Курсовая работа. КР- Коксование Углей Баранрова Анастасия. Расчет материального, теплового баланса и гидравлического режима процесса коксования угольной шихты в коксовых печах
 Скачать 0.81 Mb.
|
Расчет теплового баланса процесса коксованияПри расчёте теплового баланса примем для упрощения, что в регенераторе подогревается только воздух, подаваемый на горение. 21. Переведём состав сухих отопительных газов на рабочий. Переводной коэффициент: - для коксового газа: Хкг = (100 - Wр*0,1242)/100 = (100-22*0,1242)/100 = 0,9727; - для доменного газа: Хдг = (100 - Wр*0,1242)/100 = (100-48*0,1242)/100 = 0,94. Тогда составы газов на рабочую массу будут: Коксовый газ: Доменный газ: Hр2 = 55,98*0,9652 = 55,72%; Hр2 = 6,2*0,9031 = 4,84%; CHр4 = 26,95*0,9652 = 25,03%; CHр4 = 0,66*0,9031 = 0,28%; COр = 7,56*0,9652 = 6,26%; COр = 26,85*0,9031 = 23,5%; COр2 = 4,35*0,9652 = 1,86%; COр2 = 18,2*0,9031 = 13,31%; C2 Hр4 = 0,8*0,9652 = 2,94%; Nр2 = 46,03*0,9031 = 51,07%; Nр2 = 1,26*0,9652 = 4,27%; Oр2 = 0,5*0,9031 = 0,1%; H2 Sр = 0,9*0,9652 = 0,48%; H2 Sр = 1,56*0,9031 = 0,89% Oр2 = 2,2*0,9652 = 0,71%; W  = 6,82%.W  = 2,72 %.Сумма 100 % 100 % 22. Рассчитаем теплоту сгорания газов: Qрн = 0,01*( Hр2 * QрнН2 + CHр4 *QрнСН4 + COр *QрнСО + C2 Hр4 *QрнС2Н4 + H2 Sр * QрнН2S), где Hр2 , CHр4 , COр , C2 Hр4, H2 Sр – процентный состав горючих компонентов; QрнН2 , QрнСН4 , QрнСО , QрнС2Н4 , QрнН2S – низшие теплоты сгорания чистых компонентов смеси, ккал/м3 (см. Приложение 1). Q  = 0,01*(55,72*2577+25,03*8558+6,26*3016+2,94*14105+0,48*5534)*4,187 = 17618,9946 кДж/м Q  = 0,01*(4,84*2577+0,28*8558+23,5*3016+0,89*5534)*4,187=3796,36 кДж/м .23. Найдём доли каждого газа в смеси: a  = = (3796, 36 – 7150)/( 3796,36 –17618,9946) = 0,2426;a  = 1- a = 0,757.24. Составим смесь газов по методу аддитивности: H  = 55,72*0,2426+4,84*0,757 = 17,18%;CH  = 25,03*0,2426+0,28*0,757 = 6,28%;CO  = 6,26*0,2426+23,5*0,757 = 19,3%;CO  = 1,86*0,2426+13,31*0,757 = 10,53%;C  H = 2,94* 0,2426= 0,713%;N = 4, 27*0,2426+51,07*0,757 = 39,7%;H2 Sрсм = 0,48* 0,2426+ 0,89*0,757 = 0,79 %; O = 0,71*0,2426+0,1*0,757 = 0,25%;W = 2,72*0,2426+6,82*0,757 = 5,82%.25. Найдем количество кислорода, пошедшего на горение смеси. Расчёт будем вести на 100 м3 смеси. Записываем уравнения горения топлива: 17,18 8,59 17,18 2* H + О2 = 2*Н2О;6,28 12,56 6,28 12,56 CH + 2*О2 = СО2 + 2*Н2О;19,3 9,65 19,3 CO + 0,5*О2 = СО2 ;0,713 2,139 1,426 1,426 C H + 3*О2 = 2*СО2 + 2*Н2О.0.79 0.79 0.395 0.79 2*H2 Sрсм + 2*О2 = SО2 + 2*Н2О Тогда количество кислорода, пошедшего на горение смеси: V  = 8, 59 + 12,56 + 9,65 + 2,139+ 0.79-0,2 5= 33,479 м /100м .26. Найдем количество азота из следующих соображений. Будем считать, что воздух состоит из 79% азота и 21% кислорода. V  = 33,479* = 125,95 м /100м 27. Тогда количество воздуха теоретическое: V  =  = 33,479 + 125, 95 = 159,4238 м /100м .и действительное Vд0 = V *α = 159,4238*1,2 = 191,3 м /100м = 1,91 м /м .при α =1,3; Vд0 = 159,4238*1,3 = 207,25 м /100м = 2,07 м /м .при α =1,4; Vд0 =159,4238*1,4 = 223,19 м /100м = 2,23 м /м при α =1,5; Vд0 = 159,4238*1,5 = 239,14 м /100м = 2,39 м /м 28. Найдем влагосодержание воздуха х возд по формуле: Хвозд = 0,622* φ* Рнас/(В - φ* Рнас) = 0,622*0,7*2338,61/(97000-0,7*2338,61) = 0,0106 кг/кг. 29. Определим, какое количество водяного пара (м3/100м3) поступает с воздухом в процесс горения: VH2Oвозд = х* V *22,4/МН2О ,где 22,4 – мольный объём при нормальных условиях, м3/кмоль; МН2О – молекулярная масса воды, кг/кмоль. VH2Oвозд = 0,0106*159,4238*22,4/18 = 2,12 м3/100м3. 30. Определим количество состав продуктов сгорания. Для этого заполним таблицу 5 продуктов горения, м3/100м3. 31. Избыточное количество кислорода определяется по формуле: при α =1,2; VизбО2 = VО2 * (αmax – 1) =33,479 *(1,2-1) = 6,6958 м3/100м3 при α =1,3; VизбО2 = VО2 * (αmax – 1) =33,479 * (1,3-1)= 10,0437 м3/100м3 при α =1,4; VизбО2 = VО2 * (αmax – 1) =33,479 * (1,4-1) =13,3916 м3/100м3 при α =1,5; VизбО2 = VО2 * (αmax – 1) =33,479 * (1,5-1) = 16,7395 м3/100м3 32. Рассчитаем энтальпию влажного отопительного газа по формуле: Iотоп = 0,01*(IH2* H + ICH4* CH + ICO*COрсм + ICO2*COр2см + IC2H4* C H + IN2* N + IH2S* H2 Sрсм + IO2*O2р + IH2O*H2O) = 0,01*(64,48*17,18 + 82,695*6,28 + 65,105*19,3 + 86,0*10,53 + 105,305*0,713 + 65,065*39,7 + 77,04*0,79 + 65,965*0,25 + 75,09*5,82) = 68,446 кДж/м3.Таблица 5 – Состав и количество продуктов сгорания
Количество продуктов сгорания Vпр.г = 3,07 м3/м3. 33. Представим схему расчёта теплового баланса коксовых печей в таблице 6. Таблица 6 – Схема теплового баланса коксовых печей
34. Рассчитаем теплоёмкость сухой шихты по формуле Ссш = (1 - Асш/100)* сш + Асш/100* сз = (1-9/100)*1,09 + 9/100*0,71 = 1,0558 кДж/(кг*К) Приходная часть баланса 35. Рассчитаем теплоту сгорания отопительного газа: Q1 = Qрн *G, где G – неизвестное количество отопительного газа, м3/т шихты. Q1 = Qрн *G = 7150*G кДж/т. 36. Теплота отопительного газа Q2 = Iотоп *G = 68,446*G кДж/т. 37. Теплота воздуха, поступающего на горение: Q3 = Iвозд * Vд0*G = 13,5*1,91*G = 25,785*G кДж/т. 38. Теплота угольной шихты: Q4 = Ссш *E* tш = 1,0558*1000*15 = 15837 кДж/кг = 15,8 кДж/т. Расходная часть баланса 39. Рассчитаем тепло нагрева кокса по формуле: Q5 = Gск*10*ск*tк*(100 - Wрш)/100 = 81, 3491*10*1,486*1050*(100-8, 5)/100 = 1161400 кДж/т 40. Рассчитаем энтальпию сухого коксового газа, выходящего из камеры коксования при температуре tхпк = 650 0С: Iг = 0,01*(IH2* H2с + ICH4* CH4с + ICO*COс + ICO2*CO2с + IC2H4* C H4с + IN2* N2с + IH2S* H2 Sс + IO2*O2с) = 0,01*(893,522*57,28 + 1548,512*25,73 + 932,356*6,44 + 1427,68*1,91 + 2152,456*3,02 + 913,3*4,32 + 1191,286*0,95 + 974,52*0,73) = 1115,08 кДж/м3.41. Рассчитаем тепло нагрева сухого коксового газа: Q6 = Iг * Gсг *10*(100 - Wрш)/100 = 1115, 08*13*10*(100-8, 5)/100 = 132638,766 кДж/т. 42. Рассчитаем среднюю теплоёмкость паров смолы по эмпирической формуле: ссм = (0,305 + 0,392*10-3* tхпк)*4,1868 = (0,305 + 0,392*10-3*650)*4,1868 = 2,34377 кДж/(кг*К). 43. Рассчитаем тепло нагрева смолы: Q7 = (418, 6 + ссм * tхпк )*Gссм *10*(100 - Wрш)/100 = (418,6 + 2,4258*650)* 3,41*10*(100-8,5)/100 = 60594,88 кДж/т. 44. Рассчитаем среднюю теплоёмкость паров сырого бензола по эмпирической формуле, с учётом того, что среднединамическая молекулярная масса сырого бензола Мсб = 84,6 кг/кмоль: ссб = (20,7 + 0,026* tхпк)*4,1868/Мсб = (20,7 + 0,026*650)*4,1868/84,6 = 1,8608 кДж/(кг*К). 45. Рассчитаем тепло нагрева паров сырого бензола: Q8 = (431,2 + ссб * tхпк)* Gcб *10*(100 - Wрш)/100 = (431,2 + 1,8608*650)*0,93* 10*(100-8,5)/100 = 13961,7068 кДж/т. 46. Рассчитаем тепло нагрева аммиака: Q9 = сNH3 * tхпк *GcNH3 *10*(100 - Wрш)/100 = 2,688*650*0,2652*10*(100-8,5)/100 = 4239,72 кДж/т. 47. Рассчитаем тепло нагрева сероводорода: Q10 = IH2S *МH2S /22,4* GcH2S *10*(100 - Wрш)/100 = 1191,286*34/22,4*0,1432*10* (100-8,5)/100 = 2369,25 кДж/т. 48. Рассчитаем количество тепла, уносимое парами воды: Q11 = (r + IН2О*МН2О/22,4)*( GcH2О *10*(100 - Wрш)/100 + Wрш*10), где r – теплота парообразования воды, кДж/кг; IН2О – энтальпия паров воды при (tхпк – 100) 0С, кДж/м3. Q11 = (2491 + 960,054*18/22,4)*(2,1713*10*(100-8,5)/100 + 8,5*10) = 342126,936 кДж/т. 49. Рассчитаем температуру продуктов сгорания после регенератора при обогреве печей коксовым или смешанным газом по эмпирической формуле: tпс = 4420/(τ – z/60) + 50, где z – время обработки печи, мин. z = (τ – 2)*60/n = (15 – 2)*60/65 = 12 мин. tпс = 4420/(15 – 12/60) + 50 = 349 0С. Если батарея отапливается доменным газом, то tпс = 5750//(τ – z/60) – 105. 50. Рассчитаем энтальпию продуктов сгорания при tпс = 349 0С: Iпс = IH2О* H2О + ICO2*CO2 + IN2* N2 + IO2*O2 = 492,525*0,13318 + 670,84*0,122 + 459,65*0,743 + 479,665*0,0544 = 515,05 кДж/м3. 51. Рассчитаем плотность продуктов сгорания: ρпс = ρH2О* H2О + ρCO2*CO2 +ρSO2*SO2 + ρN2* N2 + ρO2*O2 = 18/22,4*0,13318 + 44/22,4*0,122 +64/22,4*0,0013 + 28/22,4*0,743 + 32/22,4*0,0544 = 1,357 кг/м3. Тогда Iпс = 515,05*1,357 = 698,922 кДж/кг. 52. Рассчитаем тепло, удаляемых продуктов сгорания: Q12 = Iпс *Vпр.г *G = 698,922*3,07 *G = 2145,69*G кДж/т. 53. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией при скорости ветра w > 5 м/с: αк = (5,3 + 3,6*w)*1,163 = (5,3 + 3,6*5)*1,163 = 27,0979 Вт/(м2*К). Если w ≤ 5 м/с: αк = 6,47*w0,78*1,163. 54. Определим площадь загрузочных люков: F1 = n1*fзл = 3*0,36 = 1,08 м2. 55. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от загрузочного люка: α1 = (((t1 + 273)/100)4 – ((tв + 273)/100)4)*С/( t1 – tв), где С – коэффициент излучения серого тела, Вт/(м2*К4). α1 = (((240 + 273)/100)4 -((20 + 273)/100)4)*5,35/(240-20) = 15,05 Вт/(м2*К). 56. Определим площадь свода камеры: F2 = bср*L – F1 = 0,41*15,14 – 1,08 = 5,13 м2. 57. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от свода камеры, двери с коксовой стороны (к.с.), торцевой стены обогревательного простенка с м.с.: α2 = α6 = α9 = (((t2 + 273)/100)4 – ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t2 – tв) = (((120 + 273)/100)4 -((20 + 273)/100)4)*5,35/(120-20) = 8,81 Вт/(м2*К). 58. Определим площадь смотровых лючков: F3 = n2*fсл = 28*0,04 = 1,12 м2. 59. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от смотровых лючков: α3 = (((t3 + 273)/100)4 – ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t3 – tв) = (((200 + 273)/100)4 -((20 + 273)/100)4)*5,35/(200-20) = 12,68 Вт/(м2*К). 60. Определим площадь свода обогревательного простенка: F4 = (А - bср)*L – F3 = (1,32-0,41)*15,14 - 1,12 = 12,6574 м2. 61. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от свода обогревательного простенка: α4 = α8 = (((t3 + 273)/100)4 – ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t3 – tв) = (((140 + 273)/100)4 -((20 + 273)/100)4)*5,35/(140-20) = 9,685 Вт/(м2*К). 62. Определим площадь лобовой стенки с коксовой и машинной сторон: F5 = А*hл = 1,32*1,032 = 1,362 м2. 63. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от лобовой стенки с коксовой стороны: α5кс = (((t5кс + 273)/100)4 – ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t5кс – tв) = (((90 + 273)/100)4 -((20 + 273)/100)4)*5,35/(90-20) = 7,637 Вт/(м2*К). 64. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от лобовой стенки с машинной стороны: α5мс = (((t5мс + 273)/100)4 – ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t5мс – tв) = (((80 + 273)/100)4 -((20 + 273)/100)4)*5,35/(80-20) = 7,274 Вт/(м2*К). 65. Определим площадь поверхности двери с коксовой стороны: F6 = hк*bкс = 6,0*0,435 = 2,61 м2. 66. Определим площадь поверхности двери с машинной стороны: F7 = hк*bмс = 6,0*0,385 = 2,31 м2. 67. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от двери с машинной стороны: α7 = (((t7 + 273)/100)4 – ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t7 – tв) = (((110 + 273)/100)4 -((20 + 273)/100)4)*5,35/(110-20) = 8,41 Вт/(м2*К). 68. Определим площадь поверхности торцевой стена обогревательного простенка с к.с.: F8 = hк*(А – bкс ) = 6,0*(1,32-0,435) = 5,31 м2. 69. Определим площадь поверхности торцевой стена обогревательного простенка с м.с.: F9 = hк*(А – bкс ) = 6,0*(1,32-0,385) = 5,61 м2. 70. Определим площадь поверхности стены регенератора: F10 = hр*2*А = 3,2*2,0*1,32 = 8,45 м2. 71. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от стены регенератора: α10 = (((t10 + 273)/100)4 – ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t10 – tв) = (((70 + 273)/100)4 -((20 + 273)/100)4)*5,35/(70-20) = 6,924 Вт/(м2*К). 72. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием загрузочными люками: q1 = 3,6*(αк + α1)*F1*(t1 – tв) = 3,6*(27,0979 + 15,05)*1,08*(240-20) = 36051,63 кДж/ч. 73. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием сводом камеры: q2 = 3,6*(αк + α2)*F2*(t2 – tв) = 3,6*( 27,0979 + 8,81)*5,13*(120-20) = 66298,04 кДж/ч. 74. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием смотровыми лючками: q3 = 3,6*(αк + α3)*F3*(t3 – tв) = 3,6*(27,0979 + 12,68)*1,96*(200-20) = 28874,16 кДж/ч. 75. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием сводом обогревательного простенка: q4 = 3,6*(αк + α4)*F4*(t4 – tв) = 3,6*(27,0979 + 9,685)*12,6574*(140-20) = 201129,7 кДж/ч. 76. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием лобовой стенкой: q5кс = 3,6*(αк + α5кс)*F5*(t5кс – tв) = 3,6*(27,0979 + 7,637)*1,36*(90-20) = 11924,13 кДж/ч. q5мс = 3,6*(αк + α5мс)*F5*(t5мс – tв) = 3,6*(27,0979 + 7,274)*1,36*(80-20) = 10113,61 кДж/ч. q5 = q5кс + q5мс = 11924,13 + 10113,61 = 22037,74465 кДж/ч. 77. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием дверью с коксовой стороны: q6 = 3,6*(αк + α6)*F6*(t6 – tв) = 3,6*(27,0979 + 8,819)*2,61*(120-20) = 33747,69 кДж/ч. 78. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием дверью с машинной стороны: q7 = 3,6*(αк + α7)*F7*(t7 – tв) = 3,6*(27,0979 + 8,41)*2,31*(110-20) = 26575,51 кДж/ч. 79. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием торцевой стеной обогревательного простенка с к.с.: q8 = 3,6*(αк + α8)*F8*(t8 – tв) = 3,6*( 27,0979 + 9,685)*5,31*(140-20) = 84377,41кДж/ч. 80. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием торцевой стеной обогревательного простенка с м.с.: q9 = 3,6*(αк + α9)*F9*(t9 – tв) = 3,6*(27,0979 + 8,81)*5,61*(120-20) = 72538,13 кДж/ч. 81. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием торцевой стеной обогревательного простенка с м.с.: q10 = 3,6*(αк + α10)*F10*(t10 – tв) = 3,6*(27,0979 + 6,924)*8,45*(70-20) = 51735,4кДж/ч. 82. Суммарные потери тепла конвекцией и лучеиспусканием печным массивом: qсум = ∑ qi = 36051,63 + 66298,04 +28874,16 + 201129,7 +22037,74465 +33747,69 + 26575,51 +84377,41+ 72538,13 + 51735,4 = 623365,4 кДж/ч. 83. Рассчитаем потери тепла конвекцией и лучеиспусканием и теплопроводностью в грунт (примем 10% от потерь наружными поверхностями) печным массивом, отнесённые к тонне шихты: Q13 = qсум *1,1*Е*τ/(bср*L*h* γсш ) = 623365,4 *1,1*1000*15/(0,41*15,14 *4,98*770) = 432112,5 кДж/т. Таблица 7 – Тепловой баланс коксовой печи
84. Приравняем приходную часть и расходную часть теплового баланса и найдём расход отопительного газа G: 7150*G + 68,446*G + 25,785*G + 15,8 = 1161400 + 132638,766 + 60594,88 + 13961,7068 + 4269,72 + 2369,25 + 342126,936 + 2145,69*G + 432112,5; 7150*G + 68,446*G + 25,785*G - 2145,69*G = 1161400 + 132638,766 + 60594,88 + 13961,7068 + 4269,72 + 2369,25 + 342126,936 – 15,8; G = 2140428,32/5098,541 = 419,812 м3/т. 85. Подставим полученное значение расхода отопительного газа и сведём тепловой баланс в таблицу 7. 86. Рассчитаем теплотехнический к.п.д. обогрева коксовых печей: ηтепл = (Qсум – Q12 – Q13)*100/ Qсум = (3041230,8 - 891786,7- 432112,5)*100/3041230,8 = 56,468 % 87. Рассчитаем термический к.п.д. обогрева коксовых печей: ηтерм = (Qсум – Q12 )*100/ Qсум = (3041230,8 -891786,7)*100/3041230,8 = 70,676 % 88. Рассчитаем удельный расход тепла на коксование 1 кг шихты фактической влажности: qрш = Q1/Е = 3001655,8/1000 = 3001,655 кДж/кг. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 1