1 Расчет кокса при полном горении

Состав кокса в рабочей массе

= 93 % = 0,5 %

= 2 % = 2 %

= 0,2 % = 2 %

= 0,3 %

Количество энергии при сгорании топлива:

Необходимый для горения объем кислорода:

Теоретически необходимый расход воздуха:

Фактический расход воздуха:

Расчет выхода продуктов горения:

Объем продуктов горения :

Состав продуктов горения:

Содержание воздуха в продуктах сгорания:

Плотность продуктов сгорания:

Химическая энтальпия продуктов сгорания:

а) без учета химического недожога:

При температуре подогрева воздуха , энтальпия 1воздуха составляет:

б) с учетом химического недожога:

2 Расчет кокса при неполном горении

При неполном горении кокса в продуктах горения, кроме появляется. Данный состав газа наблюдается в вагранке:;.

Для того, чтобы определить состав газа, необходимо найти углерод, переходящий в .

,

если известно количество сухих газов, то можно принимать 20 – 28 %

Примем 0,2

Объем :

Расчет воздуха для горения 1 кг кокса:

Расчет выхода продуктов горения:

Объем дымовых газов:

Состав продуктов горения:

Действительный коэффициент расхода воздуха:

Коэффициент использования кокса при работе на воздухе без подогрева:

,

где энтальпия 1воздуха

теплота, не выделяемая при химическом недожоге

теплота, не выделяемая при механическом недожоге

3 Расчет расхода воздуха, количества и состава продуктов сгорания природного газа

СН₄=96,8% С₄Н₁₀=0,1%

С₂Н₆=0,5% С₅Н₁₂=0,1%

С₃Н₈=0,3% СО₂=0%

N₂=2,2%

Содержание влаги в сухом газе

α=1.09

Количество H₂O в газе рассчитываем как разницу: 100–∑веществ=2,424

Расход кислорода на горение:

Теоретический расход воздуха:

Действительный расход воздуха:

Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания:

Общее количество продуктов сгорания:

Состав продуктов сгорания:

Плотность продуктов сгорания:

Теплота сгорания газа:

Химическая энтальпия продуктов сгорания:

а) без учета химического недожога:

б) с учетом химического недожога:

4 Материальный баланс вагранки

Материальный баланс составляется для проверки правильности расчетов. Материальный баланс — закон сохранения масс — суммарная масса поступивших веществ равна массе образовавшихся.

Составим материальный баланс плавки на 100 кг шихты

Статьи прихода:

Шихта.

Количество металлической шихты принимаем равной 100 кг (). В процессе плавки весь углерод, сера, фосфор, хром, никель полностью перейдут в выплавляемый металл. Часть кремнияперейдет в шлак, а 1,7 – в выплавляемый металл. Марганец переходит в шлак, в металл. Железо переходит в шлак, в металл 64,663.

Количество кислорода для окисления элементов определяется по реакциям:

,

для окисления 1 моля Si требуется 1 моль О₂, а для окисления 0,3 кг Si –

1 Кмоль Si – 28 кг 0,3 кг

1 кмоль О₂ – 32 кг 0,343 кг

Содержание кислорода в сухом воздухе составляет 23,2 % по массе, а остальная часть воздуха N₂ . Масса азота будет в раз больше чем масса кислорода, т. е. масса азота составит

1 кмоль Mn – 55 кг 0,6 кг

1 кмоль О₂ – 16 кг 0,175 кг

масса

1 кмоль Fe – 56 кг 0,32 кг

1 кмоль О₂ – 16 кг 0,091 кг

масса

Кокс.

Учитывая подогрев воздуха до температуры , принимаем расход кокса равным 10 % массы металлической шихты, т. е.. При плавке часть углерода кокса переходит в жидкий металл (20 %), т. е.в процессе горения не участвует. В вагранке гориткокса, принимаем, что 50 % углерода кокса переходит вCO₂ и 50 % – в СО (в СО₂ и в СО).

1 кмоль С – 12 кг 4,4кг

1 кмоль О₂ – 32 кг 11,73кг

масса

1 кмоль С – 12 кг 4,4 кг

1 кмоль О₂ – 16 кг 5,87 кг

масса

1 кмоль Н₂ – 2 кг 0,2 кг

1 кмоль О₂ – 16 кг 1,6 кг

масса

Часть серы кокса также не горит, а переходит в жидкий металл (), а остальная часть серы () горит доSO₂. Зола кокса и СаО полностью переходят в шлак.

Природный газ.

СН₄=96,8/22,4=4,32кмоль

СН₄+2O₂=CO₂+2H₂O

СН₄=

O₂=

CO₂=

H₂O=

С₂Н₆=0,5/22,4=0,022кмоль

С₂Н₆+3,5O₂=2CO₂+3H₂O

С₂Н₆=

O₂=

CO₂=

H₂O=

С₃Н₈=0,3/22,4=0,013кмоль

С₃Н₈+5O₂=3CO₂+4H₂O

С₃Н₈=

O₂=

CO₂=

H₂O=

С₄Н₁₀=0,1/22,4=0,0045кмоль

С₄Н₁₀+6,5O₂=4CO₂+5H₂O

С₄Н₁₀=

O₂=

CO₂=

H₂O=

С₅Н₁₂=0,1/22,4=0,0045кмоль

С₅Н₁₂+8O₂=5CO₂+6H₂O

С₅Н₁₂=

O₂=

CO₂=

H₂O=

Примем, что на 100 кг шихты приходится 30% природного газа и 70% кокса. Сделаем расчет.(таблица 4.2)

Разгар футеровки:

.

Итого статьи прихода:

Статьи расхода:

Выплавленный металл.

На 100 кг шихты выплавляется 82,20 кг металла (таблица 4. 2):

Ваграночные газы.

Общее количество образующихся газов 455,933 кг (таблица 4.2):

Шлак.

Образуется из золы кокса, СаО, футеровки, окислов кремния, марганца и железа. Общее количество шлака 19,96 кг (таблица 4. 2): .

Итого статьи расхода:

Исходные материалы плавки								Продукты плавки
Материалы	Элементы		Реакции окисления	Воздух		Металл	Шлак	Газообразные продукты
	Эл-т	кг		О2,кг	N2,кг	кг	кг	СО2кг	СOкг	SO2кг	Н2Окг	N2,кг
Шихта 100 кг.	С	3				3
	Si	1,7	Si+O2=SiO2			1,7
	Si	0,3		0,343	1,135		0,643					1,135
	Mn	2,4	Mn+0,5O2=MnO			2,4
	Mn	0,6		0,175	0,579		0,765					0,579
	S	0,01				0,01
	P	0,007				0,007
	Cr	4				4
	Ni	6				6
	Fe	64,663	Fe+0,5O2=FeO			64,663
	Fe	0,32		0,091	0,301		0,411					0,301
Топливо, кокс, 10 кг	С	4,4	С+О2=СО2	11,73	38,83			16,13				38,83
	С	4,4	С+0,5О2=СО	5,87	19,43				10,27			19,43
	С	0,6				0,6
	Н	0,2	Н2+0,5О2=Н2О	1,6	5,296						1,8	5,296
	О	0,02		0,02	0,066							0,066
	N	0,03
	S	0,495	S+O2=SO2	0,495	1,638					0,99		1,638
	S	0,005				0,005
	W	0,2									0,2
	A	0,2					0,2
CaO	CaO	17					17
Футеровка		1					1
Природный газ, 100 м3	СН4	69,12	СН4+2O2=CO2+2H2O	276,48	915,15			190,08			155,52	915,15
	С2Н6	0,66	С2Н6+3,5O2=2CO2+3H2O	2,464	8,156			1,936			1,188	8,156
	С3Н8	0,572	С3Н8+5O2=3CO2+4H2O	2,08	6,885			1,716			0,936	6,885
	С4Н10	0,261	С4Н10+6,5O2=4CO2+5H2O	0,96	3,178			0,792			0,405	3,178
	С5Н12	0,324	С5Н12+8O2=5CO2+6H2O	1,152	3,813			0,99			0,486	3,813
	СО2	0		0
	N2	0,098										0,098
	H2O	1,3									1,3

Таблица 4.1 Расчет материального баланса

Таблица 4.2 Расчет материального баланса

Исходные материалы плавки									Продукты плавки
Материалы	Элементы		Реакции окисления	Воздух		Металл	Шлак	Газообразные продукты
	Эл-т	кг		О2,кг	N2,кг	кг	кг	СО2кг		СOкг	SO2кг	Н2Окг	N2,кг
Шихта 100 кг.	С	3				3
	Si	1,7	Si+O2=SiO2			1,7
	Si	0,3		0,343	1,135		0,643						1,135
	Mn	2,4	Mn+0,5O2=MnO			2,4
	Mn	0,6		0,175	0,579		0,765						0,579
	S	0,01				0,01
	P	0,007				0,007
	Cr	4				4
	Ni	6				6
	Fe	64,663	Fe+0,5O2=FeO			64,663
	Fe	0,32		0,091	0,301		0,411						0,301
Топливо, кокс, 7кг	С	3,08	С+О2=СО2	8,211	27,181			11,29					27,181
	С	3,08	С+0,5О2=СО	4,109	13,601					7,189			13,601
	С	0,42				0,42
	Н	0,14	Н2+0,5О2=Н2О	1,12	3,707							1,26	3,707
	О	0,014		0,014	0,0462								0,0462
	N	0,021											0,021
	S	0,347	S+O2=SO2	0,347	1,15						0,694		1,15
	S	0,0035				0,0035
	W	0,14										0,14
	A	0,14					0,14
CaO	CaO	17					17
Футеровка		1					1
Природный газ,30 м3	СН4	20,74	СН4+2O2=CO2+2H2O	82,94	274,5			57,02				46,66	274,5
	С2Н6	0,198	С2Н6+3,5O2=2CO2+3H2O	1,725	2,45			0,58				0,356	2,45
	С3Н8	0,172	С3Н8+5O2=3CO2+4H2O	0,624	2,07			0,51				0,281	2,07
	С4Н10	0,08	С4Н10+6,5O2=4CO2+5H2O	0,288	0,95			0,24				0,122	0,95
	С5Н12	0,097	С5Н12+8O2=5CO2+6H2O	0,346	1,14			0,297				0,146	1,14
	СО2	0
	N2	0,029											0,029
	H2O	0,39										0,39