Тепловой баланс

Тепловой баланс камеры тушения кокса имеет следующий вид:

(14)

Теплота, отданная охлаждаемым коксом:

(15)

где G_к – расход охлаждаемого кокса, кг/с; с₁ и с₂ – теплоемкость кокса при температуре загрузки и выдачи, кДж/(кг×К); t₁ и t₂ – температура кокса при загрузке и выдаче,°C.

Камера тушения кокса в нижней части находится под избыточным давлением, создаваемым дымососом рециркуляции газов, а в верхней части - под разряжением. За счет этого часть газов рециркуляции покидает камеру тушения и взамен их из атмосферы к газам подмешивается воздух, который окисляет раскаленный кокс. Это приводит к дополнительному тепловыделению в камере тушения кокса. Выделившуюся при окислении кокса теплоту называют теплотой угара кокса и рассчитывают по выражению:

(16)

где j_к – доля кокса окисленного при тушении, по практическим данным принима­ется 0,5-1,6 %; – теплота сгорания кокса, кДж/кг.

Теплоотвод с утечкой газов, циркулирующих в системе:

(17)

где — средняя теплоемкость циркулирующих газов, теряемых в атмосферу, кДж/(м³×К); _г – средняя по высоте камеры тушения газов температура циркулирующих газов, °С; с_в – теплоемкость воздуха, поступающего в камеру тушения кДж/(м³×К); t_в – температура возду­ха, °C; V⁰ – теоретически необходимое количество воздуха для окисления одного килограмма кокса, м³/кг.

Теплота, переданная в камере тушения циркулирующим газам:

(18)

где G_г — искомый объем газов, циркулирующих в системе, м³/с; c^’ и c^’’ – теплоемкости газов на входе и выходе из камеры тушения, кДж/(м³×К); t^’ и t’’ – соответствующие температуры газов на входе и выходе из камеры тушения, °С.

Теплопотери поверхностью камеры тушения:

(19)

где a_л и a_к – коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией в атмосферу. Для практических расчетов можно принять a_л + a_к = 23 Вт/(м²×К); t_п – температура поверхности камеры (средняя), °C; F_п – наружная поверхность камеры, м².

Из решения уравнения теплового баланса (14) определяют объем газов, циркулирующих в системе:

(20)

Среднее время пребывания кокса в камере тушения определяется из очевидного соотношения

(21)

где V_к – объем камеры тушения, м³; r_к – плотность кокса, кг/м³; e - порозность.

Теплота, отданная коксом в камере тушения, может быть рассчитана из уравнения теплопередачи как

, (22)

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К); F_к – площадь поверхности теплообмена частиц кокса, м²; Dt – температурный напор в камере тушения, ºС. Приравнивая значения теплоты, отданной коксом по формулам (15) и (22), и подставляя в (21) выражение для расхода кокса, получим в окончательном виде формулу для расчета времени пребывания коса в тушильной камере

. (23)

Удельная поверхность реагирования частиц кокса S_к =F_к/V_кможет быть рассчитана при известном среднем размере δ коксовых частиц по выражению

(24)

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по выражению

, (25)

где второй член в знаменателе учитывает неравномерность температур по радиусу коксовых частиц; l – средний коэффициент теплопроводности куска кокса, Вт/(м×К); a_F – суммарный коэффициент теплопередачи от кокса к газу, Вт/(м²×К). Этот коэффициент равен

a_F = a_л + a_к, (26)

где a_л – коэффициент теплоотдачи излучением от кокса к газу, можно принять равным 2,3 Вт/(м²×К); a_к – коэффициент теплопередачи конвекцией от кокса к газу, Вт/(м²×К);

(27)

где w – скорость газов на свободное сечение камеры, м/c; d – диаметр межкускового пространства, м², примерно равный радиусу частиц кокса.

Объем рабочей части камеры тушения (без учета форкамеры) составит

, (28)

где t – расчетная (по 23) продолжительность тушения кокса, ξ - экспериментальный коэффициент, равный 1,7 и учитывающий неравномерность схода кокса и распределения дутья по сечению.

Сечение камеры тушения рассчитывается по формуле

(29)

где w_н.у – скорость газа, приведенного к нормальным условиям; в расчете на свободное сечение камеры допускается в пределах 0,5 - 0,9 м/с.

Высота рабочей части камеры

. (30)