Расходная часть баланса

39. Рассчитаем тепло нагрева кокса по формуле:

Q₅ = G^с_к*10*с_к*t_к*(100 - W^р_ш)/100 = 83,25*10*1,486*1050*(100-8)/100 = 1195034 кДж/т

40. Рассчитаем энтальпию сухого коксового газа, выходящего из камеры коксования при температуре t_хпк = 700 ⁰С:

I_г = 0,01*(I_H2* H₂^с + I_CH4* CH₄^с + I_CO*CO^с + I_CO2*CO₂^с + I_C2H4* C H₄^с + I_N2* N₂^с + I_H2S* H₂ S^с + I_O2*O₂^с) = 0,01*(920,3*55,98 + 1667,68*26,95 + 961,33*7,56 + 1475,41*4,35 + 2233,35*0,8 + 940,36*1,26 + 1230,98*0,9 + 1005,24*2,2) = 1164,39 кДж/м³.

41. Рассчитаем тепло нагрева сухого коксового газа:

Q₆ = I_г * G^с_г *10*(100 - W^р_ш)/100 = 1164,39*12,915*10*(100-8)/100 = 138350,5 кДж/т.

42. Рассчитаем среднюю теплоёмкость паров смолы по эмпирической формуле:

с_см = (0,305 + 0,392*10^-3* t_хпк)*4,1868 = (0,305 + 0,392*10^-3*700)*4,1868 = 2,4258 кДж/(кг*К).

43. Рассчитаем тепло нагрева смолы:

Q₇ = (418,6 + с_см * t_хпк)*G^с_см *10*(100 - W^р_ш)/100 = (418,6 + 2,4258*700)* 3,331*10*(100-8)/100 = 64865,47 кДж/т.

44. Рассчитаем среднюю теплоёмкость паров сырого бензола по эмпирической формуле, с учётом того, что среднединамическая молекулярная масса сырого бензола М_сб = 84,6 кг/кмоль:

с_сб = (20,7 + 0,026* t_хпк)*4,1868/М_сб = (20,7 + 0,026*700)*4,1868/84,6 = 1,9251 кДж/(кг*К).

45. Рассчитаем тепло нагрева паров сырого бензола:

Q₈ = (431,2 + с_сб * t_хпк)* G^c_б *10*(100 - W^р_ш)/100 = (431,2 + 1,9251*700)*0,906* 10*(100-8)/100 = 14826,4 кДж/т.

46. Рассчитаем тепло нагрева аммиака:

Q₉ = с_NH3 * t_хпк *G^c_NH3 *10*(100 - W^р_ш)/100 = 2,688*700*0,268*10*(100-8)/100 = 4639,27 кДж/т.

47. Рассчитаем тепло нагрева сероводорода:

Q₁₀ = I_H2S *М_H2S /22,4* G^c_H2S *10*(100 - W^р_ш)/100 = 1230,98*34/22,4*0,564*10* (100-8)/100 = 9695,02 кДж/т.

48. Рассчитаем количество тепла, уносимое парами воды:

Q₁₁ = (r + I_Н2О*М_Н2О/22,4)*(G^c_H2О *10*(100 - W^р_ш)/100 + W^р_ш*10),

где r – теплота парообразования воды, кДж/кг;

I_Н2О – энтальпия паров воды при (t_хпк – 100) ⁰С, кДж/м³.

Q₁₁ = (2491 + 964,68*18/22,4)*(1,534*10*(100-8)/100 + 8*10) = 307390,2 кДж/т.

49. Рассчитаем температуру продуктов сгорания после регенератора при обогреве печей коксовым или смешанным газом по эмпирической формуле:

t_пс = 4420/(τ – z/60) + 50,

где z – время обработки печи, мин. z = (τ – 2)*60/n = (15 – 2)*60/65 = 12 мин.

t_пс = 4420/(15 – 12/60) + 50 = 349 ⁰С.

Если батарея отапливается доменным газом, то t_пс = 5750//(τ – z/60) – 105.

50. Рассчитаем энтальпию продуктов сгорания при t_пс = 349 ⁰С:

I_пс = I_H2О* H₂О + I_CO2*CO₂ + I_N2* N₂ + I_O2*O₂ = 492,525*0,1303 + 670,84*0,1336 + 459,65*0,6848 + 479,665*0,0515 = 493,27 кДж/м³.

51. Рассчитаем плотность продуктов сгорания:

ρ_пс = ρ_H2О* H₂О + ρ_CO2*CO₂ +ρ_SO2*SO₂ + ρ_N2* N₂ + ρ_O2*O₂ = 18/22,4*0,1303 + 44/22,4*0,1315 +64/22,4*0,0021 + 28/22,4*0,6848 + 32/22,4*0,0515 = 1,2986 кг/м³. Тогда I_пс = 493,27*1,2986 = 640,56 кДж/кг.

52. Рассчитаем тепло, удаляемых продуктов сгорания:

Q₁₂ = I_пс *V_пр.г *G = 640,56*3,11*G = 1992,1*G кДж/т.

53. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией при скорости ветра w > 5 м/с: α_к = (5,3 + 3,6*w)*1,163 = (5,3 + 3,6*6)*1,163 = 31,28 Вт/(м²*К).

Если w ≤ 5 м/с: α_к = 6,47*w^0,78*1,163.

54. Определим площадь загрузочных люков:

F₁ = n₁*f_зл = 3*0,36 = 1,08 м².

55. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от загрузочного люка:

α₁ = (((t₁ + 273)/100)⁴ – ((t_в + 273)/100)⁴)*С/(t₁ – t_в),

где С – коэффициент излучения серого тела, Вт/(м²*К⁴).

α₁ = (((240 + 273)/100)⁴ -((10 + 273)/100)⁴)*5,35/(240-10) = 14,62 Вт/(м²*К).

56. Определим площадь свода камеры:

F₂ = b_ср*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 – ((t_в + 273)/100)⁴)*5,35/(t₂ – t_в) = (((120 + 273)/100)⁴ -((10 + 273)/100)⁴)*5,35/(120-10) = 8,48 Вт/(м²*К).

58. Определим площадь смотровых лючков:

F₃ = n₂*f_сл = 28*0,07 = 1,96 м².

59. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от смотровых лючков:

α₃ = (((t₃ + 273)/100)⁴ – ((t_в + 273)/100)⁴)*5,35/(t₃ – t_в) = (((200 + 273)/100)⁴ -((10 + 273)/100)⁴)*5,35/(200-10) = 12,29 Вт/(м²*К).

60. Определим площадь свода обогревательного простенка:

F₄ = (А - b_ср)*L – F₃ = (1,32-0,41)*15,14 - 1,96 = 11,82 м².

61. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от свода обогревательного простенка:

α₄ = α₈ = (((t₃ + 273)/100)⁴ – ((t_в + 273)/100)⁴)*5,35/(t₃ – t_в) = (((140 + 273)/100)⁴ -((10 + 273)/100)⁴)*5,35/(140-10) = 9,33 Вт/(м²*К).

62. Определим площадь лобовой стенки с коксовой и машинной сторон:

F₅ = А*h_л = 1,32*1,032 = 1,36 м².

63. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от лобовой стенки с коксовой стороны:

α_5кс = (((t_5кс + 273)/100)⁴ – ((t_в + 273)/100)⁴)*5,35/(t_5кс – t_в) = (((90 + 273)/100)⁴ -((10 + 273)/100)⁴)*5,35/(90-10) = 7,32 Вт/(м²*К).

64. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от лобовой стенки с машинной стороны:

α_5мс = (((t_5мс + 273)/100)⁴ – ((t_в + 273)/100)⁴)*5,35/(t_5мс – t_в) = (((80 + 273)/100)⁴ -((10 + 273)/100)⁴)*5,35/(80-10) = 6,97 Вт/(м²*К).

65. Определим площадь поверхности двери с коксовой стороны:

F₆ = h_к*b_кс = 6,0*0,435 = 2,61 м².

66. Определим площадь поверхности двери с машинной стороны:

F₇ = h_к*b_мс = 6,0*0,385 = 2,31 м².

67. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от двери с машинной стороны:

α₇ = (((t₇ + 273)/100)⁴ – ((t_в + 273)/100)⁴)*5,35/(t₇ – t_в) = (((110 + 273)/100)⁴ -((10 + 273)/100)⁴)*5,35/(110-10) = 8,08 Вт/(м²*К).

68. Определим площадь поверхности торцевой стена обогревательного простенка с к.с.:

F₈ = h_к*(А – b_кс) = 6,0*(1,32-0,435) = 5,31 м².

69. Определим площадь поверхности торцевой стена обогревательного простенка с м.с.:

F₉ = h_к*(А – b_кс) = 6,0*(1,32-0,385) = 5,61 м².

70. Определим площадь поверхности стены регенератора:

F₁₀ = h_р*2*А = 3,2*2,0*1,32 = 8,45 м².

71. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от стены регенератора:

α₁₀ = (((t₁₀ + 273)/100)⁴ – ((t_в + 273)/100)⁴)*5,35/(t₁₀ – t_в) = (((70 + 273)/100)⁴ -((10 + 273)/100)⁴)*5,35/(70-10) = 6,62 Вт/(м²*К).

72. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием загрузочными люками:

q₁ = 3,6*(α_к + α₁)*F₁*(t₁ – t_в) = 3,6*(31,28 + 14,62)*1,08*(240-10) = 41046,6 кДж/ч.

73. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием сводом камеры:

q₂ = 3,6*(α_к + α₂)*F₂*(t₂ – t_в) = 3,6*(31,28 + 8,48)*5,13*(120-10) = 80772,6 кДж/ч.

74. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием смотровыми лючками:

q₃ = 3,6*(α_к + α₃)*F₃*(t₃ – t_в) = 3,6*(31,28 + 12,29)*1,96*(200-10) = 58411,68 кДж/ч.

75. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием сводом обогревательного простенка:

q₄ = 3,6*(α_к + α₄)*F₄*(t₄ – t_в) = 3,6*(31,28 + 9,33)*11,82*(140-10) = 224644,8 кДж/ч.

76. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием лобовой стенкой:

q_5кс = 3,6*(α_к + α_5кс)*F₅*(t_5кс – t_в) = 3,6*(31,28 + 7,32)*1,36*(90-10) = 15118,85 кДж/ч.

q_5мс = 3,6*(α_к + α_5мс)*F₅*(t_5мс – t_в) = 3,6*(31,28 + 6,97)*1,36*(80-10) = 13109,04 кДж/ч.

q₅ = q_5кс + q_5мс = 15118,85 + 13109,04 = 28227,89 кДж/ч.

77. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием дверью с коксовой стороны:

q₆ = 3,6*(α_к + α₆)*F₆*(t₆ – t_в) = 3,6*(31,28 + 8,48)*2,61*(120-10) = 41094,35 кДж/ч.

78. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием дверью с машинной стороны:

q₇ = 3,6*(α_к + α₇)*F₇*(t₇ – t_в) = 3,6*(31,28 + 8,08)*2,31*(110-10) = 32731,78 кДж/ч.

79. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием торцевой стеной обогревательного простенка с к.с.:

q₈ = 3,6*(α_к + α₈)*F₈*(t₈ – t_в) = 3,6*(31,28 + 9,33)*5,31*(140-10) = 100919,1 кДж/ч.

80. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием торцевой стеной обогревательного простенка с м.с.:

q₉ = 3,6*(α_к + α₉)*F₉*(t₉ – t_в) = 3,6*(31,28 + 8,48)*5,61*(120-10) = 88329,23 кДж/ч.

81. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием торцевой стеной обогревательного простенка с м.с.:

q₁₀ = 3,6*(α_к + α₁₀)*F₁₀*(t₁₀ – t_в) = 3,6*(31,28 + 6,62)*8,45*(70-10) = 69175,08 кДж/ч.

82. Суммарные потери тепла конвекцией и лучеиспусканием печным массивом:

q_сум = ∑ q_i = 41046,6 + 80772,6 + 58411,68 + 224644,8 + 28227,89 + 41094,35 + 32731,78 +100919,1 + 88329,23 + 69175,08 = 765353,11 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 = q_сум *1,1*Е*τ/(b_ср*L*h* γ^с_ш) = 765353,11*1,1*1000*15/(0,41*15,14 *4,98*800) = 510642,24 кДж/т.

Таблица 7 – Тепловой баланс коксовой печи

Приходная часть	Расходная часть
Статья	кДж/т (%)	Статья	кДж/т (%)
Теплота сгорания отопительного газа	3077257,97 98,59 %	Теплота нагрева кокса	(38,29 %)
Теплота отопительного газа	30782,69 0,989 %	Теплота нагрева коксового газа	138350,5 (4,43 %)
Теплота воздуха	13135,5 (0,42)	Теплота нагрева паров смолы	64865,47 (2,08 %)
Теплота угольной шихты	10,6 (0,001%)	Теплота нагрева паров сырого бензола	14826,4 (0,48 %)
		Теплота нагрева паров аммиака	4639,27 (0,15 %)
		Теплота нагрева сероводорода	9695,02 (0,31 %)
		Теплота нагрева паров воды	307390,2 (9,85 %)
		Потери тепла с продуктами горения	875743,66 (28,06 %)
		Потери тепла в окружающую среду	510642,24 (16,36 %)
Итого	3121186,76	Итого	3121186,8

84. Приравняем приходную часть и расходную часть теплового баланса и найдём расход отопительного газа G:

7000*G + 70,023*G + 29,88*G + 10,6 = 1195034 + 138350,5 + 64865,47 + 14826,4 + 4639,27 + 9695,02 + 307390,2 + 1992,1*G + 510642,24;

7000*G + 70,023*G + 29,88*G - 1992,1*G = 1195034 + 138350,5 + 64865,47 + 14826,4 + 4639,27 + 9695,02 + 307390,2 + 510642,24 – 10,6;

G = 2245432,5/5107,803 = 439,61 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:

η_тепл = (Q_сум – Q₁₂ – Q₁₃)*100/ Q_сум = (3121186,76 - 875743,66 - 510642,24)*100/ 3121186,76 = 55,58 %

87. Рассчитаем термический к.п.д. обогрева коксовых печей:

η_терм = (Q_сум – Q₁₂)*100/ Q_сум = (3121186,76 - 875743,66)*100/3121186,76 = 71,94 %

88. Рассчитаем удельный расход тепла на коксование 1 кг шихты фактической влажности:

q^р_ш = Q₁/Е = 3077257,97/1000 = 3077,26 кДж/кг.

Расчёт гидравлического режима коксовой печи [4], с.88 - 103.

При расчёте гидравлического режима коксовой печи для упрощения примем, что в регенераторе подогревается только воздух, поступающий на горение.

89. Рассчитаем количество газа, подаваемого на один простенок:

V_г = b_ср*L*h* γ^с_ш* q^р_ш /τ/Q^р_н = 0,41*15,14*4,98*800*3077,26/15/7000 = 724,78 м³/ч.

90. Рассчитаем количество газа, подаваемое на коксовую сторону по эмпирической формуле:

V_гкс = V_г *(7 + 0,4)*1,123/(7 + 0,4)*1,123 + (8 + 0,4) = 360,44 м³/ч.

91. Через подовый канал одного регенератора с коксовой стороны на восходящем потоке проходит воздух в количестве:

V_в = V_гкс * V^д₀ /3600 = 360,44*2,29/3600 = 0,229 м³/с.

92. Через подовый канал одного регенератора с коксовой стороны на нисходящем потоке проходят продукты сгорания в количестве:

V_пг = V_гкс * V_пр.г /3600 = 360,44*3,11/3600 = 0,311 м³/с.

93. Рассчитаем расход воздуха в коротком косом ходе по эмпирической формуле:

V_вккх = V_в *(1 – 2,8/(2,8 + 12))/12 = 0,229*(1 - 2,8/(2,8 + 12))/12 = 0,01547 м³/с.

94. Рассчитаем расход продуктов горения в вертикале по эмпирической формуле:

V^/ _пгв = V_пг *(1 – 1,4/(1,4 + 6))/6 = 0,311*(1 - 1,4/(1,4 + 6))/6 = 0,04203 м³/с.

Или с учётом рециркуляции равной 1,8: V_пгв = V^/ _пгв *1,8 = 0,04203*1,8 = 0,07565 м³/с.

95. Рассчитаем расход продуктов горения в длинном косом ходе:

V_пгдкх = V^/ _пгв /2 = 0,04203/2 = 0,021015 м³/с.