Тепловой баланс камеры тушения кокса имеет следующий вид:
(2.14)
Теплота, отданная охлаждаемым коксом:
(2.15)
где Gк – 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:
(2.16)
где jк – 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:
(2.17)
где — средняя теплоемкость циркулирующих газов, теряемых в атмосферу, кДж/(м3×К); г – средняя по высоте камеры тушения газов температура циркулирующих газов, °С; св – теплоемкость воздуха, поступающего в камеру тушения кДж/(м3×К); tв – температура воздуха, °C; V0 – теоретически необходимое количество воздуха для окисления одного килограмма кокса, м3/кг.
Теплота, переданная в камере тушения циркулирующим газам:
(2.18)
где Gг — 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:
(2.19)
где aл и aк – коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией в атмосферу. Для практических расчетов можно принять aл + aк = 23 Вт/(м2×К); tп – температура поверхности камеры (средняя), °C; Fп – наружная поверхность камеры, м2.
Из решения уравнения теплового баланса (14) определяют объем газов, циркулирующих в системе:
(2.20)
Среднее время пребывания кокса в камере тушения определяется из очевидного соотношения
(2.21)
где Vк – объем камеры тушения, м3; rк – плотность кокса, кг/м3; e - порозность.
Теплота, отданная коксом в камере тушения, может быть рассчитана из уравнения теплопередачи как
, (2.22)
где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×К); Fк – 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
. (2.23)
Удельная поверхность реагирования частиц кокса Sк =Fк/Vк может быть рассчитана при известном среднем размере δ коксовых частиц по выражению
(2.24)
Коэффициент теплопередачи рассчитывается по выражению
, (2.25)
где второй член в знаменателе учитывает неравномерность температур по радиусу коксовых частиц; l – средний коэффициент теплопроводности куска кокса, Вт/(м×К); aF – суммарный коэффициент теплопередачи от кокса к газу, Вт/(м2×К). Этот коэффициент равен
aF = aл + aк, (2.26)
где aл – коэффициент теплоотдачи излучением от кокса к газу, можно принять равным 2,3 Вт/(м2×К); aк – коэффициент теплопередачи конвекцией от кокса к газу, Вт/(м2×К);
(2.27)
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
, (2.28)
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
(2.29)
где wн.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
. (2.30)