Тепловой баланс агломерационного процесса

2.5 Тепловой баланс агломерационного процесса

2.5.1 Приход тепла

2.5.1.1. Теплота горения углерода в CO₂ и СО

Учитывается теплота горения углерода коксовой мелочи, а также углерода, содержащегося в колошниковой пыли.

Принимается, что степень графитизации кокса составляет 50 % и тепловые эффекты горения при этом равны соответственно

С + O₂ = CO₂ + 33516 кДж/кг С,

С + ½ O₂ = CO + 9828 кДж/кг С.

Всего сгорает углерода

(3,8×0,8515+88,51×0,0039)×0,93=3,33 кг.

Приход тепла от горения углерода

q_c=3,33×0,8×33516+3,33×0,2×9828=95832,072 кДж.                   (9)

2.5.1.2 Теплота зажигания

Теплота зажигания шихты в средних условиях принимается равной 14700-16800 кДж. В курсовом проекте принимаем теплоту зажигания q_заж=14700 кДж.

2.5.1.3 Теплота воздуха

Теплота воздуха, подаваемого к аглоленте, подсчитывается по формуле

q_возд=C_возд×t_возд×V_возд,                                                          (10)

где С_возд - теплоёмкость воздуха при температуре t_возд, кДж/(м³×град);

V_возд - объём воздуха, подаваемого в спекаемый слой, м³.

Температуру воздуха, поступающего в слой спекаемой шихты, в курсовом проекте принимаем 20 °С. Теплоёмкость воздуха при этой температуре 1,3005 кДж/(м³×град).

Тогда по формуле (10)

q_возд=1,3005×20×47,503=1235,553 кДж.

2.5.1.4 Теплота шихты

Теплота шихты, укладываемой на аглоленте, при теплоёмкости С_ш, температуре t_ш вычисляется по формуле

q_ш=С_ш×t_ш×М_ш,                                                          (11)

где М_ш - масса влажной шихты (таблица 3), кг.

Принимаем температуру шихты 60 °С, теплоёмкость шихты при этой температуре 0,65 кДж/(кг × град.).

Рассчитаем теплоту шихты по формуле (11), используя принятые значения

q_ш=0,65×60×147,296=5744,544 кДж.

2.5.1.5 Теплота горения серы

Горение идёт по реакциям

S_орг+O₂=SO₂+9307 кДж/кг S_орг.;

4×FeS+7×O₂=2×Fe₂O₃+4×SO₂+6985 кДж/кг FeS.

Приход тепла от горения серы рассчитывается по формуле

.  (12)

2.5.1.6 Теплота окисления железа и его окисидов

Окисление магнетита (4∙FеО+O₂=2∙Fe₂O₃+18346 кДж/кг O₂) имеет место в том случае, когда содержание закиси железа в шихте больше, чем заданное содержание FеО в агломерате.

q_окисл.=18346·O_FeO®Fe2O3, кДж.                                         (13)

 q_окисл.=18346×1/9×(0,2857×88,51+0,2783∙5,5-13)=28167,138 кДж.                 (14)

2.5.1.7 Теплота образования силикатов и ферритов

Теплота образования силикатов и ферритов может быть в среднем принята 2-3 % от общего прихода тепла.

В курсовом проекте принимаем теплоту минералообразования 2 %. Тогдатеплота образования силикатов и ферритов определяется следующим образом

          (15)

2.5.2 Расход тепла

2.5.2.1 Теплота испарения гигроскопической влаги шихты

Теплота испарения гигроскопической влаги шихты (q_гигр., кДж) вычисляется по формуле

(Н₂0)_ж®(Н₂0)_пар-2452,8 кДж/кг H₂0,                              (16)

q_гигр=2452,8·W_ш,                                                     (17)

где W_ш - влажность шихты, кг.

Тогда по формуле (17) теплота испарения гигроскопической влаги будет составлять

q_гигр=2452,8×9,547=23416,882 кДж.

2.5.2.2 Теплота разложения гидратов и испарения гидратной воды

По реакции Fe₂O₃×H₂O®Fe₂O₃+(H₂0)_пар.

Теплота разложения гидратов и испарения гидратной воды  при температуре 25 °С определяется из выражения

 кДж.                              (18)

где Н₂О_гидр. - содержание гидратной воды в компонентах шихты, %.

В нашем примере шихтовые материала гидратной влаги не содержат.

2.5.2.3 Теплота диссоциации карбонатов

Теплота диссоциации карбонатов шихты вычисляется по формуле

q_карб=40,572·(CO_{2 руды, CaCO3}·X+CO_{2 флюса, CaCO3}·Y+CO_{2 доб., СаСО3}·M_доб.)+

+23,184·(CO_{2 руды, MgCO3}·X+CO_{2 флюса, MgCO3}·Y+CO_{2 доб, МgСОз}·M_доб.)+                          (19)

+19,446·(CO_{2 pуды, FeCOз}·X+CO_{2 флюса, FeCO3}·Y+CO_{2 доб, FeСОз}·M_доб.), кДж.

В этой формуле используются тепловые эффекты разложения карбонатов в пересчёте на 1 кг CO₂, выделяющейся в ходе этого процесса. В формулу следует подставлять содержание CO₂ в компонентах шихты в процентах. При этом распределение CO₂ между CaCO₃, МgСО₃ и FeCO₃ принимается с учётом минерального состава компонента шихты

q_карб=40,572×(l,54×88,51+43,25×10,48)=23919,847 кДж.

2.5.2.4 Теплота диссоциации оксидов

Теплота диссоциации оксидов имеет место в случае, когда заданное содержание FeО в агломерате больше, чем содержание FeО в шихте.

q_дисс=18346×O_{Fе2O3®FеО} кДж.                                   (20)

2.5.2.5 Теплота отходящих газов

Теплота отходящих газов подсчитывается по формуле

q_отх.г=С_г×t_г×V_г,                                                           (21)

где С_г - теплоёмкость отходящих газов при температуре t_г, кДж/(м³·град);

V_г - количество отходящих газов, м³.

Температура отходящих газов перед эксгаустером составляет 110-150°С. Принимаем температуру отходящих газов 150 °С. Теплоёмкость газов при этой температуре, кДж/(м³×град) [2]:

N₂ и СО - 1,3059,

O₂ - 1,3340,

CO₂ - 1,7137,

SO₂  - 1,8337,

(H₂0)_пар - 0,9835;

теплоёмкость пыли - 0,7537 кДж/(кг×град).

Средняя теплоёмкость газа, кДж/(м³×град)

0,01×(16,291×1,7137+2,552×1,3059+75,081×1,3059+5,702×1,3340+0,374×1,8337)=

=1,3759 кДж/(м³×град).

q_отх.г.=150×(1,3759×48,983+0,7537×0,442+0,9835×12,831)=12052,22 кДж.

2.5.2.6 Теплота готового пирога агломерата и горячего возврата

Теплота готового пирога агломерата q_пир колеблется в пределах от 33600 до 50400 кДж. Меньшие значения соответствуют условиям спекания магнетитовых руд и концентратов, большие значения - условиям спекания бурого железняка, сидерита, получения металлизованного агломерата. Необходимо помнить, что, кроме 100 кг годного агломерата, на который ведётся расчёт, при спекании получается ещё 29,459 кг горячего возврата.

В курсовом проекте принимаем теплоту готового агломерата 50400 кДж.

q_{агл. и возврата}=1,29459×50400=65247,336 кДж.

2.5.2.7 Тепловые потери

Тепловые потери агломерационных лент в разных условиях составляют 4-15% от общего расхода тепла. Тепловые потери находятся по разности между общим приходом тепла и учтенными статьями расхода (таблица 6).

В расчёте агломерационной шихты расход коксика принят приближённым к практическим (отчётным) данным. По сравнению с методическими указаниями он значительно выше (примерно на 17-19 %). Если принять расход коксика                 3,1[*] кг/100 кг, то приход тепла в тепловом балансе существенно сократиться. Поэтому суммарные тепловые потери сократятся примерно до общепринятого уровня.

Таблица 6 - Тепловой баланс процесса спекания

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
1. Теплота горения углерода в СО2 и СО	95832,072	62,42	1. Теплота испарения гигроскопической влаги	23416,882	15,25
2. Теплота зажигания	14700	9,57	2. Теплота диссоциации карбонатов	23919,847	15,58
3. Теплота воздуха	1235,553	0,81	3. Теплота отходящих газов	12052,22	7,85
4. Теплота шихты	5744,544	3,74	4. Теплота готового пирога агломерата и горячего возврата	65247,336	42,51
5. Теплота горения серы	4769,112	3,11	5. Тепловые потери	28882,505	18,81
6. Теплота окисления железа и его оксидов	28167,138	18,35
7. Теплота минералообразования	3070,376	2
Итого	153518,79	100	Итого	153518,79	100

2.5.3 Показатели тепловой работы

,                   (22)

 

где 3,33 - масса углерода, сгорающего в процессе спекания, кг.

.         (23)

Найденные значения  и  находятся в пределах допустимых значений.