Расчет материального, теплового баланса и гидравлического режима процесса коксования угольной шихты в коксовых печах

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова

Кафедра физической химии и химической технологии

Курсовой проект

по дисциплине «Коксование углей»

«Расчет материального, теплового баланса и гидравлического режима процесса коксования угольной шихты в коксовых печах»

Выполнил: студент 5 курса, группа МХТ-09 Харрасова Г.Ш.

Проверил: Горохов А.В.

Магнитогорск, 2013

Задание на курсовой проект

Вариант 9

Технический анализ шихты: влага шихты Wрш = 8 %; зола шихты Асш = 9,0%; общее содержание серы в шихте Sсш = 0,6 %; выход летучих веществ Vгш = 28,0 %. Насыпная масса сухой шихты γсш = 780 кг/м3. Элементный состав шихты, % на горючую массу: Сгш = 88,5 %; Нгш = 4,5 %; Огш = 5,0 %; Nгш = 1,5 %; Sгш = 0,5 %.

Таблица 1 - Состав газов

Компоненты газа	Отопительный газ, % объём. на сухую массу Qрн = 6,5 МДж/м3		Обратный коксовый, % объём. на сухую массу
	доменный	коксовый
Н2	4,2	59	59
СН4	0,2	22	22
СО	28,3	9	9
СО2	12,5	5,5	5,5
С2 Н4	---	1,5	1,5
N2	52,6	1,0	1,0
H2 S	2,0	0,5	0,5
O2	0,2	1,5	1,5
Wр	42 г/м3	35 г/м3	---

Коэффициент избытка воздуха α = 1,4.

Коэффициенты перехода элементов из шихты в газ: азота kN = 0,16; серы kS = 0,29; кислорода kО = 0,505. Коэффициент выхода газа kг = 2,65.

Выход летучих из кокса Vск = 0,7 %. Размеры камеры коксования: высота h = 4,98 м; длина L = 15,14 м; средняя ширина bср = 0,41 м; ширина с машинной стороны bмс = 0,385 м; ширина с коксовой стороны bкс = 0,435 м; толщина свода камер hл = 1,032 м; полная высота камеры hк = 6,0 м; высота регенератора и зоны косых ходов hр = 3,2 м. Расстояние между осями камер А = 1,32 м. Число загрузочных люков n1 = 3; поверхность загрузочного люка fзл = 0,36 м2. Число смотровых лючков n2 = 28; поверхность смотрового лючка fсл = 0,04 м2. Продолжительность оборота печи τ = 17 часов. Число камер в батарее n = 65.

Масса расчётной единицы шихты фактической влажности Е = 1000 кг. Теплоёмкость горючей массы шихты сш = 1,09 кДж/(кг*К), теплоёмкость золы сз = 0,71 кДж/(кг*К); средняя теплоёмкость кокса ск = 1,486 кДж/(кг*К); энтальпия сероводорода IH2S = 1230,98 кДж/м3 при tхпк = 700 0С; теплоёмкость аммиака сNH3 = 2,688 кДж/(кг*К).

Температура загружаемой шихты tш = 30 0С, температура отопительного газа tотоп = 50 0С, температура окружающей среды tв = 300С; конечная температура кокса tк = 1050 0С; температура химических продуктов коксования tхпк = 680 0С. Упругость водяных паров при tв Рнас = 1227,97 Па. Относительная влажность воздуха φ = 0,7. Барометрическое давление В = 99000 Па. Скорость ветра w = 2 м/с.

Температуры поверхности участков коксовой печи приведены в таблице 2.

Исходные данные для гидравлического расчета коксовых печей приведены в таблице 3. Таблицы 2 и 3 (см. методичку).

Введение

Под коксованием в общем виде понимают сложный процесс превращения топлива при нагреве до высоких температур без доступа воздуха. Характер этих превращений зависит от конечной температуры нагрева топлива.

Обычно коксование завершается в интервале 950-1050°С. Этот процесс называется высокотемпературным коксованием. Различают также низкотемпературное коксование, или полукоксование (500-600°С), и среднетемпературное коксование (750°С).

Конечная температура нагрева существенно влияет на выход и качество химических продуктов, а также на качество твердого остатка.

Качество кокса зависит от многих технологических факторов, в частности от степени измельчения угля, степени уплотнения шихты, содержания влаги , выхода летучих веществ, режима нагрева и др.

Материальный, тепловой балансы и гидравлический расчет обычно составляется при проектировании коксохимических заводов, при планировании производства и выборе режима коксования. Так, на действующих предприятиях составление баланса необходимо для учета перерабатываемого сырья и получаемых продуктов, для выявления возможных потерь и контроля над ведением технологического процесса. А расчет теплового баланса позволяет определять расход отопительного газа на коксование и рассчитать продукты горения газа. Расчет гидравлического режима предусматривает определение гидравлического сопротивления системы печей и нахождение давления в ее характерных точках.

Таблица 2 - Температуры поверхности участков коксовой печи

Участок поверхности коксовой печи	Температура, 0С
Загрузочные люка t1	240
Свод камеры t2	120
Смотровые лючки t3	200
Свод обогревательного простенка t4	140
Лобовая стенка к.с. t5кс	90
Лобовая стенка м.с. t5мс	80
Двери с коксовой стороны t6	120
Двери с машинной стороны t7	110
Торцевая стена обогревательного простенка с к.с. t8	140
Торцевая стена обогревательного простенка с м.с. t9	120
Стена регенератора t10	70

Таблица 3 - Исходные данные для гидравлического расчета коксовых печей

Участок отопительной системы	Сечение F, м2	Длина L, м	Диаметр эквивалентный D, м	Температура, 0С
Восходящий поток
Подовый канал	0,141	6,923	0,351	100
Колосниковая решетка				100
Минимальные	0,00096	---	0,035
Средние	0,00241	0,102	0,0525
Максимальные	0,00385	---	0,07
Насадка регенератора	1,13	2,145	0,03	100 - 1200
Наднасадочное пространство				1200
Минимальные	0,248	---	---
Средние	1,732	0,12	0,501
Максимальные	2,8	---	---
Косой ход (короткий)				1230
На входе	0,025	---	---
Среднее	0,012	1,2	0,109
На выходе	0,0063	---	---
Вертикал	0,218	3,96	0,445	1500
Перевальное окно	0,114	---	0,333	1400
Шахточка вертикала	---	1,936	---	1000
Участок отопительной системы	Сечение F, м2	Длина L, м	Диаметр эквивалентный D, м	Температура, 0С
Нисходящий поток
Вертикал	0,218	3,96	0,445	1350
Косой ход (длинный)				1320
На входе	0,0063	---	---
Среднее	0,012	1,54	0,109
На выходе	0,025	---	---
Наднасадочное пространство				1300
Минимальные	0,248	---	---
Средние	1,732	0,12	0,501
Максимальные	2,8	---	---
Насадка регенератора	1,13	2,145	0,03	1300 - tпс
Колосниковая решетка				tпс
Минимальные	0,00096	---	0,035
Средние	0,00241	0,102	0,0525
Максимальные	0,00385	---	0,07
Подовый канал	0,141	6,923	0,351	(tпс - 50)

1. Расчет материального баланса

. Пересчитаем элементный состав шихты и выход летучих с горючей массы на сухую. Коэффициент пересчёта х = (100 - Асш)/100 = (100 - 9,0)/100 = 0,91. Тогда элементный анализ на сухую массу, %: Ссш = 80,535 %; Нсш = 4,095 %; Осш = 4,55 %; Nсш = 1,365 %; Sсш = 0,455 %; выход летучих веществ Vсш = 25,48%.

. Найдем содержание водорода в коксе на горючую массу по формуле:

Нгк = Vск *100/(100 - Асш) = 0,7*100/(100 - 9,0) = 0,77 %.

. Рассчитаем выход кокса по эмпирической формуле

ск = 94,92-0,84* Vсш +7,7* Нгк = 94,92-0,84*25,48 + 7,7*0,77 = 79,439 %.

. Рассчитаем припёк кокса по формуле

а = 47,1 - 0,58*(100 - Vсш)*100/(100 - Vск) = 47,1-0,58*(100-25,48)*100/(100-0,7) = 3,57 %.

. Рассчитаем плотность сухого обратного газа по данным плотности его компонентов и составу:

γ = 0,01*(2/22,4* Н2 + 16/22,4* СН4 + 28/22,4*СО + 44/22,4* СО2 + 28/22,4* С2 Н4 + 28/22,4* N2 + 34/22,4* H2 S + 32/22,4* O2) = 0,01*(0,089*59+0,714*22+44/22,4*5,5+28/22,4*9+28/22,4*1,5+28/22,4*1+34/22,4*0,5+32/22,4*0,2) = 0,4963 кг/м3.

. Рассчитаем выход смолы на сухую массу:

Gccм = (- 18,36 + 1,53* Vгш - 0,0126*( Vгш)2)*(100 - Асш)/100 = (-18,36 + 1,53*28-0,026*282)*(100-9)/100 = 3,727 %.

. Рассчитаем выход сырого бензола на сухую массу:

б = (- 1,61 + 0,144* Vгш - 0,0016*( Vгш)2)*(100 - Асш)/100 = (-1,61 + 0,144*28-0,0016*282)*(100-9)/100 = 1,063 %.

. Рассчитаем выход аммиака на сухую массу:

 = kN* Nсш*17/14 = 0,16*1,365*17/14 = 0,265 %.

. Рассчитаем выход сероводорода на сухую массу:

2S = kS * Sсш*34/32 = 0,29*0,455*34/32 = 0,14 %.

. Рассчитаем выход пирогенетической влаги на сухую массу:

2О = kО* Осш*18/16 = 0,505*4,55*18/16 = 2,58 %.

. Рассчитаем выход сухого газа:

сг = kг* (Vсш)0,5 = 2,65*25,480,5 = 13,38 %.

. Рассчитаем невязку баланса:

Δ = 100 - Gск - Gccм - Gcб - GcNH3 - GcH2S - GcH2О - Gсг = 100 - 79,44 - 3,727 - 1,063 - 0,265 - 0,14 - 2,53 - 13,38 = -0,529 %. Невязка баланса менее 5 %, т.е. баланс верный.

13. Рассчитаем выход прямого коксового газа совместно с подсосанным воздухом из 1 тонны сухой шихты:

/г = Gсг *10/ γ = 13,38*10/0,478 = 272,64 м3/т шихты.

. Рассчитаем количество подсосанного воздуха:

возд = (V/г* N2 - 0,035/ γN2 * Nсш*1000)/79 = (272,64*1,26 - 0,35/1,25 *1,365*1000)/79 = 2,967 м3/т шихты.

. Рассчитаем выход прямого коксового газа совместно без подсосанного воздуха из 1 тонны сухой шихты:

г = V/г - Vвозд = 272,64 - 2,967 = 269,676 м3/т шихты.

. Рассчитаем полезный объём камеры коксования:

пол = h*l*bср = 4,98*15,14*0,41 = 30,9 м3.

Сведем материальный баланс в таблицу 4.

. Рассчитаем разовую загрузку сухой и влажной шихты в камеру:

ш = Vпол * γсш = 30,9*780/1000 = 24,11 т.

Тогда влажной шихты:

рш = Gcш *100/(100 - Wрш) = 24,11*100/(100 - 9) = 26,21 т.

. Рассчитаем годовую производительность коксовой печи по сухой шихте:

Bcш1 = Gcш *24*365/ τ = 24,11*24*365/17 = 12424,78 т/год.

. Рассчитаем годовую производительность коксовой батареи по сухой шихте:

ш = Bcш1 *n = 12424,78*65 = 807610,987 т/год.

. Рассчитаем годовую производительность коксовой батареи по сухому коксу:

к = Bcш *Gск/100 = 807610,98*79,439/100 = 641565,17 т/год.

Таблица 4 - Материальный баланс процесса коксования

Приходные статьи		Расходные статьи
Статья	Процент	Статья	Процент
1. Сухой уголь	100	1.Валовый кокс	79,439
		2.Коксовый газ	13,37
		2.Каменноугольная смола	3,72
		4.Бензольные углеводороды	1,062
		5.Аммиак	0,265
		6.Сероводород	0,14
		7.Избыточная аммиачная вода	2,585
		8. Невязка баланса	-0,596
Итого	100	Итого	100

2. Расчет теплового баланса процесса коксования

При расчёте теплового баланса примем для упрощения, что в регенераторе подогревается только воздух, подаваемый на горение.

. Переведём состав сухих отопительных газов на рабочий. Переводной коэффициент:

для коксового газа: Хкг = (100 - Wр*0,1242)/100 = (100-35*0,1242)/100 = 0,957;

для доменного газа: Хдг = (100 - Wр*0,1242)/100 = (100-42*0,1242)/100 = 0,9478.

Тогда составы газов на рабочую массу будут:

Коксовый газ: Доменный газ:

Hр2 = 59*0,957 = 56,435%; Hр2 = 4,2*0,948 = 3,981%;

CHр4 = 22*0,957 = 21,054%; CHр4 = 0,2*0,948 = 0,189%;

COр = 9,0*0,957 = 8,61%; COр = 28,3*0,948 = 26,83%;

COр2 = 5,5*0,957 = 5,264%; COр2 = 12,5*0,948 = 11,847%;

C2 Hр4 = 1,5*0,957 = 1,436%; Nр2 = 52,5*0,948 = 49,865%;

Nр2 = 1,0*0,957 = 0,957%; Oр2 = 0,2*0,948 = 0,189%;Sр = 0,5*0,957 = 0,478%; H2 Sр = 2*0,948 = 1,895%

Oр2 = 1,5*0,957 = 1,44%; W = 5,2%.

W = 4,347 %.

Сумма 100 % 100 %

. Рассчитаем теплоту сгорания газов:

рн = 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*(56,46*2577+21,054*8558+8,613*3016+1,43*14105+0,479*5534)*4,187 = =15675,05 кДж/м

Q= 0,01*(3,98*2577+0,189*8558+26,83*3016+1,89*5534)*4,187=4324,08 кДж/м.

. Найдём доли каждого газа в смеси:

== (4324,68 - 6500)/(4324,68 - 15683,15) = 0,192;

= 1- a= 0,808.

. Составим смесь газов по методу аддитивности:

H= 56,46*0,192+3,98*0,808 = 14,06%;= 21,054*0,192+0,189*0,808 = 4,19%;= 8,613*0,192+26,83*0,808 = 23,33%;= 5,264*0,192+11,85*0,808 = 10,438%;H= 1,436*0,192 = 0,275%;= 0,957*0,192+49,865*0,808 = 40,48%;

H2 Sрсм = 0,479*0,192 + 1,896*0,808 = 1,62 %;

O= 1,44*0,192+0,189*0,808 = 0,429%;

W = 4,29*0,192+5,2*0,808 = 5,03%.

25. Найдем количество кислорода, пошедшего на горение смеси.

Расчёт будем вести на 100 м3 смеси.

Записываем уравнения горения топлива:

,06 7,03 14,06

2* H + О2 = 2*Н2О;

,19 8,38 4,19 8,38

+ 2*О2 = СО2 + 2*Н2О;

,33 11,665 23,33

 + 0,5*О2 = СО2 ;

,276 0,828 0,552 0,552

H + 3*О2 = 2*СО2 + 2*Н2О.

,62 1,62 0,81 1,62

*H2 Sрсм + 2*О2 = SО2 + 2*Н2О

Тогда количество кислорода, пошедшего на горение смеси:

V= 7,03 + 8,38 + 11,665 + 0,828+ 1,62-0,429 = 29,079 м/100м.

. Найдем количество азота из следующих соображений. Будем считать, что воздух состоит из 79% азота и 21% кислорода.

V= 29,094*= 109,395 м/100м

. Тогда количество воздуха теоретическое:

= = 29,094 + 109,45 = 138,47 м/100м.

и действительное Vд0 = V*α = 138,54*1,4 = 193,96 м/100м= 1,94 м/м.

Хвозд = 0,622* φ* Рнас/(В - φ* Рнас) = 0,622*0,7*4242,56/(99000-0,7*4242,56) = 0,0192 кг/кг.

. 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 = 0,0192*138,54*22,4/18 = 3,31 м3/100м3.

. Определим количество состав продуктов сгорания. Для этого заполним таблицу 5 продуктов горения, м3/100м3.

31. Избыточное количество кислорода определяется по формуле:

избО2 = VО2 * (αmax - 1) = 29,09*(1,4 - 1) = 11,63 м3/100м3.

. Рассчитаем энтальпию влажного отопительного газа по формуле:

Iотоп = 0,01*(IH2* H + ICH4* CH + ICO*COрсм + ICO2*COр2см + IC2H4* CH + IN2* N + IH2S* H2 Sрсм + IO2*O2р + IH2O*H2O) = 0,01*(64,48*14,06 + 82,695*4,19 + 65,105*23,33 + 86,0*10,585 + 105,305*0,276 + 65,065*40,47 + 77,04*1,62 + 65,965*0,429 + 75,09*5,03) = 68,513 кДж/м3.

Таблица 5 - Состав и количество продуктов сгорания

Компоненты смеси	Коли-чество, %	CO2	H2 O	SО2	N2	O2	S
Н2	14,06		14,06
СН4	4,19	4,19	8,38
СО	23,33	23,33
СО2	10,585	10,585
С2Н4	0,276	0,552	0,552
N2	40,47				40,47
N2 из воздуха					109,45
H2 S	1,62		1,62	0,81
Н2О	5,03		5,03
Н2О из воздуха			1,12
= 138,65732,9520,81149,92219,02
= 1,538,65734,2760,81193,714,54281,99
Доли а1		0,1385	0,1228	0,0029	0,6490	0,0516	1,0

Количество продуктов сгорания Vпр.г = 2,67 м3/м3.

. Представим схему расчёта теплового баланса коксовых печей в таблице 6.

Таблица 6 - Схема теплового баланса коксовых печей

Приходная часть		Расходная часть
Статья	Обозна-чение	Статья	Обозна-чение
Теплота сгорания отопительного газа	Q1	Теплота нагрева кокса	Q5
Теплота отопительного газа	Q2	Теплота нагрева коксового газа	Q6
Теплота воздуха	Q3	Теплота нагрева паров смолы	Q7
Теплота угольной шихты	Q4	Теплота нагрева паров сырого бензола	Q8
		Теплота нагрева паров аммиака	Q9
		Теплота нагрева сероводорода	Q10
		Теплота нагрева паров воды	Q11
		Потери тепла с продуктами горения	Q12
		Потери тепла в окружающую среду	Q13

. Рассчитаем теплоёмкость сухой шихты по формуле

Ссш = (1 - Асш/100)* сш + Асш/100* сз = (1-9/100)*1,09 + 9/100*0,71 = 1,056 кДж/(кг*К)

Приходная часть баланса

35. Рассчитаем теплоту сгорания отопительного газа:

1 = Qрн *G,

где G - неизвестное количество отопительного газа, м3/т шихты.

1 = Qрн *G = 6500*G кДж/т.

. Теплота отопительного газа Q2 = Iотоп *G = 68,761*G кДж/т.

. Теплота воздуха, поступающего на горение:

3 = Iвозд * Vд0*G = 13,05*1,94*G = 75,903*G кДж/т.

. Теплота угольной шихты:

4 = Ссш *E* tш = 1,09*1000*30 = 31764 кДж/кг = 31,7 кДж/т.

Расходная часть баланса

39. Рассчитаем тепло нагрева кокса по формуле:

Q5 = Gск*10*ск*tк*(100 - Wрш)/100 = 79,439*10*1,486*1050*(100-8)/100 = 1140340кДж/т

. Рассчитаем энтальпию сухого коксового газа, выходящего из камеры коксования при температуре tхпк = 680 0С:

Iг = 0,01*(IH2* H2с + ICH4* CH4с + ICO*COс + ICO2*CO2с + IC2H4* CH4с + IN2* N2с + IH2S* H2 Sс + IO2*O2с) = 0,01*(893,522*59 + 1548,48*22 + 932,356*9 + 1427,68*5,5 + 974,52*1,5 + 2152,45*1,5 + 1107,84*1 + 1191,28*0,5) = 992,493 кДж/м3.

. Рассчитаем тепло нагрева сухого коксового газа:

6 = Iг * Gсг *10*(100 - Wрш)/100 = 992,49*13,38*10*(100-8)/100 = 122140,8 кДж/т.

. Рассчитаем среднюю теплоёмкость паров смолы по эмпирической формуле:

ссм = (0,305 + 0,392*10-3* tхпк)*4,1868 = (0,305 + 0,392*10-3*680)*4,1868 = 2,393 кДж/(кг*К).

. Рассчитаем тепло нагрева смолы:

7 = (418,6 + ссм * tхпк )*Gссм *10*(100 - Wрш)/100 = (418,6 + 2,393*680)* 3,727*10*(100-8)/100 = 70158,19 кДж/т.

. 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*680)*4,1868/84,6 = 1,899 кДж/(кг*К).

. Рассчитаем тепло нагрева паров сырого бензола:

8 = (431,2 + ссб * tхпк)* Gcб *10*(100 - Wрш)/100 = (431,2 + 1,899*680)*1,063* 10*(100-8)/100 = 16841,16кДж/т.

. Рассчитаем тепло нагрева аммиака:

9 = сNH3 * tхпк *GcNH3 *10*(100 - Wрш)/100 = 2,688*680*0,265*10*(100-8)/100 = 4459,637 кДж/т.

. Рассчитаем тепло нагрева сероводорода:

= IH2S *МH2S /22,4* GcH2S *10*(100 - Wрш)/100 = 1191,286*34/22,4*0,14*10* (100-8)/100 = 2215,673 кДж/т.

. Рассчитаем количество тепла, уносимое парами воды:

11 = (r + IН2О*МН2О/22,4)*( GcH2О *10*(100 - Wрш)/100 + Wрш*10),

где r - теплота парообразования воды, кДж/кг;Н2О - энтальпия паров воды при (tхпк - 100) 0С, кДж/м3.

Q11 = (2491 + 776,964*18/22,4)*(2,53*10*(100-8)/100 + 8*10) = 331751,5 кДж/т.

. Рассчитаем температуру продуктов сгорания после регенератора при обогреве печей коксовым или смешанным газом по эмпирической формуле:пс = 4420/(τ - z/60) + 50,

где z - время обработки печи, мин. z = (τ - 2)*60/n = (17 - 2)*60/65 = 13,85 мин.пс = 4420/(17 - 12/60) + 50 = 314 0С.

. Рассчитаем энтальпию продуктов сгорания при tпс = 314 0С:

пс = IH2О* H2О + ICO2*CO2 + IN2* N2 + IO2*O2 = 470,086*0,1216 + 594,08*0,1371 + 411,237*0,6869 + 427,69*0,0516 = 442,902 кДж/м3.

. Рассчитаем плотность продуктов сгорания:

ρпс = ρH2О* H2О + ρCO2*CO2 +ρSO2*SO2 + ρN2* N2 + ρO2*O2 = 18/22,4*0,1216 + 44/22,4*0,1371 +64/22,4*0,0028 + 28/22,4*0,6869 + 32/22,4*0,0516 = 1,306 кг/м3. Тогда Iпс = 443,157*1,304 = 442,902 кДж/кг.

. Рассчитаем тепло, удаляемых продуктами сгорания:

12 = Iпс *Vпр.г *G = 442,902*2,8*G = 1235,696*G кДж/т.

. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи конвекцией при скорости ветра w < 5 м/с:

αк = 6,47*w0,78*1,163= 6,47*20,78*1,163= 14,53 Вт/м2*К.

. Определим площадь загрузочных люков:

1 = n1*fзл = 3*0,36 = 1,08 м2.

. 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 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(240-30) = 15,496 Вт/(м2*К).

. Определим площадь свода камеры:

2 = bср*L - F1 = 0,41*15,14 - 1,08 = 5,13 м2.

. 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 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(120-30) = 9,169 Вт/(м2*К).

. Определим площадь смотровых лючков:

3 = n2*fсл = 28*0,07 = 1,12 м2.

. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от смотровых лючков:

α3 = (((t3 + 273)/100)4 - ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t3 - tв) = (((200 + 273)/100)4 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(200-30) = 13,09 Вт/(м2*К).

. Определим площадь свода обогревательного простенка:

F4 = (А - bср)*L - F3 = (1,32-0,41)*15,14 - 1,12 = 12,657 м2.

. 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 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(140-30) = 10,05 Вт/(м2*К).

. Определим площадь лобовой стенки с коксовой и машинной сторон:

5 = А*hл = 1,32*1,032 = 1,36 м2.

. 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 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(90-30) = 7,96 Вт/(м2*К).

. 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 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(80-30) = 7,59 Вт/(м2*К).

. Определим площадь поверхности двери с коксовой стороны:

6 = hк*bкс = 6,0*0,435 = 2,61 м2.

. Определим площадь поверхности двери с машинной стороны:

F7 = hк*bмс = 6,0*0,385 = 2,31 м2.

. 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 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(110-30) = 8,75 Вт/(м2*К).

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

8 = hк*(А - bкс ) = 6,0*(1,32-0,435) = 5,31 м2.

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

9 = hк*(А - bкс ) = 6,0*(1,32-0,385) = 5,61 м2.

. Определим площадь поверхности стены регенератора:

10 = hр*2*А = 3,2*2,0*1,32 = 8,45 м2.

. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от стены регенератора:

α10 = (((t10 + 273)/100)4 - ((tв + 273)/100)4)*5,35/( t10 - tв) = (((70 + 273)/100)4 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(70-30) = 7,24 Вт/(м2*К).

. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием загрузочными люками:

q1 = 3,6*(αк + α1)*F1*(t1 - tв) = 3,6*(12,92 + 15,496)*1,08*(240-30) = 24522,5 кДж/ч.

. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием сводом камеры:

2 = 3,6*(αк + α2)*F2*(t2 - tв) = 3,6*(12,92 + 9,169)*5,13*(120-30) = 39384,18 кДж/ч.

. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием смотровыми лючками:

3 = 3,6*(αк + α3)*F3*(t3 - tв) = 3,6*(12,92 + 13,09)*1,96*(200-30) = 18943,9 кДж/ч.

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

4 = 3,6*(αк + α4)*F4*(t4 - tв) = 3,6*(12,92 + 910,05)*11,82*(140-30) = 123243,9 кДж/ч.

. Определим тепло, теряемое конвекцией и лучеиспусканием лобовой стенкой:

5кс = 3,6*(αк + α5кс)*F5*(t5кс - tв) = 3,6*(12,92 + 7,96)*1,36*(90-30) = 6621,607 кДж/ч.

q5мс = 3,6*(αк + α5мс)*F5*(t5мс - tв) = 3,6*(12,92 + 7,59)*1,36*(80-30) = 5427,059 кДж/ч.

q5 = q5кс + q5мс = 6621,607+5427,059 = 12048,67 кДж/ч.

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

6 = 3,6*(αк + α6)*F6*(t6 - tв) = 3,6*(12,92 + 9,16)*2,61*(120-30) = 20047,73 кДж/ч.

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

7 = 3,6*(αк + α7)*F7*(t7 - tв) = 3,6*(12,92 + 8,75)*2,31*(110-30) = 15494,78 кДж/ч.

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

8 = 3,6*(αк + α8)*F8*(t8 - tв) = 3,6*(12,92 + 10,05)*5,31*(140-30) = 51702,98 кДж/ч.

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

9 = 3,6*(αк + α9)*F9*(t9 - tв) = 3,6*(12,92 + 9,16)*5,61*(120-30) = 43091,09 кДж/ч.

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

10 = 3,6*(αк + α10)*F10*(t10 - tв) = 3,6*(12,92 + 7,24)*8,45*(70-30) = 26491,47 кДж/ч.

82. Суммарные потери тепла конвекцией и лучеиспусканием печным массивом:

сум = ∑ qi =24522,5+39384,18+8943,9+123243,9+12048,67+20047,73+15494,78+51702,98+43091,09+26491,47= 374971,1 кДж/ч.

. Рассчитаем потери тепла конвекцией и лучеиспусканием и теплопроводностью в грунт (примем 10% от потерь наружными поверхностями) печным массивом, отнесённые к тонне шихты:

13 = qсум *1,1*Е*τ/(bср*L*h* γсш ) = 374971,1*1,1*1000*17/(0,41*15,14 *4,98*780) = 290807,6 кДж/т.

Таблица 7 - Тепловой баланс коксовой печи

Приходная часть		Расходная часть
Статья	кДж/т (%)	Статья	кДж/т (%)
Теплота сгорания отопительного газа	2339790,73 96,5%	Теплота нагрева кокса	1140340,37 ( 47,05%)
Теплота отопительного газа	24752,0 1,02 %	Теплота нагрева коксового газа	122140,84 ( 5,04%)
Теплота воздуха	27322,84 (1,13%)	Теплота нагрева паров смолы	70158,19 (2,89 %)
Теплота угольной шихты	31674,0 1,31	Теплота нагрева паров сырого бензола	16841,16 (0,69 %)
		Теплота нагрева паров аммиака	4459,15 (0,19 %)
		Теплота нагрева сероводорода	2215,67 (0,09 %)
		Теплота нагрева паров воды	3317551,54 ( 13,69%)
		Потери тепла с продуктами горения	444824,57 (18,35%)
		Потери тепла в окружающую среду	290807,58 ( 12,01%)
Итого	2423539,57 100%	Итого	2423539,57 100%

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

*G + 68,51*G + 75,903*G + 31,7 =1118394,81+126427,78+70911,85+13818,15+4459,64+2215,67+331551,54+1235,69*G+290807,58 ;

G = 359,96 м3/т.

. Подставим полученное значение расхода отопительного газа и сведём тепловой баланс в таблицу 7.

. Рассчитаем теплотехнический к.п.д. обогрева коксовых печей:

ηтепл = (Qсум - Q12 - Q13)*100/ Qсум = (2423539,57 - 444824,6 - 290807,6)*100/ 2423539,57 = 69,65 %

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

ηтерм = (Qсум - Q12 )*100/ Qсум = (2423539,57 - 444824,6)*100/2423539,57 = 81,64 %

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

рш = Q1/Е = 2339790,72/1000 = 2339,79 кДж/кг.

3. Расчёт гидравлического режима коксовой печи

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

. Рассчитаем количество газа, подаваемого на один простенок:

г = bср*L*h* γсш* qрш /τ/Qрн = 0,41*15,14*4,98*780*2339,79/17/6500 = 510,56 м3/ч.

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

гкс = Vг *(7 + 0,4)*1,123/(7 + 0,4)*1,123 + (8 + 0,4) = 253,91 м3/ч.

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

в = Vгкс * Vд0 /3600 = 253,91*1,94/3600 = 0,137 м3/с.

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

пг = Vгкс * Vпр.г /3600 = 253,91*2,79/3600 = 0,196 м3/с.

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

вккх = Vв *(1 - 2,8/(2,8 + 12))/12 = 0,137*(1 - 2,8/(2,8 + 12))/12 = 0,0092 м3/с.

. Рассчитаем расход продуктов горения в вертикале по эмпирической формуле:

/ пгв = Vпг *(1 - 1,4/(1,4 + 6))/6 = 0,196*(1 - 1,4/(1,4 + 6))/6 = 0,02659 м3/с.

Или с учётом рециркуляции равной 1,8: Vпгв = V/ пгв *1,8 = 0,0266*1,8 = 0,04786 м3/с.

. Рассчитаем расход продуктов горения в длинном косом ходе:

пгдкх = V/ пгв /2 = 0,02659/2 = 0,01329 м3/с.

Расчёт гидравлического сопротивления отопительной системы

Восходящий поток

. Рассчитаем вязкость воздуха при 100 0С по формуле Сазерленда:

μ100 = μ0 *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)0,5 ,

где μ0 - динамическая вязкость воздуха при Т0 = 273 К (приложение 4);

С - постоянная Сазерленда (приложение 4).

μ100 = μ0 *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)0,5 = 1,721*10-5*(1 + 122/273)/(1 + 122/373)*(373/273)0,5 = 2,19*10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность воздуха при 100 0С:

ρ100 = ρв*273/(t + 273) = 1,285*273/(100 + 273) = 0,94 кг/м3.

. Рассчитаем скорость воздуха в подовом канале:

Wпк = Vв /Fпк = 0,137/0,141 = 0,969 м/с.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в подовом канале для воздуха:

ПК = Wпк *dпк *ρ100/ μ100 = 0,969*0,351*0,94/2,19/10-5 = 14595,73.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в подовом канале по формуле Доброхотова:

λПК = 0,175/ ReПК0,12 = 0,175/14595,730,12 = 0,0554.

. Рассчитаем потери на трение в подовом канале регенератора:

Δр1 = kпк* λПК *Lпк* W2пк * ρ0 *Тпк/(dпк*2*g*T0)*9,81,

где kпк - коэффициент для подового канала;пк - длина канала, м;пк - эквивалентный диаметр канала, м.

Δр1 = kпк* λПК *Lпк* W2пк * ρ0 *Тпк/(dпк*2*g*T0)*9,81 = 1/3*0,0554*6,923*0,9692*1,285* 373/(0,351*2*9,81*273)*9,81 = 0,301 Па.

. Рассчитаем скорость воздуха в отверстии колосниковой решётки:

кр = Vв /Fкр/ nкр ,

где Fкр - минимальная площадь сечения колосникового отверстия, м2;кр - число колосниковых отверстий.

кр = Vв /Fкр/ nкр = 0,137/0,00096/ 92 = 1,54 м/с.

. Рассчитаем потери на повороте 900:

Δрпов90 = ξпов90* W2кр * ρ0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81,

где ξпов90 - местное сопротивление на повороте 900 ξпов90 = 1,5 для квадратных сечений [2] приложение V, с.352.

Δрпов90 = ξпов90* W2кр * ρ0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81 = =1,5*1,542*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 3,156 Па.

. Рассчитаем местное сопротивление при сужении потока при входе в колосниковую решётку:

ξсуж = 0,5*(1 - Fкр /bпк/( Lпк/ nкр)),

где bпк - ширина подового канала, м.

ξсуж = 0,5*(1 - Fкр /bпк/ (Lпк/ nкр)) = 0,5*(1 - 0,00096/0,258/(6,923/92)) = 0,4753.

. Рассчитаем потери при сужении потока при входе в колосниковую решётку:

Δрсуж = ξсуж* W2кр * ρ0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81 = =0,4753*1,542*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 0,999 Па.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в отверстии колосниковой решётки для воздуха:

кр = Wкр *dкр *ρ100/ μ100 = 1,54*0,035*0,94/2,19/10-5 = 2323,52.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в отверстии колосниковой решётки по формуле Доброхотова:

λ кр = 0,175/ Reкр0,12 = 0,175/2323,520,12 = 0,069, тогда ξтр = 0,045.

. Рассчитаем местное сопротивление на расширение и трение в диффузоре:

ξдиф = ξрасш + ξтр = 0,199 + 0,045 = 0,244.

. Рассчитаем потери в диффузоре колосниковой решётки:

Δрдиф = ξдиф* W2кр * ρ0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81 = =0,244*1,542*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 0,5134 Па.

. Рассчитаем коэффициент местного сопротивления при расширении потока при выходе из колосниковой решётки в насадку регенератора:

ξрасш = 1 - F/ кр / Fнас/ nкр = 1 - 0,00385/(1,13/92) = 0,6865.

. Рассчитаем скорость воздуха в отверстии колосниковой решётки:

/кр = Vв /F/кр/ nкр ,

где F/кр - максимальная площадь сечения колосникового отверстия, м2;кр - число колосниковых отверстий.

/кр = Vв / F/кр / nкр = 0,137/0,00385/ 92 = 0,386 м/с.

. Рассчитаем потери напора при расширении потока при выходе из колосниковой решётки в насадку регенератора:

Δррасш = ξрасш* (W/кр )2* ρ0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81 = =0,6865*0,3862*1,285*373/(2*9,81*273)* 9,81 = 0,089 Па.

. Потери в колосниковой решётке рассчитываем по диффузорному отверстию, обладающему наибольшим сопротивлением:

Δр2 = Δрпов90 + Δрсуж + Δрдиф + Δррасш = 3,156 + 0,999 + 0,089 + 0,089 = 4,759 Па.

. Рассчитаем скорость воздуха в насадке регенератора:

рег = Vв /Fнас = 0,137/1,13 = 0,12 м/с.

. Рассчитаем среднюю температуру в регенераторе:

Тсррег = (100 + 1200)/2 + 273 = 923 К.

. Рассчитаем потери на трение в насадке регенератора:

Δр3 = kрег*срег*Lрег* W2рег * ρ0 * Тсррег /(d1,25 рег*В/133,3)*9,81,

где kрег - коэффициент для перевода из британских мер (kрег = 0,18);

срег - коэффициент, зависящий от типа насадки (для фасонной срег = 0,34; для прямоугольной срег = 0,22);рег - длина канала, м;

dрег - эквивалентный диаметр канала, м.

Δр3 = kрег*срег*Lрег* W2рег * ρ0 * Тсррег /(d1,25 рег*В/133,3)*9,81= 0,18*0,34*2,145* 0,122*1,285*923/(0,031,25*99000/133,3)*9,81 = 2,412 Па.

. Рассчитаем коэффициент местного сопротивления при выходе из насадки регенератора в наднасадочное пространство:

ξннас = 1 - Fнас/ Fннас = 1 - 1,13/2,8 = 0,596.

. Рассчитаем потери напора при выходе из насадки регенератора в наднасадочное пространство:

Δр4в = ξннас * W2рег * ρ0 *Трег/(2*g*T0)*9,81 = 0,596*0,122*1,285*1473/(2*9,81*273)* 9,81 = 0,0302 Па.

. Рассчитаем вязкость воздуха при 1200 0С по формуле Сазерленда:

μ1200 = μ0 *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)0,5 = 1,721*10-5*(1 + 122/273)/(1 + 122/1473)*(1473/273)0,5 = 5,34*10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность воздуха при 1200 0С:

ρ1200 = ρв*273/(t + 273) = 1,285*273/(1200 + 273) = 0,238 кг/м3.

. Рассчитаем скорость воздуха в наднасадочном пространстве:

ннас = Vв /Fннас = 0,137/1,732 = 0,0789 м/с.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в наднасадочном пространстве для воздуха:

ннас = Wннас *dннас *ρ1200/ μ1200 = 0,0789*0,501*0,238/5,34/10-5 = 176,34.

123. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в наднасадочном пространстве регенератора по формуле Доброхотова:

λ ннас = 0,175/ Reннас0,12 = 0,175/176,340,12 = 0,0941.

. Рассчитаем потери на трение в наднасадочном пространстве регенератора:

Δр4тр = λ ннас *Lннас* W2ннас * ρ0 *Тннас/(dннас*2*g*T0)*9,81 = =0,0941*0,12*0,07892*1,285* 1473/(0,501*2*9,81*273)*9,81 = 0,00048 Па. Тогда:

Δр4 = Δр4в + Δр4тр = 0,0301 + 0,00048 = 0,0307 Па.

. Рассчитаем скорость воздуха при входе в короткий косой ход:

 кх вх = Vвккх /Fкх вх = 0,0092/0,025 = 0,369 м/с.

. Рассчитаем потери напора на повороте 450 к косому ходу:

Δрпов45 = ξпов45* W2кх вх * ρ0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81,

где ξпов45 - местное сопротивление на повороте 450 ξпов45 = 0,32 для квадратных сечений [2] приложение V, с.352.

. Рассчитаем местное сопротивление при сужении потока при входе в короткий косой ход:

ξсуж = 0,5*(1 - Fкх вх / F/ ннас),

где F/ ннас - площадь сечения при выходе из наднасадочного пространства.

ξсуж = 0,5*(1 - Fкх вх / F/ ннас) = 0,5*(1 - 0,025/0,248) = 0,4496.

. Рассчитаем потери напора при сужении потока при входе в короткий косой ход:

Δрсуж кх = ξсуж * W2кх вх * ρ0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81 = 0,4496*0,3692*1,285*1503/(2*9,81* 273)*9,81 = 0,217 Па.

. Рассчитаем вязкость воздуха при 1230 0С по формуле Сазерленда:

μ1230 = μ0 *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)0,5 = 1,721*10-5*(1 + 122/273)/(1 + 122/1503)*(1503/273)0,5 = 5,4*10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность воздуха при 1230 0С:

ρ1230 = ρв*273/(t + 273) = 1,285*273/(1230 + 273) = 0,233 кг/м3.

. Рассчитаем скорость воздуха в коротком косом ходе:

кх = Vвккх /Fкх = 0,0092/0,012 = 0,769 м/с.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в коротком косом ходе для воздуха:

кх = Wкх *dкх *ρ1230/ μ1230 = 0,769*0,109*0,233/5,4/10-5 = 362,45.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в коротком косом ходе по формуле Доброхотова:

λ кх = 0,175/ Reкх 0,12 = 0,175/362,450,12 = 0,0862.

. Рассчитаем потери на трение в коротком косом ходе:

Δркх тр = λ кх *Lкх* W2кх * ρ0 *Ткх/(dкх*2*g*T0)*9,81 = 0,0862*1,2*0,7692*1,285* 1503/(0,109*2*9,81*273)*9,81 = 1,992 Па.

. Рассчитаем потери напора на повороте 450 в коротком косом ходе:

Δрпов45кх = ξпов45* W2кх * ρ0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81 = 0,32*0,7692*1,285*1503/(2*9,81*273) *9,81 = 0,67 Па.

. Рассчитаем коэффициент местного сопротивления при плавном сужении струи на уровне регистра и рассекателя:

ξсуж рег = kрег *(1 - Fкх вых /Fкх ) ,

где kрег - коэффициент для сужении струи в регистре и рассекателе.

ξсуж рег = kрег *(1 - Fкх вых /Fкх ) = 0, 01081*(1 - 0,0063/0,012) = 0,005135.

. Рассчитаем скорость воздуха на выходе из короткого косого хода:

кх вых = Vвккх /Fкх вых = 0,0092/0,0063 = 1,466 м/с.

. Рассчитаем потери напора за счёт плавного сужения струи на уровне регистра и рассекателя:

Δрсуж рег = ξсуж рег * W2кх вых * ρ0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81 = 0,005135*1,4662*1,285* 1503/(2*9,81*273)*9,81 = 0,0391 Па.

. Рассчитаем потери напора при выходе воздуха в вертикал, с учётом того, что регистр и рассекатель закрывают половину сечения вертикала:

Δрвых верт = (1 - Fкх вых /Fверт*0,5 ) * W2кх вых * ρ0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81 = (1 - 0,0063/0,218 *0,5)*1,4662* 1,285* 1503/(2*9,81*273)*9,81 = 7,497 Па.

. Общая потеря напора в коротком косом ходе:

Δр5 = Δрпов45 + Δрсуж кх + Δркх тр + Δрпов45кх + Δрсуж рег + Δрвых верт = 10,57 Па.

. Рассчитаем вязкость продуктов сгорания при 0 0С:

ln μпг = ln μH2О* H2О + ln μCO2*CO2 +ln μSO2*SO2 + ln μN2* N2 + ln μO2*O2 = ln(0,818* 10-5)*0,1216 + ln(1,384*10-5)*0,1371+ ln(1,354*10-5)*0,0028 + ln(1,667*10-5)*0,6869 + ln(1,943*10-5)*0,0516 . Тогда μпг = 7,12*10-5 Па*с.

. Постоянную Сазерленда рассчитаем по методу аддитивности:

Спг = Спгдг*адг + Спгкг*акг = 167*0,777 + 237*0,223 = 183.

. Рассчитаем вязкость продуктов сгорания при 1500 0С по формуле Сазерленда:

μ1500 = μпг *(1 + Спг/273)/(1 + Спг/Т)*(Т/273)0,5 = 7,12*10-5*(1 + 183/273)/(1 + 183/1773)*(1773/273)0,5 = 2,73 *10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1500 0С:

ρ1500 = ρпг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(1500 + 273) = 0,21 кг/м3.

. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в вертикале:

верт = Vпгв /Fверт = 0,047 /0,218 = 0,219 м/с.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в вертикале для продуктов горения:

верт = Wверт *dверт *ρ1500/ μ1500 = 0,219*0,445*0,2/2,73/10-5 = 744,89.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в вертикале по формуле Доброхотова:

λ верт = 0,175/ Reверт 0,12 = 0,175/744,890,12 = 0,0791.

. Рассчитаем потери на трение в вертикале:

Δр6 = λ верт *Lверт* W2верт * ρпг *Тверт/(dверт*2*g*T0)*9,81 = 0,0791*3,96*0,2192*1,352* 1773/(0,445*2*9,81*273)*9,81 = 0,149 Па.

. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в перевальном окне:

Wпо = Vпгв /Fпо = 0,047 /0,114 = 0,419 м/с.

. Рассчитаем потери напора при повороте на 900 в перевальное окно:

Δрпов90по = ξпов90* W2по * ρпг *Тпо/(2*g*T0)*9,81 = 1,5*0,4192*1,352*1673/(2* 9,81*273)*9,81 = 1,096 Па.

. Рассчитаем потери напора при сужении в перевальном окне:

Δрсуж по = 0,5*(1 - Fпо /Fверт) * W2по * ρпг *Тпо/(2*g*T0)*9,81 = 0,5*(1 - 0,114/0,218)* 0,4192* 1,352*1673/(2*9,81*273)*9,81 = 0,1743 Па.

Нисходящий поток

. Рассчитаем потери напора при расширении при выходе из перевального окна:

Δррасш по = (1 - Fпо /Fверт) * W2по * ρпг *Тпо/(2*g*T0)*9,81 = (1 - 0,114/0,218)* 0,4192* 1,352*1673/(2*9,81*273)*9,81 = 0,348 Па.

. Рассчитаем потери напора при повороте на 900 из перевального окна в вертикал: Δрпов90по = 2,6 Па.

. Суммарные потери в перевальном окне:

Δр7 = 2*Δрпов90по + Δрсуж по + Δррасш по = 2*2,6 + 0,348 + 0,1715 = 5,723 Па.

. Рассчитаем вязкость продуктов сгорания при 1350 0С по формуле Сазерленда:

μ1350 = μпг *(1 + Спг/273)/(1 + Спг/Т)*(Т/273)0,5 = 7,12*10-5*(1 + 183/273)/(1 + 183/1623)*(1623/273)0,5 = 2,63*10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1350 0С:

ρ1350 = ρпг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(1350 + 273) = 0,227 кг/м3.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в вертикале для продуктов горения:

верт = Wверт *dверт *ρ1500/ μ1500 = 0,219*0,445*0,227/2,63/10-5 = 842,32.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в вертикале по формуле Доброхотова:

λ верт = 0,175/ Reверт 0,12 = 0,175/842,320,12 = 0,078.

. Рассчитаем потери на трение в вертикале:

Δр8 = λ верт *Lверт* W2верт * ρпг *Тнверт/(dверт*2*g*T0)*9,81 = 0,078*3,96*0,2192*1,352* 1623/(0,445*2*9,81*273)*9,81 = 0,134 Па.

. Рассчитаем скорость воздуха на входе в длинный косой ход:

дкх вх = Vпгдкх /Fкх вых = 0,0132/0,0063 = 2,11 м/с.

. Рассчитаем потери напора при входе продуктов горения в длинный косой ход, с учётом того, что регистр и рассекатель закрывают половину сечения:

Δрдкх вх= 0,5*(1 - Fкх вых /Fверт*0,5 ) * W2 дкх вх * ρпг *Тдкх/(2*g*T0)*9,81 = 0,5*(1 - 0,0063/0,218 *0,5)*2,112* 1,352* 1593/(2*9,81*273)*9,81 = 8,661 Па.

. Рассчитаем коэффициент местного сопротивления при плавном расширении струи на уровне регистра и рассекателя:

ξрасш рег = kрег расш *(1 - Fкх вых /Fкх ) ,

где kрег расш - коэффициент для расширения струи на уровне регистра и рассекателя.

ξсуж рег = kрег *(1 - Fкх вых /Fкх ) = 0, 1747*(1 - 0,0063/0,012) = 0,083.

. Рассчитаем потери напора за счёт плавного расширения струи на уровне регистра и рассекателя:

Δррасш рег = ξрасш рег * W2дкх вх * ρпг *Тдкх/(2*g*T0)*9,81 = 0,083*2,112*1,352* 1593/(2*9,81*273)*9,81 = 1,458 Па.

. Рассчитаем вязкость продуктов сгорания при 1320 0С по формуле Сазе

рленда:

μ1320 = μпг *(1 + Спг/273)/(1 + Спг/Т)*(Т/273)0,5 = 7,12*10-5*(1 + 183/273)/(1 + 183/1593)*(1593/273)0,5 = 2,56*10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1320 0С:

ρ1320 = ρпг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(1320 + 273) = 0,231 кг/м3

166. Рассчитаем скорость продуктов горения в длинном косом ходе:

дкх = Vпгдкх /Fкх = 0,0132/0,012 = 1,108 м/с.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в длинном косом ходе для продуктов горения:

дкх = Wдкх *dкх *ρ1320/ μ1320 = 1,108*0,109*0,231/2,56/10-5 = 1092,38.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в длинном косом ходе по формуле Доброхотова:

λ дкх = 0,175/ Reдкх 0,12 = 0,175/1092,380,12 = 0,075.

. Рассчитаем потери на трение в длинном косом ходе:

Δрдкх тр = λ дкх *L дкх * W2 дкх * ρпг *Т дкх /(dкх*2*g*T0)*9,81 = 0,075*1,54*1,1082* 1,352*1593/(0,109*2*9,81*273)*9,81 = 5,173 Па.

. Рассчитаем потери напора на повороте 450 в длинном косом ходе:

Δрпов45дкх = ξпов45* W2 дкх * ρпг *Т дкх /(2*g*T0)*9,81 = 0,32*1,1082*1,352*1593/(2* 9,81*273)*9,81 = 1,55 Па.

. Рассчитаем скорость продуктов горения при выходе из длинного косого хода:

дкх = Vпгдкх /Fвых дкх = 0,0132/0,025 = 0,531 м/с.

172. Рассчитаем местное сопротивление при расширении потока при выходе из длинного косого хода в наднасадочное пространство:

ξрасш дкх = 1 - Fвых дкх / F/ ннас,

где F/ ннас - площадь сечения при входе в наднасадочное пространство.

ξрасш дкх = 1 - Fвых дкх / F/ ннас = 1 - 0,025/0,248 = 0,899.

. Рассчитаем потери напора при расширении потока при выходе в наднасадочное пространство:

Δррасш дкх = ξрасш дкх * W2дкх * ρпг *Тдкх/(2*g*T0)*9,81 = 0,899*0,5312*1,352*1593/(2* 9,81*273)*9,81 = 1,004 Па.

. Рассчитаем потери напора на повороте 450 при выходе из длинного косого хода в наднасадочное пространство:

Δрпов45н = ξпов45* W2 дкх * ρпг *Т дкх /(2*g*T0)*9,81 = 0,32*0,5312*1,352*1593/(2*9,81* 273) *9,81 = 0,357 Па.

. Общая потеря напора в длинном косом ходе:

Δр9 = Δрдкх вх + Δррасш рег + Δрдкх тр + Δрпов45дкх + Δррасш дкх + Δрпов45н = 18,203 Па.

. Рассчитаем вязкость продуктов горения при 1300 0С по формуле Сазерленда:

μ1300 = μпг *(1 + Спг/273)/(1 + Спг/Т)*(Т/273)0,5 = 7,12*10-5*(1 + 183/273)/(1 + 183/1573)*(1573/273)0,5 = 2,54*10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1300 0С:

ρ1300 = ρпг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(1300 + 273) = 0,235 кг/м3.

. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в наднасадочном пространстве:

ннас = Vпг /Fннас = 0,195/1,732 = 0,113 м/с.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в наднасадочном пространстве для продуктов сгорания:

ннас = Wннас *dннас *ρ1300/ μ1300 = 0,113*0,501*0,235/2,54/10-5 = 525,377.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в наднасадочном пространстве регенератора по формуле Доброхотова:

λ ннас = 0,175/ Reннас0,12 = 0,175/525,370,12 = 0,083.

. Рассчитаем потери на трение в наднасадочном пространстве регенератора при движении продуктов сгорания:

Δр10тр = λ ннас *Lннас* W2ннас * ρпг *Тнн/(dннас*2*g*T0)*9,81 = 0,083*0,12*0,1132* 1,352*1573/(0,501*2*9,81*273)*9,81 = 0,00099 Па.

. Рассчитаем коэффициент местного сопротивления при выходе из наднасадочного пространства в насадку регенератора:

ξннас = 0,5*(1 - Fнас/ Fннас ) = 0,5*(1 - 1,13/2,8) = 0,298.

. Рассчитаем потери напора при выходе из из наднасадочного пространства в насадку регенератора:

Δр10в = ξннас * W2ннас * ρпг *Тнн/(2*g*T0)*9,81 = 0,298*0,1132*1,352*1573/(2*9,81* 273)* 9,81 = 0,015 Па.

. Суммарные потери в наднасадочном пространстве регенератора:

Δр10 = Δр10тр + Δр10в = 0,015+0,00098 = 0,0159 Па.

. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в насадке регенератора:

рег пг = Vпг /Fнас = 0,196/1,13 = 0,174 м/с.

. Рассчитаем среднюю температуру продуктов сгорания в регенераторе:

Тсррег пг = (350 + 1300)/2 + 273 = 1098 К.

. Рассчитаем потери на трение в насадке регенератора:

Δр11 = kрег*срег*Lрег* W2рег пг * ρпг * Тсррег пг /(d1,25 рег*В/133,3)*9,81,

где kрег - коэффициент для перевода из британских мер (kрег = 0,18);

срег - коэффициент, зависящий от типа насадки (для фасонной срег = 0,34; для прямоугольной срег = 0,22);рег - длина канала, м;

dрег - эквивалентный диаметр канала, м.

Δр11 = kрег*срег*Lрег* W2рег пг * ρпг * Тсррег пг /(d1,25 рег*В/133,3)*9,81= 0,18*0,34*2,145* 0,1742*1,352*1098/(0,031,25*99000/133,3)*9,81 = 6,254 Па.

. Рассчитаем скорость продуктов горения в отверстии колосниковой решётки:

кр пг = Vпг /Fкр/ nкр ,

где Fкр - минимальная площадь сечения колосникового отверстия, м2;кр - число колосниковых отверстий.

кр пг = Vпг /Fкр/ nкр = 0,196/0,00096/ 92 = 2,23 м/с.

. Рассчитаем местное сопротивление при сужении потока при входе в колосниковую решётку продуктов сгорания:

ξсуж кр = 0,5*(1 - Fкр * nкр / Fнас) = 0,5*(1 - 0,00096*92/1,13) = 0,461.

. Рассчитаем потери при сужении потока при входе в колосниковую решётку:

Δрсуж кр = ξсуж кр* W2кр пг * ρпг *Ткр пг/(2*g*T0)*9,81 = 0,461*2,232*1,352*623/(2*9,81* 273)*9,81 = 3,53 Па.

. Рассчитаем вязкость продуктов горения при 350 0С по формуле Сазерленда:

μ350 = μпг *(1 + Спг/273)/(1 + Спг/Т)*(Т/273)0,5 = 7,12*10-5*(1 + 183/273)/(1 + 183/623)*(623/273)0,5 = 1,38*10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 350 0С:

ρ350 = ρпг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(350 + 273) = 0,593 кг/м3.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в отверстии колосниковой решётки для продуктов сгорания:

кр пг = Wкр пг *dкр *ρ350/ μ350 = 2,23*0,035*0,593/1,38/10-5 = 3339,84.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в отверстии колосниковой решётки продуктов горения по формуле Доброхотова:

λ кр пг = 0,175/ Reкр пг0,12 = 0,175/3339,840,12 = 0,0661, тогда ξтр = 0,044.

. Рассчитаем местное сопротивление на расширение и трение в диффузоре:

ξдиф = ξрасш + ξтр = 0,199 + 0,044 = 0,244.

. Рассчитаем потери в диффузоре колосниковой решётки:

Δрдиф пг = ξдиф* W2кр пг * ρпг *Ткр пг/(2*g*T0)*9,81 = 0,244*2,232*1,352*623/(2* 9,81*273)*9,81 = 1,869 Па.

. Рассчитаем местное сопротивление при расширении потока при выходе из колосниковой решётки в подовый канал:

ξрасш пк = 1 - Fкр макс * nкр /bпк/ Lпк,

где bпк - ширина подового канала, м.

ξрасш пк = 1 - Fкр макс * nкр /bпк/ Lпк = 1 - 0,00385*92/0,258/6,923 = 0,8017.

. Рассчитаем скорость дымовых газов при выходе из отверстий колосниковой решётки:

кр вых = Vпг /Fкр вых/ nкр = 0,196/0,00385/ 92 = 0,555 м/с

. Рассчитаем потери при расширении потока при выходе в подовый канал:

Δррасш пк = ξрасш пк * W2кр вых * ρпг *Ткр пг/(2*g*T0)*9,81 = 0,8017*0,5552*1,352*623/(2* 9,81*273)*9,81 = 0,381 Па.

. Рассчитаем потери на повороте 900 в подовый канал:

Δрпов90пг = ξпов90* W2кр вых * ρпг *Ткр пг/(2*g*T0)*9,81 = 1,5*0,5552*1,352*623/(2*9,81* 273)*9,81 = 0,714 Па.

. Суммарные потери напора в колосниковом отверстии:

Δр12 = Δрсуж кр + Δрдиф пг + Δррасш пк + Δрпов90пг = 6,496 Па.

. Рассчитаем вязкость продуктов горения при 300 0С по формуле Сазерленда:

μ300 = μпг *(1 + Спг/273)/(1 + Спг/Т)*(Т/273)0,5 = 7,12*10-5*(1 + 183/273)/(1 + 183/573)*(573/273)0,5 = 1,3*10-5 Па*с.

. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 300 0С:

ρ300 = ρпг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(300 + 273) = 0,644 кг/м3.

. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в подовом канале:

пк пг = Vпг /Fпк = 0,196/0,141 = 1,396 м/с.

. Рассчитаем критерий Рейнольдса в подовом канале для продуктов сгорания:

пк пг = Wпк пг *dпк *ρ300/ μ300 = 1,396*0,351*0,644/1,3/10-5 = 24259,34.

. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в подовом канале для продуктов горения по формуле Доброхотова:

λ пк пг = 0,175/ Reпк пг0,12 = 0,175/24259,340,12 = 0,0521.

. Рассчитаем потери напора в подовом канал при движении продуктов сгорания:

Δр13 = kпк* λпк пг *Lпк* W2пк пг * ρпг *Тпк пг/(dпк*2*g*T0)*9,81 = 1/3*0,0521*6,923*1,3952* 1,352* 573/(0,351*2*9,81*273)*9,81 = 0,947 Па.

208. Сведём потери напора на участках отопительной системы печи в таблицу 8.

Расчёт гидростатических подпоров

Восходящий поток

. Рассчитаем подпор в подовом канале (от оси до верха):

Δр01 = 0,5*Нпк*( ρв*Т0/(tв + 273) - ρв*Т0/ Тпк = 0,5*0,546*(1,285*273/303 - 1,285*273/373)*9,81 = 0,581 Па.

. Рассчитаем подпор в колосниковой решетке:

Δр02 = (Lкр + 0,04)*( ρв*Т0/(tв + 273) - ρв*Т0/ Тпк = (0,102 + 0,04)*(1,285*273/303 - 1,285*273/373)*9,81 = 0,303 Па.

. Рассчитаем подпор в наседке регенератора:

Δр03 = Lнр *( ρв*Т0/(tв + 273) - ρв*Т0/ Тсррег = 2,145*(1,285*273/303 - 1,285*273/923)* 9,81 = 16,36 Па.

. Рассчитаем подпор в наднасадочном пространстве регенератора (до «глазка»):

Δр04 = (Lннас + 0,037)*( ρв*Т0/(tв + 273) - ρв*Т0/ Тннас = (0,12 + 0,037)*(1,285*273/303 - 1,285*273/1473)* 9,81 = 1,416 Па.

. Рассчитаем подпор в коротком косом ходе:

Δр05 = Lкх *( ρв*Т0/(tв + 273) - ρв*Т0/ Ткх = 1,2*(1,285*273/303 - 1,285*273/1503)* 9,81 = 10,882 Па.

214. Рассчитаем подпор в вертикале:

Δр06 = Lверт *( ρв*Т0/(tв + 273) - ρпг*Т0/ Тверт = 3,96*(1,285*273/303 - 1,352* 273/1773)*9,81 = 36,88 Па.

. Рассчитаем подпор в шахточке вертикала:

Δр07 = (Lшах + 0,142)*( ρв*Т0/(tв + 273) - ρпг*Т0/ Тшах = (1,936 + 0,142)*(1,285*273/303 - 1,352*273/1273)* 9,81 = 17,689 Па.

Нисходящий поток

. Рассчитаем подпор в вертикале:

Δр08 = Lверт *( ρв*Т0/(tв + 273) - ρпг*Т0/ Тнверт = 3,96*(1,285*273/303 - 1,352* 273/1623)*9,81 = 36,14 Па.

. Рассчитаем подпор в длинном косом ходе:

Δр09 = Lдкх *( ρв*Т0/(tв + 273) - ρпг*Т0/ Тдкх = 1,54*(1,285*273/303 - 1,352*273/1593)* 9,81 = 13,989 Па.

. Рассчитаем подпор в наднасадочном пространстве регенератора:

Δр010 = (Lннас + 0,037)*( ρв*Т0/(tв + 273) - ρпг*Т0/ Тнн = (0,12 + 0,037)*(1,285*273/303 - 1,352*273/1573)* 9,81 = 1,422 Па.

. Рассчитаем подпор в насадке регенератора:

Δр011 = Lнр *( ρв*Т0/(tв + 273) - ρпг*Т0/ Тсррег пг = 2,145*(1,285*273/303 - 1,352* 273/1098)*9,81 = 17,286 Па.

. Рассчитаем подпор в колосниковой решётке:

Δр012 = (Lкр + 0,04)*( ρв*Т0/(tв + 273) - ρпг*Т0/ Ткр пг = (0,102 + 0,04)*(1,285*273/303 - 1,352*273/623)*9,81 = 0,787 Па.

. Рассчитаем подпор в подовом канале (до оси):

Δр013 = 0,5*Нпк*( ρв*Т0/(tв + 273) - ρпг*Т0/ Тпк пг = 0,5*0,546*(1,285*273/303 - 1,352*273/573)*9,81 = 1,375 Па.

. Полученные значения подпоров занесём в таблицу 8.

. Для построения гидравлической кривой определим давления в характерных точках отопительной системы, которыми являются (см. рисунок 1):

на восходящем потоке: подовый канал регенератора - 1; «глазок» регенератора - 2»; под вертикала - 3; верх вертикала - 4; верх печей (под крышкой шахточки) - 5;

на нисходящем потоке: верх вертикала - 6; под вертикала - 7; «глазок» регенератора - 8; подовый канал - 9.

Таблица 8 - Сопротивления и гидростатические подпоры отопительной системы печи в Паскалях

Участки отопительной системы	Восходящий поток		Нисходящий поток
	сопротивление	подпор	сопротивление	подпор
Подовый канал регенератора	0,3	0,58	0,95	1,38
Колосниковая решётка	4,76	0,3	6,5	0,79
Насадка регенератора	2,41	16,36	6,25	17,29
Наднасадочное пространство	0,03	1,42	0,02	1,42
Косой ход	10,57	10,88	18,2	13,99
Вертикал (до оси перевала)	0,15	36,89	0,13	36,14
Перевальное окно	---		5,72
Шахточка вертикала	---	17,69	---	17,69
Итого	18,22	84,12	37,77	88,69

Рисунок 1 - Характерные точки отопительной системы:

на восходящем потоке:1 - подовый канал регенератора; 2 - «глазок» регенератора; 3 - под вертикала; 4 - верх вертикала; 5 - верх печей (под крышкой шахточки);

на нисходящем потоке: 6 - верх вертикала; 7 - под вертикала; 8 - «глазок» регенератора; 9 - подовый канал.

Восходящий поток

. При общем сопротивлении отопительной системы на восходящем потоке равном 18,22 Па и гидростатическом подпоре 84,12 Па для обеспечения под крышкой шахточки абсолютного давления, равного атмосферному (р5 = 0), в подовом канале регенератора на восходящем потоке должно быть следующее давление:

р5 = р1 + 18,22 - 84,12. Тогда р1 = - 65,9 Па.

. В «глазке» регенератора на восходящем потоке давление:

р2 = р1 + Δр01 + Δр02 + Δр03 + Δр04 - Δр1 - Δр2 - Δр3 - Δр4 = - 65,9 + 0,581 + 0,302 + 16,364+ 1,416 - 0,3 - 4,76 - 2,41 - 0,03 = - 54,74 Па.

. На поду вертикала давление:

р3 = р2 + Δр05 - Δр5 = - 54,74 + 10,88 - 10,57 = - 54,43 Па.

. На верху вертикала давление:

р4 = р3 + Δр06 - Δр6 = - 54,43 + 36,887 - 0,149 = - 17,69 Па.

. Проверим давление под крышкой шахточки вертикала:

р5 = р4 + Δр07 = - 17,69 + 17,689 = 0,001 Па.

Погрешность удовлетворительная.

Нисходящий поток

. На верху вертикала давление:

р6 = р4 - Δр7 = - 17,69 - 5,723 = - 23,41 Па.

. На поду вертикала давление:

р7 = р6 - Δр8 - Δр08 = - 23,41 - 0,134 - 36,139 = - 59,69 Па.

. В «глазке» регенератора на восходящем потоке давление:

р8 = р7 - Δр9 - Δр09 = - 59,69 - 13,2 - 13,989 = - 91,88 Па.

. В подовом канале регенератора давление:

р9 = р8 - Δр010 - Δр011 - Δр012 - Δр013 - Δр10 - Δр11 - Δр12 - Δр13 = - 133,62 Па.

. На основании полученных данных строим гидравлическую кривую отопительной системы коксовых печей, отапливаемых смесью коксового и доменного газа (рисунок 2).

Рисунок 2 - Гидравлическая кривая отопительной системы коксовых печей ПВР V = 30,9 м3, отапливаемых смесью коксового и доменного газов.

Заключение

Таблица 9- Расчетные данные о выходе продуктов коксования в % на сухую массу шихты

Продукты	Выход летучих веществ на сухую массу шихты,%
	22	24	26	28	30
1.Кокс валовый	84,03	82,5	80,97	79,43	77,92
2. Газ	11,857	12,618	12,89	13,37	13,85
3. Смола	2,472	3,08	3,498	3,72	3,767
4.Сырой бензол	0,713	0,84	0,958	1,065	1,156
5. Аммиак	0,266	0,265	0,264	0,265	0,265
6.Сероводород	0,142	0,14	0,142	0,14	0,14
7.Вода пирогенетическая	2,585	2,585	2,585	2,585	2,585
Невязка баланса	-2,065	-2,02	-1,307	-0,529	0,329
Итого	100	100	100	100

Из данной таблицы видно, что на каждые 2 % повышения содержания летучих веществ выход кокса уменьшается на 2%, а выход коксового газа увеличивается примерно на 1% каждый раз.

Таблица 10 - Расчетные данные о расходах тепла на коксование в зависимости от выхода веществ

Выход летучих в.-в, %			22	24	26		28	30
Приход	Теплота сгорания отопительного газа		2569970,0	2520700	2571504		2339790,73	2321251,68
	Теплота отопительного газа		27290,31	26661,25	27202,56		24752	24555,87
	Теплота воздуха		9184,68	26874,54	30050,99		27322,84	27106,34
	Теплота угольной шихты		10,6	31,8	31,8		31,7	31,6
	итого		2606455,59	2574267,59	2628789,348		2423539,57	2404586,89
Расход	Теплота нагрева кокса		1206231	1184267,7	1162304,17		1140340,37	1118394,81
	Теплота нагрева коксового газа		119149,6	126800,3	129531,05		122140,84	126427,78
	Теплота нагрева паров смолы		46527,31	57970,92	65838,404		70158,19	70911,85
	Теплота нагрева паров сырого бензола		11300,83	13313,74	15184		16841,16	18318,15
	Теплота нагрева аммиака		4473,1	4456,27	4439,46		4459,15	4459,64
Расход	Теплота нагрева сероводорода	2362,24		2328,96	2326,23	2215,67		2215,67
	Теплота нагрева паров воды	336084,5		336083,98	336083,64	3317551,54		331751,54
	Потери тепла с продуктами горения	606046,37		594613,74	641489,76	444824,57		441299,87
	Потери тепла в окружающую среду	274274,63		254430,77	271557,42	290807,58		290807,58
	Итого	2606449,58		2574266,33	2628790,13	2423539,57		2404586,89

По таблице видно, что с повышением выхода летучих веществ:

.        В приходной части теплота угольной шихты уменьшается;

.        В расходной части теплота на нагрев кокса уменьшается.

Таким образом, анализируя результаты материальных и тепловых балансов коксования, пришли к выводу, что повышение выхода летучих веществ во всех случаях ведет к повышению расхода тепла на коксование.

коксование топливо гидростатический печь

Таблица 11 - Расчетные данные давлений в характерных точках отопительной системы в зависимости от выхода летучих веществ

		22	24	26	28	30
Восходящий поток	Р1	-66,095	-66,773	-64,47	-65,9	-66,19
	Р2	-55,069	-55,337	-54,84	-54,74	-54,91
	Р3	-54,959	-54,855	-56,56	-54,43	-54,43
	Р4	-17,874	-17,876	-17,897	-17,69	-17,69
	Р5	0	0	0	0	0
Нисходящий поток	Р6	-18,742	-22,116	-23,697	-23,41	-23,4
	Р7	-55,209	-58,686	-60,316	-59,69	-59,68
	Р8	-83,408	-91,325	-96	-91,88	-91,59
	Р9	-118,995	-124,473	-133,08	-133,62	-133,66
	Р10	0	0	0	0	0

Из таблицы видно, что при увеличении выхода летучих веществ увеличивается разность давлений в «глазках» регенератора на восходящем потоке, а на нисходящем потоке уменьшается разность давлений в подовых каналах.

Приложение 1

Таблица 12 - Теплоты сгорания чистых компонентов топлива

Горючий компонент	Низшая теплота сгорания Qрн, ккал/м3
СО	3016
Н2	2577
СН4	8558
С2Н4	14105
С2Н6	15235
С3Н8	21802
С4Н10	28345
С5Н12	34900
Н2S	5534

Приложение 2

Таблица 13 - Энтальпия 1 м3 воздуха и газов (кДж/м3) при различных температурах и постоянном давлении 101325 Па [2], с.347 - 348.

t, 0С	воздух	СО2	Н2О	N2	O2	СО	Н2	Н2S	СН4	С2Н4
100	130,51	172,00	150,18	130,13	131,93	130,21	128,96	154,08	165,39	210,61
200	261,94	361,67	303,47	260,60	267,38	262,10	259,59	314,86	353,38	465,59
300	395,42	564,24	461,36	392,41	407,48	395,67	390,65	482,34	567,75	758,68
400	532,08	777,44	523,69	526,89	551,85	632,58	520,86	658,19	808,93	1088,62
500	672,01	1001,78	791,55	664,58	700,17	672,01	653,17	841,59	984,78	1446,61
600	814,96	1236,76	964,68	805,06	851,64	816,46	786,41	1032,51	1071,84	1828,88
700	960,75	1475,41	1143,64	940,36	1005,24	961,33	920,30	1230,98	1667,68	2233,35
800	1109,05	1718,95	1328,11	1094,65	1162,32	1112,06	1055,12	1436,98	1996,36	2672,98
900	1259,36	1972,43	1517,87	1243,55	1319,67	1262,38	1190,78	1646,75	2336,35	3105,08
1000	1411,86	2226,75	1713,32	1393,86	1480,11	1415,20	1327,28	1863,21	2696,43	3567,32
1100	1565,94	2485,34	1913,67	1546,14	1641,02	1570,54	1469,22	2081,77	3062,79
1200	1721,36	27,46,44	2118,78	1699,76	1802,76	1728,39	1612,83	2306,20	3446,74
1300	1879,27	3010,58	2328,01	1857,74	1966,05	1883,31	1758,12
1400	2036,87	3276,75	2540,25	2012,36	2129,93	2045,76	1905,08	2760,91
1500	2196,19	3545,34	2758,39	2170,55	2296,78	2200,26	2011,85	2995,80
1600	2356,68	3815,86	2979,13	2328,65	2463,97	2364,82	2204,04
1700	2517,60	4087,10	3203,05	2486,28	2632,09	2526,85	2356,02
1800	2680,01	4360,67	3429,90	2646,74	2800,48	2690,56	2509,69
1900	2841,43	4634,76	3657,85	2808,22	2971,30	2848,00	2657,07
2000	3006,26	4910,51	3889,72	2970,25	3142,76	3014,64	2813,66
2100	3169,77	5186,81	4121,79	3131,96	3314,85	3174,16	2971,93
2200	3338,21	5464,20	4358,83	3295,84	3487,44	3343,73	3131,88
2300	3500,54	5746,39	4485,34	3457,20	3662,33	3505,36	3293,49
2400	3665,80	6023,25	4724,37	3620,58	3837,64	3666,82	3456,79
2500	3835,29	6303,53	5076,74	3786,09	4014,29	3840,58	3620,76

Приложение 3

Таблица 14 - Физические свойства дымовых газов СО2 - 13 %; Н2О - 11 %, N2 - 76 %. В = 101325 Па [2], с.349.

t, 0С	ρ, кг/м3	ср, кДж/кг*К	λ*102, Вт/м*К	а*106, м2/с	ν *106, м2/с	μ *106, Па*с
0	1,295	1,042	2,28	16,9	12,20	15,8
100	0,950	1,068	3,13	30,8	21,54	20,4
200	0,748	1,097	4,01	48,9	32,80	24,5
300	0,617	1,122	4,84	69,9	45,81	28,2
400	0,525	1,151	5,70	94,3	60,38	31,7
500	0,457	1,185	6,56	121,1	76,30	34,8
600	0,405	1,214	7,42	150,9	93,51	37,9
700	0,363	1,239	8,27	183,8	112,1	40,7
800	0,330	1,264	9,15	219,7	131,8	43,4
900	0,301	1,290	10,00	258,0	152,5	45,9
1000	0,275	1,306	10,90	303,4	174,3	48,4
1100	0,257	1,323	11,75	345,5	197,1	50,7
1200	0,240	1,340	12,62	392,4	221,0	53,0

Приложение 4

Таблица 15 - Физические свойства некоторых газов и газовых смесей [4], с.171

Наименование	Плотность, кг/м3	Динамическая вязкость, 105 Па*с	Постоянная Сазерленда С
СО2	1,977	1,384	254
Н2S	1,539	1,166	331
С2Н4	1,261	0,945	225
О2	1,429	1,943	110
СО	1,25	1,656	100
СН4	0,717	1,036	164
Н2	0,09	0,836	71
N2	1,25	1,667	102
Водяной пар	0,8035	0,818	961
Воздух	1,285	1,721	122
Коксовый газ	0,43	1,03	129
Доменный газ	1,257	1,9	135
П.г. коксового газа	1,215	1,49	237
П.г. доменного газа	1,38 - 1,39	1,6	167

 

Список литературы

1.       Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия, 1987, 576 с.

2.       Мастрюков Б.С. Теплотехнические расчеты промышленных печей. Издательство. М.: Металлургия, 1972, 360 с .

.        Чистяков А.Н. Технология коксохимического производства в задачах и вопросах. М.: Металлургия, 1983, 296 с.

.        Жидко А.С. Тепловой и гидравлический расчет коксовых печей. Учебное пособие. Харьков: Харьковская типография, 1974, 121 с.

.        Вирозуб И.В., Лейбович Р.Е. Расчёты коксовых печей и процессов коксования. Киев: Вища школа, 1970, 266 с.