Материальный баланс печи кс-450

Приход	Кол-во		Расход	Кол-во
	кг	м3		кг	м3
Колчедан	18768	-	Огарок	14038	-
Влага колчедана	1198	-	Обжиговый газ:
Сухой воздух	49400	38147	SO2	15337	5243
			SO3	129	36
			O2	1063	744
			N2	37600	30136
			H2O	1556	1936
Всего	69724	38592	Всего	69724	38095

Расчет основных показателей печи кс-450

Высота кипящего слоя печи КС в спокойном состоянии Н₀, м...1,0

Интенсивность работы печи l, кг/(м²*сут)…….……………..10000

Количество сжигаемого сухого колчедана, содержащего

41 % S, G_кол, кг/ч ……………………………………………….18768

Температура газа, ºС:

- на входе в котел-утилизатор t_вх……………………..…………..850

- на выходе из котла-утилизатора t_вых……………………..……..450

Теплоемкость обжигового газа с_г, кДж/м^3…………………………1,43

Диаметр печи определяем исходя из уравнения

F = (π D²)/4=24G'/I,

где F - поверхность пода печи, м²;

G' - количество сухого колчедана (45% S), сжигаемого в печи, определяют по формуле G'=_GколС_S/45= 18768*41/45= 17100 кг/ч,

D= =7,3 м.

Количество теплоты, используемой в котле-утилизаторе (если потери теплоты в нем составляют 1 %), определяют по уравнению:

Q_к= V_Сг (t_ВХ-t_ВЫХ)0,99= 38095*1,43 (850-450)0,09=21500000 кДж\ч.

Общее количество используемой теплоты (в печи КС и в котле-утилизаторе) составляет [учитывая, что Q =46437000 кДж\ч (см. тепловой баланс)].

Q_ОБЩ=Q_П+Q_к=46437000+21500000=67937000 кДж/ч.

Количество получаемого пара:

П=Q_ОБЩ/q=67937000/2790=24400 кг/ч,

где q - энтальпия пара при 4 Мпа, q=2790 кДж/кг.

Количество получаемого пара в пересчете на 1 т Н₂SO₄:

П=24400/20,833=1167 кг/т Н₂SO₄, или 1,17 т/т Н₂SO₄.

Мощность устанавливаемых на заводах печей возрастает из года в год. Их производительность достигает уже 1000 т/сут. Методика приведенных расчетов применима независимо от мощности печи.

Сжигание серы происходит проще и легче, чем обжиг колчедана, и протекает по реакции

S (т) + О₂→ SO₂ + 296 кДж.

Тепловой баланс

В основе уравнения теплового баланса химико-технологического процесса лежит закон сохранения энергии, согласно которому количество теплоты, поступающей в данный процесс (ΣQ')( если в последнем нет превращений ее в другой вид энергии), равно количеству теплоты, выделяющейся в процессе (ΣQ''):

ΣQ'=ΣQ''; (2)

ΣQ'-ΣQ''=0. (2а)

В уравнение теплового баланса (2) химико-технологического процесса входит несколько величин.

В приход:

а) теплота, вносимая входящими в аппарат веществами, - Q₁;

б) теплота экзотермических процессов, протекающих в данном аппарате, -Q₂;

в)теплота, вносимая за счет подогрева извне, - Q₃.

В расход:

г) теплота, уносимая выходящими из аппарата продуктами, - Q₄;

д) потери теплоты в окружающую среду, - Q₅;

е) теплота эндотермических процессов, протекающих в аппарате, - Q₆.

Таким образом, уравнение теплового баланса (2) принимает вид:

Q₁+Q₂+Q₃=Q₄+Q₅+Q₆ (2б)

Подсчет каждой из указанных величин является одной из главных задач расчета теплового баланса химико-технологического процесса.

А) Q₁- теплота, вносимая входящими в аппарат веществами, подсчитывается по уравнению:

Q₁=M_sC_s∙t, (3)

где M_s- количество веществ, входящих в процесс ( в кг, м³, молях), берут из данных материального баланса. Если значение M_s для газов берется в объемных единицах, то объем газа нужно обязательно привести к нормальным условиям; C_s-средняя теплоемкость исходных веществ. Величину C_s берут из приложений 4 и 5; t- температура исходных веществ при поступлении в процесс. Величина C_s должна быть взята или подсчитана в соответствии с величиной М_s берут в кг, то C_s следует брать в кДж/кг и т.п.

В случае подсчета величины Q₁ для системы, состоящей из нескольких компонентов, формула (3) примет вид:

Q₁=М_s t (m₁c₁+m₂c₂+m₃c₃+ m_nc_n+) (3a)

Пример 5. Определить количество теплоты Q₁ в кдж, которое несут с собой 200 м³ газа (приведенных к н.у.), состоящего из 25% N₂ и 75% Н₂ при 400ºС, если средняя объемная теплоемкость N₂ и Н₂ при этой температуре составляет:

C = 1,30 (кДж/м³), а

C = =1,32 (кДж/м³) (см. прил.4).

Решение. Подставляя имеющиеся данные в уравнение (3а), получим:

А) Q₁=200*400*(0,25*1,32+0,75*1,30)=104400 (кДж).

Б) Q₂- теплота химических и физических превращений, протекающих в данном процессе. При подсчете Q₂ необходимо знать и ясно представлять химические реакции и превращения реагирующих веществ из одного агрегатного состояния в другое. Значение тепловых эффектов реакций, теплоты растворения, испарения берутся из соответствующих таблиц и справочников. Положительные значения величин следует относить к приходу тепла, отрицательные – к расходу.

В) Q₃-теплота, подающаяся к аппарату извне, через его стенки (подогрев аппарата горячими газами, сжигание под ним топлива, электроподогрев и т.п.). Эта величина подсчитывается в зависимости от конкретных условий.

Г) Q₄- теплота, уносимая уходящими из аппарата продуктами, подсчитывается точно так же, как и количество теплоты Q₁.

Д) Q₅-тепловые потери в окружающую среду, которые вызываются теплопроводностью стенок аппарата, переходом тепловой энергии в лучистую, конвекцией; подсчитываются по разности приходной и расходной части баланса. Тепловой баланс, так же как и материальный, состоит их двух частей: прихода и расхода, выражается в форме таблицы или диаграммы.

Пример 6. Составить тепловой баланс обжига 1 т влажного колчедана на основе материального баланса (табл. 6) и приведенных ниже данных:

Теплоемкость колчедана –0,13, огарка –0,25 ккал/кг*град; теплоемкость водяного пара –0,36, воздуха –0,31 ккал/м³*град; средняя теплоемкость обжигового газа 0,342 ккал/м³*град; теплопотери печи принимаем равными 25% от прихода тепла; теплота обжига колчедана равна 1285000 ккал. Температура колчедана и воздуха равна 20 ºС, огарка -550 ºС, обжигового газа -680 ºС.

Степень контактирования – 98%. Результаты расчетов выразить в кг и нм³.

Таблица 6

Приход			Расход
Статья прихода	Количество		Статья расхода	Количество
	кг	нм3		кг	нм3
Сухой колчедан Влага с колчеданом Сухой воздух Влага с воздухом	960 40 3806 28	- - 2950 34,6	Огарок Печной газ В том числе: Сернистый газ Серный ангидрид Кислород Азот Вода	705 780 50 316 2920 68	- 270 14 221 2335 85
Всего	4834	-	Всего	4839*	-

*Превышение расхода над приходом (5 кг) объясняется округлениями цифр при расчетах.

Решение∙