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: 15 из 16

2.9 Расчет требуемой температуры в обогревательных каналах для выбранного периода коксования

Ѳ рассчитывается по формуле:

(63)



Из определения Ѳ следует:

(64)



Для получения приведенной температуры в обогревательных каналах прибавляют половину падения температуры между кантовками:

2.10 Расчет регенераторов коксовой печи

Нужно рассчитать регенератор коксовых печей вместимостью 41,6 м³ с нижним подводом газа, обогреваемых коксовым газом.

Исходные данные.

Расход сухого коксового газа, который сгорает в воздухе, подогреваемым одним регенератором, обслуживающий 2 простенка, рассчитывается по формуле:

(65)

где 𝑏 - разовая загрузка шихты, кг;

𝑉_T - расход теплоты на коксование 1 кг шихты, кДж/кг;

𝜏 - период коксования, ч;

𝑄_н - низшая теплота сгорания отопительного газа, кДж/м³.



или 0,182 м³/с.

Расход влажного газа:


г
𝑉_г^вл = 653,6 ∗ 1,0322 = 674,9 м³/ч

или 0,187 м³/с.

Расчет регенераторов ведется по коксовой стороне, как наиболее загруженной. Коэффициент увеличения подачи газа в регенератор коксовой стороны 𝐾 при равном количестве регенераторов зависит:

1. 
   От коэффициента 𝐾₁, характеризующего отношение величины разовой загрузки на коксовой стороне к величине загрузки на машинной стороне, соотношение средней ширины камер по сторонам:
   

2. 
   От коэффициента 𝐾₂, являющегося поправочным коэффициентом на разность термического к.п.д. по коксовой и машинной стороне:
   

(66)

где 𝑡_п.с. - температура продуктов сгорания на выходе из регенератора коксовой стороны, °С;

𝑉_п.с. - количество влажных продуктов сгорания на 1 м³ отопительного газа, м³/м³;


п.с.
С_п.с.^МС – объемная теплоемкость продуктов сгорания на машинной стороне при температуре 280°С, кДж/(м³ ∗ К);


п.с.
С_п.с.^КС - объемная теплоемкость продуктов сгорания на коксовой стороне при температуре 320°С, кДж/(м³ ∗ К).

3. 
   Коэффициента 𝐾₃, является поправочным коэффициентом (разность потерь теплоты между машинной и коксовой сторонами) :
   

𝐾₃ = 1,01

Общий коэффициент 𝐾 равен:

(67)

K=1,13*1,038*1,01=1,185

Расход оптимального газа на коксовую сторону регенератора равен:

V=(674.9*1.185)/(1+1.185)=366 м³/ч или 0,102 м³/с

Теоретический расход влажного воздуха для горения 1 м³ отопительного газа равен 𝐿_т = 4,413 м³.

Практический равен 𝐿_пр = 𝐿_т∗  = 4,413 · 1,4 = 6,178 м³/м³.

Количество влажных продуктов сгорания, поступающих на коксовую сторону регенераторов:

𝑉 = (656,6 ∗ 6,927 ∗ 1,185) / (1 + 1,185) = 2455 м³/ч или 0,682 м³/с

Температура продуктов сгорания, поступающих в регенератор из отопительного простенка, определяется по эмпирическому соотношению:


ст
𝑡_п.с. = 𝑡_ст^ср — 15 = 1370 – 15 = 1355°С
Тепловой баланс воздушного регенератора

Приход теплоты.

1. 
   Теплота, вносимая в регенератор продуктами сгорания, определяется по формуле:
   

^𝑄1 ^{= 𝑉}п.с. ^{∗ 𝑡}п.с. ^{∗ 𝐶}п.с. (68)

Объемная теплоемкость продуктов сгорания рассчитывается по формуле:

𝐶_п.с. = 0,01 ∗ (С_C02 ∗ 𝐶𝑂₂ + С₀₂ ∗ 𝑂₂ + 𝐶_N2 ∗ 𝑁₂ + 𝐶_H20 ∗ 𝐻₂𝑂), (69)

где С - средние объёмные теплоёмкости соответствующих компонентов, кДж/(м³ꞏК);

CO₂, O₂, N₂, H₂O – содержание компонентов в продуктах сгорания, %.



𝑄₁ = 0,682 ∗ 1355 ∗ 1,555 = 1437 кДж/с.

2. 
   Теплота, вносимая в регенератор воздухом:
   

^𝑄2 ^{= 𝑉}в. ^{∗ 𝑡}в. ^{∗ 𝐶}в. (70)

Теплоёмкость воздуха при температуре 30^оС


в
С_в³⁰ = 0,01 ∗ (21 ∗ 1,309 + 79 ∗ 1,297) = 1,3 кДж/(м³ · К).

𝑄₂ = 0,102 ∗ 6,178 ∗ 30 ∗ 1,3 = 24,6 кДж/с.

3. 
   Общий приход теплоты
   

𝑄_п = 1146 + 22,1 = 1168,1 кДж/с.

Расход теплоты:

1. 
   Теплота, уносимая продуктами сгорания из регенератора, кДж/с:
   

1
^{𝑄’ = 𝑉}п.с. ^{∗ 𝑡}п.с. ^{∗ 𝐶}п.с. (71)

Объёмная теплоёмкость продуктов сгорания рассчитывается по формуле:

𝐶_п.с. = 0,01 ∗ (С_C02 ∗ 𝐶𝑂₂ + С₀₂ ∗ 𝑂₂ + 𝐶_N2 ∗ 𝑁₂ + 𝐶_H20 ∗ 𝐻₂𝑂), (72)

где С - средние объёмные теплоёмкости соответствующих компонентов, кДж/(м³ꞏК);

CO₂, O₂, N₂, H₂O – содержание компонентов продуктов сгорания, %.


п.с.
𝐶_п.с.³²⁰ = 0,01 ∗ (5,66 ∗ 1,895 + 18,12 ∗ 1,55 + 70,84 ∗ 1,314 + 5,38 ∗ 1,366)

= 1,392 кДж/(м³ ∗ К).

𝑄’₁ = 0,682 ∗ 320 ∗ 1,392 = 303,8 кДж/с.

2. 
   Теплота, теряемая радиацией и конвекцией, принимают равным 2% прихода теплоты:
   

𝑄’₂ = 0,02 · 1461,6 = 29,23 кДж/с.

3. 
   Общий расход теплоты
   

𝑄’_р = 303,8 + 29,2 = 333 кДж/с.

Теплота, переданная воздуху за 1 с, кДж/с:

𝑄 = 1461,6 – 333 = 1128,6 кДж/с.

Температура подогрева воздуха, ^оС

(73)



𝑡 = 903,7 / (0,92 ∗ 6,178 ∗ 1,38) = 1152 °С.

Геометрический расчёт насадки из фасонного кирпича. Поверхность одного ряда насадки определяется с учётом поверхности стен на высоте этого ряда. Регенератор коксовой стороны в печах с нижним подводом тепа разделен на 16 секций по числу вертикалов, обслуживающих коксовую сторону. В каждой секции укладывается по два кирпича фасонной решётчатой насадки.
Определение поверхности насадки. S- поверхность одного кирпича (м²) состоит из:

1. 
   𝑆₁ - вертикальных поверхностей отверстий
   

𝑆₁ = ⁽0,107 + 0,022⁾ ∗ 2 ∗ 12 ∗ 0,13 = 0,402;

2. 
   𝑆₂ - вертикальных наружных поверхностей кирпича
   

𝑆₂ = ⁽0,139 ∗ 2 + 0,364 ∗ 2 + 0,0105 ∗ 8 + 0,2 ∗ 0,022 + 0,02 ∗ 6⁾ ∗

0,152 = 0,196;

3. 
   𝑆₃ – горизонтальных поверхностей
   

𝑆₃ = ⁽0,364 ∗ 0,139 — 12 ∗ 0,022 ∗ 0,107⁾ ∗ 2 = 0,045.

Поверхность одного кирпича

𝑆 = 0,402 + 0,196 + 0,045 = 0,643 м²;

𝑆_к – поверхность насадки одной секции

S_к= 0,643 ∗ 2 = 1,29 м²;

𝑆_ст – поверхность стен одной секции

𝑆_ст = ⁽0,44 + 0,42⁾ ∗ 2 ∗ 0,155 = 0,267 м².

𝑆_сек– поверхность насадки и стен одной секции

𝑆_сек = 1,29 + 0,267 = 1,557 м².

Общая поверхность насадки одного ряда в регенераторе коксовой стороны:

𝑆_общ = 16 ∗ 1,557 = 25 м².

Минимальное проходное сечение насадки:

𝑓₁ – двух кирпичей секции

𝑓₁ = ⁽0,107 ∗ 0,022⁾ ∗ 12 + 0,01 ∗ 0,0105 ∗ 4 + 3,64 ∗ 0,0105 ∗ 2 +

+1,39 ∗ 0,01 ∗ 2 = 0,079 м².

𝑓₂– зазора между насадкой и стенами

𝑓₂ = 0,44 ∗ 0,009 ∗ 2 + 0,42 ∗ 0,008 ∗ 2 = 0,015 м².

Минимальное сечение насадки одной секции

𝐹 = 𝑓₁ + 𝑓₂ = 0,079 + 0,015 = 0,094 м².

Минимальное сечение насадки регенератора с коксовой стороны

𝐹_р = 0,094 ∗ 16 = 1,504 м².

Периметр свободного сечения секции

𝑃 = (⁽0,107 + 0,022⁾ ∗ 2 ∗ 12 + 0,2 ∗ 2 + 0,424 + 0,384 + 0,0105 ∗ 4 + +0,01 ∗ 4) ∗ 2 + ⁽0,44 + 0,42⁾ ∗ 2 = 10,5 м.

Периметр насадки регенератора коксовой стороны

Р = 10,5 ∗ 16 = 168 м.

Гидравлический диаметр насадки регенератора коксовой стороны

𝑑 = 4 ∗ 0,094/10,5 = 0,0358 м.

Определяется коэффициенты передачи теплоты конвекцией и лучеиспусканием.

Период нагрева насадки. Верх регенератора.

В период нагрева температура насадки принимается 1310^°С и продуктов сгорания 1355^°С. Средняя температура между ними 1332,5^°С. Скорость продуктов сгорания в насадке:

𝑤_п.с. = 0,682/1,504 = 0,453 м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

(74)



Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием:

1. 
   Для углекислого газа
   

(75)

2. 
   Для водяного пара
   

(76)

где 𝜀_ст – степень черноты стенок насаки (обычно составляет 0,8);

𝑃_C02 ,𝑃_H20 – парциальное давление углекислого газа и водяных паров, Па;

– температура продуктов сгорания в период нагрева или температура газа (воздуха) в период нагрева или охлаждения, ^°С;

𝑡_с.с..– температура насадки в период нагрева или охлаждения.

1. 
   Для углекислого газа
   

2. 
   Для водяного пара
   

Суммарный коэффициент теплоотдачи для верха регенератора, Вт/(м²ꞏК):

^в = 44,3 + 65,54 + 12,09 = 121,93.

Низ регенератора. Температура продуктов сгорания, уходящих из регенератора, принимается равной 320^°С, а температуру насадки - 240^°С. Средняя температура между ними равна 280^°С:



Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием равен:

Для углекислого газа:



Для водяного пара:



Суммарный коэффициент теплоотдачи для низа регенератора, Вт/(м²ꞏК):

^н = 34,25 – 16,1 + 0,685 = 18,835.

Период охлаждения насадки. Верх насадки.

Температура подогрева газа равна 1300^°С, а температура насадки принимается равной 1310^°С.

Средняя температура между ними равна (1300 + 1310)/2 = 1305^°С.

Скорость продуктов сгорания в насадке:

𝑊_в = 0,630/1,504 = 0,419 м/с.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:



Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием равен:

Для углекислого газа:



Для водяного пара:



Суммарный коэффициент теплоотдачи для верха регенератора, Вт/(м₂*К):

^в = 42,73 + 5,13 + 6,77 = 54,63

Низ насадки.

Температура газа перед входом в насадку 160^°С, температуру насадки - 240^°С, средняя температура между ними равна 200^°С:


к
_к^н = (200 + 273)^0,25(0,9617 + 0,2125 · 0,419/0,0358^0,6) · 4,19 =

= 31,62 Вт/(м² ∗ К).

Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием равен:

Для углекислого газа:



Для водяного пара:



Суммарный коэффициент теплоотдачи для низа регенератора, Вт/(м²ꞏК):

^н = 31,62 – 12,76 + 1,08 = 17,78.

Определяется общий коэффициент теплоотдачи для верха и для низа регенератора.

Величины _s и  определяются по формулам Хаузена:

(77)

 = 1 + 3𝑎 ∗ /2², (78)

где  - эквивалентная толщина кирпича ( = 0,01), м;

 - период нагрева ( = 0,33), ч;

а –температуропроводность, м²/с. Для верха насадки:


S
𝜆_S^в = ⁽0,6 + 0,00055 ∗ 1310⁾ ∗ 1,163 = 1,536;

Для низа насадки:


S
𝜆_S^н = ⁽0,6 + 0,00055 ∗ 240⁾ ∗ 1,163 = 0,851;

С – удельная теплоёмкость шамотного кирпича насадки, кДж/(кгꞏК):

для верха насадки

С^в = ⁽0,207 + 0,0001 ∗ 1310⁾ ∗ 4,187 = 1,415;

для низа насадки

С^н = ⁽0,207 + 0,0001 ∗ 240⁾ ∗ 4,187 = 0,968;

а – температуропроводность кирпича насадки, м²/с:

для верха насадки



для низа насадки



Коэффициенты использования кирпича:

для верха насадки







для низа насадки:







Коэффициент теплопередачи, кВт/(м²ꞏК):

для верха регенератора:



для низа регенератора:



Средний коэффициент теплопередачи:


р
К_р^ср = (1,5 · 2,65 + 9,36) / (1 + 1,5) = 5,334.

Средняя логарифмическая разность температур по высоте регенератора определяется по формуле, ^°С:

(79)

где , –температура продуктов сгорания и газа вверху регенератора, ;

, –температура продуктов сгорания и газа внизу регенератора, ;



Потребная поверхность нагрева насадки рассчитывается по формуле:

(80)

где 𝑄 – количество теплоты, переданное газу, кДж/с;

𝛥𝑡_ср - средняя логарифмическая разность температур по высоте регенератора (рассчитывается по начальным и конечным температурам), ^°С.



Необходимое количество рядов насадки: n = 1794/25 = 72 ряда.