TRANSFERUL DE CALDURA SI FACTORII CE INFLUENTEAZA ACEST TRANSFER IN PROCESUL DE COCSIFICARE

Transmiterea caldurii in cuptoarele de cocsificare se realizeaza prin conductivitate, convectie si radiatie. Modul de transmitere a caldurii se face:

     De la gazele arse la peretii de incalzire, cedarea caldurii are loc prin radiatie si convectie:

Q₁ = α_{r +} α_c , in care

Q₁ este caldura cedata de gazele arse peretilor de incalzire ( kcal/m².ora.grd), iar α_r,c sunt coeficientii de cedare a caldurii prin radiatie si convectie.

Principalele gaze care cedeaza caldura prin radiatie sunt CO₂ si H₂O (vaporii de apa).

La gazul de cocs si la bigaz, difera cantitatea de vapori de apa rezultata prin ardere si deci coeficientii vor fi diferiti, iar acestia se aleg din tabele si au fost calculati de Stending. Bineinteles ca exista si alte formule de calcul a caldurii cedate de gaze peretilor de incalzire si multe alte metode de alegere a coeficientilor de cedare a caldurii (Poliak, Nusselt, Schack, Timofeev, etc).

Coeficientul de cedare prin convectie este calculat in functie de caldura specifica reala a gazului, de conductivitatea termica a gazului, de viteza gazului in conditii reale si de coeficientul de cedare termica intre gazele arse si perete. De obicei in calcul se va lua pentru coficientul α_c valoarea de 5 kcal/m².ora.grd.

     Prin peretii de incalzire, transmiterea caldurii se realizeaza prin conductivitate:

Q₂ = λ_p/s_p,

In care Q₂ este caldura transmisa prin perete (kcal/m².ora.grd), iar λ_p si s_p sunt conductivitatea termica a peretelui si grosimea peretelui.

Caldura totala cedata pana la fata peretelui dinspre camera de cocsificare va fi deci:

Q_t = Q₁ + Q₂ ,

Si se va folosi un coeficient total      de cedare termica pentru peretii de samota si de silica, de diferite grosimi, si la diferiti coeficienti de cedare a caldurii de la gazele arse la perete( samota: 11,06-8,69 si silica:13,52-10,74 kcal/m².ora.grd).

     De la peretii de incalzire, de la fata lor dinspre camera, la incarcatura de carbune, caldura se transmite prin conductivitate si partial prin convectie sau radiatie spre sfarsitul cocsificarii.

Procesul este definit in special prin difuzitatea termica:

a= λ/ c_pd ( m²/ora).

Unde λ este conductivitatea termica a sarjei, c_p este caldura specifica a sarjei si d este densitatea substantei.

Deoarece caldura specifica este influentata si de transformarile fizice si chimice din timpul cocsificarii, difuzivitatea nu se poate calcula decat cu mare aproximatie. De aceea se calculeaza printr-o ecuatie deferentiala(ecuatia Fourier), ce va tine cont de temperatura variabila in masa de cocs, de distanta de la perete la punctul respectiv si de timp.

O alta ecuatie ( ecuatia Litterscheidt) tine seama de temperatura in verticala de incalzire, de temperatura finala a cocsului in mijlocul camerei si de difuzivitatea termica.

In final se ajunge la o relatie a caldurii transmise sarjei de tipul:

Q_c= 4 185,5 V Q_i z/F η , ( J/m²).

In care V este debitul de gaz de incalzire, Q_i este putera calorifica inferioara a gazului de incalzire, F este suprafata peretelui de incalzire iar η este randamentul termic al arderii. Caldura transmisa prin sarja poate avea valori diferite in functie in special de debitul gazului de incalzire ( Q= 88 000 - 53 000 kcal/m²).

Din caldura transmisa sarjei se poate calcula caldura de cocsificare cu relatia:

Q_c= q_cx C,

In care Q_c este caldura transmisa sarjei, q_cx este caldura de cocsificare iar C este cantitatea de carbune care se determina in functie de grutatea volumetrica si de latimea camerei de cocsificare.

Caldura de cocsificare reprezinta cantitatea e caldura util preluata de sarja in vederea descompunerii pirogenetice si transformarii sale in cocs. Aceasta caldura variaza in functie de conditiile tehnologice si de natura sarjei (componentii sarjei).

     Transmiterea caldurii in regeneratoare consta intr-un chimb de caldura, nestationar, in doua sensuri si periodic variabil, cu incalzirea si racirea caramizii la variatia temperaturii in timp.

In regeneratoare energia termica se acumuleaza in umplutura camerelor, in perioada de incalzire si este cedata aerului sau gazului ce se preincalzeste, in perioada urmatoare.

Caldura din regeneratoare se calculeaza pe baza formulei:

F == ,

in care:

F este suprafata de schimb de caldura, Q caldura cedata de umplutura aerului sau gazului ce se preincalzeste, z este durata de lucru intre reversii, Δt este diferenta medie logaritmica a temperaturilor pe inaltimea regeneratorului, iar K caldura medie transmisa de la gazele arse la umplutura si de la umlputura la agentul de incalzire.

TRANSFERUL DE MASA IN PROCESUL DE COCSIFICARE

1. BILANTUL DE MATERIALE

Bilantul de materiale al cuptoarelor de cocsificare reflecta randamentele produselor pirogenarii si este dependent de caracteristicile sarjei incarcate, de regimul      termic si hidraulic si de caracteristicile constructive ale cuptorului.

Pe langa      determinarea productivitatii bateriilor, bilantul de materiale este un element de baza al bilantului termic.

In capitolul de intrari al bilantului de materiale vor fi sarja umeda incarcata si gazele arse aspirate prin neetanseitatile peretilor, iar la iesiri vor figura produsele cocsificarii.

EXEMPLU DE BILANT DE MATERIALE:

2. BILANTUL TERMIC

Bilantul termic serveste la determinarea consumului de caldura si a pirderilor termice si caracterizeaza modul de exploatare si permite calcularea randamentului cuptoarelor de cocsificare.

ELEMENTELE BILANTULUI TERMIC AL CUPTORULUI DE COCS

In general caldurile fizice se calculeaza prin relatia:

q= M_i c_i t_i

in care: M este cantitatea din bilantul de materiale sau din calculul arderii, c este caldura specifica medie in intervalul de temperatura 0 -t⁰C si t este temperatura agentului de incalzire considerat.

Din egalitatea de bilant, intrari = iesiri, se va calcula caldura de ardere a gazului de incalzire, singura nedeterminata:

q 1= Q_inf V,

unde Q_inf este putera calorifica inferioara a gazului de combustie pentru incalzire si V este consumul specific de gaz de incalzire.

Randamentul termotehnic al incalzirii cuptoarelor de cocsificare , reprezinta proportia de caldura util consumata din caldura totala si se calculeaza cu relatia:

η=

Necesarul de gaz pentru incalzirea unei baterii de cocsificare se calculeaza pe baza relatiei:

V = x1/ d , unde:

V este debitul de gaz de incalzire, Q este consumul specific de caldura, G este cantitatea de sarja uscata incarcata pe o camera, N este nr. de camere din baterie, Q_inf      este putera calorifica inferioara a gazului de incalzire si d = durata de cocsificare.

Din analiza pozitiilor bilantului termic se poate afla caile prin care poate fi redus consumul de caldura al cuptoarelor si anume:

     reducerea umiditatii sarjei cu 1% scade consumul de caldura cu cca. 7 kcal/kg sarja;

     evitarea supraincalzirii spatiului de sub bolta s care are un efect negativ asupra randamentelor si calitatii produselor volatile, iar prelungirea duratei de cocsificare peste cea prescrisa atrage pentru fiecare ora in plus o crestere a consumului de caldura cu 6-7 kcal/kg sarja;

     micsorarea pierderilor de caldura cu gazele iesite din regenerator prin reducerea temperaturilor in aceste si scaderea volumului de gaze arse prin diminuarea excesului de aer la ardere; cresterea excesului de aer cu 0,1 mareste consumul de caldura cu 1,5%.

     Micsorarea pierderilor de caldura in mediul inconjurator prin izolatie termica buna si exlpoatare corecta a cuptoarelor.

Ca o concluzie, consumul de caldura depinde de tipul si dimensiunile cuptorului, de nivelul temperaturilor, de umiditatea sarjei, de durata de cocsificare, de tipul de gaz de combustie folosit si nu in ultimul rand de corectitudinea in exlpoatare a bateriilor de cocsificare.