Проект коксовой батареи производительностью по валовому коксу 970 тыс. Проектный расчет коксовой батареи. Курсовой проект по дисциплине Технология и оборудование коксохимического производства

• Название: Курсовой проект по дисциплине Технология и оборудование коксохимического производства
• Анкор: Проект коксовой батареи производительностью по валовому коксу 970 тыс. тгод
• Дата: 22.05.2023
• Размер: 1.97 Mb.
• Имя файла: Проектный расчет коксовой батареи.docx
• Тип: Курсовой проект; #1152056
• страница: 12 из 16

(29)

где 𝐴, 𝐵, 𝑉 - содержание золы, углеродистого вещества и выход летучих веществ из кокса, %;

𝐶_A, 𝐶_B - средние величины удельной теплоемкости золы и углеродистого вещества кокса, кДж/(кг ∗ К);

𝐶_V - объемная теплоемкость летучих веществ кокса, принимается равной объемной теплоемкости коксового газа, кДж/(кг ∗ К);

𝛾 - плотность летучих веществ (принимается 𝛾 = 0,45 кг/м³).

Значение удельной теплоемкости золы 𝐶_A принимается равной удельной теплоты кварца.

Для формулы Дебрюннера принимается 𝐴 = 10,110%, B = 88%, V = 1%.

Определение средней температуры коксового пирога аналитическим путем сложно, поэтому расчет производится, исходя из практических данных и следующих положений. Принимается:

а) температура по оси коксового пирога в нижней части камеры к концу периода коксования 𝑡_н = 1040°С;


н
б) температура у стенки коксового пирога в нижней части камеры на


н
30°С больше, чем 𝑡_н, = 1070°С;

в) среднюю температуру низа коксового пирога к концу коксования °С:

; (30)

г) температуру по оси коксового пирога в верхней части камеры и к концу периода коксования 𝑡_в = 980°С;


в
д) температуру у стенки коксового пирога в верхней части камеры = 1010°С;


в
е) среднюю температуру верха коксового пирога к концу периода коксования:





При 𝑡_k = 1030°С средние удельные теплоемкости 𝐶_Æ, 𝐶_B и 𝐶_V, кДж/(кг ∗К):

𝐶_A = 1,066; 𝐶_B = 1,507; 𝐶_V = 1,819.



Теплосодержание кокса, кДж/1000 кг шихты составляет:


1
𝑞₁^´ = 725,7 ∗ 1,474 ∗ 1030 = 1101772 кДж
2. Теплота нагрева дистилляционного газа:

, (31)

где 𝑉_г - выход сухого газа на единицу загрузки (по данным материального баланса), м³;


p
- средняя объемная теплоемкость газа, кДж/(м³ ∗ К);

𝑡 - температура газа при выходе из камеры.

Выход сухого газа (из материального баланса) равен 131,96 кг/т шихты. Плотность сухого газа, кг/м³ :

𝛾_г = ⁽1,977 ∗ 𝐶𝑂₂ + 1,413 ∗ 𝐶_m𝐻_n + 1,429 ∗ 𝑂₂ + 1,25 ∗ 𝐶𝑂 + 0,717 ∗ 𝐶𝐻₄

+ 0,09 ∗ 𝐻₂ + 1,251 ∗ 𝑁₂⁾ ∗ 0,01, (32)

где 𝐶𝑂₂, 𝐶_m𝐻_n, 𝑂₂, 𝐶𝑂, 𝐶𝐻₄, 𝐻₂, 𝑁₂, - содержание составных частей газа, % (об.);

1,977; 1,413; 1,429; 1,251; 0,717; 0,09; 1,25; — плотность соответствующих компонентов, кг/м³;

𝛾_г = ⁽1,977 ∗ 2,1 + 1,413 ∗ 2,3 + 1,429 ∗ 0,8 + 1,25 ∗ 5,6 + 0,717 ∗ 26,7

+ 0,09 ∗ 59,7 + 1,251 ∗ 2,8⁾ ∗ 0,01 = 0,436 кг/м³;



Температура газа на выходе принимается равная 750°С. средняя объемная теплоемкость газа при 𝑡 = 750°С определяется по его составу, теплоемкость отдельных компонентов (справочная величина):


p
𝐶_p^0–750 = ⁽2,108 ∗ 2,1 + 3,228 ∗ 2,3 + 1,44 ∗ 0,8 + 1,377 ∗ 5,6 + 2,432

∗ 26,7 + 1,312 ∗ 59,7 + 1,363 ∗ 2,8⁾ ∗ 0,01 = 1,677.

Энтальпия газа, кДж/1000 кг шихты:


2
𝑞₂ ^´ = 302,7 ∗ 1,677 ∗ 750 = 380721

3. 
   Теплота нагрева продуктов коксования
   

а) Теплота, уносимая парами смолы (кДж/1000 кг ш.):

(33)

Выход смолы (по материальному балансу) на рабочую массу составил 31,7 кг/т шихты. Скрытая теплота испарения смолы при 0°С, 𝑞₀ = 418,7 кДж/кг.


p
Средняя удельная теплоемкость паров смолы в зависимости от

температуры кДж/(кг ∗ К):

(34)



Тогда



б) Теплота, уносимая парами ароматических углеводородов

По материальному балансу количество бензола на рабочую массу шихты составляет 𝐺_б = 8,97 кг/т шихты. Скрытая теплота испарения сырого бензола при 0°С равна 431,2 кДж/кг.

Средняя удельная теплоемкость паров ароматических углеводородов (кДж/(кг ∗ К)) среднего состава определяется по формуле:



где 84,6 - среднединамическая молекулярная масса паров сырого бензола. При этом теплота нагрева бензола, кДж/1 т шихты:

𝑞_б= 8,97 ∗ ⁽431,2 + 1,951 ∗ 750⁾ = 16993 кДж/1000 кг шихты.

в) Теплота, уносимая аммиаком (кДж/1 т шихты) :

(35)

где 𝐺 - выход аммиака, кг/1 т загрузки (по данным материального баланса

2,24);


p
- средняя удельная теплоемкость аммиака, кДж/(кг ∗ К);

𝑡 - температура аммиака при выходе из камеры.

Средняя удельная теплоемкость аммиака (справочное значение) равна 2,683 кДж/(кг ∗ К).

Тогда:


а
𝑞_а^´ = 2,24 ∗ 2,683 ∗ 750 = 4507 кДж/т шихты.

3. 
   Теплота, уносимая парами воды:
   

(36)

где 𝑊_o - общее количество влаги угля, кг/1 т загрузки (72 + 29,33

пирогенетическая влага);


p
- средняя удельная теплоемкость водяного пара, кДж/(кг ∗ К);

𝑡_п - температура водяного пара при выходе его из камеры.

По данным материального баланса количество общей влаги в расходной ее части составит, кг/т.шихты: 72+29,33 = 101,33.


p
Так как водяной пар выделяется в основном в первой половине периода коксования, то его температура принимается на 100°С ниже температуры восходящего газа, кДж/(кг ∗ К), = 2,026.

При указанных выше условиях энтальпия выходящего из камеры коксования водяного пара составит, кДж/кг шихты:


4
𝑞₄^´= 101,33 ∗ ⁽595 ∗ 4,187 + 2,026 ∗ 650⁾ = 385881 кДж/т шихты.

3. 
   Теплота, уносимая продуктами горения:
   

(37)

где 𝑉_п.г. - количество влажных продуктов горения на 1м³ газа, м³;

= средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кг*К);

𝑡_п.г.- средняя температура продуктов сгорания, поступающих в боров.

Количество продуктов сгорания определяется по реакциям горения компонентов газа при известном его составе (в %) и заданном коэффициенте избытка воздуха (α = 1,4).
Таблица 6 - Определение количества продуктов сгорания

Формула компонентов продуктов сгорания	Формула для расчета	Расчет			Количество компонентов Dп.г, м3/м3 сухого газа	Содержан ие влажных продуктов сгорания, % (об.)
CO2	(CO2+CO+CH4+	(2,1+5,6+26,7+			0,393	5,96
	+2,15CmHn)*0,01	+2,15ꞏ2,3) ꞏ0,01
H2O	(2CH4+2,15	(2ꞏ26,7+2,15ꞏ2,3+			1,249	18,94
	CmHn++H2+Wг)ꞏ0,	+59,7+0,0235) ꞏ
	01+ + WвLп.	ꞏ0,01+0,0121ꞏ ꞏ5,640
N2
O2	(α - 1) ꞏ O2m	(1,4 - 1) ꞏ 0,846			0,338	5,13
Итого					6,594	100

Реакции горения газа для:

𝐶_m𝐻_n (1): 𝐶₂𝐻₄+3𝑂₂ = 2𝐶𝑂₂ + 2𝐻₂𝑂 ;

𝐶_m𝐻_n (2): 𝐶₃𝐻₆+4,5𝑂₂ = 3𝐶𝑂₂ + 3𝐻₂𝑂 ;

: ;

: ;

: .

Для определения состава и количества продуктов сгорания предварительно записывается состав отопительного газа (в % (об.)) и определяется требуемое для горения теоретическое количество кислорода (𝑂_2Т) и практически необходимое количество воздуха (𝐿_п) , влажность отопительного газа (𝑊_г) и воздуха (𝑊_в).

Состав отопительного газа представлен в таблице 6.
Таблица 6 - Состав отопительного газа, % (об.)

𝐶𝑂2	𝑂2	𝐶m𝐻n	𝐶𝑂	𝐶𝐻4	𝐻2	𝑁2	Итого
2,1	0,8	2,3	5,6	26,7	59,7	2,8	100

Предварительныйтепловойбаланс

Необходимое для горения 1 м³ сухого газа теоретическое количество кислорода - 0,927 м³/ м³ газа, воздуха - 6,178 м³/ м³ воздуха, влажность газа - 0,0235 м³/ м³ газа, влажность воздуха - 0,0121 м³/ м³ воздуха.

Температура дымовых газов принимается равной 345 °С.

Объемная теплоемкость 1 м³ продуктов сгорания кДж/(м²*К) определяется из равенства:

(38)

где С_C02 , С_H20, С_N2 , С₀₂ - средние теплоемкости соответствующих компонентов продуктов сгорания (справочная величина);

𝐶𝑂₂, 𝐻₂𝑂, 𝑁₂, 𝑂₂ - содержание соответствующих компонентов влажных продуктов сгорания, % (об.).



Теплота, уносимая продуктами сгорания составит:


5
𝑞₅^´ = 𝑉_х ∗ 6,927 ∗ 1,392 ∗ 345 = 3325,8 𝑉_х (39)

3. 
   Потери теплоты от неполного сгорания отопительного газа равны
   

6
𝑞₆^´ = 0, так как в дымовых газах нет горючих элементов.

3. 
   Тепловые потери в окружающее пространство
   

Тепловые потери на единицу загрузки зависят от производительности температурного режима печей, а также от их конструкции и изоляции стен. В современных коксовых печах величина тепловых потерь колеблется от 8 до 11% общего расхода теплоты на коксование. Тепловые потери (Вт) в окружающее пространство определяют по формуле:


7
𝑞₇^´ = 𝛼₀ ∗ 𝐹 ∗ ⁽𝑡₁ — 𝑡₂⁾, (40)

где 𝛼₀ - суммарный коэффициент теплопередачи конвекцией и лучеиспусканием;

𝐹 - теплоотдающая поверхность, м²;

𝑡₁- температура поверхности, °С;

𝑡₂ - температура окружающей среды, °С.

Так как температура отдельных участков наружных поверхностей печного массива разная, расчет тепловых потерь ведется отдельно для участков с примерно равной температурой. Поверхности коксовой печи разделяются на следующие участки:

1. 
   Свод камеры:
   

𝐹₁ = (𝑏_ср ∗ 𝐿 — 𝐹₃), (41)

где 𝑏_ср - средняя ширина камеры, м;

𝐿 -длина камеры, м;

𝐹₃ - поверхность загрузочных люков, м².

𝐹₁ = ⁽0,41 ∗ 16 — 3 ∗ 0,3844⁾ = 5,41 м²

2. 
   Свод обогревательного простенка:
   

𝐹₂ = (𝐴 — 𝑏_ср)∗ 𝐿 — 𝐹₄, (42)

где 𝐴 - расстояние между осями соседних камер, м;

𝐹₄ - поверхность смотровых люков, м².

𝐹₂ = ⁽1,4 — 0,41⁾ ∗ 16 — 32 ∗ 0,2² = 14,56 м²

2. 
   Загрузочные люки:
   

𝐹₃ = 𝑛∗ 𝑓_3.л., (43)

где 𝑛 - количество люков одной печи;

𝑓_3.л. - поверхность одного люка с рамой, м².

𝐹₃ = 3 ∗ 0,3844 = 1,153 м²

2. 
   Смотровые лючки:
   

𝐹₄ = 𝑛∗ 𝑓_с.л., (44)

где 𝑛 - количество лючков в одном обогревательном простенке;

𝑓_с.л.- поверхность одного лючка с рамой, м².

𝐹₄ = 32 ∗ 0,2 ∗ 0,2 = 1,28 м²

2. 
   Лобовые стенки со стороны выталкивания кокса - машинная сторона (М.С.) и со стороны приема кокса в коксотушильный вагон (К.С.).
   

Поверхность этого участка ограничена по высоте уровнем свода камеры и надсводной площадки и в горизонтальном направлении - осями соседних камер. Эта величина поверхности определяется:

𝐹₅ = 𝐴∗ ℎ_л, (45)

где ℎ_л - толщина свода камеры, м.

𝐹₅ = 1,4 ∗ 1,036 = 1,45 м²

2. 
   Двери с коксовой и машинной сторон:
   

𝐹₆ = 𝑏∗ ℎ_k, (46)

где ℎ_k- полная высота камеры, м;

𝑏_кс, 𝑏_мс- ширина камеры с коксовой и машинной стороны, м:

𝐹₆ = 7 ∗ 0,435 = 3,045 м² (К.С.);

𝐹₆ = 7 ∗ 0,385 = 2,695 м² (М.С.).

7. 
   Торцовые стены обогревательных простенков (без учета анкерных колонн):
   

𝐹₇ = ⁽1,4 — 0,435⁾ ∗ 7 = 6,755 м² (К.С.);

𝐹₇ = ⁽1,4 — 0,385⁾ ∗ 7 = 7,105 м² (М.С.);

7. 
   Стены регенераторов:
   

𝐹₈ = 2𝐴∗ ℎ_рег, (47)

𝐹₈ = 2 ∗ 1,4 ∗ 3,48 = 9,744 м²

Для определения общих потерь в окружающее пространство скорость ветра с коксовой стороны принимается равной 3 м/с, с машинной - 2 м/с. Зная скорость ветра, можно определить 𝛼_k (коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/(м²*К)):

𝛼_k = ⁽5,3 + 3,6𝑤⁾ ∗ 1,163, (48)

где 𝑤 - действительная скорость ветра, отнесенная к температуре воздуха.

Коэффициент лучеиспускания (в Вт/м²*К⁴)) определяется из равенства:

, (49)

где 𝑇₁, 𝑇₂ - абсолютные температуры поверхности и окружающей среды соответственно.

Для шероховатых металлических и кирпичных поверхностей С =

5,7 Вт/ м² ∗ К⁴ .

Суммарный коэффициент лучеиспускания и конвекции:

𝛼₀ = 𝛼_л + 𝛼_k (50)

Потери теплоты (Вт) наружных поверхностей лучеиспусканием и конвекцией в единицу времени:

(51)

Потери теплоты в окружающее пространство, кДж/1000 кг шихты:

(52)

где 𝑧 - оборот печей (𝑧 = 13);

𝐺- величина загрузки шихты, кг (𝐺 = 31800):



Величина тепловых потерь в грунт = 9% от общего количества теплоты, теряемой наружными поверхностями в атмосферу и грунт, кДж/1000 кг шихты:


z
𝑞_z^´ = 203734 ∗ 1,09 = 222070.

На основании получаемых значений отдельных статей приходной и расходной частей теплового баланса составляется предварительный тепловой баланс. В него входит неизвестная величина 𝑉_х, представляющая собой удельный расход сухого отопительного газа на 1000 кг шихты и окончательный тепловой баланс.



Сводный тепловой баланс коксовых печей представлен в таблице 7.

Таблица 7 - Тепловой баланс коксовых печей при отоплении их коксовым газом

Название статьи прихода	qi, кДж	Название статьи расхода	q’i, кДж
Теплота сгорания газа	18298Vx	Теплота на нагрев кокса	1075116.6
Энтальпия: Газа Воздуха Влажной шихты	28,44Vx 167,3Vx 24739	Теплота на нагрев газа	378771
		Теплота на нагрев химических продуктов коксования	92463
		Теплота, выносимая влагой	342354
Неучтённый приход теплоты, выделяющейся при горении кокса, газа и теплота реакций	211204	Теплота, уносимая продуктами сгорания	3173,5ꞏVx
		Потери теплоты от неполного сгорания	0
		Потери теплоты в окружающее пространство	257302
Итого	235943+ 18493,74ꞏVx	Итого	2146006,6+ 3173,5 Vx