Термодинамічний аналіз коксових печей
Конструкція коксових печей і підготовчі розрахунки. Сутність та значення прибуткових та видаткових статей балансу. Розрахунок теплового балансу коксових печей, які опалюються коксовим газом. Ексегретичний та теплотехнічний аналіз коксових печей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 07.06.2015 |
| Размер файла | 391,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра хімічна технологія палива
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни «Енерготехнологія хімічних виробництв»
на тему: «Термодинамічний аналіз коксових печей»
Студента 2 курсу ХТ - 13
Куликов Р. М.
Керівник: старший викладач
Семченко С. А.
м. Донецьк 2015
ЗАВДАННЯ
Описати роботу печі ПВР з боковим підведенням опалювального газу та розподілу потоків. Описати фізико-хімічні основи процесу коксування і теплотехнічний режим. Розрахувати матеріальний і тепловий баланс процесу коксування за наступними вихідними даними:
Склад опалювального газу (в об'ємних%)H2- 60,1%
O2-0,3 %
CH4-26,0%
N2-2,3 %
CmHn-2,1 %
CO-6,5 %
CO2-2,7 %
Vdaf-29,8 %
б - 1,38
Показники технічного аналізу шихти:
=10-0.1*N=10-0,114=8.6 %
=7-0.1*N=7-0,0114=6,86 %
=2+0.1*N= 2+0,017=2,14 %
де N- номер варианту, 14
Показники елементного аналізу шихти:
=87,38 %
=5,15 %
=5,82 %
=1,65 %
Коефіцієнти перерахунку
N2>NH3 - 0.12
S>H2S - 0.23
O>H2O - 0.425
Коефіцієнти розрахунку виходу з сухої шихти:
Для сухого коксового газу - 2,79
Смоли - 0,94
Ароматичних вуглеводнів - 0,91
РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка: 32 сторинок, 3 малюнка, 4 таблиці, 6 джерел
В роботі описані технологічна схема коксового цеху, технологічна схема коксової печі системи ПВР з боковим підведенням опалювального газу. Описано теплотехнічний режим коксової батареї.
Розраховані матеріальний і тепловий баланси процесу, різні види ККД.
Наведено результати енергетичного аналізу коксової печі.
Коксування, продуктів коксування, ТЕПЛОВОЇ БАЛАНС, матеріального балансу, коксового ПЕЧЬ, КОКСОВИЙ ЦЕХ, КОРНЮР, шихти, Теплотехнічне РЕЖИМ, регенератори, теплоємність.
ЗМІСТ
ВСТУП
1. ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА І КОНСТРУКЦІЯ КОКСОВІ ПЕЧІ З СИСТЕМОЮ ПВР З БІЧНИМ ПІДВОДЯЧИ ОПАЛЮВАЛЬНОГО ГАЗУ
2. КОНСТРУКЦІЯ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ СИСТЕМИ ПВР З БІЧНИМ ПІДВОДЯЧИ ОПАЛЮВАЛЬНОГО ГАЗУ
3. РАСЧЕТ МАТЕРІАЛЬНОГО БАЛАНСА
3.1 Підготовчі розрахунки
3.2 Прибуткові статті балансу
3.3 Видаткові статті балансу
3.4 Зведений матеріальний баланс процесу коксування
4. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО БАЛАНСУ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ, ЯКІ ОПАЛЮЮТЬСЯ КОКСОВИМ ГАЗОМ
4.1 Прибуткові статті балансу
4.2 Видаткові статті теплового балансу
4.3 Зведений тепловий баланс коксових печей
4.4 Теплотехнічний аналіз коксових печей
5. ЕКСЕГРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ
ВИСНОВКИ
ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
ВСТУП
Коксування - це термічний процес обробки шихти при високій температурі без доступу повітря твердих і рідких горючих копалин з утворенням летких речовин і твердого залишку - коксу. Останній знаходить широке застосування в різних галузях народного господарства (див. Кокс кам'яновугільний, кокс нафтовий, кокс пековий). Сировина для коксування - в основному кам'яне вугілля, в значно менших масштабах переробляють інші горючі копалини, а також висококиплячі залишкові продукти дистиляції нафти кам'яновугільний пек і т.д ..
Коксування кам'яного вугілля - переробка його при 900-1100 ° С з метою отримання кам'яновугільного коксу, коксового газу, кам'яновугільної смоли та ін. Продуктів. Попередньо збагачені (відокремлені від мінеральних домішок), подрібнені до зерен розміром приблизно менше 3 мм і ретельно перемішані вугілля (шихту) направляють у вежу, з якої за допомогою завантажувальних вагонів через спеціальні люки подають в розпечені коксові печі - горизонтальні апарати щелевидная типу. Обігрівальні простінки (вертикальні канали) печей викладені з динасового вогнетривкої цегли. Переважне застосування знайшли печі з камерами шириною 400-500 мм, висотою 47 м, довжиною 12-16 м, корисним об'ємом 20-50 м3. Кілька десятків печей (зазвичай 60-70) компонують в єдину систему - коксову батарею, що обслуговується загальним комплектом.
Для проведення такого складного процесу, потрібно чітко знати і дотримуватися його параметри. Підтримувати високу температуру в камері коксування, за рахунок спалювання опалювальних (коксових або димових) газів. А так само враховувати певну послідовність вивантаження готового коксу, в тому плані, щоб водночас не розвантажувалися дві сусідні камери коксування, для підтримки більш-менш стабільної температури опалювальних простінків і запобігання їх руйнування. З параметрів, можна ще вказати на своєчасну вивантаження готового коксу і завантаження сировини (шихти), яка теж повинна відповідати певним вимогам. Шихта - це оптимальна суміш з коксівного вугілля, яка містить в собі певне співвідношення вітреніта і фюзеніта (компоненти, що відповідають за спекаемость).
Практично, зараз доводиться вирішувати проблему створення коксу, заданої якості, з наявного на складі сировини. І це рішення утруднюється внаслідок обмеженої кількості добре спікливих вугілля. [1]
1. ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА І КОНСТРУКЦІЯ коксові печі З СИСТЕМОЮ ПВР З БІЧНИМ Підводячи ОПАЛЮВАЛЬНОГО ГАЗУ
Сучасні коксові печі споруджуються у вигляді батарей, кожна з яких включає 65-75 і більше камер.
Між батареями розташовуються вугільні башти місткістю 2000-3000 т вугільної шихти. Сторона батареї, по якій рухається коксовиталківателей називається машинної, а сторона, куди видається кокс з печі - коксової.
На малюнку 1 представлена технологічна схема коксового цеху при охолодженні водою в гасильний вежі.
Малюнок 1-технологічні схеми цеху.
1 вугільна вежа;
2 батарея печей;
3 димові труби;
4 коксовиталківателей;
5 Углезагрузочная вагон;
6 дверезйомних машина;
7- електровоз з гасильним вагоном;
8- гасильний вежа;
9-коксова рампа.
Вся батарея споруджується на залізобетонному фундаменті, поряд з яким проходять кабана, що відводять продукти горіння до димаря.
Коксові печі по конструкції - це складні теплотехнічні споруди, які складаються з: камер, куди завантажується вугілля; обігрівальних простінків, що представляють собою систему опалювальних каналів, які подають газ і повітря для опалення печей, регенераторів для нагрівання повітря і відповідної арматури і механізмів.
Сукупність нормованих тисків у камерах коксування і їх різний рівень по висоті опалювальної системи, носить назву гідравлічного режиму.
Рух в коксових печах температурних полів здійснюється відповідно до загальних законів теплотехніки, які мають свою специфіку.
Температурний режим повинен забезпечувати: одночасне утворення коксу по довжині і висоті камер коксування, освіта коксу в усіх печах батареї за однаковий період коксування до моменту видачі з печей.
Ступінь рівномірності підігріву коксового пирога по висоті обумовлюється розподілом температур по висоті камер коксування. Конструкція коксових печей і способи регулювання прогріву мають сприяти досягненню найбільшого перепаду температур між низом і верхи коксового пирога. Розподіл температур повинно забезпечувати рівномірне підйом температур не нижче 1200 ° С.
Рівномірний прогрів простінка залежить від довжини факела полум'я. Довжина полум'я факела залежить від швидкості вильоту газу з пальника або косого ходу, умов перемішування газу і повітря, кількості повітря, теплоти згорання газу, його фізичних властивостей.
Рівномірність нагріву обігрівальних простінків по довжині батареї визначається виміром температур в контрольних вертикаль машинної і коксової сторони батареї. Контрольними вважаються 6 і 7 вертикаль з машинною і 4 і 5 з коксової сторони батареї. Середні робочі температури не повинні перевищувати 1450 ° С. Середня контрольна температура в крайніх вертикаль повинна бути не нижче ніж на 100 ° С, але більш 1240 ° С. Різниця температур між сусідніми по довжині обігрівального простінка вертикалі не повинна перевищувати 1320 ° С. Середня температура газу на виході з подсводового простору камер коксування, заміряна по його осі стояків на відстані 200-300 мм від верху печей не повинна перевищувати 140 ° С. Температура не повинна бути більше 450 ° С у продуктів горіння в газоповітряних клапанах.
Кожен опалювальний простінок батареї коксових печей повинен прогріти завантаження двох камер - праворуч і ліворуч від нього.
Для досягнення постійного теплового режиму необхідно зберігати незмінною в часі середню температуру в контрольних вертикаль, розрідження у верхній частині регенераторів на висхідному потоці і величину коефіцієнта надлишку повітря. [2]
Рис.2 - Схема обігріву печей ПВР - 51 (розріз поперечний і по простінку) 1 короткий косою хід; 1..14 обігрівальні канали
2 довгий косий хід; 1п..4п-простінки;
3 газорозподільні канали; 1р..10р-регенератори
4 рециркуляционное вікно;
2. КОНСТРУКЦІЯ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ СИСТЕМИ ПВР З БІЧНИМ ПІДВОДЯЧИ ОПАЛЮВАЛЬНОГО ГАЗУ
У печах з парними обігрівальними каналами ПВР основної опалювальної системи є попарно сполучені канали з рециркуляцією продуктів згоряння. У цих печах простінок розбитий на пари обігрівальних каналів, з'єднаних угорі перевальними вікнами.
Горіння, як правило, відбувається в одному з обігрівальних каналів пари, а по другому (сопряженному) каналу в цей час зводяться продукти згоряння.
У нижній частині обігрівальні канали, що працюють на висхідному і низхідних потоках, з'єднані вікнами для рециркуляції продуктів згоряння. Через ці вікна частина продуктів згоряння з обігрівального каналу, який працює на висхідному потоці, т.е відбувається рециркуляція продуктів згоряння. Обігрівальні канали з'єднуються з регенераторами за допомогою коротких і довгих косих ходів. Короткими косими ходами половина каналів з'єднана з регенераторами, розташованими під даним простінком, решта обігрівальні канали довгими косими ходами з'єднані з регенератора і, розташованими під обома простінками, суміжними з даними.
У печах системи ПВР з боковим підведенням опалювального газу, опалювальний газ подається збоку за розподільчим каналу - корнюру, а доменний газ і повітря - через газовоздушні клапан в ходові канали регенератов.
У печах ПВР з боковим підведенням опалювального газу, складніше проводити регулювання обігріву, ніж в печах з нижнім підведенням тепла.
Розглянемо рух газів по регенераторів і косим ходам.
В одну кантовку повітря надходить в регенератори 1р, 5р, 9р і т.д. Доменний газ надходить в регенератори 4р, 8р, і т.д.
За коротким косим ходам повітря надходить в простінки розташовані під регенератором, т.е з регенератора 5р в простінок 2n, з 9р в 4n і т.д. Одночасно по довгих косим ходам повітря надходить в суміжні простінки, т.е з регенератора 1р в простінок 1n, з ??8р в 3n і т.д.
Продукти згорання з простінків надходять по коротким косим ходам, відводяться по довгих і навпаки. Так з простінка 2n продукти згоряння відводяться довгими косими ходами в регенератори 3р, 6р, з 4n - в 7р, 10р, і т.д. З простінка 1n продукти згоряння короткими косими ходами відводяться в регенератори 2р і 3р, з 3n - в 5р, 7р і т.д.
В іншу кантовку напрямку руху газів змінюється, і по регенераторами 2р, 6р, 10р і т.д надходить повітря, по 3р, 7р і т.д - доменний газ, по 1р, 4р, 5р, 8р, 9р і т.д
Де р - регенератори, n - простінки.
Кожен простінок з'єднується косими ходами з чотирма регенераторами, а кожен регенератор (крім двох крайніх) з двома простінками. Таким чином, всі регенератори батареї з'єднуються між собою косими ходами і обігрівальними каналами. Це забезпечує стійкість гідравлічного режиму коксової печі і значно полегшує в ній регулювання тяги. Наявність рециркуляції продуктів згоряння значно підвищує рівномірність обігріву коксової печі по висоті. [3]
У тому випадку, якщо для обігріву коксових печей застосуються коксовий газ, то він не піддається попередньою нагріванню в регенераторах зважаючи розкладання вуглеводневих газів, а подається, через один карнюр в непарні, а по іншому корнюру - в парні вертикаль. На його виході встановлюють калібровані пальника. Тому повітря подається через всі регенератори. Продукти горіння в цьому випадку рухаються тим же шляхом, що і при опаленні доменним газом.
3. РАСЧЕТ МАТЕРІАЛЬНОГО БАЛАНСА
3.1 Підготовчі розрахунки
Перерахування результатів технічного й елементного аналізів шихти на робочу шихту здійснюється за наступними формулами:
(1)
(2)
де - вміст елемента або продукту (смоли , сірки й т.д.) відповідно в робочій, сухій шихті й органічній масі шихти, %;
- вміст вологи, %;
- зольність, %;
- вміст сірки, %.
Вихід летучих речовин із сухої беззольної (горючої) маси на суху зольну масу шихти перераховують за формулою:
(3)
де - вихід летучих речовин відповідно на суху і на беззольну масу шихти, % .
Отриманий аналіз шихти в перерахуванні на робочу масу зводять у контрольний рядок , щоб переконатися в правильності арифметичних підрахунків, %:
|
Показники аналізу шихти |
Сума показників, % |
||||||||
|
Значення показників аналізу, % |
18 |
29,5 |
1 |
37,3 |
2,8 |
10,5 |
0,9 |
100 |
Сума цих показників повинна бути 100 %. У противному випадку необхідно знайти помилку в попередніх розрахунках і тільки після цього продовжувати розрахунок матеріального балансу коксування.
3.2 Прибуткові статті балансу
Суха шихта. Кількість сухої шихти, що завантажується до камери коксування підраховують за формулою :
(4)
або
(5)
де - робоча волога шихти у перерахунку на кілограм.
901,2
Волога шихти. Вологу, що завантажується до камери коксування разом із шихтою, підраховують за формулою:
(6)
98,8
3.3 Видаткові статті балансу
Вихід сухого валового коксу із сухої шихти підраховується за формулою:
(7),
77,45
де - вихід летучих речовин на суху масу коксу, звичайно приймається рівним 1,0;
- виправлення на вихід коксу, одержуваного у виробничих умовах (припік). Залежить від виходу летучих речовин і визначається по емпіричній формулі:
(8)
або
(8).
4,21
Вихід сухого валового коксу з робочої шихти підраховується за формулою, %:
(9).
60,1% 600кг
Коксовий газ зворотний (сухий) із сухої шихти:
(10),
14,62%
де К - коефіцієнт коксового газу, К=2,54-2,90.
В перерахунку на робочу масу:
(11).
13,178 (131кг)
Смола безводна. Вихід смоли безводної із шихти підраховують по емпіричній формулі С. Г. Аронова , Р. Л. Мишулович :
(12),
3,89
К=0,94
де - емпіричний коефіцієнт виходу смоли. Перебуває в межах 0,81-0,98 залежно від марочного складу шихти й режиму коксування .
Вихід смоли безводної з робочої шихти підраховують за формулою:
(13).
3,506
Сирий бензол. Вихід сирого бензолу (бензольних вуглеводнів з t кипіння до 180єС) із сухої шихти підраховують за емпіричною формулою С.Г.Аронова , Р.Л.Мишулович :
(13),
1,13%
де - емпіричний коефіцієнт виходу бензолу. Перебуває в межах 0,84-0,97.
=0,91
Вихід бензолу із робочої шихти підраховують за формулою:
(14).
1,018
Аміак 100%. Вихід аміаку 100%-го підраховують за формулою:
( 15),
0,19
де - коефіцієнт переходу азоту шихти в аміак , що перебуває в межах 0,11-0,14;
- вміст азоту в робочій шихті,
17 - молекулярна вага аміаку;
14 - атомна вага азоту.
Сірка в перерахуванні на сірководень. Вихід сірки в перерахуванні на сірководень із робочої шихти підраховується за формулою:
(16),
0,492%
де - коефіцієнт переходу сірки шихти в сірководень, що перебуває в межах
0,17-0,29;
- вміст сірки в робочій шихті , %.
34 - молекулярна вага сірководню;
32 - атомна вага сірки.
Волога шихти. Вологу шихти, що випаровується в камерах коксування , підраховують за формулою, кг:
(17).
98,62кг
Пірогенетична вода. Вихід пірогенетичної води з робочої шихти підраховують за формулою:
(18),
2,25кг на 1т. шихты
де - коефіцієнт переходу кисню в пірогенетичну воду, який перебуває в межах 0,334-0,505;
- вміст кисню в шихті;
18 - молекулярна вага води;
16 - атомна вага кисню.
Нев'язання балансу визначається по різниці між прибутковою й видатковою частинами. Нев'язання балансу допускається до 0,5 %.
=0,2%
Для подальших розрахунків необхідно визначити коефіцієнт озоління
(19),
1,291
та зольність коксу
(20). 6,98*1,29=9%
3.4 Зведений матеріальний баланс процесу коксування
Отримані результати розрахунків вносять у таблицю зведеного балансу, де наводяться дані на робочу й суху маси шихти (табл. 1).
Таблиця 1 - Зведений матеріальний баланс коксування вугільної шихти
|
Прибуткова частина |
Видаткова частина |
|||||
|
Назва статті |
Відсотковий склад |
Назва статті |
Відсотковий склад |
|||
|
на робочу шихту |
на суху шихту |
на робочу шихту |
на суху шихту |
|||
|
1. 2. |
1000 |
901,2 |
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Нев'язання балансу |
60,1 |
77,45 |
|
|
1. |
1000 |
98,8 |
1. |
13,178 |
14,62 |
|
|
1. |
1. |
3,5 |
3,89 |
|||
|
1. |
1. |
0,901 |
1,13 |
|||
|
1. |
1. |
0,19 |
0,19 |
|||
|
1. |
1. |
0,492 |
0,492 |
|||
|
1. |
1. |
8,9 |
- |
|||
|
1. |
1. |
0,225 10,291 |
- |
|||
|
Разом |
100 |
100 |
Разом |
100 |
100 |
4. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО БАЛАНСУ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ, ЯКІ ОПАЛЮЮТЬСЯ КОКСОВИМ ГАЗОМ
Вихідними величинами для розрахунків є дані, отримані в результаті складання матеріального балансу.
Коефіцієнт надлишку повітря приймається = 1,25 (з урахуванням повітря на обезграфічування).
коксовий піч газ баланс
4.1 Прибуткові статті балансу
Тепло горіння опалювального газу
(1)
де - нижча теплота згоряння газу, ;
- питома витрата сухого опалювального газу, .
Теплота згоряння сухого газу визначається за формулою:
(2)
18136,33
18136,33*Vx
де і т.і. - вміст компонентів в об'ємних відсотках у перерахуванні на сухий газ.
Таким чином розраховують теплоту згоряння суміші коксового й доменного газів.
Температуру газу, що надходить на обігрів, приймають 25єС. Статичний тиск газу в газопроводі дорівнює 14 мм. рт. ст. (190 Па). Вміст вологи в газі .
Нижчу теплоту згоряння суміші вологого коксового й доменного газів розраховують за формулою:
(3).
17552 кдж/м3
Ентальпія газу:
(4),
де - температура газу, що надходить на опалення печей, .
На основі даних про середню теплоємкість складових частин газу обчислюють середню теплоємкість сухого газу, :
(5)
1,428
34,605
де і т.д. - вміст компонентів в опалювальному газі, розраховують за правилами адитивності. Теплоємкість води при дорівнює 1,497.
Ентальпія повітря:
(6)
де - дійсна кількість сухого повітря, що витрачається на спалювання 1м3 газу, м3;
- середня теплоємкість повітря;
- температура вологого повітря;
-вміст у повітрі водяних парів у перерахунку на 1м3 сухого повітря, м3;
- теплоємкість водяної пари;
(7)
де - коефіцієнт надлишку повітря;
- теоретична кількість сухого повітря, розраховується за рівнянням
(8)
де 21 - вміст кисню в повітрі, %;
- необхідна кількість кисню на згорання:
(9)
Разом з 1м3 повітря через опалювальну систему проходить певна кількість водяної пари. При відносній вологості 50% і температурі навколишнього повітря 15 С :
4,36
0,917
6,01
*143,2
Ентальпія вологої шихти
де Wш - вміст вологи, %,
сy - середня теплоємкість сухого вугілля;
сw - теплоємкість води;
t - температура завантаженої шихти.
Теплоємкість сухого вугілля, кДж/(кг К):
де - зольність сухої шихти, % (за даними матеріального балансу);
сг - середня теплоємкість горючої маси шихти;
сз - середня теплоємкість золи вугілля.
Теплоємкість сг для коксівного вугілля при низьких температурах може бути прийнята 1,08 кДж/(кг К), теплоємкість золи сз може бути прийнята рівна теплоємкості кварцу, чисельне вираження якої 0,711 кДж/(кг К).
1,05
33991,68
Тепловий ефект процесу коксування. Величина й знак теплового ефекту процесу коксування ще недостатньо досліджені, тому за пропозицією професора П. Г. Рубіна, приймають її рівної нулю:
4.2 Видаткові статті теплового балансу
Ентальпія коксу, кДж/1000 кг:
де К - вихід сухого газу на одиницю завантаження (за даними матеріального балансу), м3;сК - середня теплоємкість коксу, приймають рівної 1,5;tK - середня температура коксу при видачі його з камери коксування. Приймають рівної tK=1050°С.
1219837,5
Тепло нагрівання дистиляційного газу:
де Vг - вихід сухого газу на одиницю завантаження (за даними матеріального балансу), м3;
- середня теплоємкість газу;
t - температура прямого газу при виході з камери, рівна 750°С.
Щільність сухого газу:
де 1,977 , 1,413 і т.і. - щільність відповідних компонентів;
CO2, CmHn - відсотковий вміст складових частин коксового газу.
Середню теплоємкість газу при t = 750 С розраховують по його составу, визначення теплоємкості окремих компонентів:
де - теплоємкість i -го компоненту;
xi - вміст i -го компонента в суміші;
0,43
131,78/0,43=306,46
(2,108*2,7+3,228*2,1+1,44*0,3+1,377*6,5+2,432*26+1,312*60,1+1,363*2,3)/100=
=1,67
306,46*1,67*750=383847,55
Тепло нагрівання хімічних продуктів коксування
Тепло, що виноситься парами смоли:
де Gсм - вихід смоли (див. матеріальний баланс),
q0см - схована теплота випару смоли при 0єС, q0см=418,7 кДж/кг;
- середня теплоємкість парів смоли при t=750єС, =2,50 кДж/(кг·К).
35*(418,7+2,5*750)=80279,5
Тепло, що виноситься парами бензольних вуглеводнів:
де Gб - вихід бензолу (див. матеріальний баланс);
q0 б - схована теплота випару бензолу при 0 С, q0 б = 431,2 кДж/кг,
- середня теплоємкість парів бензольних вуглеводнів при t=750 С; =1,951 кДж/(кг·К).
9,01(431,2+1,951*750)=17,068
Тепло, що виноситься аміаком:
де Gам - вихід аміаку (див. матеріальний баланс);
- середня теплоємкість парів аміаку при t=750 С; = 1,764 кДж/(кг·К);
1,95*2,683*750=3923,9
Тепло, що виноситься парами сірководню:
де - питома об'ємна теплоємкість сірководню при t =750 С; = 1,764 кДж/(кг·К);
- щільність сірководню при 750 С, =1,539 кг/м3.
кДж/1000кг
Загальна кількість тепла, що виноситься хімічними продуктами коксування
80279,5+17,068+3923,9+=126515,2048 кДж\1000кг
Тепло, що виноситься парами води
де W0 - загальна кількість вологи (вугілля й пірогенетична), у кілограмах на 1 т завантаження (за даними матеріального балансу);
- середня теплоємкість водяної пари від 0С до tп;
tп - температура водяної пари при виході з камери коксування.
Тому що водяні пари виділяються в основному в першій половині періоду коксування, то приймають їхню температуру на 100єС нижче температури вихідного газу, тобто tп = 650єС. При цій температурі середня теплоємкість водяних парів =2,026 кДж/(кг·К).
кДж/1000 кг
Тепло, що виноситься продуктами горіння:
де Vп.г. - кількість вологих продуктів горіння на 1м3 газу, м3;
- середня теплоємкість продуктів горіння;
tп.г. - середня температура продуктів горіння, що надходять у борів, приймають tп.г. = 315єС.
Кількість продуктів горіння можна визначити по реакціях горіння компонентів газу при заданому відсотковому складі і б = 1,25.
Реакції горіння для:
C2H4 + 3O2 >2CO2 + 2H2O,
CO+1/2O2 >CO2,
H2+1/2O2 >H2O,
CH4+2O2 >CO2+H2O.
Схема визначення состава й кількості продуктів горіння наведена в табл.2.
Таблиця 2 - Визначення кількості продуктів горіння
|
компонент |
Формула розрахунків |
Розрахунок |
Кількість компонентів, м3/м3 сухого газу |
Вміст вологих продуктів згоряння, об % |
|
|
CO2 |
(CO2+CO+CH4+ +2,15CmHn)*0,01 |
(2,7+6,5+26+2,15*2,1)*0.01 |
0.39715 |
5,6134 |
|
|
H2O |
(2CH4+2,15CmHn+ +H2)*0,01+Wг+Wв*Ln |
(2*26+2,15*2.1+60.1)*0.01+0,322+.0,0121*6,01 |
1,56 |
22,04 |
|
|
N2 |
N2/100+79/100*Ln |
2,3/100+79/100*6,01 |
4,77 |
67,42 |
|
|
O2 |
(б-1)*O2T |
(1,38-1)*0,917 |
0,348 |
4,918 |
|
|
Итого |
7,075 |
100 |
де CO2, CO, N2 - процентний вміст відповідного компонента в газі.
Теплоємкість 1м3 продуктів горіння визначають за правилом адитивності:
де сi - середні теплоємкості відповідних компонентів продуктів горіння;
xi - процентний вміст відповідного компонента в продуктах горіння.
Втрати тепла хімічної неповноти горіння опалювального газу. Тому що в димових газах немає горючих елементів, втрати ці рівні
Теплові втрати в навколишній простір. Теплові втрати на одиницю завантаження залежать від продуктивності й температурного режиму печей, а також від їхньої конструкції й ізоляції стін.
У сучасних коксових печах величина теплових втрат коливається в межах 8-11% від загальної витрати тепла на коксування.
Приймають загальну кількість тепла, що витрачається в атмосферу й ґрунт, рівним:
4.3 Зведений тепловий баланс коксових печей
На підставі отриманих значень окремих статей прибуткової й видаткової частин теплового балансу складають попередній тепловий баланс:
У це рівняння входить одна невідома величина - Vx, що представляє собою питому витрату сухого опалювального газу на 1000 кг шихти.
Qприх=q1+q2+q3+q4+q5
Qприх = •Vx+34,605•Vx+143,2•Vx+33991,68+0=17729,805• Vx+33991,68
Q'расх=q'1+q'2+q'3+q'4+q'5+q'6+q'7
Q'расх=1219837,5+383847,55+126515,2048++Vx•+0+ Vx=2141072,66+4515,32Vx
17729,805• Vx+33991,68=2141072,66+4515,32Vx
Vx=159,45
Приход
q1=17552159,45=2798666,4
q2=34,605•159,45=5517,76
q3=143,2•159,45=22833,24
Расход
q'5=3111,16•159,45=496074,46
q'7=1404,16•159,45=223893,312
Після визначення значення Vx розглядають значення всіх статей й остаточні дані розрахунків теплового балансу зводять у таблицю 3.
Таблиця 3 Тепловий баланс коксових печей, опалювальних сумішшю доменного й коксового газів
|
Прихід |
Витрата |
|||
|
Назва статті |
кДж |
Назва статті |
кДж |
|
|
Тепло горіння газу |
2798666,4 |
Тепло на нагрівання коксу |
1219837,5 |
|
|
Тепломісткість газу |
5517,76 |
Тепло на нагрівання газу |
383847,55 |
|
|
Тепломісткість повітря |
22833,24 |
Тепло на нагрівання хімічних продуктів коксування |
126515,2048 |
|
|
Тепломісткість вологої шихти |
0 |
Тепло, що виноситься вологою |
410872,41 |
|
|
Тепло, що виноситься продуктами горіння |
496074,46 |
|||
|
Втрати тепла від хімічної неповноти згоряння газу |
0 |
|||
|
Втрати тепла в навколишній простір |
223893,312 |
|||
|
Разом |
Разом |
2861040,4368 |
4.4 Теплотехнічний аналіз коксових печей
Ефективність роботи коксових печей оцінюється термічними й теплотехнічними коефіцієнтами корисної дії. Теплотехнічним коефіцієнтом корисної дії називається частка тепла, необхідного для процесу коксування, у загальній витраті тепла:
де Qобщ - загальна кількість тепла, підведеного до печі;
Qп.г. - втрати тепла із продуктами, що відходять, горіння;
Qпот - втрати тепла в навколишнє середовище.
Теплотехнічний коефіцієнт корисної дії робочих печей становить 72-76 %.
Термічний коефіцієнт корисної дії показує, яка частина підведеного до печі тепла теоретично може бути використана. Термічний ККД дорівнює відношенню кількості тепла, підведеного до печей, за винятком тепла що виноситься продуктами згоряння до кількості підведеного тепла, %:
Термічний коефіцієнт корисної дії вітчизняних печей перебуває в межах 81-84 %.
Для визначення теплотехнічного ККД використовують дані теплового балансу, складеного на 1000 кг шихти.
5. ЕКСЕГРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ
Ексегретичний аналіз коксових печей заснований на визначенні втрат ексергій у кожному елементі аналізованої системи й кількісній оцінці причин недосконалості процесів, що протікають у них. Це дозволить знайти найбільш ефективні шляхи зменшення паливно-енергетичних витрат.
Для проведення ексергетичного аналізу доцільно представити коксову піч як термодинамічний осередок з набором вхідних і вихідних з нього теплових потоків без їхнього конкретного взаємозв'язку (модель «чорного ящика»).
Приймають температуру вхідних в осередок шихти tш, газу tг й повітря tп рівній температурі навколишнього середовища, тобто tш=tг=tп=tо.
Отже, фізична ексергія цих теплових потоків дорівнює 0,тобто Еш=Ег=Еп=0.
Ексергію інших теплових потоків можна визначити за формулою, кДж:
де Ei - ексергія i-того теплового потоку;
Qi - тепломісткість i-того теплового потоку;
T0=285K;
Ti -температура в i-тому тепловому потоці на виході з термодинамічного осередку.
Енергію палива (коксового газів) звичайно приймають рівній його нижчій теплоті згоряння, кДж:
.
Втрати ексергії Д у коксовій печі розраховують як різницю вхідних статей та вихідних ексергетичного балансу.
Эксергия топлива
Е0.t.= QnVx= 159,45=2798666,4 кДж
1) Эксергия кокса
кДж
2) Эксергия коксового газа
кДж
3) Эксергия химических продуктов коксования
кДж
4) Эксергия водяного пара
кДж
5) Эксергия продуктов горения
кДж
6) Эксергия потерь в окружающею среду
кДж
На підставі даних розрахунку енергій теплових потоків складається ексергетичний баланс аналізованого об'єкта (табл.4).
Таблиця 4 - Ексергетичний баланс коксової печі
|
Прихід |
Витрата |
|||
|
Найменування статті |
Епр, кДж |
Найменування статті |
Евит, кДж |
|
|
Ексергія вологої шихти Ексергія коксового газу Ексергія повітря Ексергія газу |
0 2798666,4 0 0 2798666,4 |
Ексергія коксу Ексергія коксового газу Ексергія хімічних продуктів коксування Ексергія водяної пари Ексергія продуктів горіння Втрати ексергії у коксовій печі Втрати ексергії в навколишнє середовище |
957060,32 276910,54 91269,033 284004,9 17516,12 Д 153117,117 |
Досконалість коксових печей буде тим вище, чим менше втрати ексергії. Ступінь досконалості даного теплотехнічного агрегату характеризує ексергетичний коефіцієнт корисної дії, % :
Д=2798666,4-195157,944=2603508,456
Зрозуміло, що при відсутності втрат на необоротність (втрат ексергії), . Показник сучасних коксових печей становить 60-62 %.
ВИСНОВКИ
У цій роботі розглянуто процес коксування вугільної шихти в коксової печі системи ПВР з боковим підведенням опалювального газу.
Наведено опис технологічної схеми цеху, печі, теплотехнічний режим коксової батареї, опалювальної коксівним газом.
Розраховані матеріальний і тепловий баланси процесу коксування. Наведено ексергітіческій аналіз процесу.
Все це має величезне значення як при вивченні дисципліни «Енерготехнологія хімічних виробництв», так і при вивченні інших навчальних дисциплін, пов'язаних з хімічною технологією, а також при вивченні і проектуванні різних хіміко-технологічних схем і процесів.
Перелік рекомендованої літератури
1 Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В 2-х кн. - М.: Химия, 1995.
2 Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника : Учебник для хим.-технол. спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1986. - 344 с.
3 Теплотехника: Учебник для вузов / А.П.Баскаков, Б.В.Берг, О.К.Витт и др. - М.:Энергоатомиздат, 1991.-224с.
4 В.И.Крутов, С.И.Исаев, А.И.Кожинов и др. Теплотехника -М.: Высшая школа, 1991.- 384с.
5 В.А.Кириллин, В.В.Сычев, Л.Е.Шейдлин. Техническая термодинамика. М.: Энергоатомиздат, 1983.- 416с.
6 Расчеты коксовых печей и процессов коксования на ЭВМ. Учебное пособие / И.В.Вирозуб, М.С.Ивницкая, Р.Е.Лейбович и др.- К.: Вища шк., 1989.- 303с.
7 Теплотехника: Учебник для студентов втузов / А.М.Архаров, С.И.Исаев, И.А.Кожинов и др.; Под общ. ред. В.И.Крутова.- М.: Машиностроение,1986.-432с.
8 Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности : Учебник для вузов / Н.А.Семененко, Л.И.Куперман, С.А.Романовский и др. - К.: Вища шк..1979.- 296с.
9 Вторичные энергетические ресурсы черной металлургии и их использование/ Ю.И.Розенгард, Б.И.Якобсон, З.А.Мурадова.-К.: Вища шк.,1988.-328с.
10 Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Энерготехнология химических производств" / Е.И.Збыковский, П.Л.Новицкий.- Донецк: ДПИ,1991.-26с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Фізико-хімічні основи процесу коксування, порівняльна характеристика і вибір конструкції печей. Розрахунок матеріального і теплового балансів з застосуванням ЕОМ. Особливості опалювальної системи коксових печей та їх контрольно-вимірювальні прилади.
курсовая работа [960,1 K], добавлен 08.10.2011Вуглезавантажувальні вагони як основні машини для обслуговування коксових печей. Пересування вуглезавантажувального вагона на коксовій батареї. Процес завантаження коксової камери шихтою. Експлуатація гідравлічних приводів механізмів шиберів, телескопів.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 10.03.2009Виды печей для автогенной плавки. Принцип работы печей для плавки на штейн. Тепловой и температурный режимы работы печей для плавки на штейн. Принцип работы печей для плавки на черновую медь. Деление металлургических печей по технологическому назначению.
курсовая работа [93,9 K], добавлен 04.12.2008Основные характеристики и конструкция трубчатых вращающихся печей. Тепловой и температурный режимы работы вращающихся печей. Основы расчета ТВП. Сущность печей для окислительного обжига сульфидов. Печи глиноземного производства (спекание и кальцинация).
курсовая работа [693,6 K], добавлен 04.12.2008Принцип работы и назначение электроплавильных печей, их разновидности и применение для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения. Спецификация и отличительные особенности печей сопротивления, дуговых и индукционных, плазменных печей.
реферат [426,9 K], добавлен 04.06.2009Общая характеристика нагревательных печей. Печи для нагрева слитков (нагревательные колодцы). Тепловой и температурный режимы. Режимы термической обработки. Определение размеров печей. Печи для термической обработки сортового проката. Конструкция печей.
курсовая работа [44,3 K], добавлен 29.10.2008Выбор конструкции методических печей в зависимости от типа стана и вида топлива. Определение производительности печей, толщины применяемой заготовки, температуры нагрева металла, его сортамент. Расчет топливосжигающих устройств, применение рекуператоров.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 21.08.2012Конструкция методических печей, их классификация. Преимущества камерных печей, особенности работы горелок. Общие принципы выбора рациональных методов сжигания топлива в печах. Работа устройств для сжигания газа (горелок) и жидкого топлива (форсунок).
курсовая работа [60,1 K], добавлен 05.10.2012Вплив коксохімічного виробництва на навколишнє середовище. Аналіз існуючих технологій гасіння коксу. Технологічна схема, принцип роботи та коефіцієнт корисної дії процесу сухого гасіння. Розрахунок кількості коксових камер і основного устаткування.
дипломная работа [527,9 K], добавлен 22.01.2015Загрузка коксовых печей. Сущность процесса коксования и термическая деструкция углей. Давление коксования и усадка загрузки. Выдача кокса, причины тугого хода и "бурения" печей. Машины, обслуживающие коксовые печи. Материальный баланс коксования.
презентация [3,2 M], добавлен 17.07.2015Особенности работы газовых мартеновских и двухванных и регенеративной системы подовых печей. Характеристика дымоотводящих и воздухоподающих трактов. Основные способы и режимы отопления. Совершенствование регенеративной системы мартеновских печей.
реферат [1,8 M], добавлен 24.10.2012Технологічні параметри та режим роботи обертових печей для випалювання вапняку. Розрахунок процесу горіння вугілля та необхідної кількості повітря для підтримання заданої температури. Параметри матеріального і теплового балансу. Визначення розмірів печі.
курсовая работа [260,6 K], добавлен 20.11.2012Предназначение протяжных печей для термической или термохимической обработки тонколистового металла. Главная задача управления протяжными печами - получение заданного качества ленты при примерно постоянной производительности. Газовый режим печей.
реферат [612,2 K], добавлен 31.10.2008Загальна характеристика секційних печей. Обґрунтування вибору методу математичного моделювання. Розрахунок горіння палива, теплообміну у робочому просторі, нагріву металлу. Алгоритм розрахунку теплового балансу і визначення витрати палива по зонах печі.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.05.2015Особенности коксохимического производства. Основные стадии коксования. Устройство коксовых печей. Состав доменного цеха, его общая схема. Техническая характеристика доменных печей. Конвертерное производство стали. Сортамент выпускаемой продукции.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 01.06.2014Предпосылки создания микроволновых печей, их появление в военных столовых США и производство в СССР. Устройство, принципы действия и технические характеристики магнетрона. Область применения и виды профессиональных микроволновых печей, их недостатки.
презентация [305,9 K], добавлен 20.11.2013Характеристика печей с электрическим нагревом для расплавления металлов и сплавов. Тепловой баланс плавильных агрегатов. Классификация тепловой работы печей. Физико-химические и эксплуатационные свойства огнеупорных и теплоизоляционных материалов.
реферат [16,6 K], добавлен 01.08.2012Знакомство с конструктивными особенностями трубчатых печей, основное назначение. Рассмотрение теплофизических свойств нагреваемых продуктов. Общая характеристика конвективной камеры. Этапы расчета трубчатых печей установки замедленного коксования.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 08.09.2013Функции и классификация индукционных промышленных печей по принципу тепловыделения. Установка электро-лучевого нагрева. Применение электрического нагрева и его особенности. Расчет эквивалентного сопротивления и коэффициента полезного действия индуктора.
курсовая работа [774,1 K], добавлен 01.09.2014Схема производства электрической меди. Конструктивные особенности ванных плавильных печей. Материальный и тепловой баланс рабочего пространства печи. Обоснование использования энергии акустического поля для интенсификации тепломассообменных процессов.
курсовая работа [148,6 K], добавлен 29.05.2014
