一、焦爐的物料平衡及熱平衡
焦爐的物料平衡計算是設計焦化廠最基本的依據，也是確定各種設備操作負荷和經濟估算的基礎。而焦爐的熱平衡是在物料平衡和燃燒計算的基礎上進行的。通過熱平衡計算，可具體了解焦爐熱量的分配情況，從理論上求出煉焦耗熱量，并得出焦爐的熱效率和熱工效率，因此對于評定焦爐熱工操作和焦爐爐體設計的是否合理都有一定的實際意義。為了進行物料衡算，必須取得如下的原始數據：
(1)精確稱量裝入每個炭化室的原料煤量，取3～5晝夜的平均值，同時在煤塔取樣測定平均配煤水分。干煤和配煤水分為焦爐物料衡算的入方。
以下為焦爐物料平衡的出方：
(2)各級焦炭產量。標定前要放空焦臺和所有焦槽的焦炭，標定期間應準確計量冶金焦、塊焦和粉焦(要計入粉焦沉淀池內的粉焦量)的產量。并對各級焦炭每班取平均試樣以測定焦炭的水分，并考慮到水分蒸發的損失量，然后計算干焦產量。
(3)無水焦油、粗苯、氨的產量，通常按季度或年的平均值確定，不需標定。
(4)水汽量按季或年的多余氨水量的平均值確定。
(5)干煤氣產量由洗苯塔后(全負壓操作流程為鼓風機后)的流量表讀數確定，并進行溫度壓力校正。
在計算時，一般以1000kg干煤或濕煤為基準。以下列出某廠焦爐炭化室物料平衡的實際數據。如表8—9所示。
根據物料平衡和溫度制度，計算出各種物料帶入焦爐和帶出焦爐的顯熱和潛熱，然后作出焦爐的熱平衡計算。具體計算方法可參考有關資料。現列出根據表8-9的物料平衡所作的熱平衡計算，如表8-10的數據，并加以分析。
由熱平衡可知，供給焦爐的熱量有98%來自煤氣的燃燒熱，故在近似計算中可認為煤氣的燃燒熱為熱量的惟一來源，這樣可簡化計算過程。在熱量出方中，傳入炭化室的有效熱1～4項占70%，而其中焦炭帶走的熱量占%，換算到每噸赤熱焦炭帶走的熱量為：
kJ/t焦。此值相當可觀。采用干法熄焦此熱量可大部分回收。降低焦餅中心溫度和提高焦餅加熱均勻性可降低此熱量。
由水蒸汽帶走的熱量占16%，故降低配煤水分可以降低此熱量。
此外，采取降低爐頂空間溫度、上升管加水夾套回收余熱等方法可以減少或部分回收煤氣、化學產品和水汽帶走的熱量。
由廢氣帶走的熱量也很大，約占%，因此改善蓄熱室的操作條件，提高蓄熱效率，是降低熱量消耗的重要途徑之一。
一般散失于周圍空間的熱量，對于大焦爐約為10%，小焦爐由于表面積大，故散熱損失大于10%。
二、焦爐的熱效率和熱工效率
根據焦爐的熱平衡，可進行焦爐的熱工評定。由表8-10可見，只有傳入炭化室的熱量(出方1～4項)是有效的，稱為有效熱。為了評定焦爐的熱量利用程度，以有效熱(Q效)占供入總熱量(Q總)的百分比稱為焦爐的熱工效率(η熱工)即：
η熱工= ×100％ (8-15)
因Q效等于供入焦爐總熱量減去廢氣帶走的熱量Q廢和散失周圍空間的熱量Q散， 所以：
η熱工= ×100％ (8-16)
由于計算Q散比較困難，也可以采用熱效率(η熱)的方式來評定焦爐的熱量利用情況。
η熱= ×100％ (8-17)
它表示理論上可被利用的熱量占供入總熱量的百分比。
通常對現代大型焦爐η熱工約為70～75％，η熱為80～85％。η熱工與η熱可從焦爐熱平衡中求得。由表8-10可得：
η熱工= ×100％=％
η熱= ×100％=％
但由于進行熱量算衡需要做大量的繁瑣的測量、統計和計算工作，通常生產上不進行，而是根據燃燒計算來估算η熱工和η熱，方法如下：
①計算以1標m3加熱煤氣為基準。
②在熱量入方中，由于煤氣的燃燒熱(低發熱值)和煤氣、空氣的顯熱已占總熱量99％以上，因此可以近似看作為Q總。煤氣低發熱值按其組成計算，煤氣和空氣的顯熱則根據燃燒計算所得的L實和煙道走廊的溫度計算。
③由蓄熱室進入廢氣盤的廢氣所帶出的熱量Q廢和廢氣中不完全燃燒產物的燃燒熱Q不，可通過取樣分析得出的廢氣組成和測定的廢氣溫度來求得。焦爐的散熱損失一般按供入總熱量的10％計。則：
η熱= ×100％
η熱工= ×100％
[例8-3] 某焦爐以Q低=3643kJ／m3的高爐煤氣加熱，由燃燒計算得，L實= m3／(m3煤氣)，產生的廢氣量V廢=／(m3煤氣)，煤氣溫度30oC，煙道走廊的空氣溫度為35oC，空氣的相對濕度為，廢氣中含CO為％，廢氣的平均溫度為280oC，計算焦爐的η熱和η熱工。
解 (1) 煤氣的燃燒熱Q低=3643kJ／(m3煤氣)。
(2)煤氣帶入的顯熱 煤氣溫度30oC，查圖8-4得c煤=／(m3·℃)，30℃時煤氣帶入的飽和水汽量為干煤氣的％(查表8-3)，30℃時水汽的比熱容 = ／(m3·℃)。
Q煤=+ (3)空氣帶入的顯熱 35℃時空氣的比熱容c空=／(m3·℃)，35℃時飽和水汽量為干空氣的％，當相對濕度為時，空氣中所含水汽量為干空氣的。
Q空=廢氣帶走的熱量 廢氣在280℃時的比熱容查圖8-4得c廢=／(m3·℃)。
Q廢=。
(5)不完全燃燒的熱損失 CO的發熱值為12728kJ／m3。
Q不=則 η熱 =
=
=％
若Q效為供入總熱量的10％，則
η熱工=
=％
三、煉焦耗熱量
由焦爐熱平衡作熱工評定方法比較麻煩，因此生產上廣泛采用煉焦耗熱量對焦爐進行熱工評定。煉焦耗熱量是表示焦爐結構的完善程度、焦爐熱工操作及管理水平和煉焦消耗定額的重要指標，也是確定焦爐加熱用煤氣量的依據。
煉焦耗熱量是將1kg煤在煉焦爐內煉成焦炭所需供給焦爐的熱量。由于采用的計算基準不同，故有下列表示方法。
1.濕煤耗熱量
1kg濕煤煉成焦炭應供給焦爐的熱量，用q濕來表示，顯然濕煤耗熱量隨煤中水分變化而變化，水分越多，q濕越大。
q濕= ，kJ／(kg濕煤) (8-18)
式中 V0——標準狀態下加熱煤氣的耗量，m3／h；
Q濕——焦爐的濕煤裝入量，kg；
Q低——加熱用煤氣的低發熱值，kJ／m3。
2.干煤耗熱量
lkg干煤煉成焦炭所消耗的熱量。干煤耗熱量不包括煤中水分的加熱和蒸發所需要的熱量，以q干來表示。
每kg水汽從焦爐炭化室帶走的熱量為：
l00％=51000kJ／(kg水)
式中 2491——lkg水在OoC時的蒸發潛熱，kJ／kg；
——為水汽在0～600oC時的平均比熱容，kJ／(kg·oC）；
600——從炭化室導出的荒煤氣的平均溫度，℃；
％——焦爐的平均熱工效率，％。
如配煤水分為Mt％(濕基)，則
q濕=q干 +5100
=q干 +51Mt
q干= l00, kJ／(kg干煤) (8-19)
3.相當耗熱量
為統一基準，便于比較，提出了相當耗熱量這一概念。它是在濕煤煉焦時，以lkg干煤為基準時，需供給焦爐的熱量(包括水分加熱和蒸發所需熱量)，以q相來表示。
,kJ/（kg干煤）(8-20)
式中 G干——焦爐干煤裝入量，kg／h
我國焦爐相當耗熱量指標見表8-11。
表8-11數據按每kg搗固煤料，配煤水分7％計。計算加熱系統時，考慮使生產留有余地，故規定值較高。
由表可見，焦爐用高爐煤氣加熱時，相當耗熱量高于用焦爐煤氣加熱。這是因為高爐煤氣與焦爐煤氣相比，熱輻射強度低，廢氣量大，廢氣密度高，故廢氣帶走的熱量多，通過爐墻和設備的漏損量也大。由于煤料水分常有波動，各廠煤料水分也不相同,故耗熱量也不相同。為便于比較，必須將煉焦耗熱量換算為同一基準。
水分每變化1％時，相當于濕煤中1％的干煤為1％的水分所取代，故q濕的變化值為 。因q干一般約為2094kJ/kg，q水為5100 kJ/kg，則q濕的變化值為29～33 kJ/kg。
該值的換算方法如下：
當用焦爐煤氣加熱時，配煤水分7%的q相取大中型焦爐的平均值：
(2345+2596)=2470kJ/kg
按式8-20得：
q濕=q相
=
=2303kJ/kg
配煤水分增加1%時，該濕煤的耗熱量增加29kJ，則折算到q相的增加為：
=67kJ
對于高爐煤氣，配煤水分取7％時：
q相= (2638+2931)=2785kJ／kg
則 q濕=2785 =2596kJ／kg
