Bilans cieplny.

Przychód
Wartość opałowa gazu koksowniczego:
$$Q_{\text{ig}} = \frac{\left( \left\lbrack \text{CO} \right\rbrack \bullet Q_{\text{CO}} + \left\lbrack H_{2} \right\rbrack \bullet Q_{H_{2}} + \text{CH}_{4} \bullet Q_{\text{CH}_{4}} + \lbrack C_{n}H_{m}\rbrack \bullet Q_{C_{n}H_{m}} \right)}{100}\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{m^{3}} \right\rbrack$$
Zawartość wilgoci w gazie koksowniczym:
Przyjęto: φg = 0, 75 pH2O,tg=19, 013 kPa
Entalpia fizyczna wilgotnego gazu koksowniczego:
Zapotrzebowanie na powietrze do spalania gazu. Ilość potrzebnego tlenu:
$$V_{O} = \frac{\left( \left\lbrack \text{CO} \right\rbrack \bullet 0,5 + \left\lbrack H_{2} \right\rbrack \bullet 0,5 + \text{CH}_{4} \bullet 2 + \left\lbrack C_{n}H_{m} \right\rbrack \bullet 3 - \left\lbrack O_{2} \right\rbrack \right)}{100}\left\lbrack \frac{m^{3}}{m^{3}} \right\rbrack$$
Ilość potrzebnego powietrza:
Przyjęto: λ  = 1, 35 (z danych)
Zawartość wilgoci w powietrzu:
Przyjęto: φp = 0, 91 pH2O,tp=4, 243 kPa
Entalpia fizyczna powietrza wilgotnego:
$$Q_{3}^{'p} = V_{a} \bullet t_{p} \bullet \left( 0,79 \bullet c_{N_{2}}^{''} \bullet 0,21 \bullet c_{O_{2}}^{''} + W_{p} \bullet c_{H_{2}O}^{''} \right)\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{m^{3}} \right\rbrack$$
Entalpia fizyczna wsadu węglowego. Ciepło właściwe części organicznej:
$$\overset{\overline{}}{c_{c}} = 0,883 \bullet \left( 1 + 0,008V^{d} \right) \bullet \left\lbrack 1 + 0,15 \bullet \frac{t_{w}}{100} - 0,0008\left( \frac{t_{w}}{100} \right)^{3} \right\rbrack\left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kgK}} \right\rbrack$$
Ciepło właściwe części mineralnej:
Średnie ciepło właściwe wsadu suchego:
Gdzie: A^d = 7, 58 %
Entalpia fizyczna wsadu węglowego:
$$Q_{4}^{p} = \left( M_{w}^{d} \bullet {\overset{\overline{}}{c}}_{w} + M_{\left( H_{2}O \right)w} \bullet c_{\left( H_{2}O \right)} \right) \bullet t_{w}\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{Mg}} \right\rbrack$$
Rozchód
Entalpia fizyczna koksu. Zawartość popiołu w suchym koksie:
Zawartość części organicznej w suchym koksie:
Średnie ciepło właściwe koksu:
$${\overset{\overline{}}{c}}_{k} = \frac{A_{k}^{d}}{100} \bullet {\overset{\overline{}}{c}}_{A} + \frac{O_{r}^{d}}{100} \bullet {\overset{\overline{}}{c}}_{B} + \frac{V_{k}^{d}}{100 \bullet \rho_{g}} \bullet {\overset{\overline{}}{c}}_{V}\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kgK}} \right\rbrack$$
Średnia temperatura koksu:
t = 25 ,  bo tk = 1020
Entalpia fizyczna koksu:
Entalpia fizyczna suchego gazu koksowniczego:
$$Q_{2}^{r} = \frac{2}{3} \bullet V_{g} \bullet c_{g}^{0 - t_{g1}} \bullet t_{g1} + \frac{1}{3} \bullet V_{g} \bullet c_{g}^{0 - t_{g2}} \bullet t_{g2}\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{Mg}} \right\rbrack$$ Obliczono: $$\mathbf{c}_{\mathbf{g}}^{\mathbf{0 -}\mathbf{t}_{\mathbf{g}\mathbf{1}}} = 1,638\ \frac{\text{kJ}}{\text{kgK}}$$ $$\mathbf{c}_{\mathbf{g}}^{\mathbf{0 -}\mathbf{t}_{\mathbf{g}\mathbf{2}}} = 1,667\ \frac{\text{kJ}}{\text{kgK}}$$
Entalpia fizyczna smoły, benzolu, amoniaku i siarkowodoru zawartych w surowym gazie koksowniczym. Q3^r
Entalpia fizyczna smoły. Średnia temperatura par smoły, benzolu, amoniaku i siarkowodoru:
Średnie ciepło właściwe smoły w temperaturze 0-tSm:
$$c_{\text{Sm}}^{0 - t_{\text{Sm}}} = 4,187 \bullet \left( 0,305 + 0,000392 \bullet t_{\text{Sm}} \right)\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kgK}} \right\rbrack$$
Entalpia fizyczna smoły:
Przyjęto: $$\mathbf{q}_{\mathbf{\text{Sm}}} = 410\ \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$
Entalpia fizyczna benzolu. Średnie ciepło właściwe benzolu:
$$c_{B}^{0 - t_{\text{Sm}}} = \frac{4,187 \bullet \left( 20,7 + 0,026 \bullet t_{\text{Sm}} \right)}{M_{B}}\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kgK}} \right\rbrack$$
Entalpia fizyczna benzolu:
Przyjęto: $$\mathbf{q}_{\mathbf{B}} = 440\ \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$
Entalpia fizyczna amoniaku:
Obliczono: $$\mathbf{c}_{\mathbf{\text{NH}}_{\mathbf{3}}}^{\mathbf{0 -}\mathbf{t}_{\mathbf{\text{Sm}}}} = 2,669\ \frac{\text{kJ}}{\text{kgK}}$$
Entalpia fizyczna siarkowodoru:
Obliczono: $$\mathbf{c}_{\mathbf{H}_{\mathbf{2}}\mathbf{S}}^{\mathbf{0 -}\mathbf{t}_{\mathbf{\text{Sm}}}} = 1,418\ \frac{\text{kJ}}{\text{kgK}}$$
Entalpia sumaryczna:
Entalpia pary wodnej zawartej w surowym gazie koksowniczym:
$$Q_{4}^{r} = \left( M_{\left( H_{2}O \right)w}^{r} + M_{O}^{r} \right) \bullet \left\lbrack 2491 + c_{\text{pw}}^{0 - t_{\text{Sm}}} \bullet \left( t_{\text{Sm}} - 100 \right) \right\rbrack\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{Mg}} \right\rbrack$$
Straty ciepła do otoczenia. Całkowity wsad rzeczywisty do komory:
Powierzchnie baterii oddające ciepło do otoczenia. Całkowita długość komory:
Podziałka pieca:
Wysokość całkowita komory:
Szerokość komory od strony maszynowej:
Szerokość komory od strony koksowej:
Powierzchnia całkowita otworów zasypowych:
Powierzchnia sklepienia komory:
Powierzchnia całkowita wzierników:
Powierzchnia sklepienia ściany grzewczej:
Powierzchnia ścian czołowych sklepienia:
Powierzchnia drzwi od strony maszynowej:
Powierzchnia drzwi od strony koksowej:
Powierzchnia czołowa ściany grzewczej od strony maszynowej:
Powierzchnia czołowa ściany grzewczej od strony koksowej:
Powierzchnia czołowa strefy regeneratorów i kanałów skośnych:
Współczynnik wymiany ciepła przez konwersję:
Współczynnik wymiany ciepła przez promieniowanie:
$$\alpha_{r_{i}} = \frac{C_{0} \bullet \varepsilon \bullet \left\lbrack \left( \frac{T_{F}}{100} \right)^{4} - \left( \frac{T_{\text{ot}}}{100} \right)^{4} \right\rbrack}{t_{F} - t_{\text{ot}}}\ \left\lbrack \frac{W}{m^{2}K} \right\rbrack$$
Wielkość strumienia cieplnego oddawanego przez poszczególne powierzchnie w ciągu 1 godziny:
$$q_{i} = \left( \alpha_{k} + \alpha_{r_{i}} \right) \bullet \left( t_{F} - t_{\text{ot}} \right) \bullet 3,6\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{m^{2}h} \right\rbrack$$
Straty ciepła do otoczenia:
Przyjęto: $$\mathbf{q}_{\mathbf{\text{rs}}} = 320\ \frac{W}{m^{2}}$$
Entalpia fizyczna spalin. Objętość spalin węglowych:
$$V_{s} = \frac{\left( \left\lbrack \text{CO}_{2} \right\rbrack + \left\lbrack \text{CO} \right\rbrack + \left\lbrack H_{2} \right\rbrack + 3 \bullet \left\lbrack \text{CH}_{4} \right\rbrack + \left\lbrack N_{2} \right\rbrack + 4 \bullet \left\lbrack C_{n}H_{m} \right\rbrack \right)}{100} + V_{a} - V_{O} + W_{p}V_{a}{+ W}_{\text{g\ }}\left\lbrack \frac{m^{3}}{m^{3}} \right\rbrack$$
Objętość pary wodnej:
$$V_{H_{2}O} = \frac{\left( \left\lbrack H_{2} \right\rbrack + 2 \bullet \left\lbrack CH_{4} \right\rbrack + 2 \bullet \left\lbrack C_{n}H_{m} \right\rbrack \right)}{100} + W_{p} \bullet V_{a} + W_{g}\ \left\lbrack \frac{m^{3}}{m^{3}} \right\rbrack$$
Objętość dwutlenku węgla:
$$V_{CO_{2}} = \frac{\left( \left\lbrack \text{CO}_{2} \right\rbrack + \left\lbrack \text{CO} \right\rbrack + \left\lbrack \text{CH}_{4} \right\rbrack + 2 \bullet \left\lbrack C_{n}H_{m} \right\rbrack \right)}{100}\ \left\lbrack \frac{m^{3}}{m^{3}} \right\rbrack\ $$
Objętość azotu:
Objętość tlenu:
Udział pary wodnej w spalinach:
Udział dwutlenku węgla w spalinach:
Udział azotu w spalinach:
Udział azotu w spalinach:
Średnie ciepło właściwe spalin w zakresie temperatur 0-tsp
Straty ciepła na skutek niezupełnego spalania gazu opałowego pominięto zakładając spalanie zupełne i całkowite.
Wyznaczanie ilości gazu do skoksowania 1 Mg mieszanki węglowej „Vx”
Przychód:
Rozchód:
Przyjmując, że P=R obliczamy VX
$$V_{X} = \frac{Q_{1}^{r} + Q_{2}^{r} + Q_{3}^{r} + Q_{4}^{r} - Q_{4}^{P} + Q_{7}^{r}}{Q_{\text{ig}} + Q_{2}^{'p} + Q_{3}^{'p} - Q_{5}^{'r}}\ \left\lbrack \frac{m^{3}}{\text{Mg}} \right\rbrack$$
Entalpie uwzględniające ilość potrzebnego gazu koksowniczego:
Wskaźnik sprawności cieplnej baterii:
Wskaźnik do przeliczania bilansów z odniesienia do 1 Mg mieszanki na odniesienie do baterii koksowniczej i 1 roku:
Tab. III.1. Bilans materiałowy procesu koksowania dla jednej baterii koksowniczej w okresie 1 roku.
Przychód
Składnik
Suchy wsad węglowy
Wilgoć wsadu
Suma:
Tab. III.2. Bilans cieplny procesu koksowania dla jednej baterii koksowniczej w okresie 1 roku.
Przychód
Składnik
Ciepło ze spalania gazu opałowego
Entalpia fizyczna gazu opałowego
Entalpia fizyczna powietrza do spalania
Entalpia fizyczna wsadu
Suma: