А) Приходные статьи баланса

1). Теплота горения отопительного газа определяется по формуле

Q _г.т. = V_x * Q_н^р , кДж/т, (120)

где V_x - искомый расход сухого газа на обогрев батареи, м3/т шихты;

Q_н^р - низшая теплота сгорания сухого газа, кДж/м3, определяется расчетным путем по известным составу газа и тепловым эффектам реакций окисления горючих компонентов топлива определяется по формуле (101)

2). Тепло отопительного газа и паров воды, которые вносятся с ним

Q_г = V_x  t_г  ( C_г + W_г C_п ),кДж/т. (121)

В этой формуле C_г и C_п - средние теплоемкости соответственно газа и паров воды при температуре t_г поступления их в отопительную систему. Для доменного газа эта температура определяется температурой в туннелях и составляет порядка 35 ⁰С. Для коксового газа, который во избежание выделения из него нафталина и конденсата в арматуре печей перед разветвлением в туннели подогревается в решефере до температуры t_г = 60 ⁰C.

Влажность газа (W_г) в расчете на сухой газ определяется так:

p*

W_г = -------- 100 % (122)

Р - p*

где p* - парциальное давление водяных паров, насыщающих газ в процессе мокрой очистки при температуре 25 ⁰С. По пути к печам, особенно в жаркие летние дни, а также в туннелях газ дополнительно нагревается, однако содержание водяных паров в нем при этом не возрастает. Если температура газа снижается, избыточная влага конденсируется и отводится через гидрозатворы.

Р – общее давление газа, которое равно атмосферному (если не известно, то принимается 750 мм.рт.ст.) плюс избыточное давление, под которым находится газ в газопроводе (120 - 140 мм вод.ст.).

3). Тепло воздуха и паров воды, поступающих в отопительную систему

Q_в = V_x  L_д  t_в*( C_в + W_в  C_п ), кДж/т. (123)

Здесь C_в - теплоемкость сухого воздуха при температуре в туннелях t_в, кДж/(м^{3 0}С);

W_в - влажность воздуха, равная

pφ

W_в = ------------- , м³/м³ сухого воздуха , (124)

P - pφ

здесь φ- относительная влажность воздуха в долях.

L_д - действительный расход воздуха, равный теоретическому L_т , умноженному на коэффициент избытка воздуха "α". L_т зависит от состава газа и с учетом содержания кислорода в воздухе в количестве 21 % вычисляется по формуле:

L_т = [0,5*CO₂ (%) + 0,5H₂(%) + 2*CH₄(%) + 3*C₂H₄ (%) - O₂(%)] / 21, (125)

м³ /м³ газа.

Коэффициент избытка воздуха является важным параметром обогрева печей, процесса, условия эксплуатации батареи. При малом имеет место неполное сгорание и потери отопительного газа, а при чрезмерно большом - интенсивное горение газа в нижней части вертикалов, короткий факел, неравномерный нагрев угольной загрузки по высоте камеры, повышенный унос тепла с продуктами горения.

Величина α должна быть оптимальной. Так, при обогреве печей доменным газом 1,25, коксовым – 1,30, а богатым обезводороженным газом с заводов синтеза аммиака – 1,35.

Коэффициент избытка воздуха представляет собой отношение практического количества воздуха, подаваемого на горение, к теоретически необходимому:

L_д L_т + L_изб. L_изб.

α= ------ = ------------- = 1 + ------- . (126)

L_д L_т L_т

Такое же равенство справедливо и для чистого кислорода:

O₂ изб.

α = 1 + ––––––––– (127)

O₂ т

Избыточное количество кислорода в продуктах горения О₂ изб (м³), как и содержание в них углекислого газа СО₂ (м³) может быть найдено по данным анализа продуктов горения.

О₂ изб = Vсух  О₂ (128)

СО₂ т = Vсух  СО₂ (129)

Здесь О₂ и СО₂ - часть или доля кислорода и углекислого газа в продуктах горения (данные анализа), а Vсух - объем сухих продуктов горения, образующихся при сгорании произвольного количества газа (м³). Деля равенство, находим, что

СО₂ т  О₂

О₂ изб = ------------------- , (130)

CO₂

и, подставляя это выражение в формулу (127), будем иметь:

CO₂ т  О₂

α = 1 + --------------------------- . (131)

О₂т  СО₂

Отношение теоретических количеств углекислого газа и кислорода СО₂т/ О₂т не зависит от α и определяется только составом отопительного газа. Это отношение обозначается буквой " к ". Коэффициент "к " для коксового газа обычного состава равняется 0,42, для доменного - 2,54. Если состав газа меняется, то по реакциям горения следует определить новую величину "к". С учетом сказанного формула (131) приобретает вид:

O₂

α = 1 + к -------------- . (132)

СО₂

Если в отопительной системе печей из-за недостатка воздуха недогорает газ и в продуктах горения появляется окись углерода, то последнюю следует мысленно дожечь. Тогда в числителе формулы (132) в соответствии с реакцией горения окиси углерода процент кислорода уменьшится до величины О₂ – 0,5 CO, а содержание СО₂ в знаменателе возрастет на процент СО в смеси и составит СО + СО₂. В результате формула приобретает окончательный вид:

O₂ - 0,5 CO

α = 1 + к --------------------------- . (133)

CO + CO₂

В таком виде формула носит название формулы В.В. Юшина. Необходимо отметить, что формула (133) не учитывает сопутствующий недожог водорода, в связи, с чем более точным является выражение:

O₂ – 0,5*(CO + H₂ )

α = 1 + к *--------------------------- . (134)

CO₂ + СО

Однако из-за сложности определения содержания водорода в продуктах горения в условиях завода и учитывая достаточную для практических целей точность формулы Юшина, последняя получила всеобщее распространение.