Расчет теплового баланса коксования

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

Департамент естественнонаучного образования

Пояснительная записка к курсовому проекту

по теме:

Расчет теплового баланса коксования

Выполнила Пичугина Ю.Ю.

Студентка группы ТВ-551804-ХТ

Руководитель Аристова Н.А.

Нижний Тагил - 2020



Содержание

Введение

1. Расчет теплоты горения отопительного газа

2. Расчет расходных статей теплового баланса

Заключение

Список литературы



Введение

При составлении теплового баланса коксовые печи рассматриваются как единая система, включающая камеру коксования, обогревательные простенки и регенераторы. В эту систему тепло вносится поступающими в нее шихтой, газом и воздухом. Их энтальпии (теплосодержания) вместе с теплом горения газа и составляют приходную часть теплового баланса. Доля теплоты горения газа в приходной части баланса является преобладающей (свыше 97-98%).

Расходная часть баланса включает энтальпии всех продуктов коксования, выходящих из камеры, и продуктов горения, уходящих из регенератора, а также потери тепла в окружающее пространство. Помимо этих статей баланс должен включать тепловой эффект самого процесса коксования.

Тепловой баланс дает возможность судить о распределении тепла, затраченного на процесс коксования, намечать возможные пути его экономии, определять расход тепла на коксование и количество отопительного газа, оценивать конструкцию печей с теплотехнической точки зрения.



1. Расчет теплоты горения отопительного газа

Расчет ведем на тонну загруженной шихты. Использована методика, изложенная в [1].

Зададимся следующими данными:

Таблица 1

Состав отопительного газа, %

							Итого
2,2	1,0	0,4	6,5	27,3	57	5,6	100

= 1% - выход летучих веществ валового кокса на сухую зольную массу.

Коэффициент избытка воздуха - б = 1,4;

Оборот печей - 17 часов.

1.1 Теплота горения отопительного газа

, (1)

где - низшая теплота сгорания газа, кДж/м³;

- удельный расход сухого отопительного газа, м³/1000 кг загрузки

Определим теплоту сгорания по химическому составу:

(2)

где Q_н - низшие теплоты сгорания, соответствующих компонентов.



1.2 Энтальпия отопительного газа (кДж/1000 кг шихты)

, (3)

где t = 20°C - температура коксового газа поступающего на обогрев;

- теплоемкость коксового газа при 20°С;

С_Н2О = 1,493 кДж/(м³·К) - теплоемкость воды при 20 °С;

- содержание влаги в газе, в пересчете на сухой газ.

= 0,01·(2,2·1,647 + 0,4·1,308 + 1,0·1,942 + 6,5·1,297 +

+ 27,3·1,55 + 57·1,28 + 5,6·1,297) = 1,371 кДж/(м³·град)

, (4)

где ц = 1 - относительная влажность;

В = 735 Па - атмосферное давление;

b = 9,7 Па - статическое давление газа (условно принято);

= 17,5 Па - давление водяного пара при температуре 20°С.

м³/ м³

(5)

.

1.3 Энтальпия воздуха

(6)

где t = 20°C - температура влажного воздуха поступающего на обогрев;

- содержание влаги в воздухе, в пересчете на сухой воздух;

С_р = 1,294 кДж/(м³·К) - теплоемкость воздуха при 20°С;

L_п - действительное удельное количество сухого воздуха, расходуемое на сжигание.

, (7)

где ц = 0,7 - относительная влажность;

= 1226 Па - давление водяного пара при температуре 10°С.

м³/ м³

где О_2т - требуемое количество кислорода для горения

1.4 Энтальпия влажной шихты

, (8)

где = 4,19 кДж/кг - удельная теплоемкость воды;

= 8,9% - содержание воды в шихте;

t = 20°C - температура загружаемой шихты;

- теплоемкость сухого угля.

(9)

где = 7,379% - содержание золы в сухой шихте;

= 1,08 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость коксующихся углей;

= 0,711 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость золы.

.

1.5 Тепловой эффект процесса коксования

Величина и знак теплового эффекта процесса коксования еще мало исследованы, поэтому [1] принимаем ее равной 0:

.



2. Расчет расходных статей теплового баланса

2.1 Теплота нагрева кокса

,(10)

где К = 735,12 кг - выход валового кокса;

- средняя температура кокса при выдаче из камеры коксования;

- удельная теплоемкость кокса.

Определение средней температуры коксового пирога производим, исходя из практических условий и следующих положений. Принимаем, что к концу периода коксования температура равна [1]:

а) по оси коксового пирога по оси камеры в нижней части равна 1050°С;

б) у стенки коксового пирога в нижней части камеры 1060°С;

в) по оси коксового пирога по оси камеры в верхней части равна 970°С;

г) у стенки коксового пирога в верхней части камеры 1030°С.

Тогда средняя температура коксового пирога:

2.2 Удельная теплоемкость кокса

, где

г = 0,45 кг/м³ - плотность летучих веществ;

= 1,066 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость золы;

= 1,507 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость углеродистого вещества;

= 1,819 кДж/(м³·К) - объемная теплоемкость летучих веществ кокса;

V = 1% - выход летучих веществ из кокса;

= 8,1% - зольность кокса (из материального баланса);

B = 91,9%

.

2.3 Теплота нагрева дистилляционного газа

, (11)

где - выход сухого газа на единицу загрузки;

= 750 °С - средняя температура газа при выходе из камеры коксования;

- средняя объемная теплоемкость газа.

2.4 Плотность сухого газа

;

,

где 125,35 кг/т - выход сухого газа (из материального баланса).

2.5 Теплота нагрева продуктов коксования

теплота энтальпия отопительный газ шихта

а) Теплота, уносимая парами смолы

(12)

где G = 28,16 кг/т - выход смолы с тонны загрузки;

= 418,7 кДж/кг - скрытая теплота испарения смолы при 0 °С;

- средняя удельная теплоемкость смолы.

б) Теплота, уносимая парами ароматических углеводородов

,

где G = 8,59 кг/т - выход сырого бензола с тонны загрузки;

= 431,2 кДж/кг - скрытая теплота испарения сырого бензола при 0°С;

- средняя удельная теплоемкость смолы.

,

где 84,6 - средняя динамическая молекулярная масса сырого бензола

в) Теплота, уносимая аммиаком

,

где G = 2,29 кг/т - выход аммиака с тонны загрузки;

= 2,683кДж/(кг·т) - средняя удельная теплоемкость аммиака.

Общее количество тепла уносимое химическими продуктами

2.6 Теплота, уносимая парами воды

, (13)

где = 650°С - температура выходящего водяного пара;

= 2,026 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость водяного пара;

= 89 + 18,6 = 107,6 кг/т - общее количество влаги угля.

2.7 Теплота, уносимая продуктами сгорания

, (14)

где - количество влажных продуктов сгорания;

- средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания;

= 345 °С- температура продуктов сгорания поступающих в боров;

Для определения состава продуктов сгорания зададим, что б = 1,5

В процессе горения происходят следующие реакции:

;

принимая, что состоит из 85% этилена и 15 % пропилена, получаем:

;

;

:

Таблица 2

Определение количества продуктов сгорания

Компонент	Формула для расчета	Расчет	Количество компонента, м3/м3	Доля компонента, %
CO2	(СО2 + 2,15·CmHn + + СО + СН4)·0,01	(2,2 + 2,15·1,0 + 6,5 + 27,3)·0,01	0,381	5,66
H2O	(Н2 + Wг + 2,15·CmHn + + 2СН4)·0,01 + Wв·Lп	(57 +2,15·1,0 + 0,024 + +27,3·2)·0,01 + 0,017·5,945	1,239	18,12
N2	(N2/100 + 79/100)·Lп	(5,6?100 + 79?100)·5,945	5,03	70,84
O2	(б - 1)·O2	(1,5 - 1)·0,8	0,357	5,38
Итого:	7,006	100,00

.

Потери от неполного сгорания отопительного газа равны нулю, так как в дымовых газах нет горючих компонентов:

Тепловые потери на единицу загрузки меняется от производительности и температуры печей, а также от их конструкции и изоляции стен. В настоящее время в коксовых печах величина тепловых потерь колеблется 8ч11% общего расхода теплоты на коксование.



(1.15)

где - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспускания;

F - площадь теплоотдающей поверхности;

- температура поверхности;

- температура окружающей среды.

(16)

где - коэффициенты конвекции и лучеиспускания соответственно.

= (5,3 + 3,6·щ)·1,163,

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

Примем:

щ_кс. = 3 м/с; щ_мс. = 2 м/с.

, (17)

где - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Расчет тепловых потерь рассчитываем для отдельных участков коксовых печей:



Загрузочные люки

.

Свод камеры

,

где = 0,410 м - средняя ширина камеры;

= 13,98 м - длина печи;

F₂ = 0,41·13,98 - 3·0,3844 = 4,579 м².

Смотровые лючки

F₃ = 32·0,2² = 1,28 м² - поверхность смотровых лючков;

Свод обогревательного простенка

F₄ = (А - b_ср)·L - F₄,

где А = 1,4 м - расстояние между осями камеры;

F₄ = (1,4 - 0,410)·13,98 - 1,28 = 12,56 м²;

Лобовые стенки со стороны выталкивания машинная сторона (МС) и со стороны приема кокса в коксотушильный вагон (КС). Поверхность этого участка ограничена по высоте уровнями свода камеры и надсводной площадки и в горизонтальном направлении оси с соседних камер. Эту величину поверхности находят по формуле:

F₅ = A·h_л,

где h_л = 1,036 м толщина перекрытия свода камер.

F₅ = 1,4·1,036 = 1,45 м² (МС)-(КС)

Двери коксовой и машинной стороны

F₆ = b·h_к,

где b = 4,3 м - высота камеры коксования;

h_к = 0,435 м ширина камеры с коксовой стороны;

h_к = 0,385 м ширина камеры с машинной стороны.

F₆ = 4,3·0,435 = 1,870 м² (КС);

F₆ = 4,3·0,385 = 1,655 м² (МС).

Торцовые стенки обогревательных простенков

F₇ = 4,3·(1,4 - 0,435) = 4,149 м² (КС);

F₇ = 4,3·(1,4 - 0,385) = 4,364 м² (МС).

Стены регенераторов

F₈ = 2·A·h_рег

F₈ = 2·1,4·3,48 = 9,744 м².

Расчет тепловых потерь в окружающую среду представим в виде таблицы 3

Таблица 3

Тепловые потери в окружающее пространство

Пересчитаем потери тепла на тонну шихты по формуле:



, (18)

где Z = 17ч - оборот печи

G = 18040 кг

q₇ = 377600 кДж/т

Примерно принимаем значение потерь в грунт 10 % общего количества теплоты, теряемой наружными поверхностями в атмосферу и грунт, тогда:

q₇ = 377445·1,10 = 415300 кДж/т.

На основании полученных значений отдельных статей приходной и расходной частей теплового баланса составляем предварительный тепловой баланс.

В предварительный тепловой баланс входит неизвестная величина V_х представляющая собой удельный расход сухого отопительного газа на 1000 кг шихты.

Таблица 4

Предварительный тепловой баланс

Название статьи прихода		q, кДж/т		Название статьи расхода		q, кДж/т
Теплота сгорания газа		17430	Vx	Теплота на нагрев кокса		1096000
Энтальпия:				Теплота на нагрев газа		336200
газа		28,13	Vx	Теплота уносимая влагой		325300
воздуха		156,874	Vx	Теплота, уносимая продуктами сгорания		3366	Vx
влажной шихты		26640		Потери от неполного сгорания		0
Неучтенный приход теплоты, выделяющийся		211204		Теплота на нагрев химических продуктов коксования		97195
при горении кокса, газа, и теплоты реакций				Потери теплоты в окружающее пространство		415300
Итого:				Итого:
237844	+	17615	Vx	2269995	+	3366	Vx
		Vx	=	142,6

Выводы

Результаты расчетов, приведенных в курсовой работе, представлены в таблице 5.

Таблица 5

Тепловой баланс коксовых печей

Название статьи прихода	q, кДж/т	%	Название статьи расхода	q, кДж/т	%
Теплота сгорания газа	2485518	90,39	Теплота на нагрев кокса	1096000	39,86
Энтальпия:			Теплота на нагрев газа	336200	12,23
газа	4011,3	0,15	Теплота уносимая влагой	325300	11,83
воздуха	22370,2	0,81	Теплота, уносимая продуктами сгорания	479991,6	17,46
влажной шихты	26640	0,97	Потери от неполного сгорания	0	0
Неучтенный приход теплоты, выделяющийся	211204	7,68	Теплота на нагрев химических продуктов коксования	97195	3,54
при горении кокса, газа, и теплоты реакций			Потери теплоты в окружающее пространство	415300	15,1
			Невязка	0	0,0
Итого:	2749743,5	100	Итого:	2749743,5	100

Расход коксового газа составил: 142,6 м³ на тонну шихты.



Библиографический список

1. Вирозуб И.В., Лейбович Р.Е., Расчеты коксовых печей и процессов коксования.- И.В. Вирозуб, Р.Е. Лейбович. - «Вища школа», 1970

2. Типы и основные характеристики коксовых батарей, запроектированных ВУХИН. - Россия, 2009

Размещено на allbest.ru

...