где – расход топлива (мазута). Принимаем кг/ч;

– теплота сгорания мазута. Для мазута содержащего:

86,5% Ср; 0,3% Sр;

10,5% Нр; 1,8% Wр;

0,3% Nр; 0,3% Ор;

0,3% Ар.

Величину теплоты сгорания мазута определяем по формуле Д.И. Менделеева [3]:

Qрн = [81 Ср + 300 Нр – 26 (Ор – Sр) – 6 (Wр + 9 Нр)] · (Wр + 9 Нр)] · 4, 187 ,Дж/кг (6.3)

Итак,

Qрн = [81 · 86,5 + 300 · 10,5 – 26 (0,3 – 0,3) – 6 (1,8 + 9 · 10,5)] · 4,187 = 40106 Дж/кг

Таким образом,

Qх = 100 · 40106 = 4010600 кДж/ч = 4,01 ГДж/ч

Qх = 4,01 ГДж/ч

6.1.2 Находим тепло вносимое подогретым воздухом, определяется по формуле [4];

QВ = ß · СВ · ТВ · n · VВ , кДж/ч (6.4)

где ТВ- температура подогрева воздуха. Она определяется по формуле:

ТВ = ТВ кон. – ТВ ном, К (6.5)

Итак,

ТВ = 443 – 293 = 150 °К

(источник информации: прокалочное отделение цеха анодной массы ИркАЗа).

СВ - средняя теплоемкость воздуха в интервале температур от 273 К до ТВ [4];

СВ = 1,3 кДж/(м³.к);

n = 1,1 - коэффициент избытка воздуха [3];

VВ = 20 м³/кг → количество воздуха, теоретически необходимого для сжигания единицы топлива. [1];

Итак,

QВ = 100 · 1,3 · 150 · 1,1 · 10 = 214500 кДж/ч = 0,21 ГДж/ч

6.1.3 Тепло, вносимое подогретым топливом, определяется по формуле [4]:

QТ = В · CТ · ТТ , кДж/ч (6.6)

где СТ – 2,09 кДж/кг · К – средняя теплоемкость топлива (мазута) в интервале температур от 273 К до ТТ ([6]; стр. 34)

ТТ = 353 · К – температура подогрева топлива [4];

Итак,

QТ = 100 · 2,09 · 353 = 73777 кДж/ч = 0,074 ГДж/ч.

6.1.4 Тепло экзотермических реакций. В этой статье при составлении теплового баланса учитывают все химические реакции, идущие с положительным тепловым эффектом, кроме реакций горения топлива. В прокалочных печах учитывают тепло, выделяющееся при окислении прокаленного кокса. При окислении 1 кг прокаленного кокса выделяется 17165 кДж/кг [7];

Итак,

Qэкз = 17165 · Р · а кДж/ч (6.7)

где Р = 10,0 т/ч - производительность печи;

а = 0,08 кг/кг - угар углерода кокса. Потери от угара составляют обычно (8–13)% [1]. Принимаем 8%, т.е.: а = 0,08.

Итак,

Qэкз = 17165 · 104 · 0,08 = 1373 · 104 кДж/ч = 12,73 ГДж/ч

Общий приход тепла:

Qприх. = Qх + QВ + QТ + Qэкз

Следовательно,

Qприх. = 4,01 + 0,21 + 0,074 + 12,73 = 17,024 ГДж/ч

6.2 Расчет Qрасхода

Qрасх. = Q1 пол. + Q2 + Qз + Q4 + Q5 кл. + Q6 (6.8)

где Q1 пол. – полезное тепло, необходимое для нагрева кокса, кДж/ч;

Q2 – тепло уносимое отходящими газами, кДж/ч;

Qз – тепло от хим. Неполноты реакции, кДж/ч;

Q4 – тепло от мех. неполноты сгорания мазута, кДж/ч;

Q5 кл. – потери тепла через свод, стены и под печи, кДж/ч;

Q6 – неучтенные потери, кДж/ч.

6.2.1 Полезное тепло, необходимое для нагревания нефтяного кокса. Нефтяной кокс поступает в прокалочную печь холодным:

Q1 пол = G · См · Тк.к , кДж/ч (6.9)

где G = 12674,1 кг/ч - количество нефтяного кокса;

Тк.к = 1450 °К - конечная температура пекового кокса;

См = 0,343 кДж/кг К - средняя теплоемкость пекового кокса в интервале температур от 273° К (0° С) до 1450° К; [4]

Итак,

Q1 пол. = 10,02 · 10² · 0,343 · 1723 = 5914 · 10³ кДж/ч = 5,914 Гдж/ч

6.2.2 Тепло, уносимое отходящими газами, определяется по формуле ([4]; стр. 224):

Q2 = · Vух · Сух · Тух , кДж/ч (6.10)

где = 100 кг/час - расход топлива;

Vух = 35 м³/к - полное количество газов, образующихся при сжигании единицы массы. [1];

Сух = 2,86 кДж/(кг·К) - средняя теплоемкость уходящих из печи газов;

Тух = 550 К - температура уходящих из печи дымовых газов.

Значит,

Q2 = 100 · 35 · 2,86 · 673 = 5505500 кДж/ч = 5,5055 ГДж/ч

6.2.3 Тепло от химической неполноты сгорания топлива (мазута) определяется по формуле:

Q3 = · Vух · а · 12142 , кДж/ч (6.11)

где а = 0,02 - доля несгоревшего СО [4];

Можно принять, что на 1% СО содержится 0,5% Н2, тогда теплота сгорания такой смеси составит 12142 кДж/м³.

Итак,

Q3 = 100 · 35 · 0,02 · 12142 = 849940 кДж/ч = 0,85 ГДж/ч

6.2.4 Тепло от механической неполноты сгорания определяется по формуле [4];

Q4 = 0,01 · · Qр н , кДж/ч (6.12)

Итак,

Q4 = 0,01 · 100 · 40106 = 40106 кДж/ч = 0,04 ГДж/ч.

6.2.5 Потери тепла через свод, стены и под печи определяют по формуле [4]:

Ткл – Тв

Q5 кл. = ( Sı ) + ( S2 ) + ( 1 ) · F кДж/ч (6.13)

Х1 Х2 ℒ

где Ткл. = 1580 К - температура внутренней поверхности кладки (ориентировочная средняя температура кладки) [4];

Тв = 300 К - температура окружающего воздуха;

Sı = 0,25 м - толщина огнеупорной кладки [4];

S2 = 0,03 м - толщина теплоизоляции [4];

Х1= 1,593 Вт/м.к - коэффициент теплопроводности кладки [3];

Х2 = 0,254 Вт/м.к - коэффициент теплопроводности изоляции [3];

ℒ = 19,8 Вт/м² · к - коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху [4];

F = 438 м² - площадь поверхности кладки.

Итак,

_1580 – 300 _

Q5кл. = 0,25 + 0,03 + 1 · 438 = 2,9 ГДж/ч

1593 0,254 198

6.2.6 Неучтенные потери определяются по формуле [4]

Q6 = (Qı пол. + Q2 + Qз + Qч + Q5кл.) (6.14)

Итак,

Q6 = 0,097 (6,303 + 5,5055 + 0,85 + 0,04 + 2,9) = 1,426 ГДж/ч

Итак, общий расход тепла:

Qрасх. = Q1 пол. + Q2 + Qз + Q4 + Q5 кл. + Q6 (6.15)

Qрасх. = 6,303 + 5,5055 + 0,85 + 0,04 + 2,9 + 1,426 = 17,024 ГДж/ч

7. Конструктивный расчет прокалочной печи

7.1 Расчет диаметра печи

Диаметр барабана печи (D, м) определяют из условия оптимальной скорости движения газового потока в печи по формуле:

, м (7.1)

где D - диаметр барабана прокалочной печи м;

Vt - действительное количество газов, м³/с;

Wt - действительная скорость движения газов в печи; м/с. Значение Wt для большинства барабанных печей лежит в пределах (3–8) м/с.

При принятом сравнительно невысоком пылеуносе 20% скорость газов в печи должна быть умеренной. Принимаем равной 5 м/с, т.е.:

Wt = 5 м/с

Определяют действительное количество газов, Vt м³/с. Производительность печи 10 т/ч. Время прокаливания (переработки) 100 кг нефтяного кокса:

ч.

Количество отходящих газов на 100 кг прокаленного нефтяного кокса с учетом горения мазута равно: 1202,86 м³.

Секундное количество отходящих газов:

м³/с;