Технический углерод. Процессы и аппараты. Дополнительные материалы

Tтоп.= n· Тк.топ.= 0,95·1200?С. = 1140?С.

Следует отметить, что теплосодержание газов, (3666,1кДж/м?) рассчитывалось на сухую часть газов, теплосодержание влажных газов составит 3666,1/1,375= 2666кДж/м?.

3.4.2. Определим температуру продуктов сгорания отходящих газов в печи дожига газов.

Эту температуру также определяем по формуле (3.5.),т.е. Tдейст = nпир ·TkАЛ. Калориметрическую температуру определяем так же, как и для топки камеры обогрева. В отличии от условий сжигания отходящих газов в топке, в печь дожига газов подаётся холодный воздух. Теплоёмкости принимаем из условия, что температура продуктов сгорания составит 1125?С. (Предварительно проведено три приближения.)

Tк.печи.= (Qн + ?·Vв·cв·Tв + Vг·cг·Tг))/(?Vпс·Спс + Vизб.в.·Св.) = (3143+1,1·0,595·1,3·20 + +1,0·1,34·170)/(0,173·2,259 + 1,167·1,413 + 0,5095·1,7622 + 0,0595·1,3) = =3388/3,021=1121,5?С.. Различие между полученным результатом и той температурой, при которой определяли теплоёмкости составляет всего 3,5?С.(0,3%), поэтому полученную температуру считаем окончательной.

В связи с большой наружной поверхностью печи дожига теплоотдача от печи дожига отходящих газов в окружающую среду составляет 10—12%., при этом температура газов перед дымовой трубой печи (без принудительного охлаждения) составит:

Tпечи = 0,9·1121,5= 1009?С.,где 0,9 – пирометрический коэффициент (n= 1,00-10/100= 0,9).

Такая температура не допустима для обмуровки (или металла) дымовой трубы. Поэтому перед дымовой трубой продукты сгорания отходящих газов необходимо охлаждать. По проектам охлаждение предусматривалось за счёт впрыска воды в боров печи дожига газов, что приводило к периодическому разрушению футеровки борова печи и необходимости довольно частых ремонтов. Увеличения надёжности работы печи удалось достичь посредством охлаждения продуктов сгорания отходящих газов за счёт подсоса в печь воздуха через специальные отверстия. Это не только сократило количество ремонтов печи, но и понизило концентрацию вредных газов, в продуктах сгорания, удаляемых из печи дожига газов. Печь дожига газов является важным агрегатом в технологической схеме производства техуглерода, так как при остановке печи дожига неизбежно снижается объём производства техуглерода в связи с невозможностью полного дожига отходящих газов. Поэтому надёжной эксплуатации печей дожига газов должно уделяться самое серьёзное внимание. Прежде всего, каждая печь дожига должна иметь индивидуальную дымовую трубу, не связанную с дымовыми трубами котельных. Понижение температуры продуктов сгорания газов нужно производить за счёт смешивания их с холодным воздухом, печь должна иметь все необходимые контрольно-измерительные приборы, а также нужно периодически производить инструментальные замеры расходов отходящих газов.

3.4.3. Определим температуру горения смеси отходящих газов с природным газом.

Для стабилизации процесса горения отходящих газов производства техуглерода, а также для повышения температуры продуктов сгорания отходящих газов в горелки котлов, печей дожига газов и топки камер обогрева сушильных барабанов в дополнение к отходящим газам подают в небольших количествах природный газ.

Произведём расчёт температуры продуктов сгорания отходящих газов в топке камеры обогрева сушильного барабана при подаче в горелку 1,0% природного газа от объёма сухой части отходящего газа. Так как в составе природного газа содержится до 98,5% метана, для упрощения расчётов заменим объём природного газа на такой же объём метана. Это не повлияет на результаты расчёта. Произведём расчёт состава отходящих газов в образовавшейся смеси газов:

СО = 14·0,99 = 13,86%; H2 = 12·0,995= 11,88%; СО2=3,0·0,99 = 2,97%; О2 = 1,0·0,99 = 0,99%; СН4= 0,1·0,99= 0,099%; H2S= 0,2·0,99= 0,198%; N2= 69,7·0,99= 66,003%; природный газ (СН4)=1,0). Итого– 100%.

Рассчитаем теплоту сгорания смеси газов:

Qн.см= 0,126СО + 0,108Н2 + 0,238Н2S +0,385СН4= 0,126·13,86 + 0,108·11,88 + 0,238·0,198 + 0,385·( 0,099+1,0)= 1,74636 + 1,283 + 0,04712+ 0,4231= 3,4996мДж/м?. (3499,6кДж/м?).

Объём воздуха, необходимый для сжигания 1м? смеси газов составит:

V0. возд.= [0,5(CO+H2)+2CH4+1,5H2S-O2]·1/21=(12,87+2,198+0,732-0,99)·1/21=14,81/21= =0,705м?/м?.

Определим объём продуктов сгорания смеси газов:

Vco2 = 0,01( CO + CO2 + CH4 )= 0,01(13,86+ 2,97 + 1,099)= 0,1793м?/м?.

VSO2= 0,01·H2S= 0,01·0,198 = 0,00198м?/м?.

Vo2=0,21·(?-1)·V0в = 0,21·0,1·0,705= 0,0148м?/м?.

VN2= 0,79·?·V0в + 0,01·N2= 0.79·1,1·0,705+ 0,01·69,003=0,61264+0,69003= 1,3026м/м?.

Vн2о= 0,01 [Н2 + 2СН4 + Н2S + 0,124·(dг+ ?·V0в.·dв)= 0,01[11,88+1,099+0,198) +

+0,124·(302+1,1·0,705·16)= 0,01·( 13,177+ 38,98)= 0,52157м?/м?.

Vпр.сг.= 0,1793 +0,ОО198+0,0148+1,3026+0 52157= 1,9356= 2,022м?/м.

Определим теплосодержание смеси отходящего и природного газов при температуре смеси газов 170?С. и температуре воздуха 340?С.

Qсм = Qн.см. + Qг + Qв = 3499,6+Vг·сг·Тг+Vв·cв·Tв = 3499,6+ 1·170·1,34+1,1·0,705·340= =4077,8кДж/м?.

Рассчитаем калориметрическую температуру горения смеси природного и отходящего газов. Калориметрическую температуру определяем по изложенному выше методу последовательных приближений (п.1.2.6.Разд.4.3.).

Принимаем в первом приближении, что температура T1 составит 1200?С., тогда возьмём теплоёмкости газов из Табл.3.1. и определим расчётную величину температуры

Т1=(3499,6 + 1·170·1,34 + 1,1·0,705·340·1,325)/(0,1793·2,2819 + 0,0148·1,5063 + 0,00198·2.15 + 1,3026·1,43 + 0,52157·1,7825)= 4077,8/3,2144= 1269 ?C. Отсюда понятно, что расчётная температура значительно отличается от принятой в первом приближении, а теплосодержание продуктов сгорания Q1= 3,2144·1200=3857,3кДЖ/м?. меньше теплосодержания смеси газов (4О77,8кДЖ/м?). Поэтому во втором приближении принимаем температуру Т2= 1300?С. Определим теплосодержание продуктов сгорания при этой температуре, исходя из объёмов и теплоёмкостей газов CO2, N2 H2O, SO2:

Q2 =Т2·(0,1793·2,3079 + 0,0148·1,5154 + 0,52157·1,8085 + 1,ЗО26·1,4305 + 0,00198·1,525)=

=T2·(0,4138+0,02243+0,94326+1,863+0,00302)=1300·3,245=4219,3кДЖ/м?. Эта величина больше величины теплосодержания смеси газов(3874,5), поэтому калориметрическую температуру определяем по формуле:

Ткал.=Т1+ = 1200 + 100·= 1200 + +100·0,61= 1261?С. Ттоп= 0,95·1261= =1198?С.

Проведённые расчёты показывают, что при добавлении к отходящим газам 1,0% объёмных природного газа в расчёте на сухую часть газов, температура продуктов сгорания отходящих газов увеличивается примерно на 60?С., теплота сгорания смеси газов при этом возрастёт на ·100-100 = 11%.

3.4.4. Расчёты параметров отходящих газов на рабочий объём отходящих газов.

На практике производится измерение всего объёма отходящих газов т.е. влажных газов или, как принято говорить рабочего объёма отходящих газов, поэтому все характеристики влажных газов определяются в данном примере из соотношения Vвл.г = Vс.г.·1,375, рассчитанного в начале примера. Как уже указывалось, теплота сгорания влажных отходящих газов составит: 3143/1,375= 2285,8кДж/м?. Определим теоретический расход воздуха для сжигания 1м? влажных отходящих газов: 0,595/1,375= 0,433м?/м?вл.г. При коэффициенте избытка воздуха ?= 1,1 необходимый объём воздуха для полного сжигания отходящих газов составит: 0,433·1,1= 0,476м?/м?вл.газ. На эту величину и нужно ориентироваться в практической работе. Далее рассчитаем состав влажных отходящих газов:

СО– 14/1,375=10,182%об. Н2– 12/1,375= 8,727%об. О2– 1,0/1,375= 0,727%об.

СН4– 0,1/1,375= 0,0727%об. Н2S– 0,2/1,375=0,145%об. N2– 69,7/1,375= 50,691%об.

Н2О– 0,375/1,375= 0,2727%об. СО2– 3,0/1,375= 2,182%об.

Исходя из полученного состава влажных отходящих газов, для проверки можно рассчитать, например, теоретический расход воздуха, необходимого для обеспечения полного сгорания отходящих газов: V0в= [ 0,5(10,182+8,727)+2СН4+1,5Н2S-O2]·1/21= 9,4545 + 0,1454 + 0,2175 – 0,727 = 0,433м?/м?., что соответствует первоначально рассчитанному значению (0,595/1,375= 0,433м?/м?.). Определим также теплоту сгорания влажных (рабочих) газов: Qн= 0,126·10,282 + 0,108·8,727 + 0,238·0,145 + 0,385·0,073= 2.285,8кДж/м?. Это полностью подтверждает полученный выше результат.

Таким образом, при пересчёте показателей отходящего газа с сухой части газов на рабочий объём, уменьшается содержание газов, входящих в состав отходящих газов, плотность газов, теплота сгорания, теоретический объём воздуха, необходимый для обеспечения полного сгорания газов, уменьшаются объёмы продуктов сгорания. Это уменьшение относительное и происходит потому, что объём влажных (рабочих) газов больше, чем сухих. Не изменяются только значения температурных параметров, так как в формуле определения температуры пропорционально уменьшаются как числитель, так и знаменатель.

Расчёт процесса горения отходящих газов производства техуглерода можно производить и сразу на рабочий объём, для этого достаточно знать только состав сухой части газов и влагосодержание отходящих газов. Далее определяют состав влажных газов, их плотность, теплоту сгорания, теоретический объём воздуха для сжигания 1м?влажного отходящего газа, объёмы продуктов сгорания, жаропроизводительность, а за тем калориметрическую температуру и действительную температуру горения.

В практической работе расчётные данные являются только ориентиром для определения технологических параметров при эксплуатации теплоиспользующего оборудования. Основным параметром является расход отходящих газов. Он определяется для топки камеры обогрева сушильного барабана из теплового баланса процесса сушки техуглерода. Сложность заключается в том, что имеются погрешности в измерении расходов отходящих газов. Это связано как с переменным составом отходящих газов, так и с большими объёмами отходящих газов, что отражается на точности измерения приборов. Первоначально количество отходящих газов, подаваемых для сжигания в топку камеры обогрева сушильного барабана, определяется на основе расчёта процесса сушки техуглерода. Затем производится корректировка расходов отходящих газов, воздуха, природного газа (при его добавлении) для достижения необходимой температуры продуктов сгорания газов и обеспечения требуемого качества высушиваемого техуглерода.

В связи с тем, что в литературе по призводству техуглерода отсутствуют расчёты сушки влажного гранулированного техуглерода с использованием в качестве топлива отходящих газов производства техуглерода, рассмотрим его отдельно.

3.5. Расчёт процесса сушки техуглерода в сушильном барабане БСК– 40.

3.5.1. Исходные данные.

Количество высушиваемого техуглерода с учётом возврата G2– 3500кг/час.

Начальная влажность техуглерода U1– 50%вес.

Конечная влажность техуглерода U2 – 0,3%вес.

Температура техуглерода на входе в барабан q1– 90?C.

Температура техуглерода на выходе из барабана q2– 160?C.