Тепловой баланс. 
Утилизация высокотемпературных тепловых отходов

Тепловой баланс камеры тушения кокса имеет следующий вид:

(14).

Теплота, отданная охлаждаемым коксом:

(15).

где Gк — расход охлаждаемого кокса, кг/с; с1 и с2 — теплоемкость кокса при температуре загрузки и выдачи, кДж/(кгК); t1 и t2 — температура кокса при загрузке и выдаче, C.

Камера тушения кокса в нижней части находится под избыточным давлением, создаваемым дымососом рециркуляции газов, а в верхней части под разряжением. За счет этого часть газов рециркуляции покидает камеру тушения и взамен их из атмосферы к газам подмешивается воздух, который окисляет раскаленный кокс. Это приводит к дополнительному тепловыделению в камере тушения кокса. Выделившуюся при окислении кокса теплоту называют теплотой угара кокса и рассчитывают по выражению:

(16).

где к — доля кокса окисленного при тушении, по практическим данным принимается 0,5−1,6%; - теплота сгорания кокса, кДж/кг.

Теплоотвод с утечкой газов, циркулирующих в системе:

(17).

где — средняя теплоемкость циркулирующих газов, теряемых в атмосферу, кДж/(м3К); г — средняя по высоте камеры тушения газов температура циркулирующих газов, С; св — теплоемкость воздуха, поступающего в камеру тушения кДж/(м3К); tв — температура воздуха, C; V0 — теоретически необходимое количество воздуха для окисления одного килограмма кокса, м3/кг.

Теплота, переданная в камере тушения циркулирующим газам:

(18).

где Gг — искомый объем газов, циркулирующих в системе, м3/с;c'иc'' - теплоемкости газов на входе и выходе из камеры тушения, кДж/(м3К); t' и t'' - соответствующие температуры газов на входе и выходе из камеры тушения, С.

Теплопотери поверхностью камеры тушения:

(19).

где л и к — коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией в атмосферу. Для практических расчетов можно принять л + к = 23 Вт/(м2К); tп — температура поверхности камеры (средняя), C; Fп — наружная поверхность камеры, м2.

Из решения уравнения теплового баланса (14) определяют объем газов, циркулирующих в системе:

(20).

Среднее время пребывания кокса в камере тушения определяется из очевидного соотношения.

(21).

где Vк — объем камеры тушения, м3; к — плотность кокса, кг/м3; порозность.

Теплота, отданная коксом в камере тушения, может быть рассчитана из уравнения теплопередачи как.

(22).

где kкоэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); Fк — площадь поверхности теплообмена частиц кокса, м2; t — температурный напор в камере тушения, єС. Приравнивая значения теплоты, отданной коксом по формулам (15) и (22), и подставляя в (21) выражение для расхода кокса, получим в окончательном виде формулу для расчета времени пребывания коса в тушильной камере.

.(23).

Удельная поверхность реагирования частиц кокса Sк =Fк/Vкможет быть рассчитана при известном среднем размере д коксовых частиц по выражению.

(24).

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по выражению.

(25).

где второй член в знаменателе учитывает неравномерность температур по радиусу коксовых частиц; - средний коэффициент теплопроводности куска кокса, Вт/(мК); F — суммарный коэффициент теплопередачи от кокса к газу, Вт/(м2К). Этот коэффициент равен.

F= л + к,(26).

где л — коэффициент теплоотдачи излучением от кокса к газу, можно принять равным 2,3 Вт/(м2К); к — коэффициент теплопередачи конвекцией от кокса к газу, Вт/(м2К);

где w — скорость газов на свободное сечение камеры, м/c; - диаметр межкускового пространства, м2, примерно равный радиусу частиц кокса.

Объем рабочей части камеры тушения (без учета форкамеры) составит.

(28).

где — расчетная (по 23) продолжительность тушения кокса, о экспериментальный коэффициент, равный 1,7 и учитывающий неравномерность схода кокса и распределения дутья по сечению.

Сечение камеры тушения рассчитывается по формуле.

(29).

утилизация отходы котел обжиг где wн. у — скорость газа, приведенного к нормальным условиям; в расчете на свободное сечение камеры допускается в пределах 0,5 0,9 м/с.

Высота рабочей части камеры.

. (30).

Котлы-утилизаторы в установках сухого тушения кокса Для первых УСТК был разработан башенный котел КСТ-80 (см. рис. 10). Впоследствии был разработан котел КСТК-25/39С-1 (рис. 11). Котел барабанный, с принудительной циркуляцией, выполнен по V-образной схеме, подвод и отвод газов верхний. В опускном газоходе расположены пароперегреватель и испарительные секции, в подъемном — экономайзер. По ходу газов последовательно расположены: пароперегреватель 3, испарительная поверхность 2 и экономайзер 6. Пароперегреватель конвективный, змеевиковый, выполнен из труб диаметрами 323 мм и состоит из двух частей: первая по ходу пара — прямоточная, вторая — противоточная. Температуру перегрева пара регулируют газовым регулятором. Испарительные поверхности и экономайзер расположены горизонтально и выполнены из труб 283 мм (сталь 20). Паропроизводительность установки 25 т/ч, температура перегретого пара 440 єС, давление 4 МПа. Температура газов на входе в котел 800 єС, на выходе из котла 160 єС.

В настоящее время разработана новая конструкция КУ для охлаждения газов, поступающих в него из камеры сухого тушения. Новый КУ КСТК-35/40−100 башенной компоновки с верхним подводом газа (рис. 11). Стены газохода состоят из газоплотных панелей, выполненных из труб диаметром 57 мм с толщиной стенки 5 мм и шагом 100 мм и включенных в контур естественной циркуляции. Внутри газохода расположены конвективные змеевиковые поверхности нагрева, включенные в контур многократной принудительной циркуляции (МПЦ). Конвективные поверхности нагрева выполнены из труб диаметром 28 мм с толщиной стенки 3 мм (сталь 20).

Рис. 11. Паровой котел КСТК-25/39С-1:

1 — переходный газоход; 2 — испарительные поверхности; 3 — пароперегреватель; 4 — барабан; 5 — сепарационное устройство; 6 — экономайзер

Рис. 12. Котел-утилизатор КСТК-35/40−100

Для регулирования температуры пара в котле предусмотрен пароохладитель, работающий на котловой воде и установленный «в рассечку» между ступенями. Пароперегреватель устанавливается в зоне высоких температур. Он имеет две ступени, расположенные параллельно по ходу газов: I (входная) ступень выполнена из труб диаметром28 мм с толщинойстенки 3 мм (сталь 20); II (выходная) — из труб диаметром28 мм с толщиной стенки3,5 мм (сталь12Х1МФ). Пар из I ступени направляется в пароохладитель, а после него во II ступень. Испарительная поверхность расположена за пароперегревателем. Она состоит из шести блоков, попарно расположенных в трех ярусах. За испарительной поверхностью располагается водяной экономайзер. Движение воды — восходящее, противоточное. Пакеты пароперегревателя, испарительной поверхности, водяного экономайзера в газоходе крепятся к опорным охлаждаемым балкам, которые включены в контур циркуляциимногократной принудительной циркуляции.

Техническая характеристика: паропроизводительность — 32,4 т/ч; давление перегретого пара — 4 МПа; температура перегретого пара — 440С; температура газов: на входе в котел — 800С, на выходе из котла — 170С; расход газов через котел — 100 000 м3/ ч.