Проект газоподводящего оборудования коксовой батареи №7 КХП ОАО "Северсталь"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Назначение и характеристика коксовой батареи №7

1.2 Описание отопительной системы коксовой батареи №7. Обоснование выбора темы

1.3 Описание газоподводящей арматуры для коксовой батареи №7

1.4 Характеристика газа, поступающего на обогрев коксовой батареи №7

1.5 Контроль технологического режима на коксовой батарее №7

1.5.1 Назначение, виды контроля

1.5.2 Контроль обогрева коксовой батареи

1.5.3 Метрологическое обеспечение технологического процесса

1.5.4 Автоматизация технологического процесса

2. Специальная часть

2.1 Расчет материального баланса угольной шихты для коксования

2.2 Расчет теплового баланса коксования

2.3 Расчет количества газа на обогрев коксовой батареи

3. Организация производства и труда

3.1 Структурная схема управления коксового цеха №2

3.2 Организация труда в коксовом цехе №2

3.2.1 Режимы труда и отдыха

3.2.2 Система подготовки и переподготовки кадров

3.2.3 Разделение и кооперация труда

3.2.4 Системы мотивации труда

3.2.5 Укрепление дисциплины

3.2.6 Нормирование труда

3.3 Система технического обслуживания и ремонта оборудования в цехе

3.4 Спецификация оборудования

4. Экономика производства

4.1 Расчет затрат на проектирование

4.2 Расчет экономического эффекта

4.3 Расчет экономической эффективности и срока окупаемости

4.4 Технико-экономические показатели

5. Безопасность жизнедеятельности

5.1 Характеристика коксового цеха №2 с точки зрения вредности и опасности. Анализ опасных и вредных факторов в цехе

5.2 Электробезопасность

5.3 Пожарная безопасность

5.3.1 Характеристика зданий и помещений коксового цеха №2 по категориям пожаро- и взрывоопасности

5.3.2 Мероприятия по пожарной безопасности в коксовом цехе №2

5.4 Анализ возможных аварийных ситуаций

Заключение

Литература

Введение

Коксохимическое производство - одна из смежных отраслей металлургической и химической промышленности. Основная задача коксохимических производств - это улучшение качества кокса, особенно его механических свойств и гранулометрического состава. Кокс в доменной печи используется для получения высокой температуры и как восстановитель оксидов железа. Поэтому наряду с требованиями минимального содержания вредных примесей в органическом веществе кокса непрерывно повышаются требования к прочности и равномерности его кусков.

Коксохимическое производство ОАО “Северсталь” было создано в 1956 году. Первоначально проектировалось строительство в объёме четырёх коксовых батарей, системы ПК-2К производительностью по 461000 т/год кокса, углеподготовки, углеобогатительных фабрик производительностью по 70000 т/ч, цехов улавливания химических продуктов коксования и биохимической установки для очистки воды. Первая батарея с углеподготовкой и цехом улавливания были введены в эксплуатацию 13 февраля 1956 года. Вторая коксовая батарея была построена также в 1956 году, третья - в 1958 году. Первый этап развития был закончен в декабре 1958 году с пуском в эксплуатацию четвёртой коксовой батареей.

В 1963 году была построена пятая, а в 1966 году - шестая коксовые батареи системы ПВР с объемом камер 30м3, суммарной производительностью 1380 тыс. т/г кокса. Одновременно с пуском коксовой батареи № 6 ввели в эксплуатацию углеобогатительную фабрику № 2. В 1964 году был построен цех ректификации сырого бензола на 50000 т/г.

С вводом в эксплуатацию коксовых батарей № 5-6 производство кокса на Череповецком металлургическом заводе достигло 3,2 млн. т/г.

Третий этап развития КХП, начался в 1970 году, было принято решение о строительстве коксового блока из четырёх коксовых батарей с объемом камер 32,2 м3 , производительностью по 730 тыс. т/г кокса. Одновременно расширялись мощности по переработке угля, строился ЦУХП-2, сооружалась новая биохимическая установка очистки сточных вод. Комплекс отличался определенными особенностями. Предусматривалось только сухое тушение кокса.

Коксовые батареи № 7-8 были введены в эксплуатацию в 1972 году батареи № 9-10 - в 1978 году. Одновременно со строительством батарей были увеличены мощности по подготовке и переработке угля.

Одновременно со строительством новых цехов проводилась реконструкция действующих, при этом все новшества обязательно распространялись и на них. Комбинат готовился к пуску пятой доменной печи, объемом 5500 м3 . Для обеспечения доменщиков коксом с учётом обновления стареющих основных фондов нужны были новые мощности, было принято решение о строительстве одиннадцатой коксовой батареи, производительностью 1710 тыс. т/г кокса.

В комплекс новой коксовой батареи должны были входить новый цех улавливания химических продуктов коксования, цех сероцианоочистки, вторая очередь биохимической установки с очисткой воды от аммиака, реконструкция и расширение мощностей по переработке угля, но строительство было прекращено.

В апреле 1991 года остановили на перекладку коксовую батарею № 5, а в мае 1992 года - батарею № 6. Значительно снизилось производство кокса на батареях № 1-4, в результате длительной эксплуатации.

В результате не стало не только товарного кокса, но и пришлось покупать кокс для доменных печей. В июле 1993 года была введена после перекладки коксовая батарея № 5, и выведена батарея № 1. В августе 1994 года вывели из эксплуатации коксовые батареи № 2-3, а 31 декабря того же года пустили коксовую батарею № 6. Ввод в эксплуатацию коксовых батарей № 5,6 дал возможность отказаться от закупок кокса со стороны. При перекладке коксовых батарей были решены многие технические и экологические вопросы. Батареи переложили в тех же габаритах от железобетонной плиты, так же был внесён ряд изменений в кладку и анкераж, на 200мм увеличили перекрытие печей. Были установлены корытообразные газосборники, внедрено пневматическое уплотнение крышек стояков, заменены коксовые машины, кроме коксовыталкивателей, которые были капитально отремонтированы. На батареях была внедрена беспылевая выдача кокса с улавливанием пыли в электрофильтрах.

Фактический средний срок эксплуатации коксовых батарей составляет 27,7 года (при нормативном амортизационном сроке их эксплуатации 20 лет). Срок эксплуатации коксовой батареи № 7 и технологического оборудования цеха улавливания химических продуктов № 2 составляет 33 года.

В связи с износом основных производственных фондов коксохимического производства на металлургическом комбинате ОАО «Северсталь» создается напряженное положение с обеспечением доменного производства металлургическим коксом.

Максимально возможное производство кокса в условиях напряженного режима работы коксовых батарей №№ 4-10, при их физическом износе, составляет 4200 тыс. тонн в год валового кокса 6 % влажности, в том числе 3400 тыс. тонн в год металлургического (в расчете на сухую массу). Образующийся дефицит металлургического кокса покрывается за счет дорогостоящего привозного кокса.

В последние годы, в связи с напряженным положением с обеспечением металлургической промышленности коксом на внутренних рынках России, Украины и на международном рынке, цена на покупной кокс возросла в 1,5 - 2,0 раза и достигала 300 - 400 долларов за одну тонну, поэтому было принято решение произвести реконструкцию коксовой батареи №7 и цеха улавливания химических продуктов №2.

Реконструкция коксовой батареи № 7 и цеха улавливания химических продуктов коксования № 2 позволит повысить экономическую эффективность работы коксохимического производства и меткомбината.

1. Общая часть

1.1 Назначение и характеристика коксовой батареи №7

Коксовая батарея № 7 была построена в 1972 году, входит в блок 4-х батарей №7-10. Характеристика коксовой батареи приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика коксовой батареи № 7

Наименование показателей	Единицы измерения	Величина
Объем камеры коксования	м3	32,1
Размеры камеры коксования:
длина общая	мм	15900/16120
полезная	мм	15060
высота общая	мм	5500/5580
полезная	мм	5200
ширина камеры средняя	мм	410/398
Ширина простенка средняя	мм	850
Конусность	мм	60
Толщина греющей стенки	мм	105
Высота перекрытия печей	мм	1164 (шов скольжения)
Расстояние между осями печей	мм	1260
Количество вертикалов в простенке	шт.	32
Расстояние между осями вертикалов	мм	480
Уровень обогрева	мм	1000
Подвод отопительного газа	нижний
Система обогрева	коксовый газ
Оборот печей	час	15
Количество печей в батарее	шт.	65
Количество печевыдач (с учетом циклической остановки - 2 часа)	печей/час	5
Серийность выдачи печей		5-2
Количество газосборников	шт.	1 м.с.
Количество стояков на 1 печь	шт.	1 м.с.+1 мини к.с.
Выход сухого валового кокса из сухой шихты	%	75,56
Мощность коксовой батареи по валовому коксу 6% влажности	тыс.т/год	700

1.2 Описание отопительной системы коксовой батареи №7. Обоснование выбора темы

В конструкции коксовой батареи № 7 (с нижним подводом газа и нижним регулированием воздуха) воздух подводится из газовоздушных клапанов, расположенных по сторонам батареи, в подовый канал.

Распределение воздуха регулируется снизу через отверстие в верхней железобетонной плите и основании подового канала. Для этого устанавливают съемные кирпичи в колосниковых отверстиях, соединяющих подовый канал с секциями регенераторов. Продукты горения отводят на обе стороны батареи через газовоздушные клапаны. В широком косом ходе, соединяющем регенератор с вертикалом, установлен рассекатель, разделяющий воздушную струю на два потока. Часть воздушного сопла, расположенная ближе к стенке вертикала, специальным шибером отделена от остальной части вертикала.

В печах системы ПВР основой отопительной системы являются попарно сопряженные обогревательные каналы с рециркуляцией продуктов горения. В этих печах простенок разбит на пары обогревательных каналов, соединенных вверху перевальными окнами. Горение происходит в одном из обогревательных каналов пары, по второму сопряженному каналу в это время отводятся продукты горения.

В нижней части обогревательные каналы, работающие на восходящем и нисходящем потоках, соединены окнами для рециркуляции. Через эти окна часть продуктов горения из обогревательного канала, работающего на нисходящем потоке, засасывается в канал, работающий на восходящем потоке, т.е. происходит рециркуляция продуктов горения, которая составляет 40--60% . Данная конструкция печей отапливается только коксовым газом, который подается через дюзовые каналы.

Под каждой камерой находится по одному регенератору. Все регенераторы широкие и воздушные. Каждый регенератор соединен с двумя простенками: с половиной вертикалов первого простенка (с четными вертикалами) и с другой половиной второго простенка (с нечетными вертикалами). Каждый вертикал соединен с одним регенератором широким косым ходом. В печах ПВР предусмотрены дюзовые каналы, т.к. газ в каждую кантовку нужно подавать только в половину вертикалов. Печи ПВР характеризуются вытянутым факелом горения и высокой равномерностью прогрева загрузки.

На данный момент полная реконструкция коксовой батареи номер 7 очень актуальна, так как эта батарея устарела и износилась. Сейчас есть большая потребность в коксе, потому что построена пятая доменная печь и для нее требуется много кокса. Седьмая коксовая батарея с каждым годом становится менее выгодной, так как оборудование и кладка подвергаются постоянным ремонтам, из-за этого возникают большие материальные затраты. И печь уже не может выдавать полный объем продукции. Из этого следует, что ее необходимо полностью реконструировать.

1.3 Характеристика газоподводящей арматуры для коксовой батареи

Газоподводящая арматура служит для подвода и распределения коксового газа в отопительные простенки коксовых печей. Магистральный газопровод коксового газа подводятся к коксовой батарее обычно в месте расположения кабины - пульта управления обогревом батареи, в котором сосредоточены управление всеми отсекающими задвижками, кантовочный механизм, производящей изменение направления газовых потоков в отопительной системе коксовых печей, указывающее и регистрирующие приборы.

В настоящее время коксовая батарея №7 не обогревается доменным газом. Поскольку отопительный газ в простенки коксовой камеры подается раздельно с машинной и коксовой сторон, подводящие газопроводы разветвляются на две нитки, проходящие по тоннелям коксовых печей. На участке общего газопровода коксового газа перед раздачей газа по сторонам монтируется газоподогреватель, представляющий собой обычный трубчатый теплообменник, где газ можно подогревать паром до 40-60 0С, где предотвращается выпадение в газопроводах и отопительной арматуре простенков нафталина и конденсата, а также обеспечивается постоянство температуры отопительного газа.

Газоподводящая арматура коксовых печей с нижним подводом газа, характеризуется общими для всех конструкций чертами. Так при подаче коксового газа из распределительного газопровода в отопительный простенок газ вначале проходит двухходовой стопорный кран, с помощью которого в случае необходимости может прекращаться подача газа в простенок. Затем газ проходит кантовочный - реверсивный четырехходовой кран, который рычагом сообщается с устройством, периодически перекрывающим эти краны для изменения направления газовых потоков (кантовка).

Кантовочная лебедка состоит из редуктора, на главном валу которого насажены эксцентриковые шайбы с двух сторон. Одна из них служит для перемещения рычага газовоздушных клапанов, другая -- для перемещения рычага кантовочных кранов. На этих рычагах закреплены тросы, соединенные через систему блоков с рычагами газовоздушных клапанов и кантовочных кранов. При вращении эксцентриковых шайб по их периметру скользят ролики рычагов, которые удерживаются в прижатом положении тягами. На тягах имеются стяжные гайки для регулирования степени прилегания роликов к шайбам.

Рычаги имеют два отверстия по высоте для крепления троса. При повороте эксцентриковой шайбы на 180° трос при закреплении на верхних отверстиях делает ход 610 мм, на нижних 650 мм.

Кантовочный трос в процессе эксплуатации растягивается, поэтому шаг штанги кантовочного механизма может изменяться, что приводит к нарушению полноты закрытия и открытия реверсивных кранов и клапанов. Для контроля за шагом штанг на них укрепляют стрелки, которые должны совпадать со стрелками, укрепленными на контрфорсах в туннели. Для обеспечения паузы во время кантовки часть дуги шайбы кранов коксового газа выполнена в виде окружности. Рычаг лебедки, который переводит реверсивные краны при поворотах эксцентриковой шайбы в пределах 45--135°, должен быть строго вертикален, чтобы избежать неполного перекрытия реверсивных кранов.

Кантовочная лебедка имеет электропривод, который автоматически (от реле времени) включается каждые 20 (или 30) мин. На случай прекращения подачи электроэнергии или выхода из строя пусковых устройств имеется ручной привод. В последнее время в качестве аварийного устанавливается пневматический привод, который питается сжатым воздухом от ресивера компрессорной станции, расположенной под угольной башней. Рабочее давление сжатого воздуха 3 атм., скорость вращения пневмопривода 10 об/сек, продолжительность кантования 65 сек.

Ручным приводом кантование производится за 5 мин, усилие на рукоятке ручного привода 28 кГ. При включении ручного привода предусмотрено автоматическое выключение электрического тока, что исключает возможность неожиданного включения электродвигателя при появлении электроэнергии.

Газовоздушный клапан для воздушного регенератора (рисунок 2) состоит из чугунного литого корпуса 1 коробчатого сечения и патрубка 2 для отвода дымовых газов. Корпус газовоздушного клапана имеет три прямоугольных отверстия: верхнее 3 для прохода воздуха, нижнее 4 для соединения корпуса с патрубком, отводящим дымовые газы, и боковое 5, соединяющее клапан с переходным патрубком 6, ведущим в подовый канал регенератора 11. Верхнее отверстие прикрывается крышкой 7, нижнее -- тарельчатым клапаном 8. Отвод дымовых газов из нижнего патрубка регулируется заслонкой-бабочкой 9. Для подъема и опускания тарельчатого клапана S, отводящего дымовые газы, и крышки 7 служит кулачково-рычажный механизм 10, установленный на корпусе газовоздушного клапана и приводимый в действие тягой кантовочного устройства.

Рисунок 2- Газовоздушный клапан для воздушного регенератора

Для регулирования обогрева печей, необходимо через определенный промежуток времени изменять направление движения газов в отопительной системе печей на обратное (восходящие потоки пламени в вертикалах сменяются нисходящими потоками дымовых газов). Промежуток времени между изменениями направления газов -- кантованиями -- устанавливается от 15 до 30 мин. (в настоящее время принято 20 мин.).

Процесс кантования производится в течение 25--35 сек, причем последовательно выполняются следующие операции (в газовоздушных
клапанах и кантовочных кранах):

1) После начала кантования в течение 3-4 сек. закрываются кантовочные краны коксового газа (или клапаны бедного газа в газо-воздушных клапанах при отоплении доменным или генераторным газом), через которые газ подается в простенки, работающие на восходящем потоке.

2) После закрытия газа через 10--15 сек., в течение которых он догорает в простенках восходящего потока, закрываются воздушные крышки на газовоздушных клапанах, работавших на восходящем потоке.

3) После паузы в 3--4 сек. опускаются тарельчатые клапаны дымовых газов в газовоздушных клапанах, работавших на нисходящем потоке. В это время должны быть закрыты кантовочные краны коксового газа (или клапаны бедного газа при отоплении доменным или генераторным газом), воздух в отопительные простенки не подводится и продукты горения из регенераторов не отводятся.

После окончания периода между кантовками (20 мин.) рассмотренные выше операции осуществляются в обратной последовательности.

1) Через 6--7 сек. после начала кантования поднимается тарельчатый клапан дымовых газов. Задержка подъема этих клапанов необходима для предотвращения попадания газа в боров.

2) После паузы в 3--4 сек. поднимается воздушная крышка газовоздушного клапана.

3) После поступления в обогревательные простенки достаточного количества воздуха в конце кантования открываются кантовочные краны коксового газа.

В период между кантованиями в газовые каналы после прекращения подачи в них коксового газа поступает воздух через поднятые крышки газовых пушек. Воздушные крышки на газовоздушных клапанах отключаются от кулачково-рычажного механизма и запираются баранчиками, рычаги всех кантовочных кранов коксового газа отсоединяются от кантовочных тяг и стопорные краны перекрываются. Для приведения в движение тяг кантовочного устройства устанавливается кантовочная лебедка. Помещение лебедок, так называемое кантовочное отделение, располагается между угольной башней и батареей или между торцами двух соседних батарей (если между ними нет угольной башни). В кантовочном отделении устанавливают также контрольно-измерительную аппаратуру для регулирования системы отопления печей. На печах с нижним подводом коксовый газ подается в вертикальные дюзы через стопорный и реверсивный краны, а затем через распределительные патрубки, коллекторы и вертикальные патрубки, которые вделаны в кладку. Реверсивный кран - четырехходовой, в нем имеется диафрагмированное окно для обезграфичивания дюз и горелок вертикалов нисходящего потока, количества газа на полупростенок дозируется с помощью калибровочных диафрагм, вставленных во фланцевые соединения. Под каждым полупростенком имеются два коллектора, которые соединяются с вертикальными патрубками резиновыми переходными трубками, крепящимися хомутами. Количество газа на каждый вертикал регулируется калиброванными шайбами и диафрагмами.

1.4 Характеристика газов для обогрева коксовой батареи № 7

Состав обратного коксового газа приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Состав обратного коксового газа

	Элементарный состав	NH3	Нафта- лин	б/угл
	H2	CmHn	CH4	O2	CO	CO2	N2
Обратный к/газ	55,6	2,4	24,4	0,6	7,2	2,6	7,2	0,027	0,135	8,4

1.5 Контроль технологического режима

1.5.1Назначение, виды контроля

Для обеспечения нормального хода технологического процесса должен быть организован контроль производства с целью проверки:

- соответствия качества применяемой шихты и кокса требованиям

ГОСТа или техническим условиям;

- соблюдения установленного в цехе технологического режима;

- расходных нормативов сырья, вспомогательных материалов, энергетических затрат, выходов готовых продуктов, отходов и величины потерь.

При нарушениях технологического процесса контроль производства по согласованию с главным инженером предприятия может быть расширен как по частоте отбора проб, так и по количеству контрольных точек. Отдел технического контроля (ОТК) осуществляет контроль качества поступающего на предприятие сырья и отправляемой коксохимической продукции на основании действующего стандарта предприятия (СТП) об ОТК.

Отправляемая готовая продукция должна соответствовать качественным показателям, установленным ГОСТом и техническими условиями.

Контроль качества продуктов, передаваемых из одного цеха в другой цех предприятия, должен осуществляться на условиях отправки готовой продукции потребителям.

Межцеховая передача некондиционных продуктов запрещается. Оперативное регулирование хода технологического процесса осуществляется цеховым персоналом на основе результатов лабораторного контроля и показаний контрольно-измерительных приборов (таблица 4).

Результаты лабораторного контроля производства и анализы готовой продукции следует заносить в специальные журналы и сообщать цехам. Также в цехе имеются два вида контроля, которые отражены в таблице 3.

Таблица 3 - Виды контроля

Вид контроля	Цель контроля	Ответственный	Периодичность	Примечание
Входной контроль	Газ, подаваемый на обогрев	Персонал цеха и лаборатория	Газ - постоянно	Осуществляется на основе схемы лабораторного контроля (см. таблица 4)
Операционный контроль	Контроль за технологическим режимом, по стационарным приборам	Персонал цеха	постоянно	Осуществляется с помощью метрологического обеспечения (см. таблица 5)

1.5.2 Контроль обогрева коксовой батареи

В таблице 4 приведена схема лабораторного контроля.

Таблица 4 - Схема лабораторного контроля технологии и качества

Объект контроля	Контролируемый параметр	Номинальное значение:допустимые отклонения	Рекомендуемые оптимальные значения	Периодичность контроля	Кто контролирует	Где фиксируются	Мероприятия по устранению нарушения
						Текущее значение	Нарушение
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Режим обогрева	Расход коксового газа машинной стороны	7 500 м3/ч 3000 м3/ч	7 500 м3/ч	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы,проверить работу прибора,вызв.слесаря КИП.
Режим обогрева	Расход коксового газа коксовой стороны	8 100 м3/ч 3000 м3/ч	8 100 м3/ч	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы, проверить работу прибора, вызвать слесаря КИП.
Режим обогрева	Общий расход коксового газа на батарею	17 000 м3/ч 5000 м3/ч	17 000 м3/ч	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы, проверить работу прибора, вызвать слесаря КИП.
Режим обогрева	Расход пара на батарею	1 800 кг/ч 1000 кг/ч	1 800 кг/ч	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы, проверить работу прибора, вызвать слесаря КИП.
Режим обогрева	Давление пара	4,5 кгс/м2 3,0 кгс/ч	4,5 кгс/м2	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы, проверить работу прибора, вызвать слесаря КИП.
Режим обогрева	Разрежение в глазках регенератора (машинная, коксовая сторона)	6,5 мм вод.ст. 5,0 мм вод.ст. 10,5 мм вод.ст. 5,0 мм вод.ст.	6,5 мм вод.ст. 10,5 мм вод.ст.	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы, проверить работу прибора, вызвать слесаря КИП.
Режим обогрева	Перепад давлений между газосборниками	0 3 мм вод.ст.	0 мм вод.ст.	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы,проверить работу прибора,вызвать слесаря КИП.
Режим обогрева	Разрежение в общем борове	45 мм вод.ст. 20 мм вод.ст.	45 мм вод.ст.	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы,проверить работу прибора,вызв. слесаря КИП.
Режим обогрева	Давление отопительного газа	700 мм вод.ст. 400 мм вод.ст.	700 мм вод.ст.	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Прочистить отборы,проверить работу прибора,вызв.слесаря КИП.
Режим обогрева	Температура в общем газопроводе	30 С 10С	30 С	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Вызватслесаря КИП,провер. работу прибора,заменить термо-пару.
Режим обогрева	Температура коксового газа после подогрева	50 С 10С	50 С	постоянно	Сменный газовщик	Журнал обогрева	Журнал обогрева	Вызвать слесаря КИП, проверить работу прибора,заменить термо-пару.

1.5.3 Метрологическое обеспечение коксовой батареи №7

Характеристика метрологического обеспечения технологического процесса приведена в таблице 5.

Таблица 5 - Характеристика метрологического обеспечения технологического процесса

Наименование измеряемого параметра	Номинальная величина параметра	Предельные отклонения от номинальной величины параметра	Пункт ТИ	Наименование и тип средств измерений, (контроля) испытаний	Стандарт на изготовление	Метрологическая характеристика
						Диапазон измерений	Класс точности, погрешность	Цена деления, дискретность отсчета
Коксовая батарея №7
Общий расход отопительного коксового газа на батарею	17 000 м3/ч	5000 м3/ч	3.5.1.1	ДМИ с ВФС	ГОСТ 19610-74	0-25 000 м3/ч	2,0	500 м3/ч
Разрежение в глазках регенераторов машинной стороны	6,5 мм вод.ст.	5,0 мм вод.ст.	3.5.2.2	ДКОФМ с ВФС	ГОСТ 19610-74	0-16 мм вод.ст.	2,0	0,2 кгс/м2
Разрежение в глазках регенераторов коксовой стороны	10,5 мм вод.ст.	5,0 мм вод.ст.	3.5.2.2	ДКОФМ с ВФС	ГОСТ 19610-74	0-16 мм вод.ст.	2,0	0,2 кгс/м2
Давление отопительного газа после дросселя	500 мм вод.ст	±400 мм вод.ст	3.5.1.1	ДМИ с ВФС	ТУ25-22052215-77,ГОСТ19610-74	1600 кгс/м2	2	25 кгс/м2
Наименование измеряемого параметра	Номинальная величина параметра	Предельные отклонения от номинальной величины параметра	Пункт ТИ	Наименование и тип средств измерений, (контроля) испытаний	Стандарт на изготовление	Диапазон измерений	Класс точности, погрешность	Цена деления, дискретность отсчета
Время прогрева камеры после ремонта, простоя и т.п.	30 мин	±5 мин	3.1.18.9	Часы любой марки	-	0-24 часов	±45 сек	1 мин
Время передержки кантовки	3 мин	±1 мин	3.5.3.3	Часы любой марки	-	0-24 часов	±45 сек	1 мин
Время передержки паузы с положения полуцентр	3 мин	±1 мин	3.5.3.4	Часы любой марки	-	0-24 часов	±45 сек	1 мин
Время продувки газопроводов коксовым газом	17 мин	±2 мин	4.12	Часы любой марки	-	0-24 часов	±45 сек	1 мин
Время смены газовых потоков (кантовка)	20 мин	±1 мин	2.1.7	Часы любой марки	-	0-24 часов	±45 сек	1 мин

1.5.4 Автоматизация технологического процесса

Система автоматизации коксового цеха №2 представляет собой распределённую систему, являющуюся совокупностью универсальных и специализированных вычислительных средств и узлов распределённой обработки данных, объединённых структурированной коммуникационной системой для решения задач контроля и управления непрерывными технологическими процессами коксового цеха №2 ОАО «Северсталь» в реальном масштабе времени.

Основная цель создания настоящей системы заключается в обеспечении оперативной информационно-технологической и аналитической поддержки процедур принятия решений эксплуатационным персоналом коксового цеха №2 и накоплении статистических материалов с целью обеспечения полной автоматизации управления и регулирования технологического процесса производства кокса.

Основными целями системы автоматизации коксового цеха №2 являются:

Ш увеличение срока службы батарей;

Ш обеспечение непрерывности и правильности управления технологическим процессом;

Ш повышение надежности управления;

Ш снижение энергопотребления;

Ш контроль состояния производства;

Ш уменьшение стоимости производства и обслуживания технологического процесса путем использования однородных аппаратно-программных компонентов;

Ш облегчение задач управления путем использования дружественного к пользователю человеко-машинного интерфейса;

Ш улучшение состояния окружающей среды и безопасности производства;

Ш обеспечение оперативной информационно-технологической и аналитической поддержки процедур принятия решений эксплуатационным персоналом.

Ш эффективное предоставление управляющему персонала завода информации, необходимой для управления предприятием.

Система решает следующие задачи:

Ш оперативный сбор, обработка, документирование и отображение информации о протекании технологических процессов, их регулирование по заданным законам;

Ш регулирование хода технологического процесса по заданным законам;

Ш обеспечение ритмичности протекания технологических процессов;

Ш улучшение условий труда оператора и обслуживающего персонала, за счёт сокращения затрат ручного труда в управлении и контроле технологическими процессами;

Ш улучшение технико-экономических показателей работы батареи;

предупреждение или сведение к минимуму неблагоприятных воздействий на окружающую среду.

2. Специальная часть

2.1 Расчет шихты для коксования

2.1.1 Расчет выхода кокса

, (1)

где - выход летучих веществ шихты на сухую массу, %

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

а - поправка (разница) на выход кокса, получаемого в производственных условиях и при определении выхода летучих веществ в лабораторных условиях, %.

, (2)

где Кп - коэффициент пиролиза, зависящий при равном температурном режиме коксования от выхода летучих веществ и определяемый с помощью вспомогательного графика [7, стр. 29]

%

т/ч

т/ч

2.1.2 Влага шихты. Загружаемую в камеру коксования влагу вместе с шихтой подсчитываем по формуле

, (3)

кг

Расходная часть

1) Выход летучих веществ шихты на рабочую массу

, (4)

коксовый батарея шихта тепловой

где Vсш - выход летучих веществ шихты на сухую массу, %;

Vск - выход летучих веществ кокса валового на сухую зольную массу, %;

Wш - влага шихты, %.

2) Коксовый газ обратный (сухой)

, (5)

где Gсг.в. - выход коксового газа обратного из сухой шихты

, (6)

где К - эмпирический коэффициент (2,71);

Vсш - выход летучих веществ шихты на сухую массу, %;

%

3) Смола безводная. Выход смолы безводной из сухой шихты подсчитываем по эмпирической формуле

, (7)

где Gсг.в. - выход смолы безводной из сухой шихты, %;

Ксм - эмпирический коэффициент (0,82).

, (8)

%

%

4) Сырой бензол. Выход сырого бензола из сухой шихты подсчитываем по эмпирической формуле

, (9)

где Gсб - выход сырого бензола из сухой шихты, %;

Кб - эмпирический коэффициент (0,94).

%

 (10)

%

5) Аммиак. Выход аммиака 100%-ного из рабочей шихты подсчитываем по формуле

, (11)

где b - коэффициент перехода азота шихты в аммиак (0,14);

17 - молекулярный вес аммиака;

14 - атомный вес азота;

Nрш - содержание азота в рабочей шихте, %.

%

6) Сера в пересчете на сероводород. Выход серы в пересчете на сероводород из рабочей шихты подсчитываем по формуле

, (12)

где Кs- коэффициент перехода серы шихты в сероводород (0,24);

34 - молекулярный вес сероводорода;

32 - атомный вес серы;

Sрш - содержание серы в рабочей шихте, %.

%

7) Пирогенетическая вода. Выход пирогенетической воды из рабочей шихты подсчитываем по формуле

, (13)

где Ко - коэффициент перехода кислорода шихты в

пирогенетическую воду (0,43);

18 - молекулярный вес воды;

16 - атомный вес кислорода;

Орш - содержание кислорода в рабочей шихте, %.

%

8) Невязка баланса. Находим по разности между приходной и расходной частями:

кг

Таблица 6 - Материальный баланс

Приходная часть	Расходная часть
Название статьи	т/ч	Название статьи	т/ч	% раб. мас	% сух. мас
1. Сухая шихта	101,42	1.Кокс валовый	78,33	70,67	77,26
2. Влага шихты	9,42	2.Коксовый газ	13,78	12,6	13,78
	3. Смола безводная	3,41	3,0854	3,372
	4. сырой бензол	1,12	1,015	1,109
	5. Аммиак 100%	0,31	0,28	0,35
	6. Сера в пересчете на H2S	0,17	0,16	0,19
	7. Влага шихты	10,59	8,62	-
	8. Пирогенетическая вода	2,66	2,40	2,67
	9. Невязка	0,43	0,40	0,44
Итого	110,84	Итого	110,84	100	100

2.2 Расчет теплового баланса коксования

Приходные статьи баланса

1) Тепло горения отопительного газа кДж/1000 кг шихты определяется по формуле:

q1=QнVх , (14)

где Qн - низшая теплота сгорания газа, кДж/м3 (ккал/м3);

Vх - удельный расход сухого отопительного газа в м3 на 1000 кг загрузки, находят в результате расчета, исходя из равенства приходной и расходной частей баланса.

Определение теплоты сгорания по химическому составу производится по формуле:

Qсн= (30,16СО+85,58СН4+25,76Н2+160,0СmНn)*4,19 (15)

где СО, СН4 и т.д. - содержание компонентов в объемных процентах в пересчете на сухой газ;

Qсн=( 30,16*7,2 + 85,58*24,4 + 25,76*55,6 + 160,0*24)*4,19 = 17269,34 кДж/м3

2) Теплосодержание газа определяется по формуле:

q2=Vх(С0р-t + WrCH2O)*t (кДж/1000 кг шихты) (16)

где t - температура коксового газа, поступающего на отопление печей, 200С.

Принимаем статическое давление газа в газопроводе 1,27 кн/м2 (130 мм вод.ст.), что соответствует 9,55 мм рт.ст.

Содержание влаги в газе Wr в объемных процентах в пересчете на 1 м3 сухого газа рассчитывается по формуле:

Wr = (ц Рs)/(В+ b - ц Рs) ,

где Рs - давление водяного пара, насыщающего газ при данной температуре, н/м2 (мм рт.ст.);

В - барометрическое давление, н/м2 (мм рт.ст.);

b - статическое давление газа, н/м2 (мм рт.ст.);

ц -относительная влажность (для газа принимается равной 1).

Для рассматриваемого случая при t=200С, Рs=2333 н/м2 (17,5 мм рт.ст.)

Wr = 2333/(99975+1270-2333)= 17,5/(750+9,55-17,5)=0,0236 м3/м3 сухого газа.

Учитывая подогрев газа в газоподогревателе, принимаем температуру газа при поступлении в корнюры равной 500С. На основе данных о средней теплоемкости составных частей газа вычисляем среднюю теплоемкость сухого газа:

Ср= 0,01(1,649*СО2 + 1,308*О2 + 1,942*CmHn+1,297*СО + 1,605*СН4 + 1,208*Н2+1,297*N2)

Ср= 0,01(1,649*2,6 + 1,308*0,6 + 1,942*2,4+1,297*7,2 + 1,605*24,4 + 1,208*55,6+1,297*7,2) = 1,387 кДж/( м3*град)

Теплоемкость Н2О при 500С = 1,496 кдж/(м3*град) (0,357 ккал/( м3*град)).

С Н2О = 1,496 кДж/(м3*град)

Исходя из полученных данных, определим q2:

q2= Vх*(1,387 + 0,0236*1,496)*50 = 71,12 Vх

3) Теплосодержание воздуха определим из равенства:

q3=VхLп(Cp + WвC'p)*t кДж/1000 кг (17)

где Lп - действительное количество сухого воздуха, расходуемого на сжигание 1 м3 газа, м3;

C'p - средняя теплоемкость сухого воздуха, кДж/м3*град;

t - температура влажного воздуха;

Wв - содержание в воздухе водяных паров в пересчете на 1 м3 сухого воздуха, м3;

С'p - теплоемкость водяного пара, кДж/м3*град.

Исходя из состава газа, определим количество воздуха Lп.

Расчет требуемого количества воздуха Lп. Требуемое количество кислорода для горения определим из равенства

О2m=(1/2(CO+H2)+2CH4+3,23CmHn-O2)/100 (18)

Теоретическое количество сухого воздуха рассчитывается по уравнению:

Lт=100/21* О2m , (19)

При поступлении на горение только теоретического количества воздуха происходит неполное сгорание, поэтому величину горения умножают на коэффициент, называемый коэффициентом избытка воздуха и обозначаемый б. Величина б принимается обычно для коксового газа равной 1,15-1,25, для доменного газа 1,2-1,3. Рассчитанное количество сухого воздуха называется практическим количеством воздуха:

Lп= б Lт , (20)

Вместе с 1 м3 воздуха через отопительную систему проходит определенное количество водяных паров (Wb). Это количество подсчитывается по формуле:

Wв= (Ps ц)/(P - Ps ц) (21)

где Р - барометрическое давление, принимаемое равным 99975 н/м2 (750 мм рт.ст.);

ц - относительная влажность воздуха.

Принимаем среднее значение ц для Донбасса - 0,5 (50%), для Приднепровья - 0,7 (70%).

Определим необходимые для расчета q3 величины:

О2m= (0,5*(7,2 + 55,6)+2*24,4 + 3,23*2,4 - 0,6)/100 = 0,874 м3/м3 сухого газа

LT= 100/21*0,874 = 4,162 м3/м3 сухого газа

При б = 1,6 LП = 1,6*4,162 = 6,66 м3/м3 сухого газа

Найдем содержание водяных паров в 1 м3 сухого воздуха по формуле:

Wв = (Ps ц)/(P - Ps ц) = 1706*0,7/(99975-1706*0,7)=0,0121 м3/м3 воздуха

Теплоемкость сухого воздуха при 250С равна 1,294 кдж/(м3*град). Теплоемкость водяных паров при 250С равна 1,493 кдж/(м3*град).

Исходя из этих данных, находим теплосодержание воздуха:

q3= Vх*6,66*(1,294+0,0121*1,493)*25=218,46 кДж/1000 кг шихты

q3= Vх*218,46 кДж/1000 кг шихты

4) Теплосодержание влажной шихты. Тепло, вносимое шихтой, определяется по формуле:

q4 =1000((1 - Wш/100)Су + Wш/100 . СW)t кДж/1000 кг шихты, (22)

где Wш - содержание влаги в шихте, % (по данным технического анализа);

Су - средняя теплоемкость сухого угля, кДж/(кг . град);

Сw - теплоемкость воды(принимаем равной 1 ккал/кг или 4,186 кДж/кг)

t - температура загруженной шихты.

Теплоемкость сухого угля находят по формуле:

Су = (1 - Асш/100)Сr + Асш//100 . Сз кДж/(кг . град), (23)

где Асш - содержание золы в сухой шихте, % (по данным материального баланса);

Сr - средняя теплоемкость горючей массы шихты;

Сз - средняя теплоемкость золы угля.

Теплоемкость Сr для коксующихся углей может быть принята при низких температурах равной 1,08 кДж/(кг . град) (0,26 ккал/кг . 0С), теплоемкость золы может быть принята приближенно равной теплоемкости кварца, численное выражение которой равно 0,711 кДж/(кг . град) (0,17 ккал/кг . 0С), Асш = 8,65%. Температуру шихты принимаем равной 200С.

Су = (1-8,65/100)*1,08+8,65*100*0,711=1,048 кДж/(кг . град)

При содержании влаги в шихте 8,5 % (из данных материального баланса) и принятой температуре ее 200С теплосодержание влажной шихты равно:

q4 = 1000[(1-8,5/100)*1,059+8,5/100*4,187]*20=26520 кДж/1000 кг шихты

5) Тепловой эффект процесса коксования. Величина и знак теплового эффекта процесса коксования еще не достаточно исследованы, поэтому, по предложению проф. П.Г. Рубина, принимаем ее равной нулю: q5 = 0.

Расходные статьи баланса

1) Тепло на нагрев кокса. Теплосодержание определяется по формуле:

q1 =К . Скtк , кДж/1000 кг (24)

где К - выход сухого кокса из влажной шихты, величина которого берется из материального баланса, кг/1000 кг;

Ск - средняя теплоемкость кокса, кДж/(кг . град);

tк - средняя температура кокса при выдаче его из камеры коксования, 0С.

Теплоемкость кокса Ск можно определить по следующей формуле Дебрюннера:

Ск = А/100* СА + В/100* Св + V/100г* СV (25)

где А, В, V - содержание золы, углеродистого вещества и выход летучих веществ из кокса, % ;

СА, СВ - средние весовые теплоемкости золы и углеродистого вещества кокса, кДж/(кг . град);

Сv - объемная теплоемкость летучих веществ кокса, принимаемая равной теплоемкости коксового газа, кДж/(кг . град);

г - плотность летучих веществ, которая принимается приближенно равной 0,45 кг/м3.

Определение теплоемкости кокса Ск будем производить по формуле Дебрюннера (13). Для расчета Ск принимаем Аск = 9,35 % (из материального баланса), В=89%, V=1,0%.

По расчету, приведенному ниже, tк = 1030 0С. При этих температурах средние теплоемкости СА, СВ, СV будут:

СА = 1,064 кдж/(кг . град) (0,255 ккал/( кг . град));

СВ = 1,520 кдж/(кг . град) (0,264 ккал/( кг . град));

Сv = 1,820 кдж/(кг . град) (0,435 ккал/( кг . град));

Ск = 9,35/100*1,064 + 89/100*1,520 + 1/100*0,45*1,820 = 1,492 кДж/(кг.град)

Температура коксового пирога при выдаче его из камеры коксования может быть определена путем непосредственных замеров, а также аналитическим путем, предложенным проф. И.М. Ханиным и В.В. Юшиным.

Определение средней температуры коксового пирога аналитическим путем сложно, поэтому производим расчет, из практических данных и следующих положений. Примем:

а) температуру по оси коксового пирога в нижней части камеры к концу периода коксования

tн = 10500 С;

б) температуру у стенки косового пирога в нижней части камеры

t стн на 300 С выше, чем tн ,

t стн = 10800 С;

в) среднюю температуру низа коксового пирога к концу периода коксования

t'н = (t стн + tн)/2 = (1050+1080)/2 = 10650 С;

г) температуру по оси коксового пирога в верхней части камеры к концу периода коксования

tв = 9800 С;

д) температуру у стенки коксового пирога в верхней части камеры

t ств = 10100 С;

е) среднюю температуру верха коксового пирога к концу периода коксования

tв1 = (tв + tств)/2 = (980 + 1010)/2 = 9950 С

тогда

tк = (t'н + t'в)/2 = (1650 + 995)/2 = 10300 С

Теплосодержание кокса в этом случае составит:

q'1 = 706,7-1,493*1030=1086028,3 кДж/1000 кг шихты

2) Тепло нагрева дистилляционного газа рассчитываем по формуле:

q'2 = Vг . Ср0-t . t кДж/1000 кг шихты (26)

где Vг - выход сухого газа на единицу загрузки (по данным материального баланса), м3 ;

Ср0-t - средняя теплоемкость газа, кДж/(м3 . град);

t - температура прямого газа при его выходе из камеры.

Выход сухого газа (из материального баланса) равен 124,4 кг/т шихты.

Плотность сухого газа

гг = (1,977 СО2 + 1,413 СmНn + 1,429 О2 + 1,250 СО + 0,717 СН4 + 0,090 Н2 + 1,251 N2 + 1,539 H2S)0,01 кг/м3

где СО2 , СmНn и т.д. - процентное содержание составных частей газа в объемных единицах;

1,977, 1,413 и т.д.- плотность соответствующих компонентов.

гг = (1,977*2,6+ 1,413*2,4 + 1,429*0,6 + 1,250*7,2 + 0,717*24,4 + 0,090*55,6 + 1,251*7,2 + 1,539*3)*0,01=0,545 кг/м3

Vг = 124,4/0,545=228,26 м3/т влажной шихты

Среднюю теплоемкость газа при t = 7500 С определяем по его составу, определив теплоемкость отдельных компонентов.

Ср0-750 =(2,108*2,6+3,228*2,4+1,440*0,6+1,377*7,2+2,432*24,4+ 1,312*55,6+ +1,363*3)* 0,01=1,604 кДж/(м3 . град)

Температуру газа при выходе его из камеры коксования принимаем равной 7500 С.

Теплосодержание газа:

q'2 = 228,26*1,604*750=274597 кДж/1000 кг шихты

3) Тепло нагрева химических продуктов коксования.

1) Тепло, уносимое парами смолы, определяется по формуле

q'см = G (q0 + Ср0-t t) (27)

где G - выход смолы (из материального баланса).

G = 30,8 кг/т шихты

Скрытая теплота испарения смолы при 00 С

q0 = 418,7 кдж/кг

Средняя теплоемкость паров смолы Ср0-t в зависимости от температуры

Ср0-t = 0,305 + 0,392 . 10-3 t кдж/(кг . град) (28)

Ср0-750 = 0,305 + 0,392 . 10-3 . 750 = 2,51 кдж/(кг . град)

тогда

q'см = 30,8(418,7 + 2,51 . 750)=70877 кДж/1000 м шихты

2) Тепло, уносимое парами бензольных углеводородов. По материальному балансу количество бензола составляет:

Gб = 10,15 кг/т шихты

Скрытая теплота испарения сырого бензола при 00С равна 431,2 кДж/кг.

Средняя теплоемкость паров бензольных углеводородов среднего состава определяется по формуле:

Ср0-750 = 1/84,6 (20,7 + 0,025 . 750) = 1,951 кДж/кг 0С (29)

где 84,6 - среднединамический молекулярный вес паров сырого бензола. При этом тепло нагрева бензола равно:

qб = 10,15(431,2 + 1,951 . 750) = 19228,6675 кДж/100кг шихты

3) Тепло, уносимое аммиаком, вычисляется по формуле

q'а = G Ср0-t t кДж/1000 кг шихты (30)

где G - выход аммиака в кг на 1 т загрузки (по данным материального баланса), кг;

Ср0-t - средняя теплоемкость аммиака, кдж/(кг . град);

t - температура аммиака при выходе из камеры.

Средняя теплоемкость аммиака равна 2,683 кДж/(кг . град). Тогда

q'а = 2,8 . 2,683 . 750 = 5625 кДж/1000 кг шихты

Общее количество тепла, уносимое химическими продуктами коксования, равно

q'3 = 70877 + 19229 +5625 = 95731 кДж/1000 кг шихты

4) Тепло, уносимое парами воды, находят по формуле

q'4 = W0(2491 + Ср0-t tп) кДж/1000 кг (31)

где W0 - общее количество влаги (влага угля и пирогенетическая влага), в кг на 1 т загрузки (по данным материального баланса);

Ср0-t - средняя теплоемкость водяных паров, кДж/(кг . град), от 0 до tп0С;

tп - температура водяных паров при выходе их из камеры.

По данным материального баланса количество общей влаги в расходной части его составляет 118 кг/т шихты.

Т.к. водяные пары выделяются в основном в первой половине периода коксования, то принимаем их температуру на 100 0С ниже температуры выходящего газа (tп = 7500С - 1000С = 6500С).

Средняя теплоемкость водяных паров равна

Ср0-650 = 2,026 кДж/(кг . град)

При указанных выше условиях теплосодержание выходящих из камеры коксования водяных паров составит

q'4 = 118(2491 + 2,026 . 650) = 449332 кДж/1000 кг шихты

5) Тепло, уносимое продуктами горения, может быть найдено по формуле

q'5 = Vx Vп.г. Ср0-t tп.г. кдж/1000 кг шихты (32)

где Vп.г. - количество влажных продуктов горения на 1 м3 газа, м3;

Ср0-t - средняя теплоемкость продуктов горения, кДж/( м3 . град);

tп.г. - средняя температура продуктов горения, поступающих в боров.

Количество продуктов горения можно определить, зная реакции горения компонентов газа при известном его процентном составе и заданном б = 1,20.

Реакции горения газа:

Для СmНn С2Н4 + 3О2 > 2СО2 + 2Н2О;

»» СmНn С3Н6 + 4,5О2 > 3СО2 + 3Н2О;

»» СО СО + 0,5О2 > СО2;

»» Н2 Н2 + 0,5О2 > Н2О;

»» СН4 СН4 + 2О2 > СО2 + 2Н2О.

Vп.г. = VH2O + VСO2 + VN2 + VO2

VH2O = (24,4 / 2 + 55,6 . 1 + 2,4 . 2)/100 = 109,2 м3

VN2 = 3,76 . VO2

VN2 = 3,76 . 0,874 = 3,29 м3

Сп.г.t = (СН2О . VH2O + СО2t . VO2 + ССО2t . VСO2 + С N2t . V N2)/ Vп.г.

VСO2 = (24,4 . 1 + 7,2 . 1 + 2,4 . 2)/100 = 0,364 м3

Vп.г. = 109,2 + 3,29 + 0,364 + 0,874 = 113,73 м3

Ср0-360 = (1,896 . 0,364 + 1,550 . 109,2 + 1,316 . 3,29 + 1,367 . 0,874)/113,73 = 1,55 кДж/( м3 . град);

q'5 = Vx 113,73 . 1,55 . 360 = 63461,34 Vx

6) Потери тепла от химической неполноты горения отопительного газа.

Т.к. в дымовых газах нет горючих элементов, потери эти равны нулю.

7) Тепловые потери в окружающее пространство. Тепловые потери на единицу загрузки зависят от производительности и температурного режима печей, а также от их конструкции и изоляции стен. В современных коксовых печах величина тепловых потерь колеблется в пределах 8 - 11 % от общего расхода тепла на коксование.

Тепловые потери в окружающее пространство определяется по формуле

q'7 = б0 F(t1 - t2) вт (33)

где б0 - суммарный коэффициент теплопередачи конвекцией и лучеиспусканием, вт/(м2 . град);

F - теплоотдающая поверхность, м2;

t1 - температура поверхности, 0С;

t2 - температура окружающей среды, 0С.

Т.к. температура отдельных участков наружных поверхностей печного массива разная, расчет тепловых потерь ведется отдельно для участков с примерно равной температурой.

Поверхности коксовой печи разбиваются для данного расчета на следующие участки:

1) Свод камеры

F1 = (bсрL - Fз) (34)

где bср - средняя ширина камеры, м;

L - полная длина печи, м;

Fз - поверхность загрузочных люков, м2.

F1 = ( 0,410 . 15,040 - 3 . 0,3844)=5,0132 м2

2) Свод обогревательного простенка

F2 = [(A - bср)L - F4] (35)

где А - расстояние между осями соседних камер, м;

F4 - поверхность смотровых люков, м2.

F2 = [(1,260 - 0,410) . 15,040 - 32 . 0,22] = 11,504 м2

3) Загрузочные люки

F3 = n . fз.л. (36)

где n - количество люков одной печи;

fз.л. - поверхность одного люка с рамой, м2

F3 = 3 . 0,3844 = 1,1532 м2

4) Смотровые лючки

F4 = n . fс.л (37)

где n - количество лючков в одном обогревательном простенке;

fс.л. - поверхность одного лючка с рамой, м2

F4 = 32 . 0,04 = 1,28 м2

5) Лобовые стенки со стороны выталкивания кокса - машинная сторона - м.с. и со стороны приема кокса в коксотушительный вагон - к.с. Поверхность этого участка ограничена по высоте уровнями свода камеры и надсводовой площадки и в горизонтальном направлении - осями соседних камер.

Эту величину поверхности находят по формуле

F5 = Аhл (38)

где hл - толщина свода камеры, м.

F5 = 1,26 . 1,036 = 1,305 м2

6) Двери коксовой и машинной сторон

F6 = hкb

где hк - полная высота камеры, м;

b - ширина камеры с коксовой или машинной стороны, м.

F6 = 5,5 . 0,385 = 2,12 м2 (м.с.)

F6 = 5,5 . 0,435 = 2,393 м2 (к.с.)

7) Торцовые стены обогревательных простенков (величину их поверхности определяем без учета анкерных колонн)

F7 = (А - b) hк (39)

F7 = (1,26 - 0,435) . 5,5 = 4,54 м2 (к.с.)

F7 = (1,26 - 0,385) . 5,5 = 4,813 м2 (м.с.)

8) Стены регенераторов F8 = 2 . А . hрег = 2 . 1,260 . 3,2 = 8,32 м2 . Для определения общих потерь в окружающее пространство принимаем скорость ветра 3 м/сек с коксовой стороны и 2 м/сек с машинной стороны. Зная скорость ветра, определяем бк (коэффициент теплопередачи конвекцией):

бк = [(5.3 + 3.6W) . 1.163] вт/(м2 . град)

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

Коэффициент теплопередачи лучеиспусканием определим по равенству

бл = С[(Т1/100)4 - (Т2/100)4 ]/(t1 - t2) вт/(м2 . град) (40)

где Т1 и Т2 - абсолютные температуры соответственно поверхности и окружающей среды.

Для шероховатых металлических и кирпичных поверхностей

С = 5,7 вт/(м2 . 0К4)

где С - коэффициент излучения абсолютно черного тела, вт/(м2 . 0К4)

Таблица 7 - Тепловые потери в окружающее пространство

Название участков	м2	t1	t2	бк	бл	б0	q'z
Свод камеры	5,0132	79	15	18,72	7,42	26,14	8387
Свод простенка	11,504	98	15	18,72	8,02	26,74	25532
Загрузочные люки	1,153	336	15	18,72	22,00	40,72	15074
Смотровые люки	1,28	247	15	18,72	16,20	34,92	11577
Лобовые стенки
к.с.	1,305	80	15	18,72	7,74	26,46	2245
м.с.	1,305	70	15	14,53	7,30	21,83	1567
Двери
к.с.	2,393	97	15	18,72	8,01	26,73	5245
м.с.	2,12	87	15	14,53	7,93	22,46	3428
Торцовые стенки
к.с.	4,54	122	15	18,72	10,10	28,82	14000
м.с.	4,813	103	15	14,53	8,60	25,13	10644
Стенки регенераторов	8,320	70	40	-	11,00	11,00	2747
Итого							100446

Таблица 8 - Предварительный тепловой баланс

Приход	Расход
Название статьи	q1 , кДж	Название статьи	q'1, кДж
Тепло горения газа	17269,34 Vx	Тепло на нагрев кокса	1086028
Теплосодержание газа	71,12 Vx	Тепло на нагрев газа	274597
Теплосодержание воздуха	218,46 Vx	Тепло на нагрев химических продуктов коксования	95731
Теплосодержание влажной шихты	26520	Тепло, уносимое влагой	449332
Неучтенный приход тепла, выделяющегося при горении кокса, газа и теплота реакций	211204	Потери тепла от неполноты сгорания газа	0
		Тепло, уносимое продуктами горения	2848,66 Vx
		Потери тепла в окружающее пространство	272873
Итого	237724+17558,92 Vx	Итого	2178561+2848,66 Vx

Суммарный коэффициент теплоизлучения и конвекции

б0 = бк + бл

Потери тепла наружных поверхностей лучеиспусканием и конвекцией в единицу времени определяются по формуле

q'z = б0F(t1 - t2) вт (41)

Данные расчетов сводим в таблицу 9.

Таблица 9 - Тепловой баланс коксовых печей при отоплении коксовым газом

Приход	Расход
Название статьи	q1 , кДж	%	Название статьи	q'1 , кДж	%
Тепло горения газа	2279552,68	89,7	Тепло на нагрев кокса	1086028	41,6
Теплосодержание газа	9387,6	0,35	Тепло на нагрев газа	274597	13,8
Теплосодержание воздуха	28836,72	0,89	Тепло на нагрев химических продуктов	95731	3,6
Теплосодержание влажной шихты	26713	1,01	Тепло, уносимое влагой	449332	16,3
Неучтенный приход тепла, выделяющегося при горении кокса, газа и теплота реакций	211204	8,05	Тепло, уносимое продуктами горения	376023	15,6
	Потери тепла от неполноты сгорания газа	0
	Потери тепла в окружающее пространство	272873	9,1
Итого	2555694	100	Итого	2555694	100

Потери тепла в окружающее пространство, отнесенные к 1000 кг шихты, будут:

q''z = (У q'z z1000)/G кДж/1000 кг шихты (42)

где z - период коксования, ч;

G - величина загрузки камеры, кг.

q''z = (100446 . 18 . 36 . 102 . 103)/26 . 103= 250342,33 кДж/1000 кг шихты

Ориентировочно принимаем величину тепловых потерь в грунт равной 9 % от общего количества тепла, теряемого наружными поверхностями в атмосферу. Общее количество тепла, теряемого в атмосферу и грунт, равно

qz = 250342,33 . 1,09 = 272873 кДж/1000 кг шихты

На основании полученных значений отдельных статей приходной и расходной частей теплового баланса составляем предварительный тепловой баланс. В него также входит неизвестная величина Vx, представляющая собой удельный расход сухого отопительного газа на 1000 кг шихты (таблица 8) и окончательный тепловой баланс (таблица 9).

Vx = 1940837,15/14710,26 = 132 м3 сухого газа/1000 кг шихты

2.3 Расчет количества газа на обогрев коксовой батареи