）(4-52)
α的选择对焦炉加热十分重要，α不足，煤气燃烧不完全，可燃成分随废气排出，α过大，废气量大，废气带走的热量也增多，故α不足和过大均会增加煤气耗量，同时α值还对高向加热均匀性也有影响，一般地，烧焦炉煤气时α=1.20～1.25，烧高炉煤气时α=1.15～
1.20。
α值通过废气分析，可按下式计算
α=1+KO2−0.5CO
CO2+CO (4-53)
K=VCO2/O2理 (4-54)
式中O2, CO, CO2——干废气中各成份体积含量，%；
VCO2——１m3煤气完全燃烧时，按理论计算所生成C02体积，m3/m3
O2理——燃烧1m3煤气理论上需要的氧气量，m3/m3；
K值是随煤气组成而改变的，一般焦炉煤气K＝0.43，高炉煤气K=2.5，如果煤气成份波动较大时，应按煤气成份重新计算K值。
2、空气需要量和废气生成量的计算——燃烧的物料平衡
(1)空气量的计算
1m3干煤气燃烧所需理论氧量O2理按下式计算
O2理=0.01(0. 5H2＋0.5CO＋2CH4＋3C2H4＋7.5C6H6－O2) (4-55)
式中H2. CO. CH4,——分别为煤气中该成分的体积百分含量。
理论空气量L理为：Ｌ理＝10021O2理(4-56)
实际干空气量L实(干)为：Ｌ实(干)＝αL理(4-57)
实际湿空气量L实(湿)为：Ｌ实(湿)＝Ｌ实(干) 1+(H2O)空 (4-58)
式中(H2O)空——以干空气为基难计算的含水汽量，m3/m3干空气；
(2)废气量和废气组成的计算
1m3干煤气完全燃烧时，废气中仅含C02、H2O、N2和过剩空气带入的O2，故废气中各成分的体积为：
VCO2.=0.01（CO2＋CO＋CH4＋2C2H4＋6C6H6） (4- 59)
VH2O=0.01[H2＋2CH4＋2C2H4＋3C6H6＋(H2O)煤＋L实(干) (H20)空] (4- 60)
VN2＝0.01N2＋0.79L实(干) (4- 61)
VO2＝0.21L实(干)－O2理 (4- 6２)
式中(H2O)煤——每米3煤气所含水汽量
故lm3煤气燃烧生成废气量为：
V=VCO2＋VH2O＋VN2＋VO2 (4-63)
废气中各组分的体积除以废气量，即得废气组成。
例4-9 焦炉煤气组成如下，若燃烧后生成废气的组成为CO29.0%，O24.6%，计算α值。 H2CO2O2 CO CmHn. CH4
58.0 2.2 0.4 5.8 2.9 25.O
解：从反应式中可求得(CmHn以80%C2H4和20%C6H6计算)
VCO2.＝CO2＋CO＋2C2H4＋6C6H6＋CH4
＝2.2+5.8+2×0.8×2.9+6×0.2×2.9+25.0
=41.12
O2理＝2CH4＋0.5H2＋0.5CO＋3C2H4＋7.5C6H6－O2
＝2×25+0.5×58+0.5×5.8+3×0.8×2.9+7.5×0.2×2.9-0.4
＝92.81
K=VCO2/O2理=41.12/92.81=0.443
α=1+KO2−0.5CO
CO2+CO×4.6/9.0＝1.23
3、燃烧温度——燃烧的热平衡
燃料燃烧时产生的热量用于加热燃烧产物（废气），使其达到的温度叫燃料的燃烧温度，该温度的高低取决于燃料的组成、空气系数、气体燃料和空气的预热程度及热量向周围介质传递的情况等多种因素。
(l)实际燃烧温度
煤气燃烧时产生的热量，除掉废气中CO2和H2O部分离解所吸收的热量和传给周围介质的热量后，存余部分用来使废气升高温度，此时的温度称实际燃烧温度．按lm3煤气燃烧时的热平衡可得下述计算式
t实=Q低+Q煤+Q空−Q效−Q损−QCO−Q分
VC废 (4—64)
式中Q低，Q煤——煤气低发热量及物理热（显热），kJ/m3；
Q空——空气的物理热，kJ/m3；．
Q效——传给炉墙的热量，kJ/m3；
Q损——通过炉墙散失于周围空气的热量，kJ/m3；
QCO——煤气不完全燃烧的热损失，kJ/m3；
Q分——废气中CO2，H2O部分离解时所消耗的热量，kJ/m3；
V——燃烧1m3煤气所产生前废气量．m3/m3．‘
C废——废气在t废时的比热，kJ/(m3·℃)．
实际燃烧温度为炉内实际废气温度．它不仅与燃料性质有关，还与燃烧条件，炉体结构，材质、煤料性质、结焦过程等因素有关，因此很难从理论上精确计算．
(2)理论燃烧温度
为比较燃料在燃烧温度方面的特征．假设：①煤气完全燃烧，即Qco=0。②废气不向周围介质传热．即Q效=Q损=0。这种条件下煤气燃烧使废气达到的温度叫理论燃烧温度t理。
t理=Q低+Q煤+Q空−Q分
VC废 (4—65)
理由式(4—65)可知，t
仅与燃料性质和燃烧条件有关，因此它是燃料燃烧的重要特征指
标之一，可用计算方法求得．
(3)热值燃烧温度
若式(4—65)中Q分也为零，即所有的热量全部用于提高废气量度，则此时废气所达到的温度称热值燃烧温度t热
t热=Q低+Q煤+Q空
VC废 (4—66)
t理，t热实际上是达不到的。一般t热比t理高200～300℃，t理比t实高250～400℃。从公式得知，在相当的Q煤、Q空条件下，Q低越小，V越大，燃烧温度就越低，因此，用高炉煤气加热时，若煤气不预热，就难以达到焦炉所需的燃烧温度。
第三节热效率与耗热量
一、焦炉传热
焦炉各部位的传热是传导、辐射、对流共存的综合传热过程，这些传热方式分别在不同部位和不同的时间起主导作用。由于焦炉炭化室定期装煤、出焦，加热火道的气流方向定期交换，炭化室内炉料状态和加热系统内的气流组成、以及各处温度均不断产生周期变化，因此焦炉内各处的传热均属不稳定传热。只是在作近似分析时，可按周期变化的平均值以稳定传热的基本原理作计算。
火道向炉墙的传热：焦炉立火道中火焰和热废气的热量通过对流和辐射向炉墙传递，废气温度高达1400～1600℃，焦炉煤气燃烧过程中因热解而产生的高温游离碳有强烈的辐射能力，故辐射传热量占90～95%以上；火道中气流速度较慢，故对流传热量仅占5～10%以下。
炉墙的传热；炭化室炉墙的传热属不稳定的热传导。由于炭化室周期装煤、出焦，在装煤后l～2小时，炭化室墙将大量热传给煤料，其温度由1050～1100℃急剧降至700℃左右，此时炉墙两侧温度差加大，热流提高。以后随炭化室墙面温度升高．热流逐渐降低。在近似计算中也可按稳定热传导求平均值。
炭化室煤料的传热：炭化室煤料在整个结焦时间内为不稳定的平壁热传导，煤料的温度和热物理参数随时间、空间变化而变化。
蓄热室的传热：蓄热室中的格子砖是热量的传递者。蓄热室内通废气时，格子砖被加热；交换后，格子砖将蓄存的热量传给空气或贫煤气。随着定期交换，格子砖反复进行等量的蓄热或放热。蓄热室各部位温度在上升气流（冷却期）和下降气流（加热期）期间，均随时间呈周期性变化，属于不稳定传热过程。
二、焦炉的热效率
焦炉的热效率是衡量焦炉能量利用技术水平和经济性的一项综合指标。
按照国家对设备热效率计算通则(GB2588- 8l)的规定，不同的热工炉窑用一种统一的热效率表示，焦炉的热效率为有效热量与供给的全部热量的百分比，即：
η= QYX×100% (4-67) GGQ
或η= 1−QSS
QGG ×100 (4-68)
式中η——热效率
QYX——有效热量．kj/t干煤；
QGG——供给的热量，kj/t干煤5
QSS——损失的热量，kj/t干煤。
有效热量是指达到工艺要求时，理论上必须消耗的能量。
供给的热量是指外界供给焦炉的热量，但不包括物料带入的显热。
损失的热量是指供给的热量中，未被利用的部分。所以焦炉的热效率η也可按下式进行计算：
η=Q′+Q′+Q′+Q′+Q′+Q′−(Q5+Q6)
Q−(Q5+Q6)×100% (4-69)
∑Q——供给焦炉的总热量，kJ/t干煤；
Q5，Q6——分别为干煤和入炉煤中水分带入的显热，kJ/t千焦．
Q′1～Q′6——分别为焦炭、焦油、粗苯、氨、净煤气和水汽带走的热量，kJ/t干煤； 为了便于比较各种工业窑炉利用热量的效率，必须按国家标准规定计算焦炉的热效率。
三、炼焦耗热量
焦炉的炼焦耗热量是指lkg入炉煤炼成焦炭需要供给焦炉的热量，单位是kj/kg煤。炼焦耗热量指标除了作为用来加热焦炉的煤气消耗量的计算依据以外，还是评定焦炉结构完善、热工操作和管理水平好坏以及决定炼焦消耗定额高低的一项主要指标。由于应用的方面不同，采用的计算基准各异，
所以炼焦耗热量的计算方法不同。
l、耗热量计算
(1)湿煤耗热量
它是指lkg湿煤炼成焦炭应供给焦炉的热量，用q湿表示：
q湿＝VOQDW/G，kj/kg湿煤 (4-- 70)
式中Vo——标准状态下的实际加热煤气量，m3/h;
QDW——干煤气的低位发热量，kj/m3；
G——装入焦炉的湿煤量，kg/h。
在计算中，上述各项所取数值的时间应是一致的，当焦炉操作条件一定时，湿煤耗热量随入炉煤水分的变化而改变。由于各焦炉装入煤水分不同，所以湿煤耗热量相互之间缺乏可比性，其数值的大小，也不能真实地反映出焦炉热工操作的水平。
(2)绝对干煤耗热量
它是指装入的lkg干煤炼成焦炭所消耗的热量，但不包括装入的湿煤中水分蒸发和加热所需的热量，用q干表示。
q干＝(q湿－Mar)/(100－Mar)，kj/kg干煤 (4-71)
式中Mar——装炉煤的全水分，%
51——lkg湿煤中1%水分所消耗的热量，kg/kj;
数值51的来源如下：
装入的湿煤水分在炼焦过程中，将变成水蒸气与荒煤气一起离开焦炉。故：
lkg水带走的热量＝2490+2×600= 3690kj/kg
式中 2490——水的蒸发潜热，kj/kg;
2——水汽在0～600℃温度内的平均比热，kj/ (kg·℃)；
600——水汽离开炭化室的平均温度，℃。
当焦炉热效率为72.5%时，在炼焦过程中，lkg水所消耗的热量应为：3690/0.725≈5l00kj/kg，则1%水分所消耗的热量为：5100/100≈5lkj/kg。
应当指出，数值51与实际是有差异的，它取决于炼焦过程中荒煤气离开炭化室的温度和焦炉的热效率，而这些数值对各种焦炉是不同的，即使对同一座焦炉，随着生产条件的改变也是变化的，所以它只是一个近似值。
(3)相当干煤耗热量
它是以lkg干煤为基准计算的炼焦实际消耗的热量，包括入炉煤水分的加热和蒸发所消耗的热量。
(4)7%水的湿煤耗热量
为统一计算基准，便于比较，将实际湿煤耗热量换算为水分含量相同(7%)的湿煤的耗热量。计算方法如下。
用焦炉煤气加热时，
q=q湿－29(W－7) (4-72)
用贫煤气加热时
q=q湿－33(W－7) (4-73)
式中q——7%水的湿煤耗热量，kj/kg
q湿——湿煤耗热量．kj/kg
29——焦炉煤气加热时每增减1%水分时耗热量的变化．kj/kg。
33——贫煤气加热时每增减1%水分时耗热量的变化．kj/kg;
W——实际煤水分的百分比；
7——标准煤水分的百分比。
2、耗热量的影响因素
用炼焦耗热量作为焦炉热工评价指标，虽没有热效率那样全面，而且随着炉体老化耗热量还发生变化，但耗热量是基本反映了焦炉的能耗情况，而且计算方法简单，所以各厂仍将它作为焦炉热工的考核指标。影响炼焦耗热量的因素很多，主要有以下几方面：
(l)焦饼中心最终温度和标准温度
根据焦炉的热平衡可知，焦炭带走的热量是很多的，一般占支出热量的30～40%。若以焦饼最终平均温度为1000℃计，则焦饼温度每增加50℃，焦炭带走的热量增加5%左右，则炼焦耗热量约增加6%。因此应当在保证焦炭质量和顺利推焦的前提下使焦饼中心最终温度维持在最低值。
要降低焦饼中心温度，就要降低标准温度，而降低标准温度的前提是炉温必须均匀稳定，否则降低温度后，会使部分焦炭成熟不好从而降低焦炭质量并容易造成推焦困难。
(2)炉顶空间温度
从炉顶排出的荒煤气带走的热量也是较多的。当结焦时间、装入煤料一定时，荒煤气出口温度每降低10℃，耗热量降低20kj/kg左右，因此降低炉顶空间温度对耗热量的降低也是有利的。
(3)空气系数
加热煤气与空气合适的比例，对降低耗热量有较大意义。空气系数过小，使燃烧不完全，部分可燃气体损失，对耗热量影响很大，当空气系数过大时，废气带走的热量增多，导致耗热量增加。
若废气中含有1%一氧化碳时，则相当于3～4%的焦炉煤气或6～7%的高炉煤气未经燃烧，耗热量增加5～6%。
空气系数每增加0.1，在使用高炉煤气加热时，耗热量将增加30～40kj/kg;在使用焦炉煤气加热时，耗热量将增加20～25kj/kg。
空气系数不仅影响着耗热量，同时对焦炉高向加热和产品质量均有直接关系，所以控制合适的空气系数并调节均匀，很重要。
(4)废气温度
在结焦条件一定的情况下，废气出口温度降低25℃，可使焦炉的热效率提高1%，耗热量降低25～35kj/kg.废气温度的高低与火道温度、蓄热室格子砖的蓄热面积、气体在蓄热室内的分布情况及交换周期等有关。，
蓄热室格子砖的蓄热面积增加可使废气温度下降。9孔薄壁格子砖比采用6孔格子砖使废气温度降低了50℃，耗热量降低约60kj/kg。但废气温度不能无限的降低，因为废气中的酸性气体（如SO2，SO3）在温度较低时可能生成酸而对小烟道、烟道、烟囱砌体以及有关设务产生腐蚀。另外，废气温度过低时还会影响烟囱吸力。所以一般要求小烟道温度不低于250℃。
气体在蓄热室中分布均匀，可以提高蓄热面的利用率，气体的分布和篦子砖孔排列有关，另外在生产中应保持格子砖清洁畅通，避免灰尘堵塞和高温烧熔。
交换周期越长，格子砖热效率越低，但交换时间若过短，则交换频繁对操作不利，并增加了交换时的煤气损失，因此交换周期一般采用20～30分钟。
(5)装入煤水分
与含标准水分7%的湿煤相比，配煤水分每变化1%，耗热量相应变化29～33kj/kg。当配入水分较高的煤泥或下大雨使配煤水分急剧上升时，耗热量会增加较多。
配煤水分的变化，不仅对耗热量影响很大，而且还影响焦炉加热制度的稳定和焦炉炉体的寿命。水分的波动也会引起煤料堆密度的变化而影响焦炉生产能力。同时，在水分波动频繁时，调火工作跟不上，易造成焦炭过火或不熟，还可能引起焦饼难推。故规定和稳定配煤水分是焦炉正常操作的主要条件之一。
(6)周转时间
一般大型焦炉的周转时间，当炭化室宽为450mm的在18～20h，炭化室宽为407mm的在16～18h时，耗热量是最低的。周转时间每改变1h，耗热量将增加1～1.5%。
(7)炉体、设备严密程度和炉体绝热
若炉体不严，从蓄热室封墙漏入空气，或蓄热室单主墙窜漏，炭化室墙串漏，煤气旋塞或砣不严，都会造成加热煤气的损失，增加耗热量，因此必须加强对炉体和煤气设备的维护。
另外，炉体表面绝热好坏，不但影响散热的大小，还将影响操作环境。
(8)加热煤气种类
用高炉煤气加热的耗热量要比用焦炉煤气加热时高10～20%。尽管烧高炉煤气时的小烟道温度比烧焦炉煤气时低，但烧高炉煤气时所产生的废气量大，废气从烟囱带走的热量也多，同时因炉体和设备不严密而造成的漏失量也多，每次交换时上升气流蓄热室中的贫煤气直接流入烟道中，这些都增加了炼焦耗热量。，
从炼焦耗热量上看，用焦炉煤气加热时的耗热量要比用贫煤气加热时少，但因焦炉煤气是优质的气体燃料，所以对复热式焦炉来说，如条件允许，应尽可能地烧贫煤气，这对能源的合理利用，环境保护以及社会、经济综合效益等都有好处。