Энергобалансы отдельных производств

1. Выразить приход энергоресурсов в доменное производство в т.у.т./ч и в %. Исходные данные следующие: потребление кокса доменной печью – 2 млн. т кокса в год; удельный расход кокса – 0,45 т кокса/т чугуна; расход пара на вспомогательные нужды – 15 т/ч; расход сжатого воздуха (давлением 0,55 МПа) – 850 м³/т чугуна; потребление технологического кислорода – 80 тыс. м³/ч; расход природного газа – 180 м³/т чугуна; выход доменного газа – 0,7 млн. м³/ч; 25 % доменного газа сжигается в кауперах. Кокс не рассматривать как энергоресурс.

Принять, что на получение 1 т пара расходуется 0,1 т.у.т. На получение 1 м³ сжатого воздуха расходуется 0,12 кВт×ч механической энергии. На получение 1 м³ технологического кислорода расходуется 0,5 кВт×ч механической энергии. На получение 1 Дж механической энергии расходуется 2,7 Дж теплоты сгорания топлива. Теплота сгорания доменного газа – 4,2 МДж/м³. Теплота сгорания условного топлива – 29,3 МДж/м³. Доменное производство работает равномерно в течение года (число часов в году – 8760 ч).

Ответ: Пар – 1,5 т.у.т/ч; сжатый воздух – 17 т.у.т/ч; кислород – 13,3 т.у.т/ч; природный газ – 109 т.у.т/ч; доменный газ на кауперы – 25 т.у.т/ч.

2. Производительность одного блока установки сухого тушения кокса (УСТК) составляет 55 т кокса в час. Раскаленный кокс загружается бункер УСТК с температурой 1000 ºС, охлаждается до 250 °С. Инертный газ (смесь N₂, СО₂, СО), проходящий противотоком через слой кокса, нагревается от 200 до 800 °С и направляется в котел-утилизатор, где охлаждается до 200 °С и нагнетателем снова подается в бункер УСТК.  За счет теплоты инертного газа, отдаваемой в КУ, из питательной воды с температурой 100 °С получается пар давлением 4,5 МПа и температурой 435 °С. Весь полученный пар используется в турбине с противодавлением, где расширяется от начальных параметров 3,5 МПа, 435 °С до давления 0,5 МПа. Турбина вращает электрический генератор,  где вырабатывается электрическая мощность. Внутренний относительный к.п.д. турбины принять равным 0,86; электромеханический к.п.д – 0,98. Отработавший пар (из противодавления) направляется к тепловым технологическим потребителям, где конденсируется и охлаждается до 100 °С, и возвращается в КУ в качестве питательной воды.

Нарисовать тепловую схему, составить тепловой баланс блока УСТК, рассчитать расход инертного газа через бункер УСТК (тыс. м³/ч), выход пара из КУ (т/ч), электрическую и тепловую мощности турбины (МВт, ГДж/ч). Потерями тепла пренебречь. Среднюю теплоемкость кокса принять равной 1,21 кДж/(кг×°С). Среднюю теплоемкость инертного газа принять равной 1,4 кДж/(м³×К).

Ответ: Расход инертного газа – 59,4 тыс. нм³/ч; выход пара из КУ – 17,3 т/ч; электрическая мощность турбины  – 2 МВт; тепловая мощность турбины – 40,3 ГДж/ч.

3. Выход доменного газа из крупной доменной печи составляет 0,7 млн. м³/ч. Давление газа на выходе из печи составляет 3,5 МПа. После мокрой газоочистки (ГО) температура газа – 50 ºС. Доменный газ после ГО расширяется в газовой утилизационной бескомпрессорной турбине (ГУБТ) от давления 3,0 МПа до 0,11 МПа. Определить электрическую мощность ГУБТ. Внутренний относительный к.п.д. турбины принять равным h_{o i} = 0,86. Электромеханический к.п.д h_эм = 0,98. Изобарную теплоемкость доменного газа принять равной c _р = 1,2 кДж/(м³×К); коэффициент адиабатного расширения – k = 1,36.

Ответ: Электрическая мощность ГУБТ 37 МВт.

Удельная работа, совершаемая доменным газов в турбине, кДж/м³, при адиабатном расширении от давления р ₁ до р ₂, равна:

где Т ₁ – температура газа перед турбиной, К. Мощность, кВт, вырабатываемая турбиной, составит:

где V – объемный расход газа, проходящего через турбину, м³/с.