Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра хімічної технології палива

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни: „Основи технології переробки горючих копалин”

на тему „Розрахунок коксового цеху"

КП 7.051301-11-201-00. 00 ЗП

Розробив ст. гр. ХТ зс 11

Стародубов В.В.

Керівник проекту доц. каф. ХТП

Кіпря О.В.

Проект захищено з оцінкою:

Донецьк, 2011

РЕФЕРАТ

Курсовий проект містить: сторінок 77, таблиць 10, посилань 8, креслень 2.

В даному курсовому проекті об'єктом дослідження є коксові батареї з парними вертикалами та рециркуляцією продуктів згоряння з нижнім підводом та регулюванням опалювального газу в умовах коксового цеху ПАО “ЯКХЗ”.

Мета роботи - вивчення технології коксування та виконання розрахунків матеріального та теплового процесів.

В курсовому проекті наведені вимоги до сировини і якості продукції, проведено розрахунок шихти, складені матеріальний та тепловий баланси коксування, виконано гідравлічний розрахунок коксової печі, визначено висоту димаря, а також проведений розрахунок комплекту обслуговуючих машин, коксової рампи та визначена продуктивність коксового цеху. Розташовані контрольно-вимірювальні прилади та автоматика.

КОКС, ВУГІЛЬНА ШИХТА, КОКСУВАННЯ, МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС, ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС, КОКСОВА ПІЧ, КОКСОВА БАТАРЕЯ, КОКСОВИЙ ГАЗ, ОПАЛЕННЯ, ГІДРАВЛІЧНИЙ ОПІР

ЗМІСТ

1. Фізико-хімічні основи процесу коксування

2. Порівняльна характеристика і вибір конструкції коксових печей

3. Опис технологічної схеми виробництва коксу

4. Розрахунок кількості коксових печей

5. Основні технологічні розрахунки

5.1 Розрахунок шихти

5.2 Розрахунок матеріального і теплового балансів процесу коксування з застосуванням ЕОМ

5.2.1 Алгоритм розрахунку матеріального балансу

5.2.2 Алгоритм розрахунку теплового балансу процесу коксування

5.3 Блок-схема матеріального та теплового балансів

5.3.1 Блок- схема матеріального балансу

5.4 Ідентифікація змінних матеріального і теплового балансів

5.4.1 Ідентифікація змінних матеріального балансу

5.4.2 Ідентифікація змінних теплового балансу

5.5 Програми розрахунку матеріального та теплового балансів

5.5.1 Програма розрахунку матеріального балансу

5.5.2 Програма розрахунку теплового балансу

5.6 Результати розрахунку матеріального і теплового балансів

5.6.1 Результати розрахунку матеріального балансу

5.6.2 Результати розрахунку теплового балансу

5.7 Інструкція користувача

6. Гідравлічний розрахунок опалювальної системи коксових печей

6.1 Розрахунок розподілу тиску в отоплюючій системі коксових печей

6.2 Розрахунок опорів на ділянках отоплюючої системи

6.3 Розрахунок гідростатичних напирань на ділянках опалювальної системи

6.4. Розрахунок розподілу тиску у опалювальній системі обігріву коксових печей

6.5 Розрахунок лежаків

6.6 Розрахунок гідростатичного напирання лежака

6.7 Розрахунок димаря

7. Розрахунок кількості комплектів обслуговуючих машин

8. Розрахунок коксової рампи

9. Лабораторний контроль коксового цеху

10. Контрольно-вимірювальні прилади та автоматизація коксового цеху

Перелік посилань

ВСТУП

Аналіз сьогоденного стану коксохімічної галузі України свідчить про те, що основним напрямом розвитку підприємств буде реконструкція та технічне переобладнання потужностей галузі з урахуванням заходів по захисту оточуючого середовища і вирішенню соціальних питань.

У зв'язку зі зменшенням поставок коксівного вугілля, зменшенням виробництва металургійної продукції, введенням нових господарських та економічних взаємовідносин підприємств виробництво металургійного коксу і хімічних продуктів коксування за останні роки знизилось майже на третину. У зв'язку з неритмічними поставками сировини коксохімічні підприємства у наш час завантажені на 60 -70% від своєї проектної потужності.

В останні роки у інвестиційній політиці коксохімічних підприємств усе зводиться практично до тимчасового підтримання у експлуатації діючих коксових батарей без суттєвої реконструкції і модернізації технологій і обладнання. Це привело до значних втрат продукції коксохімічного виробництва, погіршенню екологічної обстановки, умов праці обслуговуючого персоналу.

Частка коксового цеху у сумарних викидах коксохімічного підприємства оцінюється у 75%, а частка викидів коксового пилу під час вивантаження розжареного коксу з камер коксування - у 40 - 45%.

У наш час у коксохімічному виробництві відсутні екологічно вдосконалені технологічні процеси і схеми; при реконструкції втілюються лише локальні заходи екологічного захисту, що потребують значних капітальних вкладень.

З експлуатації поетапно виводяться морально та фізично застарілі коксові батареї і замість них будуються нові більш екологічно привабливі з пічними камерами більшого об'єму, з меншою кількістю печевидань при тей самій потужності, а таким чином й меншими викидами шкідливих речовин при виданні коксу. Використання різних технологічних рішень локалізації пилових викидів при виданні коксу дає можливість суттєво знизити концентрацію коксового пилу у районі батареї. В той же час треба відмітити, що використання малих локальних систем відсмоктування коксового пилу при виданні його, не дає бажаного результату з-за низької ефективності пиловловлюючого обладнання, що там використовувалось.

Будуть продовжені роботи з подальшої механізації й автоматизації коксового виробництва, що приведе до остаточної ліквідації важкої фізичної праці деяких категорій робітників. Вже ведуться роботи з автоматизації керування технологічним процесом виробництва коксу й обігріву коксових печей. Розробляються схеми дистанційного керування основними машинами, зокрема вуглезавантажувальним вагоном.

Одне з найважливіших завдань, що треба буде розв'язати у виробництві коксу в найближчі роки,- це запобігання забруднення повітряного середовища під час завантаження коксових печей і при вивантаженні коксу з камер. Таким чином, у найближчі роки будуть тривати розвиток виробництва коксу й удосконалювання технології шарового коксування.

1. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ КОКСУВАННЯ

В процесі нагрівання вугілля без доступу повітря відбуваються складні хімічні і фізико-хімічні перетворення органічної частини матеріалу вугілля, у результаті яких виділяються пароподібні і газоподібні продукти й утвориться твердий залишок - кокс.

Вугільне завантаження під дією високої температури послідовно і безупинно проходять такі стадії від стін камери до центру завантаження: підсушування, пластичного стана, полукоксування й утворення коксу.

Одночасно відбуваються фізичні явища, що істотно впливають на процес коксоутворення.

Перша стадія відповідає нагріванню вугілля (шихти) до 200 ⁰С. У енергетичному відношенні міжмолекулярні зв'язки органічних речовин вугілля міцніше внутрішньомолекулярних. При зазначеному нагріванні вугілля виділяються низькомолекулярні гази (СО_2, СО, Н₂О й ін.) і знижується утримання груп ОН і СООН. При цьому помітної деструкції основного структурного ланцюга макромолекул не відбувається, але усе ж відбуваються деякі внутрішньомолекулярні перегрупування, що визначають подальше термохімічне перетворення.

Друга стадія відповідає нагріванню от 200 до 350 ⁰С. У цьому інтервалі температур ще не відбувається значної втрати маси, але теплові коливання молекул, що посилилися, сприяють частковому відщіпленню СО₂, СО, Н₂О, СН₄ і Н_2. Відбуваються значні внутрішньомолекулярні перегрупування.

Третя стадія відповідає нагріванню от 350 до 450-470 ⁰С. У цьому інтервалі температур відбувається невеличка втрата маси і змінюється агрегатний стан речовини - із сипучого стана воно переходить у пластичне і спостерігається незначне смоловиділення. Підведена ззовні енергія витрачається на розірвання хімічних зв'язків (переважно ефірних і кисневих) усередині основного структурного ланцюга. Цей процес супроводжується розкрупненням молекул (дисоціацією), у результаті чого нові молекули меншого розміру спроможні переходить у пластичний стан. У залежності от природи вугілля, ступеня їхнього метаморфізму глибина цих перетворень, а так само температури цієї стадії процесу різноманітні. У даної стадії убрання з процесами деструкції протікають і процеси синтезу ( структурування), проте процеси деструкції переважають над процесами поліконденсації.

Четверта стадія відповідає нагріванню от 450 до 500-550 ⁰С і супроводжується різким зменшенням маси вугілля в основному за рахунок виділення смоли. Відбувається твердіння пластичної маси, різко зростає відношення С:Н, продовжується виділення низькомолекулярних газів. На даній стадії протікають переважно процеси поліконденсації, що визначають деструкцію, що викликає виникнення активних центрів для поліконденсації.

П'ята стадія відповідає нагріванню от 500-550 ⁰С до 850-900⁰С і характеризується поступовим зменшенням маси за рахунок виділення низькомолекулярних газів, в основному водню. У результаті дегідрування утворяться активні центри, відбувається асоціація (ущільнення) у твердої фазі. Різко збільшується відношення С:Н, а також щира щільність твердого залишку коксу.

У інтервалі 500-550 ⁰С, як указувалося вище, відбувається утворення напівкоксу - пластична маса твердіє і починає набувати виду і властивостей коксу. По своїй структурі полукокс вже не схожий на вугілля. Він загубив сипучість, набув пористої будівлі і спроможності утворювати шматки (кусковатість). Полукокс відрізняється от коксу значним виходом летучих речовин, темним кольором ( кокс - сріблисто-сталевий), меншою тривкістю і шпаристістю.

Для видачі коксу з печей дуже важлива монолітність коксового пирога. Поперечні тріщини, що утворяться до кінця коксування у результаті усадки, і подовжній шов по центральній осі печи розділяють коксовий пиріг на окремі прошарки і шматки.

У твердій фазі при подальшому нагріванні відбувається скорочення обсягу (усадка) полукоксу, а потім і коксу у вертикальному і поперечному напрямках. Вертикальна усадка залежить від властивостей шихти, виходу летучих речовин, вологості, ступеня здрібнювання і складе 5-15 % від висоти завантаження. Усадка коксової речовини викликає появу рясної сіті тріщин у шарі полукокса і коксу, а також відхід коксового пироги від стін камери; між бічною поверхнею коксового пироги і стіною утвориться зазор. Розміри цього зазора мають істотне значення при віштовчуванні коксового пироги з печей. Від розміру зазора залежить ступінь контактування коксу з цегельною кладкою і виникнення тертя, що утрудняє видачу коксу з камер коксування (рис. 1 і 2).

Температурний режим коксування повинний забезпечувати видачу нормального готового пироги. Процес утворення коксу в сучасних печах триває звичайно 15 - 17 годин.

Після першої години від завантаження печі температура поверхні стін знижується до 700 - 800 ^оС, а потім повільно підвищується. У осьовій площині, на другому часу коксування, температура досягає 100 ^оС і залишається на цьому рівні протягом 7 - 9 часів, тобто до випару вологи.

Швидкість переміщення пластичних шарів із двох протилежних сторін до середини камери залежить від кількості підводимого тепла до завантаження, властивостей шихти і конструктивних особливостей коксових печей.

Утворення летучих речовин по стадіях коксування відбувається нерівномірно. Основна кількість їх утвориться в період розм'якшування, і після тужавіння пластичної маси. За даними досліджень більш 70% усіх парогазових продуктів направляється в гарячу сторону.

Коксовий газ утвориться в результаті фізичних і хімічних змін вугілля під впливом температурного впливу без доступу повітря. У інтервалі температур від 350 до 550 ^оС гази, що виділяються з вугілля, містять пари смоли і мастил. При температурі 650 - 750 ^оС іде часткове розкладання смоли з утворенням ароматних вуглеводнів. Смола стає при цьому більш важкої і змінює свої властивості.

Найбільше сприятливої для утворення бензолу є температура в підсводовому просторі камери біля 800 ^оС. Чим вище температура підсводового простору, тим вище утримання в сирому бензолі бензолу і менше утримання його гомологів.

Для типових шихт із донецьких вуглів максимум тиску газу виникає наприкінці другої години коксування в поді камери і складає 11 кПа. У верхній частині печі тиск зменшується. Середній розмір тиску газу складає 4,9 кПа. Властивість пластичної маси чинити опір видаленню газу характеризується її газопроникністю.

Газопроникність і спучування пластичної маси залежить від грузькості вугілля в пластичному стані. Крупність і ступінь тріщинуватості коксу, так само як і структури тіла коксу, залежать не тільки від властивостей вихідних вуглів або складу шихт, але і від основної особливості процесу в сучасних печах його пошарови. Лінійна швидкість коксування коливається від 27-30 до 40 мм/годину.

Таким чином, коксування варто розглядати як складний фізико-хімічний стадійний процес перетворення вугільної шихти в кокс, що супроводжується хімічними реакціями деструкції органічної маси вугілля і синтезу, у результаті чого утвориться твердий, механічно тривкий залишок - кокс, а також рідкі і газоподібні продукти.

Рисунок 1 - Схема умовного поділу коксованого завантаження на шари:

1 - кокс; 2 - напівкокс; 3 - пластичний шар;

4 - зона сухої й підігрітої шихти; 5 - сира шихта

Рисунок 2 - Процес формування: коксового пирога

2. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА І ВИБІР КОНСТРУКЦІЇ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ

Коксування вугільної шихти здійснюється в коксових печах, що представляють собою складні теплотехнічні спорудження.

Коксова піч складається з:

а) камери, куди завантажується вугільна шихта;

б) обігрівального простінка, що включає в собі систему опалювальних каналів, у яких відбувається горіння газу для обігріву стін камери;

в) системи газорозподільних і повітряпідводящіх каналів, що подають газ і повітря для опалення печей;

г) регенераторів для нагрівання повітря й відводу продуктів горіння;

д) відповідних арматур і механізмів.

Печі з парними вертикалами й рециркуляцією продуктів горіння (ПВР), розроблені Гіпрококсом, по способу підведення опалювального коксового газу діляться на печі з бічним і нижнім підведенням опалювального газу.

В печах ПВР число опалювальних каналів - вертикалів завжди парне (від 26 до 32), вони попарно з'єднані між собою. У кожній парі вертикалів один одержує в цей момент через пальник коксовий газ і з косового ходу повітря. У цьому вертикалі відбувається горіння газу, продукти горіння по перевальному вікну, розташованому у верхній частині стіни, що розділяє спарені вертикали, переходять у другий вертикал пари й через косий хід надходять у регенератор.

У нижній частині стіни, що відокремлює один вертикал від іншого, частина продуктів горіння (20-50%) підсмоктується через спеціальне рециркуляційне вікно з вертикала, у якому рухається спадний потік газів, у вертикал, у якому йде горіння газу.

Найчастіше печі проектуються так, що якщо в одному простінку висхідний потік проходить у непарних вертикалах, а спадний у парних, то в сусідньому простінку висхідний потік проходить у парних вертикалах, а спадний у непарних. Кожні 20 хвилин здійснюється кантування, тобто переключення газових потоків з висхідного на спадний і навпаки.

Під кожною камерою коксування розташований один широкий регенератор, з'єднаний косими ходами з вертикалами двох простінків - непарними одного й парними іншого. Таким чином, нагріте у регенераторі повітря надходить в 1, 3, 5, 7 і т.д. вертикали одного простінка й в 2,4,6,8 і т.д. іншого. Повітря в регенератор надходить із двох сторін батареї - машинної й коксової; посередині регенератора є поперечна стіна, що розділяє регенератор на дві половини.

У корнюрній зоні кладки, розташованої між камерами печей і регенераторами, під кожним опалювальним простінком проходять два горизонтальних газорозподільних канали (корнюра). По цим корнюрам газ із газопроводу підводить до вертикалів опалювального простінка. Один корнюр з'єднаний з непарними вертикалами, а іншій - з парними. Якщо по першому в цей момент часу коксовий газ надходить у непарні вертикали, то в другий, з'єднаний з парними вертикалами, підсмоктується повітря для знеграфічування. Кожні 20 хв напрямок газових потоків у корнюрах змінюється.

Кількість коксового газу, що надходить у кожний простінок, регулюється за допомогою діафрагми, установленої у відгалуженні, що йде від газопроводу до корнюру. Кількість газу, що спрямовує в кожен вертикал простінка, регулюється за допомогою каліброваного пальника, установленого в гнізді на поду вертикала. Якщо буде потреба пальник може бути замінений іншим з верху батареї через оглядові шахточки вертикалів.

Кількість повітря, що надходить у кожен регенератор (тобто у два простінки), регулюють, змінюючи перетин газоповітряного клапану, через яке повітря надходить із атмосфери в подовий канал регенератора. Для зміни перетину на вхідний отвір клапана накладаються пластини різного розміру.

Кількість повітря, що надходить у кожен вертикал, регулюється змінними нижніми регістрами-бананами, що дозволяють змінювати перетин косого ходу.

3. ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА КОКСУ

Коксування - це складний процес перетворення палива при нагріванні до високих температур без доступу повітря. Характер цих перетворень залежить від кінцевої температури нагрівання (КТН). Процес коксування відбувається поступово і закінчується при КТН 1050 50⁰С. Термічні впливи на кам'яновугільну шихту приводять до глибоких, необоротних хімічних змін органічної маси й одержанню нових речовин - продуктів коксування у виді коксового газу, що містить коштовні хімічні речовини, і твердого залишку - коксу.

З метою забезпечення високої і рівномірної якості коксу, схоронності грубного фонду, видача коксу з печей повинна здійснюватися за графіком з дотриманням сталості періодів коксування. Циклічний графік передбачає поділ обороту печей на батареї на дві частини - робочу і ремонтну. Протягом робочої частини циклу виробляється видача коксу, під час ремонтної частини циклу видача коксу не виробляється, а ремонтним і експлуатаційним персоналом за вказівкою майстра ведеться ремонт машин і механізмів, шляхів коксових машин, устаткування коксосортування, збирання й інші роботи. Відповідно заданій змінній нормі з урахуванням виконання графіка попередніми змінами для кожної зміни складається робочий щохвилинний графік видачі коксу і вручається змінним майстрам і машиністам коксових машин.

Сировина (вугільний концентрат) надходить в вуглепідготовчий цех (ВПЦ) у піввагонах. Розвантаження виробляється на роторних вагонопрокидах і передається на збереження на відкритий склад чи вугілля безпосередньо в видаткові силосу.

В ВПЦ із вугільних концентратів різних марок готується шихта, придатна для коксування. Вугільна шихта системою конвеєрів передається на вугільну вежу, далі ведеться завантаження коксових батарей №5 і №6. З вугільної вежі шихта завантажується в вуглезавантажувальний вагон, а з нього потім у печі коксової батареї.

Після проходження процесу коксування, коксовиштовхувач коксовий пиріг видається через коксоспрямовуючу дверезнімальної машини в коксотушильний вагон. Кокс, видаваний з печі, приймається в тушильний вагон, що приводиться в рух електровозом. Під час прийому коксу тушильний вагон переміщається зі швидкістю, що забезпечує розподіл коксу рівномірним шаром по всій довжині вагона. Керування гасінням і відстоєм коксу - автоматичне і складає біля 3-х хвилин. При цьому час відстою коксу повинний бути не менш 50 секунд. Зрошувальні пристрої в тушильних вежах повинні забезпечувати рівномірне і швидке гасіння коксу. Подавані для гасіння фенольні води повинні бути попередньо очищені від смоли і мастил і не повинні містити фенолів більш 150 мг/л.

Видання коксу з гасильного вагона виробляється на вільне місце рампи. У мокропогашеному великому коксі зміст вологи повинен бути не вище норм, установлених державними стандартами.

Погашений кокс через коксову рампу подається на коксосортування для класифікації по величності, що здійснюється за допомогою валкових, інерційних і інших видів грохотів :

Кокс доменний +25 мм;

Коксовий горіх 10-25 мм;

Кокс дріб'язок 0-10 мм.

Класифікація коксу починається з відділення великих класів. Для кожного сорту коксу, що відвантажується споживачам, установлюються механізовані пробовідбірники. Комплекс об'єктів прийому, розсіву і навантаження коксу в залізничні вагони повинний бути зв'язаний сигналізацією і зблокований.

Готова продукція вантажиться в залізничні вагони і після зважування на електронних вагах відправляється споживачам.

4. РОЗРАХУНОК КІЛЬКОСТІ КОКСОВИХ ПЕЧЕЙ

Загальна кількість печей в батареї розраховується по формулі:

де Р - продуктивність батареї по валовому коксу 6 % - ої вологи, т/рік (по виробничим даним);

t - період коксування, годин;

К - вихід коксу з робочої шихти (по даних матеріального балансу);

V - об'єм камери коксування, м³;

г - насипна маса робочої шихти, кг/м³.

Таким чином, приймаємо 5 батарею, яка складається з 77 печей.

5. ОСНОВНІ ТЕХНОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ

5.1 Розрахунок шихти

Таблиця 5.1 - Склад шихти по марках

Технологічна группа вугілля	Вміст у шихті, %	Технічний аналіз, %	Пластометричні показники
						X	Y
Г6	45	0,0	6,2	2,0	36,2	35	8
К14	55	0,0	7,7	2,3	22,0	16	14
Шихта	100	0,0	7,03	2,2	28,4

Елементний аналіз шихти приймаємо: вуглецю 86,78 %, водню 5,2 %, кисню 6,02 %, азоту 2,0 %.

Визначимо вміст в робочій шихті сірки, золи та вихід летких речовин, %:

Перерахування технічного і елементного аналізів шихти на робочу шихту [4], %:

В зв'язку з тим, що , та .

Вихід летких речовин перераховуємо на суху зольну масу, %:

Розрахунки зводимо у контрольну строку:

0,0%; 7,03%; 2,2%; 78,77%; 4,72%; 5,46%; 1,82%.

Сума цих показників дорівнює 100%.

5.2 Розрахунок матеріального і теплового балансів процесу коксування з застосуванням ЕОМ

5.2.1 Алгоритм розрахунку матеріального балансу

Для проектованого цеху розрахунок матеріального балансу коксування здійснюється на підставі теоретичних і емпіричних формул, у які входять дані технічного і елементного аналізів вихідної вугільної шихти.

Вихідними даними є: вологість 0,0 %, зольність 7,03 %, вихід летких речовин 28,4 %, кількість сірки 2,2 % й елементний склад шихти: вуглець 86,78 %, водень 5,2 %, кисень 6,02 %, азот 2,0 %.

Розрахунок матеріального балансу ведеться в розрахунку на 1000 кг робочої шихти.

Прибуткова частина.

1. Кількість сухої шихти визначається по формулі [4], кг/1000 кг робочої шихти:

2. Кількість вологи, що завантажується в камеру коксування визначається по формулі, кг/ 1000 кг робочої шихти:

Видаткова частина.

1. Вихід сухого валового коксу із сухої шихти визначається по формулі, %:



де - вихід летких речовин із коксу, прийнятий рівним 1%;

П - припік коксу, визначаємо по формулі, %:

2. Вихід сухого коксового газу із сухої шихти визначається по формулі О.Я.Габинського, %:

де - емпіричний коефіцієнт, рівний 2,85.

3. Вихід смоли безводної із сухої шихти визначається по формулі, %:

де - емпіричний коефіцієнт, рівний 0,93.

4. Вихід сирого бензолу визначається по формулі, %:

де - емпіричний коефіцієнт, рівний 0,95.

5. Вихід 100% -ого аміаку з робочої шихти визначається по формулі, %:



де - коефіцієнт переходу азоту шихти в аміак, рівний 0,137;

17 - молекулярна маса аміаку;

14 - атомна маса азоту.

6. Вихід сірки в перерахунку на сірководень із робочої шихти, %:

де - коефіцієнт переходу сірки шихти в сірководень, рівний 0,22;

34 - молекулярна маса сірководню;

32 - атомна маса сірки.

7. Волога шихти, що випаровується в камерах коксування, визначається по формулі:

8. Вихід пірогенетичної вологи з робочої шихти визначається по формулі, кг:

де - коефіцієнт переходу кисню шихти в пірогенетичну вологу 0,436;

18 - молекулярна маса води;

16 - атомна маса кисню.

9. По різниці між прибутковою і видатковою частинами балансу знаходимо нев'язку балансу. Нев'язка балансу є припустима до 0,5%.

Отримані результати розрахунку зводяться в таблицю 5.1.

5.2.2 Алгоритм розрахунку теплового балансу процесу коксування

Розрахунок теплового балансу ведеться на 1000 кг завантаженої в камеру коксування вугільної шихти фактичної вологості. [4]

Вихідні дані для розрахунку:

Склад сухого опалювального (коксового) газу, приведений у таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 - Склад сухого опалювального коксового газу, % об'ємні

СО2	О2	СО	Н2	СН4	СmНn	N2
2,2	0,8	6,0	59,0	24,0	2,0	6,0

Вихід летких речовин із коксу = 1% ;

Коефіцієнт надлишку повітря б =1,35.

Прибуткові статті.

1. Теплота горіння опалювального газу визначається по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де - нижча теплота горіння коксового газу, кДж/нм³;

- питома витрата сухого опалювального газу, м³/1000 кг шихти.

Теплота горіння газу визначається по хімічному складі:

де CO, CH₄, H₂, C_mH_n - вміст відповідних компонентів у сухому коксовому газі, % об'ємні.

2. Ентальпія опалювального газу розраховується по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де t_г - температура коксового газу, що надходить на опалення, ⁰С ;

W_г - вміст вологи в коксовому газі в перерахунку на 1м³ сухого газу, %;

С_в - об'ємна теплоємність води, кДж/(м³•К).

Вміст вологи в коксовому газі визначаємо по формулі:

де P_s - тиск насиченої водяної пари при температурі газу t_г, Па;

В - атмосферний тиск, Па;

в - надлишковий тиск газу, Па;

ц - відносна вологість газу, прийнята рівною 1;

C_p^0-t - середня теплоємність сухого коксового газу, кДж/(м³•К).

3. Ентальпія повітря визначається по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де L_n - дійсна кількість сухого повітря, що витрачається на горіння 1 м³ газу, м³;

С_р - середня об'ємна теплоємність сухого повітря, кДж/(м³ •К);

t_в - температура вологого повітря, ⁰С;

С_р' - середня теплоємність насиченої водяної пари, кДж/(м³ •К);

W_в - вміст в повітрі водяних парів, м³/м³ сухого повітря.

Дійсна кількість сухого повітря визначається по формулі:



де б - коефіцієнт надлишку повітря;

L_m - теоретична кількість сухого повітря, що розраховується по формулі, м³:

де - теоретична кількість кисню на горіння 1м³ газу

Теоретичну кількість кисню визначаємо по формулі, м³ / м³ газу:

Вологовміст атмосферного повітря визначається по формулі, м³вологи/м³сухого газу:

де P_s - тиск насиченої водяної пари при температурі повітря t_в, Па;

ц - відносна вологість атмосферного повітря. Для Донбасу ц = 0,7;

Р₀- атмосферний тиск.

4. Ентальпію вологої шихти визначаємо по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де W_ш ^r - вміст вологи в робочій шихті, %;

С_у - середня питома теплоємність сухого вугілля, кДж/(кг•К);

С_w - питома теплоємність води, прийнята рівною 4,19 кДж/(кг•К);

t_ш - температура шихти,що завантажується в камери коксування, ⁰С

Питома теплоємність сухого вугілля визначається по формулі:

де А_ш^d - зольність сухої шихти, %;

С_г - середня теплоємність пальної маси шихти, кДж/(кг•К);

С_з - середня теплоємність золи, кДж/(кг•К).

5. Тепловий ефект процесу коксування.

Розмір і знак теплового ефекту коксування ще недостатньо досліджувані, тому за пропозицією професора П.Г. Рубина приймаємо його рівним нулю, тобто

q₅ = 0.

Видаткові статті.

1. Ентальпія коксу визначається по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де К - вихід сухого коксу з вологої шихти (розрахунок ведеться в матеріальному балансі), кг/1000 кг шихти;

t_к - середня температура коксу при видачі його з камер коксування, ⁰С;

С_к - питома теплоємність коксу, кДж/(кг•К), обумовлена по формулі Дебрюннера:



де А_к, С_к, V_к - відповідно зольність, вміст вуглецю і вихід летких речовин із коксу, %;

С_А, С_С - середні питомі теплоємності золи і вуглецевої речовини коксу, кДж/(кг•К);

С_v - об'ємна теплоємність летких речовин із коксу, прийнята рівної об'ємної теплоємності коксового газу, кДж/м³•К;

г_г - густина сухого газу, приймаємо рівну 0,45 кг/м³.

Температуру коксового пирога при видачі з камери коксування знаходимо аналітичним шляхом (метод И.М.Ханіна і В.В.Юшіна).

2. Теплоту нагрівання дистиляційного газу розраховуємо по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де V_г - вихід сухого коксового газу на одиницю завантаження (за даними матеріального балансу), м³/1000 кг шихти;

С_р^0-t - середня об'ємна теплоємність коксового газу, кДж/(м³•К);

t_д.г - температура газу на виході з камери коксування, ⁰С.

Температура нагрівання продуктів коксування

Теплота, яка відноситься парами смоли, визначається по формулі, кДж/1000 кг шихти:

,

де q_о - схована теплота випару смоли при 0⁰С, кДж/кг;

С_р^0-t - середня питома теплоємність парів смоли, кДж/(м³•К);

G_см - вихід смоли на робочу масу шихти (за даними матеріального балансу), кг/1000 кг шихти

Середню питому теплоємність парів смоли визначаємо по формулі, кДж/(кг•К):

Теплота, яка відноситься парами бензольних вуглеводнів, кДж/1000 кг шихти:

де C_p^0-t - середня питома теплоємність парів ароматичних вуглеводнів, обумовлена по формулі, кДж/(кг•К):

де М_ср - середня молярна маса парів бензольних вуглеводнів, прийнята рівною 84,6.

Теплота, яка відноситься аміаком, визначається по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де G_а - вихід аміаку (за даними матеріального балансу), кг/1000 кг шихти;

C_p^0-t - середня питома теплоємність аміаку, кДж/(кг•К);

t - температура аміаку на виході з камери коксування, ⁰С.

Загальна кількість теплоти, яка відноситься продуктами коксування, кДж/1000 кг шихти:

q₃ = q_см + q_б + q_a,

Теплота, яка відноситься парами води, визначається по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де W_о - загальна кількість вологи вугілля (робоча і пірогенетична) за даними матеріального балансу, кг/1000 кг шихти;

C_p^0-t - середня теплоємність водяної пари, кДж/(кг•К);

t_n - температура водяної пари на виході з камери коксування, ⁰С.

Теплота, яка відноситься продуктами горіння, визначається по формулі, кДж/1000 кг шихти:

де V_п.г - кількість вологих продуктів горіння на 1 м³ коксового газу;

С_p^0-t - середня об'ємна теплоємність продуктів згорання, кДж/(м³•К);

t_п.г - температура продуктів горіння, що надходять в боров, ⁰С.

Кількість продуктів горіння знаходиться з реакцій горіння компонентів газу при відомому його складі (у % об'ємних) і заданому коефіцієнті надлишку повітря.

Розрахунок складу і кількості продуктів горіння.

Основні пальні компоненти коксового газу горять по таких рівняннях:

C_mH_n: C₂H₄ + 3O₂ 2CO₂ + 2H₂O;

С_mH_n: C₃H₆ + 4,5O₂ 3CO₂ + 3H₂O;

CO: CO + 0,5O₂ CO₂;

H₂ : H₂ + 0,5O₂ H₂O;

CH₄: CH₄ + 2O₂ CO₂ + 2H₂O

Теоретична кількість кисню, необхідна для горіння 1 м3 сухого газу, визначається по формулі, м³ /м³ газу:

де C_mH_n, CO,CH_4,H₂ - вміст відповідних компонентів опалювального газу, % об'ємні.

Теоретична кількість повітря для горіння 1 м³ сухого газу, м³ /м³ газу:

Дійсна кількість повітря на горіння 1 м³ газу, м³ /м³ газу:

де б - коефіцієнт надлишку повітря для горіння.

Кількість окремих компонентів продуктів горіння, що утворяться, визначається по таких формулах, м³ /м³ газу:

де CO₂, CO, CH_4, C_mH_n, H₂, N_2, O₂ - вміст відповідних компонентів сухого коксового газу, % об'ємні.

Загальна кількість продуктів горіння, що утворяться при спалюванні 1 м³ опалювального газу, м³/м³ газу:



Вміст окремих компонентів (у % об'ємних) у продуктах горіння визначається по формулах

Втрати теплоти від неповного згорання опалювального газу приймаємо рівними нулю, тому що в димових газах немає пальних компонентів.

Втрати теплості в навколишній простір.

У сучасних коксових печах розмір теплових утрат знаходиться в межах від 8 до 11 % від загальної витрати тепла на коксування.

Отримані результати розрахунку зводяться в таблицю 5.2.

5.4 Ідентифікація змінних матеріального і теплового балансів

5.4.1 Ідентифікація змінних матеріального балансу

Таблиця 5.3 - Ідентифікація змінних програми розрахунку матеріального балансу процесу коксування

Змінна в описі	Змінна в програмі	Фізичний сенс змінної, її розмірність	Значення змінної
1	2	3	4
Wrt	WR	Робоча волога шихти, %	0,0
Sdt	SD	Сірка шихти,%	2,2
Adш	AD	Зольність шихти, %	7,03
Vdaf	VDAF	Вихід летких речовин з шихти, %	28,4
C0	CO	Вміст вуглеця в органічній масі шихти, %	86,78
H0	HO	Теж для воденю, %	5,2
N0	NO	Теж для азоту, %	2,0
O0	OO	Теж для кисеня, %	6,02
Arш	AR	Зольність робочої шихти, %	Визначається
Srш	SR	Сірчаність робочої шихти, %	Теж
Crш	CR	Вміст вуглеця в робочій шихті, %	-- // --
Hrш	HR	Вміст воденю в робочій шихті, %	-- // --
Orш	OOR	Вміст кисеню в робочій шихті, %	-- // --
Nrш	NR	Вміст азоту в робочій шихті, %	-- // --
Приход	SUMMA	Cума прихідних статей, %	-- // --
Gdk	GDK	Вихід коксу на суху масу, %	-- // --
Gkr	GRK	Вихід коксу на робочу шихту, кг	-- // --
Gdк.г	GDR	Вихід коксового газу на суху шихту, %	-- // --
Grк.г	GRR	Вихід коксового газу на робочу шихту, кг	-- // --
Gdсм	GDCM	Вихід смоли на суху шихту,%	-- // --
Grсм	GRCM	Вихід смоли на робочу шихту, кг	-- // --
Gdб	GDB	Вихід бензольних вуглеводнів з сухої шихти, %	-- // --
Grб	GRB	Вихід бензольних вуглеводнів з робочої шихти, кг	-- // --
Gdам	GDAM	Вихід аміаку на суху шихту, %	-- // --
Grам	GRAM	Вихід аміаку на робочу шихту, кг	-- // --
Gdс.в	GDS	Вихід сірководню на суху шихту, %	-- // --
Grs	GRS	Вихід сірководню на робочу шихту, кг	-- // --
Gвш	GB	Волога шихти, кг	-- // --
Grп.в	GVP	Вихід пірогенетичної вологи з робочої шихти, кг	-- // --
Нев'язка	NEV	Нев'язка балансу, %	- // --
П	R	Припік коксу, %	-- // --
Vdш	VC	Вихід летких речовин з шихти на суху зольну масу, %	-- // --
Gr	GR	Маса коксуючої шихти, кг	1000

5.4.2 Ідентифікація змінних теплового балансу

Таблиця 5.4 - Ідентифікація змінних програми розрахунку теплового балансу процесу коксування

Змінна в описі	Змінна в програмі	Фізичний сенс змінної, її розмірність	Значення змінної
1	2	3	4
CO2	CO2	Вміст СО2 в сухому коксовому газі, %	3,0
O2	O2	Теж для О2,%	0,9
CmHn	CmHn	Теж для ненасичених вуглеводнів, %	4,3
CH4	CH4	Теж для метану, %	24,6
CO	CO	Теж для СО, %	6,8
H2	H2	Теж для воденю, %	57,7
N2	N2	Теж для азоту, %	2,7
	A	Коефіцієнт надлишку повітря	1,35
Ad	AC	Зольність сухої шихти, %	7,03
Wrt	WR	Вологість шихти, %	0,0
Qн	QN	Теплота згорання опалювального газу, кДж/м3	Визначається
	I	Відносна вологість опалювального газу, %	1,0
Ратм	B	Барометричний тиск, Па	98660
Ризб	BB	Надлишковий тиск газу, Па	1323
Рs	PS	Тиск насичиної водяної пари, Па	2333
Wг	W	Вологість опалювального газу, м3/м3	Визначається
CH2O	CH2O	Питома теплоємкість водяної пари, кДж/м3	1,493
CP	CP	Середня теплоємкість сухого коксового газу, кДж/м3	Визначається
Q1	Q1	Прихід тепла за рахунок горіння опалювального газу, кДж	Теж
Q2	Q2	Ентальпія опалювального газу, кДж	-- // --
O2т	Q2T	Теоретична кількість О2 на горіння газу, м3/м3 газу	-- // --
Lm	LT	Теоретична кількість повітря на горіння газу, м3/м3 газу	-- // --
Ln	LP	Дійсна кількість повітря на горіння, м3/м3 газу	-- // --
Wв	WB	Вологість атмосферного повітря, %	-- // --
Q3	Q3	Ентальпія повітря, кДж	-- // --
Cу	C4	Теплоємкість вугілля, кДж/(кг•К)	-- // --
Qу	Q4	Ентальпія вологої шихти, кДж	-- // --
Q5	Q5	Тепловий ефект коксування, кДж	0
Qк	R1	Теплота нагріву коксу, кДж	Визначається
Ck	Cк	Теплоємкість коксу, кДж/(кг·К)	Визначається
K	GК	Вихід сухого коксу з вологої шихти, кг	777,3
tк	ТК	Температура коксу при видачі, 0С	1025
г	YG	Густина сухого коксового газу, кг/м3	Визначається
Ср0-750	CP1	Середня об'ємна теплоємкість газів при 7500С, кДж/(м3•К)	Теж
Vг	VG	Вихід газу на 1 тонну шихти,м3	-- // --
Q2	R2	Тепло нагріву дистиляційного газу, кДж	-- // --
Cсм	CP2	Середня об'ємна теплоємкість парів смоли, кДж/(кг·К)	-- // --
qсм	R3A	Тепло, яке виноситься парами смоли, кДж	-- // --
Су.в	CP2B	Середня питома теплоємкість парів ароматичних вуглеводнів, кДж/(кг·К)	-- // --
Q	R3B	Теплота, яка виноситься парами бензольних вуглеводнів, кДж	Визначається
qa	R3V	Теплота, яка виноситься аміаком, кДж	Теж
Q3	R3	Загальна кількість тепла, яка виноситься продуктами коксування, кДж	-- // --
Q4	R4	Тепло, яке виноситься парами води, кДж	-- // --
W0	WO	Загальна волога вугілля, кг	0,0
КCO2	KCO2	Кількість СО2 в продуктах горіння, м3/м3 газу	Визначається
КH2O	KH2O	Теж для водяної пари, м3/м3 газу	Теж
КN2	KN2	Теж для азоту, м3/м3 газу	-- // --
КO2	KO2	Теж для кисеню, м3/м3 газу	-- // --
Vn.г	VPK	Загальна кількість вологих продуктів горіння, м3/м3 газу	-- // --
Ср0-345	CP5	Об'ємна теплоємкість продуктів горіння, кДж/(м3•К)	1,394
Q5	R5	Тепло, яке виноситься продуктами горіння, кДж	Визначається
Vx	VX	Питомі витрати сухого опалювального газу, м3/т шихти	Визначається
Q6	R6	Втрата тепла від неповноти згорання опалювального газу, кДж	0
Q7	R7	Втрата тепла в навколишнє середовище, кДж	Визначається
G	GRB	Вихід бензольних вуглеводнів з робочої шихти, кг	10,5
Gам	GRAM	Вихід аміаку з робочої шихти, кг	3,0
Тг	TG	Температура газу на виході з камери коксування, 0С	750
tn	TP	Температура водяної пари на виході з камер коксування, 0С	650
Qсм	QO	Схована теплота випарування смоли при 0 0С, кДж/кг	418,7
Cам	CP2V	Середня теплоємкість аміаку, кДж/(кг·К)	2,683
Т	Т	Температура коксового газу, оС	60
Cв	ССВ	Теплоємкість сухого повітря, кДж/ м3•К	1,294
Wв	WB	Вміст у повітрі водяної пари, м3	Визначається
Cп	CBP	Теплоємкість водяної пари, кДж/м3	1,493
Cу	CY	Теплоємкість сухого вугілля, кДж/(кг•К)	Визначається
Cg	CG	Ентальпія золи, кДж/(кг·К)	0,711
Cr	CR	Ентальпія пальної маси шихти, кДж/(кг•К)	1,08
Cн2о	CW	Питома теплоємкість води, кДж/кг	4,19
Gг	GRR	Вихід сухого газу, кг	146,4
Cв.п	CPVP	Питома теплоємкість водяної пари, кДж/(кг•К)	2,026
Tп.г	TDG	Температура продуктів згорання, оС	345
Qб	QO1	Теплота випарування бензолу, кДж/(кг•К)	431,2

5.5 Програми розрахунку матеріального та теплового балансів

5.5.1 Програма розрахунку матеріального балансу

PROGRAM MATER_BALANS;

VAR

F1,F2:TEXT;

WR,SD,AD,VDAf,GR,CO,HO,OO,NO:REAL;

AR,SR,VC,CR,HR,OOR,NR,SUMMA,PR,GDK,GRK:REAL;

K,GDR,GRR,GDCM,GRCM,GDB,GRB,GRAM,GRS,GB:REAL;

GVP,NEV:REAL;

BEGIN

ASSIGN(F1,'MATER_BA.DAT');

RESET(F1);

READ (F1,WR,SD,AD,VDAF,GR,CO,HO,OO,NO);

ASSIGN(F2,'MATER_BA.RES');

REWRITE(F2);

WRITELN(F2,'Содержание золы,серы,выход летучих веществ соответственно');

AR:=(AD*(100-WR))/100;

SR:=(SD*(100-WR))/100;

VC:=(VDAF*(100-AD))/100;

WRITELN(F2,' AR=', AR:4:2, ' % ', ' SR= ', SR:4:2,' % ', ' VC= ',VC:5:2,' % ');

CR:=CO*((100-(WR+AR+SR))/100);

HR:=HO*((100-(WR+AR+SR))/100);

OOR:=OO*((100-(WR+AR+SR))/100);

NR:=NO*((100-(WR+AR+SR))/100);

WRITELN(F2,'Элементный анализ: ');

WRITELN(F2,'Углерод,водород,кислород,азот соответственно ');

WRITELN(F2,CR:6:2,' % ', HR:6:2,' % ', OOR:6:2,' % ', NR:6:2, ' % ');

SUMMA:= WR+AR+SR+CR+HR+OOR+NR;

WRITELN(F2,' SUMMA = ',SUMMA:6:2,' % ');

{--------------------1-Выход кокса-----------------}

PR:=((VC-20.83)/43.47)*VC;

GDK:=((100-VC)/(100-1))*100+PR;

GRK:=((GDK*(100-WR))/100)*10;

WRITELN(F2,'Припек, выход кокса на сухую и рабочую шихту соответственно ');

WRITELN(F2, PR:6:2,' % ', GDK:7:2,' % ',GRK:8:2,' кг ');

{--------------------2-Коксовый газ-----------------}

K:=2.85;

GDR:=K*SQRT(VC);

GRR:=(GDR*(100-WR))/10;

WRITELN(F2,'Выход коксового газа из сухой и рабочей шихты соответственно ');

WRITELN(F2,GDR:6:2,' % ', GRR:8:2,' кг ');

{-------------------3-Смола-------------------------}

K:=0.93;

GDCM:=((-18.36+(1.53*VDAF)-(0.026*VDAF*VDAF))*((100-AD)*K))/100;

GRCM:=(GDCM*(100-WR))/10;

WRITELN(F2,'Выход смолы из сухой и рабочей шихты соответственно');

WRITELN(F2, GDCM:6:2,' % ', GRCM:8:2,' кг ');

{--------------------4-Бензол-----------------------}

K:=0.95;

GDB:=((-1.61+(0.144*VDAF)-(0.0016*VDAF*VDAF))*((100-AD)*K))/100;

GRB:=(GDB*(100-WR))/10;

WRITELN(F2,'Выход бензола из сухой и рабочей шихты соответственно ');

WRITELN(F2,GDB:6:2,' % ',GRB:8:2,' кг ');

{--------------------5-Аммиак-------------------------}

K:=0.137;

GRAM:=((K*NR*17)/14)*10;

WRITELN(F2,'Выход аммиака из рабочей шихты ');

WRITELN(F2, GRAM:6:3,' кг ');

{--------------------6-Сера-------------------------}

K:=0.22;

GRS:=((K*SR*34)/32)*10;

WRITELN(F2,'Выход серы в пересчете на H2S из рабочей шихты ');

WRITELN(F2, GRS:6:3,' кг ');

{--------------------7-Влага шихты------------------}

GB:=(GR*WR)/100;

WRITELN(F2,'Влага шихты ');

WRITELN(F2, GB:7:2,' кг ');

{--------------------8-Вода прирогенетическая-------}

K:=0.436;

GVP:=((K*OOR*18)/16)*10;

WRITELN(F2,'Выход пирогенетической влаги из сухой и рабочей шихты соответственно ');

WRITELN(F2, GVP:7:2,' кг ');

{--------------------9-Невязка баланса---------------}

NEV:=GR-GRK-GRR-GRCM-GRB-GRAM-GRS-GB-GVP;

WRITELN(F2,'Невязка баланса = ',NEV/10:4:2, ' % ');

WRITELN(F2);

WRITELN(F2);

WRITELN(F2,' Таблица 5.1 - Сводный материальный баланс процеса коксования ');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Статьи прихода | Масса,кг | Сухая шихта,%');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Влага шихты | ',GB:8:2,' |', ' ---- ');

WRITELN(F2,' Сухая шихта | ',GR-GB:8:2,' |', ' 100 ');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Итого | ',GR:8:2,' | 100 ');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Расходные статьи | Масса,кг | Сухая шихта,%');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Кокс валовый | ',GRK:9:2,' |',(GRK*100)/(GR-GB):10:2);

WRITELN(F2,' Коксовый газ | ',GRR:9:2,' |',(GRR*100)/(GR-GB):10:2);

WRITELN(F2,' Смола безводная | ',GRCM:9:2,' |',(GRCM*100)/(GR-GB):10:2);

WRITELN(F2,' Бензол | ',GRB:9:2,' |',(GRB*100)/(GR-GB):10:2);

WRITELN(F2,' Аммиак | ',GRAM:9:2,' |',(GRAM*100)/(GR-GB):10:2);

WRITELN(F2,' Сера на H2S | ',GRS:9:2,' |',(GRS*100)/(GR-GB):10:2);

WRITELN(F2,' Влага шихты | ',GB:9:2,' |',' ----');

WRITELN(F2,' Вода прирогенетическая | ',GVP:9:2,' |',(GVP*100)/(GR-GB):10:2);

WRITELN(F2,' Невязка баланса | ',NEV:9:2,' |',(NEV*100)/(GR-GB):10:2);

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Итого | 1000 | 100 ');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

CLOSE(F1);

CLOSE(F2);

END.

Вихідні дані до матеріального балансу

0.0 2.2 7.03 28.4 1000 86.78 5.20 6.02 2.0

5.5.2 Програма розрахунку теплового балансу

PROGRAM TEPL_BALANS;

VAR

CO2,O2,CmHn,CO,CH4,H2,N2,T,A,CCB,GRB,GRAM,TK,TG,TP,CK,GRR,Q0,Q01:REAL;

QN,B,BB,PS,W,CH2O,CP,Q2,R6,CBP,AC,CR,CG,CW,WR,GK,GRCM,W0,CPVP,TDG:REAL;

J,O2T,LT,LP,P,Q3,WB,CY,Q4,Q5,CP2V:REAL;

R1,YG,CP1,VG,R2,CP2,R3A,R3B,R3V,CP2B:REAL;

R3,R4,KCO2,KH2O,KN2,KO2,VPK,CP5,R5,R7,VX:REAL;

F1,F2:TEXT;

BEGIN

ASSIGN(F1,'TEPL_BAL.DAT');

RESET(F1);

READ(F1,CO2,O2,CmHn,CO,CH4,H2,N2,T,A,CCB,CBP,AC,CR,CG,CW,WR,GK,GRCM,W0);

READLN(F1);

READ(F1,CPVP,TDG,GRB,GRAM,TK,TG,TP,CK,GRR,Q0,Q01,p,ps,bb);

ASSIGN(F2,'TEPL_BAL.RES');

REWRITE(F2);

WRITELN(F2,'------------------------------Приход------------------------------');

WRITELN(F2);

{---------1-Теплота горения отопительного газа-------------}

QN:=((30.16*CO)+(85.58*CH4)+(25.76*H2)+(160*CmHn))*4.19;

{---------2-Энтальпия отопительного газа-------------------}

W:=(J*PS)/(p+BB-J*PS);

CP:=0.01*(CO2*1.647+O2*1.308+CmHn*1.942+CO*1.297+CH4*1.55+H2*1.28+ N2*1.297);

WRITELN(F2,' Средняя теплоемкость сухого газа =', CP:3:2,' кДж/м3*К');

WRITELN(F2,' Содержание влаги в газе =', W:3:2,' м3/м3');

CH2O:=1.493;

Q2:=(CP+W*CH2O)*T;

{---------3-Энтальпия воздуха------------------------------}

O2T:=((0.5*(CO+H2))+2*CH4+3.23*CmHn-O2)/100;

LT:=(100*O2T)/21;

LP:=A*LT;

WB:=(PS*J)/(P-PS*J);

Q3:=LP*(CCB+WB*CBP)*T;

WRITELN(F2,' Требуемое количество кислорода для горения =',O2T:3:2,' м3');

WRITELN(F2,' Теоретическое количество сухого воздуха =', LT:3:2,' м3');

WRITELN(F2,' Практическое количество воздуха =', LP:3:2,' м3');

WRITELN(F2,' Содержание водяного пара в воздухе =', WB:3:2,' м3/м3');

{---------4-Энтальпия термоподготовленной шихты------------}

CY:=(1-(AC/100))*CR+(AC/100)*CG;

Q4:=1000*((1-WR/100)*CY)*T;

WRITELN(F2,' Средняя удельная теплоемкость сухого угля =', CY:3:2,' кДж/(кг*К)');

{---------5-Тепловой эффект коксования---------------------}

Q5:=0;

WRITELN(F2);

WRITELN(F2,'------------------------------Расход------------------------------');

WRITELN(F2);

{---------1-Теплота нагрева кокса--------------------------}

R1:=GK*CK*TK;

{---------2-Теплота нагрева дистиляционного газа-----------}

YG:=(1.977*CO2+1.413*CmHn+1.429*O2+0.717*CH4+0.09*H2+1.251*N2+1.25*CO)*0.01;

WRITELN(F2,' Плотность сухого газа =',YG:3:2,'кг/м3');

CP1:=(2.108*CO2+3.228*CmHn+1.44*O2+2.432*CH4+1.312*H2+1.363*N2+1.377*CO)*0.01;

WRITELN(F2,' Средняя объемная теплоемкость газа =',CP1:3:2,'кДж/(м3*К)');

VG:=GRR/YG;

R2:=VG*CP1*TG;

{---------3-Теплота нагрева продуктов коксования------------}

{----А-Теплота, уносимая смолой------------------------}

CP2:=(0.305+0.392E-3*TG)*4.19;

WRITELN(F2,' Средняя теплоемкость паров смолы =',CP2:3:2,'кДж/(кг*К)');

R3A:=GRCM*(Q0+CP2*TG);

{----Б-Теплота, уносимая ароматическими углеводородами-}

CP2B:=(1/84.6*(20.7+0.025*TG)*4.187);

WRITELN(F2,' Средняя теплоемкость паров ароматически углеводородов =',CP2B:3:2,'кДж/(кг*К)');

R3B:=GRB*(Q01+CP2B*TG);

{----В-Теплота, уносимая аммиаком----------------------}

CP2V:=2.683;

WRITELN(F2,' Средняя теплоемкость аммиака =',CP2V:3:2,'кДж/(кг*К)');

R3V:=GRAM*CP2V*TG;

R3:=R3A+R3B+R3V;

{---------4-Теплота, уносимая парами воды-------------------}

R4:=W0*(595*4.19+CPVP*TP);

{---------5-Теплота, уносимая продуктами горения------------}

KCO2:=(CO2+CO+CH4+2.15*CmHn)*0.01;

KH2O:=(2*CH4+2.15*CmHn+H2)*0.01+W+WB*LP;

KN2:=(N2/100+79/100)*LP;

KO2:=(A-1)*O2T;

VPK:=KCO2+KH2O+KN2+KO2;

WRITELN(F2,' Количество компонентов, м3/м3, сухого газа');

WRITELN(F2,' CO2=',KCO2:3:2,' H2O=',KH2O:3:2,' N2=', KN2:3:2,' O2=',KO2:3:2);

WRITELN(F2,' Количество продуктов сгорания =',VPK:3:2,' м3');

CP5:=1.394;

R5:=VPK*CP5*TDG;

{---------6-Потери тепла от неполного сгорания газа--------}

R6:=0;

{---------7-Тепловые потери--------------------------------}

R7:=0.08*QN;

VX:=(R1+R2+R3+R4-Q4)/(QN+Q2+Q3-R5-R7);

WRITELN(F2,' Требуемые потери сухого отопительного газа =',VX:3:2,' м3/т шихты');

WRITELN(F2);

WRITELN(F2,' Таблица 5.2 - Сводный тепловой балланс процесса коксования');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Приходные статьи | Q,кдж | % ');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Теплота сгорания газа | ',QN*VX:6:2,' |',(QN*VX*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,' Энтальпия газа | ',Q2*VX:10:2,' |',(Q2*VX*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,' Энтальпия воздуха | ',Q3*VX:10:2,' |',(Q3*VX*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,' Энтальпия термоподготовленной шихты | ',Q4:10:2,' |',(Q4*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Итого | ',(QN*VX+Q2*VX+Q3*VX+Q4):6:2, ' | 100');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Расходные статьи | Q,кДж | % ');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Теплота нагрева кокса | ',R1:6:2,' |',(R1*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,' Теплотп агрева газа | ',R2:10:2,' |',(R2*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,' Теплота нагрева химических продуктов | ',R3:10:2,' |',(R3*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,' Теплота, уносимая влагой | ',R4:10:2,' |',(R4*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,' Теплота, уносимая продуктами сгорания | ',R5*VX:10:2,' |',(R5*VX*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,' Потери тепла | ',R7*VX:10:2,' |',(R7*VX*100)/2729467:6:2);

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

WRITELN(F2,' Итого | ', (R1+R2+R3+R4+R5*VX+R7*VX):6:2,' | 100');

WRITELN(F2,'-----------------------------------------------------------------------');

CLOSE(F1);

CLOSE(F2);

END.

Вихідні дані до теплового балансу

3.0 0.9 4.3 6.8 24.6 57.7 2.7 20 1.35 1.294 1.493 7.03 1.08 0.711 4.19 0.0 777.3 35.6 26.8

2.026 345 10.5 3.0 1025 750 650 1.478 146.4 418.7 431.2 98660 1706 1323

5.6 Результати розрахунку матеріального і теплового балансів

5.6.1 Результати розрахунку матеріального балансу

Содержание золы, серы, выход летучих веществ соответственно

AR=7.03 % SR= 2.20 % VC= 26.40 %

Элементный анализ:

Углерод, водород, кислород, азот соответственно

78.77 % 4.72 % 5.46 % 1.82 %

SUMMA = 100.00 %

Припек, выход кокса на сухую и рабочую шихту соответственно

3.39 % 77.73 % 777.25 кг

Выход коксового газа из сухой и рабочей шихты соответственно

14.64 % 146.45 кг

Выход смолы из сухой и рабочей шихты соответственно

3.56 % 35.63 кг

Выход бензола из сухой и рабочей шихты соответственно

1.05 % 10.50 кг

Выход аммиака из рабочей шихты

3.020 кг

Выход серы в пересчете на H2S из рабочей шихты

5.143 кг

Влага шихты

0.00 кг

Выход пирогенетической влаги из сухой и рабочей шихты соответственно

26.80 кг

Невязка баланса = -0.48 %



5.6.2 Результати розрахунку теплового балансу

------------------------------Приход------------------------------

Средняя теплоемкость сухого газа =1.39 кДж/(м3*К)

Содержание влаги в газе =0.00 м3/м3

Требуемое количество кислорода для горения =0.94 м3

Теоретическое количество сухого воздуха =4.50 м3

Практическое количество воздуха =6.07 м3

Содержание водяного пара в воздухе =0.00 м3/м3

Средняя удельная теплоемкость сухого угля =1.05 кДж/(кг*К)