Размещено на http://www.allbest.ru/

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 гсш = 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 б = 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 ф = 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 ц = 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

1. 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%.

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

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

3. Рассчитаем выход кокса по эмпирической формуле

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

4. 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 %.

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

г = 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.

6. 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 %.

7. Рассчитаем выход сырого бензола на сухую массу:

Gcб = (- 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 %.

8. Рассчитаем выход аммиака на сухую массу:

GcNH3 = kN* Nсш*17/14 = 0,16*1,365*17/14 = 0,265 %.

9. Рассчитаем выход сероводорода на сухую массу:

GcH2S = kS * Sсш*34/32 = 0,29*0,455*34/32 = 0,14 %.

10. Рассчитаем выход пирогенетической влаги на сухую массу:

GcH2О = kО* Осш*18/16 = 0,505*4,55*18/16 = 2,58 %.

11. Рассчитаем выход сухого газа:

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

12. Рассчитаем невязку баланса:

Д = 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:

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

14. Рассчитаем количество подсосанного воздуха:

Vвозд = (V/г* N2 - 0,035/ гN2 * Nсш*1000)/79 = (272,64*1,26 - 0,35/1,25 *1,365*1000)/79 = 2,967 м3/т шихты.

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

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

16. Рассчитаем полезный объём камеры коксования:

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

Сведем материальный баланс в таблицу 4.

17. Рассчитаем разовую загрузку сухой и влажной шихты в камеру:

Gcш = Vпол * гсш = 30,9*780/1000 = 24,11 т.

Тогда влажной шихты:

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

18. Рассчитаем годовую производительность коксовой печи по сухой шихте:

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

19. Рассчитаем годовую производительность коксовой батареи по сухой шихте:

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

20. Рассчитаем годовую производительность коксовой батареи по сухому коксу:

Bcк = 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.

21. 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%;

H2 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 %

22. Рассчитаем теплоту сгорания газов:

Qрн = 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.

23. Найдём доли каждого газа в смеси:

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

a= 1- a= 0,808.

24. Составим смесь газов по методу аддитивности:

H= 56,46*0,192+3,98*0,808 = 14,06%;

CH= 21,054*0,192+0,189*0,808 = 4,19%;

CO= 8,613*0,192+26,83*0,808 = 23,33%;

CO= 5,264*0,192+11,85*0,808 = 10,438%;

CH= 1,436*0,192 = 0,275%;

N= 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:

14,06 7,03 14,06

2* H + О2 = 2*Н2О;

4,19 8,38 4,19 8,38

CH+ 2*О2 = СО2 + 2*Н2О;

23,33 11,665 23,33

CO + 0,5*О2 = СО2 ;

0,276 0,828 0,552 0,552

CH + 3*О2 = 2*СО2 + 2*Н2О.

1,62 1,62 0,81 1,62

2*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.

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

V= 29,094*= 109,395 м/100м

27. Тогда количество воздуха теоретическое:

V= = 29,094 + 109,45 = 138,47 м/100м.

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

28. Найдем влагосодержание воздуха х возд по формуле:

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

29. 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.

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

31. Избыточное количество кислорода определяется по формуле:

VизбО2 = VО2 * (бmax - 1) = 29,09*(1,4 - 1) = 11,63 м3/100м3.

32. 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
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
= 1		38,657	32,952	0,81	149,92		219,02
= 1,5		38,657	34,276	0,81	193,7	14,54	281,99
Доли а1		0,1385	0,1228	0,0029	0,6490	0,0516	1,0

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

33. 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

34. 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:

Q1 = Qрн *G,

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

Q1 = Qрн *G = 6500*G кДж/т.

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

37. Теплота воздуха, поступающего на горение:

Q3 = Iвозд * Vд0*G = 13,05*1,94*G = 75,903*G кДж/т.

38. Теплота угольной шихты:

Q4 = 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

40. 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.

41. Рассчитаем тепло нагрева сухого коксового газа:

Q6 = Iг * Gсг *10*(100 - Wрш)/100 = 992,49*13,38*10*(100-8)/100 = 122140,8 кДж/т.

42. 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).

43. Рассчитаем тепло нагрева смолы:

Q7 = (418,6 + ссм * tхпк )*Gссм *10*(100 - Wрш)/100 = (418,6 + 2,393*680)* 3,727*10*(100-8)/100 = 70158,19 кДж/т.

44. 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).

45. Рассчитаем тепло нагрева паров сырого бензола:

Q8 = (431,2 + ссб * tхпк)* Gcб *10*(100 - Wрш)/100 = (431,2 + 1,899*680)*1,063* 10*(100-8)/100 = 16841,16кДж/т.

46. Рассчитаем тепло нагрева аммиака:

Q9 = сNH3 * tхпк *GcNH3 *10*(100 - Wрш)/100 = 2,688*680*0,265*10*(100-8)/100 = 4459,637 кДж/т.

47. Рассчитаем тепло нагрева сероводорода:

Q10 = IH2S *МH2S /22,4* GcH2S *10*(100 - Wрш)/100 = 1191,286*34/22,4*0,14*10* (100-8)/100 = 2215,673 кДж/т.

48. Рассчитаем количество тепла, уносимое парами воды:

Q11 = (r + IН2О*МН2О/22,4)*( GcH2О *10*(100 - Wрш)/100 + Wрш*10),

где r - теплота парообразования воды, кДж/кг;

IН2О - 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.

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

tпс = 4420/(ф - z/60) + 50,

где z - время обработки печи, мин. z = (ф - 2)*60/n = (17 - 2)*60/65 = 13,85 мин.

tпс = 4420/(17 - 12/60) + 50 = 314 0С.

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

Iпс = 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.

51. Рассчитаем плотность продуктов сгорания:

спс = сH2О* H2О + сCO2*CO2 +сSO2*SO2 + сN2* N2 + сO2*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.

52. Рассчитаем тепло, удаляемых продуктами сгорания:

Q12 = Iпс *Vпр.г *G = 442,902*2,8*G = 1235,696*G кДж/т.

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

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

54. Определим площадь загрузочных люков:

F1 = n1*fзл = 3*0,36 = 1,08 м2.

55. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от загрузочного люка:

б1 = (((t1 + 273)/100)4 - ((tв + 273)/100)4)*С/( t1 - tв),

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

б1 = (((240 + 273)/100)4 -((30 + 273)/100)4)*5,35/(240-30) = 15,496 Вт/(м2*К).

56. Определим площадь свода камеры:

F2 = bср*L - F1 = 0,41*15,14 - 1,08 = 5,13 м2.

57. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от свода камеры, двери с коксовой стороны (к.с.), торцевой стены обогревательного простенка с м.с.:

б2 = б6 = б9 = (((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).

58. Определим площадь смотровых лючков:

F3 = n2*fсл = 28*0,07 = 1,12 м2.

59. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от смотровых лючков:

б3 = (((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).

60. Определим площадь свода обогревательного простенка:

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

61. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от свода обогревательного простенка:

б4 = б8 = (((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).

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

F5 = А*hл = 1,32*1,032 = 1,36 м2.

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

б5кс = (((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).

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

б5мс = (((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).

65. Определим площадь поверхности двери с коксовой стороны:

F6 = hк*bкс = 6,0*0,435 = 2,61 м2.

66. Определим площадь поверхности двери с машинной стороны:

F7 = hк*bмс = 6,0*0,385 = 2,31 м2.

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

б7 = (((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).

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

F8 = hк*(А - bкс ) = 6,0*(1,32-0,435) = 5,31 м2.

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

F9 = hк*(А - bкс ) = 6,0*(1,32-0,385) = 5,61 м2.

70. Определим площадь поверхности стены регенератора:

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

71. Определим коэффициент теплоотдачи излучением от стены регенератора:

б10 = (((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).

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

q1 = 3,6*(бк + б1)*F1*(t1 - tв) = 3,6*(12,92 + 15,496)*1,08*(240-30) = 24522,5 кДж/ч.

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

q2 = 3,6*(бк + б2)*F2*(t2 - tв) = 3,6*(12,92 + 9,169)*5,13*(120-30) = 39384,18 кДж/ч.

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

q3 = 3,6*(бк + б3)*F3*(t3 - tв) = 3,6*(12,92 + 13,09)*1,96*(200-30) = 18943,9 кДж/ч.

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

q4 = 3,6*(бк + б4)*F4*(t4 - tв) = 3,6*(12,92 + 910,05)*11,82*(140-30) = 123243,9 кДж/ч.

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

q5кс = 3,6*(бк + б5кс)*F5*(t5кс - tв) = 3,6*(12,92 + 7,96)*1,36*(90-30) = 6621,607 кДж/ч.

q5мс = 3,6*(бк + б5мс)*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:

q6 = 3,6*(бк + б6)*F6*(t6 - tв) = 3,6*(12,92 + 9,16)*2,61*(120-30) = 20047,73 кДж/ч.

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

q7 = 3,6*(бк + б7)*F7*(t7 - tв) = 3,6*(12,92 + 8,75)*2,31*(110-30) = 15494,78 кДж/ч.

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

q8 = 3,6*(бк + б8)*F8*(t8 - tв) = 3,6*(12,92 + 10,05)*5,31*(140-30) = 51702,98 кДж/ч.

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

q9 = 3,6*(бк + б9)*F9*(t9 - tв) = 3,6*(12,92 + 9,16)*5,61*(120-30) = 43091,09 кДж/ч.

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

q10 = 3,6*(бк + б10)*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:

qсум = ? 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.

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

Q13 = qсум *1,1*Е*ф/(bср*L*h* гсш ) = 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%

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

6500*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.

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

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

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

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

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

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

qрш = 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.

89. Рассчитаем количество газа, подаваемого на один простенок:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

V/ 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.

95. Рассчитаем расход продуктов горения в длинном косом ходе:

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

Расчёт гидравлического сопротивления отопительной системы

Восходящий поток

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

м100 = м0 *(1 + С/273)/(1 + С/Т)*(Т/273)0,5 ,

где м0 - динамическая вязкость воздуха при Т0 = 273 К (приложение 4);

С - постоянная Сазерленда (приложение 4).

м100 = м0 *(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.

97. Рассчитаем плотность воздуха при 100 0С:

с100 = св*273/(t + 273) = 1,285*273/(100 + 273) = 0,94 кг/м3.

98. Рассчитаем скорость воздуха в подовом канале:

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

99. Рассчитаем критерий Рейнольдса в подовом канале для воздуха:

ReПК = Wпк *dпк *с100/ м100 = 0,969*0,351*0,94/2,19/10-5 = 14595,73.

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

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

101. Рассчитаем потери на трение в подовом канале регенератора:

Др1 = kпк* лПК *Lпк* W2пк * с0 *Тпк/(dпк*2*g*T0)*9,81,

где kпк - коэффициент для подового канала;

Lпк - длина канала, м;

dпк - эквивалентный диаметр канала, м.

Др1 = kпк* лПК *Lпк* W2пк * с0 *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.

102. Рассчитаем скорость воздуха в отверстии колосниковой решётки:

Wкр = Vв /Fкр/ nкр ,

где Fкр - минимальная площадь сечения колосникового отверстия, м2;

nкр - число колосниковых отверстий.

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

103. Рассчитаем потери на повороте 900:

Дрпов90 = опов90* W2кр * с0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81,

где опов90 - местное сопротивление на повороте 900 опов90 = 1,5 для квадратных сечений [2] приложение V, с.352.

Дрпов90 = опов90* W2кр * с0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81 = =1,5*1,542*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 3,156 Па.

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

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

где bпк - ширина подового канала, м.

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

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

Дрсуж = осуж* W2кр * с0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81 = =0,4753*1,542*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 0,999 Па.

106. Рассчитаем критерий Рейнольдса в отверстии колосниковой решётки для воздуха:

Reкр = Wкр *dкр *с100/ м100 = 1,54*0,035*0,94/2,19/10-5 = 2323,52.

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

л кр = 0,175/ Reкр0,12 = 0,175/2323,520,12 = 0,069, тогда отр = 0,045.

108. Рассчитаем местное сопротивление на расширение и трение в диффузоре:

одиф = орасш + отр = 0,199 + 0,045 = 0,244.

109. Рассчитаем потери в диффузоре колосниковой решётки:

Дрдиф = одиф* W2кр * с0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81 = =0,244*1,542*1,285*373/(2*9,81*273)*9,81 = 0,5134 Па.

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

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

111. Рассчитаем скорость воздуха в отверстии колосниковой решётки:

W/кр = Vв /F/кр/ nкр ,

где F/кр - максимальная площадь сечения колосникового отверстия, м2;

nкр - число колосниковых отверстий.

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

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

Дррасш = орасш* (W/кр )2* с0 *Ткр/(2*g*T0)*9,81 = =0,6865*0,3862*1,285*373/(2*9,81*273)* 9,81 = 0,089 Па.

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

Др2 = Дрпов90 + Дрсуж + Дрдиф + Дррасш = 3,156 + 0,999 + 0,089 + 0,089 = 4,759 Па.

114. Рассчитаем скорость воздуха в насадке регенератора:

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

115. Рассчитаем среднюю температуру в регенераторе:

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

116. Рассчитаем потери на трение в насадке регенератора:

Др3 = kрег*срег*Lрег* W2рег * с0 * 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);

Lрег - длина канала, м;

dрег - эквивалентный диаметр канала, м.

Др3 = kрег*срег*Lрег* W2рег * с0 * 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.

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

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

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

Др4в = оннас * W2рег * с0 *Трег/(2*g*T0)*9,81 = 0,596*0,122*1,285*1473/(2*9,81*273)* 9,81 = 0,0302 Па.

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

м1200 = м0 *(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.

120. Рассчитаем плотность воздуха при 1200 0С:

с1200 = св*273/(t + 273) = 1,285*273/(1200 + 273) = 0,238 кг/м3.

121. Рассчитаем скорость воздуха в наднасадочном пространстве:

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

122. Рассчитаем критерий Рейнольдса в наднасадочном пространстве для воздуха:

Reннас = Wннас *dннас *с1200/ м1200 = 0,0789*0,501*0,238/5,34/10-5 = 176,34.

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

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

124. Рассчитаем потери на трение в наднасадочном пространстве регенератора:

Др4тр = л ннас *Lннас* W2ннас * с0 *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:

Др4 = Др4в + Др4тр = 0,0301 + 0,00048 = 0,0307 Па.

125. Рассчитаем скорость воздуха при входе в короткий косой ход:

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

126. Рассчитаем потери напора на повороте 450 к косому ходу:

Дрпов45 = опов45* W2кх вх * с0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81,

где опов45 - местное сопротивление на повороте 450 опов45 = 0,32 для квадратных сечений [2] приложение V, с.352.

Дрпов45 = опов45* W2кх вх * с0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81 = 0,32*0,3692*1,285*1503/(2*9,81*273) *9,81 = 0,154 Па.

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

осуж = 0,5*(1 - Fкх вх / F/ ннас),

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

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

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

Дрсуж кх = осуж * W2кх вх * с0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81 = 0,4496*0,3692*1,285*1503/(2*9,81* 273)*9,81 = 0,217 Па.

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

м1230 = м0 *(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.

130. Рассчитаем плотность воздуха при 1230 0С:

с1230 = св*273/(t + 273) = 1,285*273/(1230 + 273) = 0,233 кг/м3.

131. Рассчитаем скорость воздуха в коротком косом ходе:

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

132. Рассчитаем критерий Рейнольдса в коротком косом ходе для воздуха:

Reкх = Wкх *dкх *с1230/ м1230 = 0,769*0,109*0,233/5,4/10-5 = 362,45.

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

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

134. Рассчитаем потери на трение в коротком косом ходе:

Дркх тр = л кх *Lкх* W2кх * с0 *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.

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

Дрпов45кх = опов45* W2кх * с0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81 = 0,32*0,7692*1,285*1503/(2*9,81*273) *9,81 = 0,67 Па.

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

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

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

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

137. Рассчитаем скорость воздуха на выходе из короткого косого хода:

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

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

Дрсуж рег = осуж рег * W2кх вых * с0 *Ткх/(2*g*T0)*9,81 = 0,005135*1,4662*1,285* 1503/(2*9,81*273)*9,81 = 0,0391 Па.

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

Дрвых верт = (1 - Fкх вых /Fверт*0,5 ) * W2кх вых * с0 *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.

140. Общая потеря напора в коротком косом ходе:

Др5 = Дрпов45 + Дрсуж кх + Дркх тр + Дрпов45кх + Дрсуж рег + Дрвых верт = 10,57 Па.

141. Рассчитаем вязкость продуктов сгорания при 0 0С:

ln мпг = ln мH2О* H2О + ln мCO2*CO2 +ln мSO2*SO2 + ln мN2* N2 + ln мO2*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 мпг = 7,12*10-5 Па*с.

142. Постоянную Сазерленда рассчитаем по методу аддитивности:

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

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

м1500 = мпг *(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.

144. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1500 0С:

с1500 = спг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(1500 + 273) = 0,21 кг/м3.

145. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в вертикале:

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

146. Рассчитаем критерий Рейнольдса в вертикале для продуктов горения:

Reверт = Wверт *dверт *с1500/ м1500 = 0,219*0,445*0,2/2,73/10-5 = 744,89.

147. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в вертикале по формуле Доброхотова:

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

148. Рассчитаем потери на трение в вертикале:

Др6 = л верт *Lверт* W2верт * спг *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.

149. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в перевальном окне:

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

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

Дрпов90по = опов90* W2по * спг *Тпо/(2*g*T0)*9,81 = 1,5*0,4192*1,352*1673/(2* 9,81*273)*9,81 = 1,096 Па.

151. Рассчитаем потери напора при сужении в перевальном окне:

Дрсуж по = 0,5*(1 - Fпо /Fверт) * W2по * спг *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

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

Дррасш по = (1 - Fпо /Fверт) * W2по * спг *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.

153. Рассчитаем потери напора при повороте на 900 из перевального окна в вертикал: Дрпов90по = 2,6 Па.

154. Суммарные потери в перевальном окне:

Др7 = 2*Дрпов90по + Дрсуж по + Дррасш по = 2*2,6 + 0,348 + 0,1715 = 5,723 Па.

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

м1350 = мпг *(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.

156. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1350 0С:

с1350 = спг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(1350 + 273) = 0,227 кг/м3.

157. Рассчитаем критерий Рейнольдса в вертикале для продуктов горения:

Reверт = Wверт *dверт *с1500/ м1500 = 0,219*0,445*0,227/2,63/10-5 = 842,32.

158. Рассчитаем коэффициент сопротивления трению в вертикале по формуле Доброхотова:

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

159. Рассчитаем потери на трение в вертикале:

Др8 = л верт *Lверт* W2верт * спг *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.

160. Рассчитаем скорость воздуха на входе в длинный косой ход:

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

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

Дрдкх вх= 0,5*(1 - Fкх вых /Fверт*0,5 ) * W2 дкх вх * спг *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.

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

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

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

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

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

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

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

рленда:

м1320 = мпг *(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.

165. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1320 0С:

с1320 = спг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(1320 + 273) = 0,231 кг/м3

166. Рассчитаем скорость продуктов горения в длинном косом ходе:

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

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

Reдкх = Wдкх *dкх *с1320/ м1320 = 1,108*0,109*0,231/2,56/10-5 = 1092,38.

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

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

169. Рассчитаем потери на трение в длинном косом ходе:

Дрдкх тр = л дкх *L дкх * W2 дкх * спг *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.

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

Дрпов45дкх = опов45* W2 дкх * спг *Т дкх /(2*g*T0)*9,81 = 0,32*1,1082*1,352*1593/(2* 9,81*273)*9,81 = 1,55 Па.

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

Wдкх = 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:

орасш дкх = 1 - Fвых дкх / F/ ннас,

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

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

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

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

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

Дрпов45н = опов45* W2 дкх * спг *Т дкх /(2*g*T0)*9,81 = 0,32*0,5312*1,352*1593/(2*9,81* 273) *9,81 = 0,357 Па.

175. Общая потеря напора в длинном косом ходе:

Др9 = Дрдкх вх + Дррасш рег + Дрдкх тр + Дрпов45дкх + Дррасш дкх + Дрпов45н = 18,203 Па.

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

м1300 = мпг *(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.

177. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 1300 0С:

с1300 = спг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(1300 + 273) = 0,235 кг/м3.

178. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в наднасадочном пространстве:

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

179. Рассчитаем критерий Рейнольдса в наднасадочном пространстве для продуктов сгорания:

Reннас = Wннас *dннас *с1300/ м1300 = 0,113*0,501*0,235/2,54/10-5 = 525,377.

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

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

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

Др10тр = л ннас *Lннас* W2ннас * спг *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.

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

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

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

Др10в = оннас * W2ннас * спг *Тнн/(2*g*T0)*9,81 = 0,298*0,1132*1,352*1573/(2*9,81* 273)* 9,81 = 0,015 Па.

184. Суммарные потери в наднасадочном пространстве регенератора:

Др10 = Др10тр + Др10в = 0,015+0,00098 = 0,0159 Па.

185. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в насадке регенератора:

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

186. Рассчитаем среднюю температуру продуктов сгорания в регенераторе:

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

187. Рассчитаем потери на трение в насадке регенератора:

Др11 = kрег*срег*Lрег* W2рег пг * спг * 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);

Lрег - длина канала, м;

dрег - эквивалентный диаметр канала, м.

Др11 = kрег*срег*Lрег* W2рег пг * спг * 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.

188. Рассчитаем скорость продуктов горения в отверстии колосниковой решётки:

Wкр пг = Vпг /Fкр/ nкр ,

где Fкр - минимальная площадь сечения колосникового отверстия, м2;

nкр - число колосниковых отверстий.

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

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

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

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

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

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

м350 = мпг *(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.

192. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 350 0С:

с350 = спг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(350 + 273) = 0,593 кг/м3.

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

Reкр пг = Wкр пг *dкр *с350/ м350 = 2,23*0,035*0,593/1,38/10-5 = 3339,84.

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

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

195. Рассчитаем местное сопротивление на расширение и трение в диффузоре:

одиф = орасш + отр = 0,199 + 0,044 = 0,244.

196. Рассчитаем потери в диффузоре колосниковой решётки:

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

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

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

где bпк - ширина подового канала, м.

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

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

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

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

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

200. Рассчитаем потери на повороте 900 в подовый канал:

Дрпов90пг = опов90* W2кр вых * спг *Ткр пг/(2*g*T0)*9,81 = 1,5*0,5552*1,352*623/(2*9,81* 273)*9,81 = 0,714 Па.

201. Суммарные потери напора в колосниковом отверстии:

Др12 = Дрсуж кр + Дрдиф пг + Дррасш пк + Дрпов90пг = 6,496 Па.

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

м300 = мпг *(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.

203. Рассчитаем плотность продуктов сгорания при 300 0С:

с300 = спг*273/(t + 273) = 1,352 *273/(300 + 273) = 0,644 кг/м3.

204. Рассчитаем скорость продуктов сгорания в подовом канале:

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

205. Рассчитаем критерий Рейнольдса в подовом канале для продуктов сгорания:

Reпк пг = Wпк пг *dпк *с300/ м300 = 1,396*0,351*0,644/1,3/10-5 = 24259,34.

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

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

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

Др13 = kпк* лпк пг *Lпк* W2пк пг * спг *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

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

Др01 = 0,5*Нпк*( св*Т0/(tв + 273) - св*Т0/ Тпк = 0,5*0,546*(1,285*273/303 - 1,285*273/373)*9,81 = 0,581 Па.

210. Рассчитаем подпор в колосниковой решетке:

Др02 = (Lкр + 0,04)*( св*Т0/(tв + 273) - св*Т0/ Тпк = (0,102 + 0,04)*(1,285*273/303 - 1,285*273/373)*9,81 = 0,303 Па.

211. Рассчитаем подпор в наседке регенератора:

Др03 = Lнр *( св*Т0/(tв + 273) - св*Т0/ Тсррег = 2,145*(1,285*273/303 - 1,285*273/923)* 9,81 = 16,36 Па.

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

Др04 = (Lннас + 0,037)*( св*Т0/(tв + 273) - св*Т0/ Тннас = (0,12 + 0,037)*(1,285*273/303 - 1,285*273/1473)* 9,81 = 1,416 Па.

213. Рассчитаем подпор в коротком косом ходе:

Др05 = Lкх *( св*Т0/(tв + 273) - св*Т0/ Ткх = 1,2*(1,285*273/303 - 1,285*273/1503)* 9,81 = 10,882 Па.

214. Рассчитаем подпор в вертикале:

Др06 = Lверт *( св*Т0/(tв + 273) - спг*Т0/ Тверт = 3,96*(1,285*273/303 - 1,352* 273/1773)*9,81 = 36,88 Па.

215. Рассчитаем подпор в шахточке вертикала:

Др07 = (Lшах + 0,142)*( св*Т0/(tв + 273) - спг*Т0/ Тшах = (1,936 + 0,142)*(1,285*273/303 - 1,352*273/1273)* 9,81 = 17,689 Па.

Нисходящий поток

216. Рассчитаем подпор в вертикале:

Др08 = Lверт *( св*Т0/(tв + 273) - спг*Т0/ Тнверт = 3,96*(1,285*273/303 - 1,352* 273/1623)*9,81 = 36,14 Па.

217. Рассчитаем подпор в длинном косом ходе:

Др09 = Lдкх *( св*Т0/(tв + 273) - спг*Т0/ Тдкх = 1,54*(1,285*273/303 - 1,352*273/1593)* 9,81 = 13,989 Па.

218. Рассчитаем подпор в наднасадочном пространстве регенератора:

Др010 = (Lннас + 0,037)*( св*Т0/(tв + 273) - спг*Т0/ Тнн = (0,12 + 0,037)*(1,285*273/303 - 1,352*273/1573)* 9,81 = 1,422 Па.

219. Рассчитаем подпор в насадке регенератора:

Др011 = Lнр *( св*Т0/(tв + 273) - спг*Т0/ Тсррег пг = 2,145*(1,285*273/303 - 1,352* 273/1098)*9,81 = 17,286 Па.

220. Рассчитаем подпор в колосниковой решётке:

Др012 = (Lкр + 0,04)*( св*Т0/(tв + 273) - спг*Т0/ Ткр пг = (0,102 + 0,04)*(1,285*273/303 - 1,352*273/623)*9,81 = 0,787 Па.

221. Рассчитаем подпор в подовом канале (до оси):

Др013 = 0,5*Нпк*( св*Т0/(tв + 273) - спг*Т0/ Тпк пг = 0,5*0,546*(1,285*273/303 - 1,352*273/573)*9,81 = 1,375 Па.

222. Полученные значения подпоров занесём в таблицу 8.

223. 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

224. 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.

225. В «глазке» регенератора на восходящем потоке давление:

р2 = р1 + Др01 + Др02 + Др03 + Др04 - Др1 - Др2 - Др3 - Др4 = - 65,9 + 0,581 + 0,302 + 16,364+ 1,416 - 0,3 - 4,76 - 2,41 - 0,03 = - 54,74 Па.

226. На поду вертикала давление:

р3 = р2 + Др05 - Др5 = - 54,74 + 10,88 - 10,57 = - 54,43 Па.

227. На верху вертикала давление:

р4 = р3 + Др06 - Др6 = - 54,43 + 36,887 - 0,149 = - 17,69 Па.

228. Проверим давление под крышкой шахточки вертикала:

р5 = р4 + Др07 = - 17,69 + 17,689 = 0,001 Па.

Погрешность удовлетворительная.

Нисходящий поток

229. На верху вертикала давление:

р6 = р4 - Др7 = - 17,69 - 5,723 = - 23,41 Па.