5.1.3.Тепловой баланс коксовых печей и расход тепла на коксование

Тепловой баланс коксовых печей составляется при расчетах и проектировании новых конструкций коксовых печей, а в условиях работающей установки - для выявления неэффективных статей расхода тепла. Основное назначение теплового баланса - определение расхода тепла на коксование. Определенные на основании теплового баланса теплотехнический и термический коэффициенты полезного действия различных коксовых батарей позволяют сравнивать эффективность их работы и оценивать различные системы коксовых печей. Тепловые балансы составляются на единицу тепла, обычно на 1000 кг шихты или 1000 кДж тепла.

При расчете теплового баланса коксовых печей считается, что потерь тепла за счет непол­ноты сгорания отопительного газа не должно быть, так как при правильном сжигании весь газ должен сгореть в отопительной системе коксовых печей. Тепловые балансы печей системы ПВР Гипрококса для случаев обогрева коксовым газом и смесью доменного и 10% об. коксового газов приведены в табл. 5.3 и 5.4.

Таблица 5.3. Тепловой баланс печей при отоплении коксовым газом (на 1000 кг шихты)

Приход	кДж	% масс	Расход	кДж	% масс
Тепло сгорания газа Энтальпия газа воздуха влажной шихты Неучтенный приход тепла, выделяющегося при горении, и теплота реакции.	2358023 9291 23302 26713 211204	89.70 0.35 0.89 1.01 9.05	Тепло: кокса газа химических продуктов Тепло, уносимое влагой Тепло, уносимое продуктами сгорания Потери тепла: в окружающее пространство	1092639 362175 94707 430191 409021 239800	41.6 13.8 3.6 16.3 15.6 9.1
Итого:	2628533	100	Итого:	2628533	100

Таблица 5.4. Тепловой баланс коксовых печей, отапливаемых смесью доменного и коксового газов (на 1000 кг

шихты)

Приход	кДж	% масс.	Расход	кДж	% масс.
Тепло сгорания газа	2451791	89.79	Тепло на нагрев кокса газа химических продуктов	1092639 362175 94707	40.0 13.30 3.58
Энтальпия газа Воздуха влажной шихты	19855 21095 26713	0.72 0.77 0.97

Продолжение таблицы 5.4.

Приход тепла (неуч­тенный) от горения кокса, газа; теплота реакции	211204		Тепло, уносимое продуктами сгорания	511146	18.70
			Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива в окружающее пространство	0 239800	0 8.77
Итого:	2730658	100	Итого:	2730658	100

Как видно из этих данных и опыта эксплуатации коксовых батарей, расход тепла на коксование зависит от различных факторов: отопительного газа, свойств угольной шихты (влажности, выхода летучих веществ), конструкции батареи и др.

Различают полный расход тепла на коксование, который учитывает все тепло, израсходованное в коксовой печи, включая, кроме тепла сгорания отопительного газа, тепло от сгорания сырого коксового газа, просочившегося через возможные неплотности в отопительную систему, и т.д.

Расход тепла зависит в значительной степени от коэффициента полезного действия коксовой батареи, т.е. от ее конструкции и определяется отношением полезного действия затраченного тепла к общему количеству израсходованного тепла. "Полезное" тепло расходуется на собственно процесс коксования и уходит с раскаленным коксом и летучими продуктами коксования, поступающими в газосборник, с теплоизлучением кладки печей и с продуктами горения в трубу. Сумма первых четырех статей расхода тепла, выраженная в процентах к общему количеству затраченного тепла, называется теплотехническим коэффициентом полезного действия коксовой батареи:

где О_общ - общее количество тепла; Q_пг - потери тепла с продуктами горения; Q_пот - потери тепла в окружающую среду.

Теплотехнический КПД современных коксовых печей составляет в настоящее время 72 - 76 %. Для оценки совершенства конструкции коксовых печей важно также знать, какая часть подведенного тепла может быть использована теоретически. Это характеризуется показателем термического КПД:

где Q_ПГ - потери тепла с продуктами горения в дымовую трубу; Q_oбщ - общее количество затраченного тепла.

Термический КПД современных коксовых печей составляет 79 - 85%. С учетом коэффициента полезного действия коксовых печей расход тепла на коксование угольных шихт составляет для новых коксовых батарей различных конструкций при обогреве коксовым газом 2300 - 2400 кДж/кг, а при обогреве смесью доменного и коксового газов 2500 - 2700 кДж/кг (сухой шихты).

В практике работы заводов определяется расход тепла на коксование 1 кг шихты, приведенной к влажности 8%,

где q_прив - приведенный расход тепла на коксование шихты 8%-ной влажности, кДж/кг; q_ф - средний расход тепла на коксование 1 кг шихты фактической влажности за отчетный период, кДж/кг; 33.5 - поправка расхода тепла на каждый 1%(масс.) влажности шихты выше 8%(масс); W^r - рабочая влажность шихты в среднем за отчетный период выше 8%. Для шихты влажностью ниже 8%(масс.) поправка не вводится

где V_п - расход газа за отчетный период, с учетом поправки на кантовку, Нм³/ч; Qi- низшая теплота сгорания отопительного газа, кДж/Hм³ ; Ш - среднечасовое количество шихты фактической влажности, израсходованной на коксование, кг/ч.

Расход тепла на испарение 1 кг влаги и перегрев пара в два раза больше, чем на коксование 1 кг угольной шихты, но изменения влажности влияют на характер теплопереноса в угольной загрузке, изменение температуры подсводового пространства, то есть на температуру парогазовых продуктов коксования.

Увеличение влажности угольной шихты повышает расход тепла на коксование. Повышение выхода летучих веществ также влечет за собой увеличение расхода тепла, так как летучие уносят больше тепла. С ростом долевого участия в шихтах газовых и длиннопламенных углей следует ожидать увеличения расхода тепла на коксование. Эта же тенденция наблюдается при увеличении в составе шихты углей высокой степени метаморфизма. Это объясняется отрицательными тепловыми эффектами при 950 - 1000 °С и повышенной величиной средней удельной теплоемкости полученного кокса.

Органические вещества, добавляемые в шихту любым способом (микродобавки, спекающие добавки, частичное брикетирование), как правило, увеличивают выход летучих веществ, и значит, повышают расход тепла на коксование.

Сокращение периода коксования влечет за собой повышение температуры в отопительной системе, а значит, увеличиваются потери тепла в окружающую среду и с дымовыми газами. Расход тепла на коксование при отоплении печей любым богатым (коксовый, природный) газом ниже, чем при использовании для обогрева бедного (доменный, генераторный) газа или его смеси с коксовым, несмотря на то, что температура горения коксового газа выше, чем бедного. Продукты сгорания доменного и генераторного газов имеют значительно большую плотность и поэтому, учитывая их теплоемкость, потери тепла с дымовыми газами больше.

Расход тепла на коксование на батареях системы ПК, ПК-2К больше, чем на батареях системы ПВР, Системы с нижним подводом имеют меньший расход тепла. Общезаводская норма расхода тепла на коксование (относительный расход) устанавливается в килограммах условного топлива на тонну сухой шихты.

Относительный расход тепла, кДж/кг, определяется по формуле:

где q_отн - относительный расход тепла на коксование сухой шихты за отчетный период, кДж/кг.

Величина расхода тепла на коксование - важная характеристика коксовой батареи, так как около 30% расходов на передел шихты в кокс составляют затраты на обогрев коксовых печей.