Следовательно, для нагрева 265 тонн шихты барабан должен совершить 265/22,92 = 11,562 циклов. Тогда длина слоя будет равна:
L = 11,562*11,7 = 135,275 м.
Барабан заполнен шихтой на 12%. Графическим способом найдем ширину слоя. Она равна 2,24 м.
Qконв = 1,45 *(120-20)*135,275*2,24/1000000 = 0,248 Гкал/ч = 1,04 ГДж/ч.
Формула для лучистого теплообмена имеет вид:
Qлуч = , Гкал/ч , (67)
где cпр- приведенный коэффициент излучения, ккал/(м2*ч*°С4), который равен:
cпр = , ккал/(м2*ч*°С4),
где е1 и е2 - степени черноты дымовых газов и шихты.
cпр = =1,4 , ккал/(м2*ч*°С4);
Qлуч =спр* *303,016 = 3,457 Гкал/ч = 14,84 ГДж/ч.
Полезная теплота, воспринятая водой и шихтой при расходе топлива 4081 м3/ч, будет равна:
Qпол = Qконв + Qлуч, Гкал/ч, (68)
Qпол = 0,248 + 3,457 = 3,705 Гкал/ч = 15,52 ГДж/ч.;
Ранее посчитанное значение было Qпол = 3,7048 Гкал/ч. Найденное значение Qпол = 3,705 Гкал/ч соответствует рассчитанному.
Для проверки результата найдем температуру уходящих газов.
Qух.газов = V ух.газов *c ух.газов *(tух.газов -tв), Гкал/ч, (69)
Выразим потери тепла с уходящими газами из теплового баланса:
Qух.газы = Qхт + Qфв -(Qшихты + Qводы + Qокр.ср.), Гкал/ч, (70)
Qхт = Qрн*B, Гкал/ч, (71)
Qфв = Vв*св*?t, Гкал/ч, (72)
Qух.газы = 921,8*4081 + 0,829*4081*1,319*(300-20)/4,19 - (3,705+0,01) =
= 0,368, Гкал/ч = 1,54 ГДж/ч.
Выразим температуру уходящих газов:
tух.газы = Qух.газы/(Vв*св) - tв, °С, (73)
tух.газы = 0,368/(3,043*4081*0,311)*1000000 + 20 = 115,6 °С;
Разница между полученным значением и принятым ранее составляет:
(120 - 115,6)/120*100 = 3,67% < 10%.
Дальнейший пересчет температуры уходящих газов не требуется.
Найдем кпд установки:
з = Qпол/Qобщ (74)
з = 3,368/4,083*100% = 82,5%
Высокий кпд установки обусловлен 3 факторами:
1. После перевода установки на доменный газ снизилась температура уходящих газов;
2. ввод подогретого до 300 °С воздуха снизил количество сжигаемого топлива, что также уменьшило потери с уходящими газами;
3. дополнительные подсосы воздуха через неплотности были учтены в расчетах и стали положительным фактором в технологическом процессе.
2.4 Аэродинамический расчет газопровода доменного газа
Аэродинамический расчет выполняется с целью определения гидравлического сопротивления газового тракта и потерь давления в нем. Потери складываются из потерь на трение и местных сопротивлений.
Для транспортировки доменного газа в цех нужен новый магистральный газопровод. Так как в цехе установлены 4 барабана-окомкователя, то найденный ранее расход топлива нужно увеличить в 4 раза. Тогда B = 4*4081 = 16324 м3/ч.
Зададимся диаметром газопровода 630/8 и определим скорость движения газа в нем. При этом скорость не должна превышать 40 м/с и быть менее 10 м/с, что установлено нормативными документами.
щ = B/(S*3600), м/с, (75)
где S - площадь сечения газопровода.
щ = 16324/(р*0,32*3600) = 16,05 м/с;
Потери на трение найдем по формуле:
?Ртр = л*l*d*с*щ2/2, Па, (76)
где л - коэффициент сопротивления течению,
l - длина газопровода,
d - условный диаметр газопровода, м,
с - плотность газа, кг/м3.
Коэффициент сопротивления течению зависит от характера течения газа, т. е. от числа Рейнольдса:
Re = щ*d/н (77)
Re = 16,05*0,6/23,19*106 = 415265.
Для Re > 4000 коэффициент сопротивления течению находится по формуле Филоненко-Альтушуля:
л = 1/(1,81*lg(Re) - 1,64) 2 (78)
л = 1/(1,81*lg(415265) - 1,64) 2 = 0,0138;
?Ртр = 0,0138*392*0,3*1,185*16,052/2 = 493,5 Па = 50,35 мм. вод. ст.
Потери давления с местными сопротивлениями найдем по формуле:
?Рм = Уж*с*щ2/2, Па, (79)
где Уж - сумма коэффициентов местных сопротивлений.
К местным сопротивлениям данного газопровода относятся:
- 8 поворотов на 90°, ж=1;
- 1 сопряженный отвод 2*д = 30°, ж=0,23;
- 1 отсечной клапан, ж=3,4;
?Рм = (8*1 +0,23 +3,4)*1,185*16,052/2 = 1775 Па = 181 мм. вод. ст.
От магистрального трубопровода к каждому барабану идут газопроводы, соединяющие его с горелками. В цехе уже установлены газопроводы диаметром 325/7 с отсечными и регулирующими клапанами. Посчитаем сопротивления этих участков.
Потери на трение найдем по формуле:
?Ртр = л*l*d*с*щ2/2, Па, (80)
Скорость газа в газопроводе будет:
щ = B/(S*3600), м/с, (81)
щ = 4081/(р*0,152*3600) = 16 м/с;
Re = щ*d/н (82)
Re = 16*0,3/23,19*106 = 206985.
Для Re > 4000 коэффициент сопротивления течению находится по формуле Филоненко-Альтушуля:
л = 1/(1,81*lg(Re) - 1,64) 2 (83)
л = 1/(1,81*lg(206985) - 1,64) 2 = 0,0157;
?Ртр = 0,0157*25*0,3*1,185*162/2 =17,86 Па = 1,82 мм. вод. ст.
Потери давления с местными сопротивлениями найдем по формуле:
?Рм = Уж*с*щ2/2, Па, (84)
К местным сопротивлениям данного участка газопровода относятся:
- 1 отсечной клапан, ж=3,15;
- 1 регулирующий клапан, ж=5,1;
?Рм = (3,15+5,1)*1,185*162/2 = 1251 Па = 127,7 мм. вод. ст.
Общие потери давления составят:
УР = 493,5 + 1775 + 17,86 + 1250 = 3536,36 Па = 360,9 мм. вод. ст.
2.5 Выбор горелки
Выбор горелки состоит в определении ее размера, диаметра газового сопла, а также проверке скорости выхода газовоздушной смеси из горелки. Для сжигания большого количества доменного газа подходят горелки типа «труба в трубе». Конструкция горелок позволяет использовать воздух, подогретый до 400 °С. Данные горелки выбирают по количеству воздуха, необходимого для горения.
Расчетное количество воздуха с температурой T будет равно:
V = Vв*(T/293)0,5/3600, м/с;
V = 3383*(593/293)0,5/3600 = 1,34 м/с;
По расходу воздуха V = 1,34 м/с и давлению P = 1,6 кПа выбираем горелку ДНБ - 250 - дутьевую горелку типа «труба в трубе» большой тепловой мощности для газа с низкой теплотой сгорания, которая имеет диаметр носика 250 мм.
Давление газа на входе в горелку будет равно номинальному давлению газа, идущего от газораспределительной станции, за вычетом потерь в газопроводе:
Pг = P - ?P, мм. вод. ст. (85)
Pг = 500 - 360,9 = 139,1 мм. вод. ст. = 1426 Па;
По номограмме для горелок ДНБ выбираем газовое сопло диаметром 180 мм для давления газа Pг = 1426 Па.
По графику скоростей определяем скорость воздуха и газа по их давлению. Для газа с Pг = 1426 Па скорость щг = 41 м/с. Для воздуха с Pв = 1576 Па скорость щв = 17 м/с.
Важными характеристиками устойчивости работы горелок являются скорость проскока и отрыва пламени. Отрыв пламени происходит, когда скорость истечения газо-воздушной смеси превосходит скорость распространения пламени и оно, частично или полностью, гаснет. Проскок пламени (обратный удар) - это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость газо-воздушной смеси меньше скорости распространения пламени. Для горелок данного типа при сжигании доменного газа для стабильной работы скорость выхода газо-воздушной смеси должна находиться в пределах 15-70 м/с. Для более устойчивой работы горелки устанавливаем пластинчатый стабилизатор - конструкцию, которая совмещает в себе устройство, предотвращающее отрыв и проскок пламени во время быстрого изменения нагрузки из-за непостоянного состава доменного газа.
Найдем скорость истечения смеси из горелки ДНБ-250:
щ = V/S, м/с, (86)
щ = (1,34+1,134)/(р*0,1252) *1,1 = 55,47 м/с;
Коэффициент 1,1 ввели для учета площади решетки.
Также значимой характеристикой горения является фактическая длина факела. Особенно она важна для данной установки, так как при слишком коротком факеле будет недогрев шихты, а длинный факел прожжет внутреннюю поверхность барабана-окомкователя. Длину факела найдем по формуле:
Lф = (0,48*d*)/, , м, (87)
где iг - теплота сгорания газа, кДж/м3,
щ - отношение масс воздуха и топлива,
сг - плотность газа, кг/м3.
Iв - относительное количество движения, которое вносит в струю газа воздух на пути захвата.
Lф = (0,48*0,25*)/ =
= 5,72 м.
Данная длина факела удовлетворяет условиям стабильной работы барабана-окомкователя.
Так как при сжигании доменного газа возможен недожог из-за большого количества балласта в газе, то нужно обеспечить при его сжигании наилучшее перемешивание с воздухом. Этого можно достигнуть разделением потока газа на струи, которые будут выходить в область завихренного воздуха. Для этого установим в части воздуховода горелки аксиальные завихрители в количестве 6 штук с углом в = 15°, а после них в части газохода фронтальное выходное отверстие газа заменим на 8 боковых. Данное усовершенствование не повлияет на работу горелки, так как сопротивление от новых деталей минимально, а сам поток будет стабилизироваться решеткой у носика горелки.
Таким образом, в данном разделе произведен расчет горения доменного газа, определены основные характеристики дымовых газов. Составлен тепловой баланс барабана-окомкователя. Рассчитан процесс передачи тепла от дымовых газов к шихте конвекцией и лучистым теплообменом. Произведен аэродинамический расчет газопровода доменного газа и подобраны диаметры для подающей магистрали dу=600 мм и распределительных к каждому барабану dу=300 мм. Рассчитано необходимое количество доменного газа B = 4081 м3/ч для нагрева шихты. Рассмотрена целесообразность подачи в горелку подогретого воздуха. Произведена замена старой горелки на ДНБ -250/180 и рассчитаны основные параметры факела. Определены мероприятия по улучшению и стабилизации работы горелки.
3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1 Введение
Использование природного газа для удовлетворения различных потребностей человека началось задолго до рождения современной газовой промышленности и имеет не менее богатую и даже более длительную историю, чем использование жидких и полутвердых разновидностей углеводородного сырья.
Природный газ, изначально обладающий необходимыми товарными качествами и потребительскими свойствами, практически не подвергается переработке и потребляется непосредственно в своем естественном состоянии. Также он обладает высокой калорийностью, удобством применения и характеризуется чистотой сгорания.
Но двумя весомыми минусами являются уменьшение его запасов на планете и постоянное удорожание.
В связи с этим важной задачей является экономия природного газа или замена его, по возможности, на более дешевые аналоги. Для этого можно использовать доменный газ. Доменный газ образуется при выплавке чугуна в доменных печах. Его выход и химический состав зависят от свойств шихты и топлива, режима работы печи, способов интенсификации процесса и других факторов. Выход газа колеблется в пределах 1500-2500 м3 на тонну чугуна.
Также с целью снижения текущих издержек производства и улучшения технико-экономических показателей необходимо искать пути для снижения себестоимости выпускаемой продукции, и от её уровня зависят финансовые результаты деятельности предприятий, темпы расширенного производства, финансовое состояние хозяйствующих субъектов. Получение наибольшего эффекта с наименьшими затратами, экономия трудовых, материальных и финансовых ресурсов зависят от того, как решает предприятие вопросы снижения себестоимости продукции.
Экономическая целесообразность данного проекта заключается в том, что новое горелочное устройство улучшит процесс сжигания топлива, сделает его более полным, а замена смеси природного и доменного газов на один доменный позволит сократить затраты на покупку топлива.
3.2 Расчет капитальных затрат
Капитальные затраты могут быть определены как любые затраты, понесенные при создании, приобретении, расширении или усовершенствовании актива, предназначенного для использования в компании. Важным моментом при этом является то, что выгода от таких капитальных затрат будет поступать на протяжении ряда учетных периодов.
Примерами капитальных затрат являются:
- покупка основных средств;
- значительное усовершенствование существующих основных средств;
- приобретение в долгосрочную аренду.
В конце учетного периода такие затраты будут показываться на лицевой стороне баланса под заголовком соответствующего основного актива.
На протяжении существования компании большинство капитальных затрат постепенно становятся расходами как часть процесса получения прибыли.