Расчет расхода топлива и состава отходящих газов

 

В качестве топлива при отражательной плавке применяется пылевидный уголь, мазут или природный газ. Сжигание топлива осуществляется как на воздушном, так и на обогащенном кислородом дутье. Для снижения расхода топлива воздушное дутье подогревается до 200–400⁰С в рекуператорах, использующих тепло отходящих газов плавки.

Степень обогащения дутья кислородом колеблется в пределах 24–30%. Ориентировочно абсолютный процент повышения кислорода в дутье дает снижение расхода топлива по сравнению с воздушным дутьем на 1,15–1,25%. Кроме того, кислород применяют в сводовых горелках и подают, рассредоточено через свод. В последнем случае проплав сырой шихты удается довести до 8 т/(м²-сут).

 

Расход топлива при плавке шихты зависит также при прочих условиях от ее плавильной потребности.

Расчетами установлено, что для расплавления 1 кг шихт различного состава при 100%-ном использовании тепла расход топлива может составлять от 250 до 600 ккал. На практике из-за низкого коэффициента полезного действия отражательных печей около 33% расход тепла составляет от 700 (при плавке огарка) до 1750 ккал/кг (при плавке сырой шихты), т.е. примерно утраивается по сравнению с теоретическим.

Расчет горения природного газа. Необходимо рассчитать расход природного газа, состав и количество отходящих газов при плавке сырой шихты. Природный газ имеет следующий состав, (по объему): 0,17% H₂S, 0,7% СО₂, 88,5% СН₄, 6,17% С₂Н₂, 4,46% N₂. При плавке в результате диссоциации из 100 кг шихты | выделится 10,7 кг свободной серы. Расчет ведем на 100 кг сырой шихты. Определим теплоту сгорания газа. Для ее подсчета рекомендуется формула

=30,21СО+25,81Н₂+85,89СН₄+142,86С₂Н₄+170C₂H₆+55,34 H₂S.

 

Для нашего состава газа получаем:

=55,34•0,17+85,89•88,5+170•6,17=9,4+7601+1048,9=8659,6 ккал/м³.

Для расчета количества воздуха, объема и состава отходящих газов примем, что сжигание топлива ведется при коэффициенте избытка воздуха α=1,1.

Определим теоретическую потребность воздуха по реакциям:

CH₄+ 2О₂ = СО₂ +2Н₂О;

2С₂Н₆ + 7О₂ = 4СО₂ + 6Н₂О;

2H₂S + ЗО₂ = 2SO₂ + 2Н₂О.

Потребность кислорода на 100 м³ природного газа составляет, м³:

Для сгорания СН₄ 100•0,885•2=177

Для сгорания С₂Н₆ (100•0,0617•7)/2=21,6

Для сгорания H₂S (100•0,0017•3)/2=0,26

Всего потребуется 198,86 м³. При этом поступит азота 198,86/21•79=748,1 м³.

Теоретическая потребность воздуха на сжигание 100 м³ газа равна

198,86+748,1=946,96 м³.

 

Теоретический состав газов от сжигания топлива следующий, м³:

СО2	0,7+0,885•100+0,0617•100•2=101,54
Н2О	0,885•100,0•2+0,0617•100,0•3+0,0017•100=195,67
SO2	0,0017•100,0 = 0,20
N2	4,46+748,10= 752,56

 

Для сжигания свободной серы, выделяющейся при диссоциации, потребуется кислорода 12,6 кг=(12,6•22,4)/32=8,80 м³. С кислородом поступит азота 8,80•79/21=33,2 м³.

С учетом коэффициента избытка воздуха α=1,1 всего потребуется кислорода 1,1•(198,86+8,80)=228,4 м³, с ним поступит азота 228,4•79/21=859,2 м³. Всего воздуха 228,4+859,2 =1087,6 м³.

Состав дымовых газов с учетом избытка воздуха, но без учета газов шихты будет следующим:

	м3	% (объемн.)		м3	% (объемн.)
СО2	101,54	8,62	N2	863,7	73,00
Н2О	195,67	16,60	О2	20,74	1,76
SO2	0,20	0,02

Расход природного газа и тепловой баланс отражательной плавки на сырой шихте. Для составления теплового баланса плавки примем, что температура отходящих газов штейна и отвальных шлаков равна соответственно 1300, 1150 и 1280⁰С. Расчет ведем на 100 кг концентрата. Согласно материальному балансу плавки (таблица 29), на 100 кг концентрата подается 13,0 кг известняка, т.е. количество шихты будет равно 113,0 кг (по сухой массе). С учетом 5% влаги масса шихты будет 113,0/0,95=118,9 кг. Расход газа для расплавления шихты составит X м³.

 

ТАБЛИЦА 29. Материальный баланс плавки сырых концентратов с заливкой конверторных шлаков и добавкой флюсов (по сухой массе), кг

Материалы баланса	Всего	В том числе
Cu	S	Fe	SiO2	CaO	Al2O3	O2	СО2	прочие
Загружено: концентрата известняка конверторного шлака	13,0   85,4	20,0 –   2,6	34,3 –   1,2	29,2 –   41,0	13,8 1,2   19,6	0,7 6,5   –	1,0 –   5,2	– –   13,0	– 5,2   –	1,0 0,1   2,8
Всего	198,4	22,6	35,5	70,2	34,6	7,2	6,2	13,0	5,2	3,9
Получено: штейна шлака газов	88,15 90,45 19,7	22,0 0,3 0,3	21,45 0,65 13,4	41,0 29,2 –	– 34,6 –	– 7,2 –	– 6,2 –	4,5 8,4 0,1	– – 5,2	– 3,9 –
Всего	198,4	22,6	35,5	70,2	34,6	7,2	6,2	13,0	5,2	3,9

Примечание. В данном балансе принято, что кислород конвертерных шлаков на окисление серы концентратов не используется.

Для сжигания газа при α=1,1 в соответствии с предыдущим расчетом на 1 м³ газа потребуется воздуха Х1087,6/100=10,88Х м³.

В газы также перейдут пары воды из шихты, углекислый и сернистый газы от разложения известняка и окисления серы, количество которых составит:

	кг	м3
SO2	13,4+13,4=26,8	26,8/64•22,4=9,36
СО2	5,2	5,2•22,4/44=2,6
Н2О	5,9	5,9•22,4/18=7,4

 

Состав отходящих газов будет, м³:

СО2	Х•1,015+2,6	N2	Х•8,637
Н2О	Х•1,960+7,4	О2	Х•0,207
SO2	Х•0,002+9,36

 

Для определения расхода газа рассчитаем отдельные статьи баланса на 100 кг концентрата.

 

Приход тепла

1. Физическое тепло твердой шихты. Для определения теплоемкости шихты используем средние удельные теплоемкости основных компонентов шихты, определенных в расчете рационального состава концентрата. Принимаем следующие теплоемкости компонентов, ккал/(кг•⁰С):

CCuFeS2	= 0.1310;	CFeS2	=0.1284;
CSiO2	= 0.2174;	CCaCO3	=0.2005;

 

ккал/(кг-⁰С).

Удельную теплоемкость для остальных компонентов принимаем равной расчетной для главных компонентов. Количество тепла, внесенного шихтой при 25⁰С, составит 118,9•0,151•25 = 448,8 ккал.

2. Физическое тепло жидкого конверторного шлака. Температура жидкого конверторного шлака равна 1150⁰С. Энтальпия шлака при этой температуре равна 325 ккал/кг. Количество тепла, вносимое конверторным шлаком, составит 325•85,4=27755,0 ккал.

3. Физическое тепло воздуха. Температура воздуха, подаваемого на сжигание газа, равна 30⁰С, а его теплоемкость 0,31 ккал/(м³•⁰С). Следовательно, тепло, вносимое воздухом, будет равно Х10,88•30•0,31=101,2Х ккал.

4. Тепло от сжигания природного газа Х8659,6=8659,6Х ккал.

5. Тепло от окисления серы 13,4•2217=29707,8 ккал.

6. Тепло от ошлакования железа и известняка. Считаем, что все FeO отвального шлака связано с SiO₂ по реакции

2FeO + SiO₂ = (FeO)₂•SiO₂.

В отвальном шлаке содержится 37,6 кг FeO. С ним связано 37,6•60/143,7=15,4 кг SiO₂. С конверторным шлаком в печь поступило 18,9 кг SiO₂. Таким образом, в печи реакции ошлакования железа не происходит. С известняком кремнекислота связывается по реакции

CaO + SiO₂ = CaO•SiO₂ + 21504 ккал.

На 1 кг СаО выделится тепла 384 ккал. Приход тепла составит 7,2•384=2764,8 ккал.

7. Расход тепла на эндотермические реакции. Примем, что при диссоциации свободной серы на выделение 1 моля серы затрачивается 20 ккал. Расход тепла будет равен 13400•20/32=8375 ккал. На разложение известняка по реакции СаСО₃→ СаО + СО₂ – 42498 ккал потребуется тепла 13,0•424,5=5518,5 ккал.

Всего приход тепла составит

448,8+27755+29707,8+2764,8–8375–5518,5+101,2Х+8659,6Х=46782,9+8760,8Х ккал.

Расход тепла

1. Физическое тепло штейна при 1180⁰С составит 88,15•0,22•1180=22883,7 ккал.

2. Физическое тепло отвального шлака при 1280⁰С составит 90,45•0,29•1280=33575 ккал.

3. С отходящими газами при 1300⁰С, ккал:

СО2	2,6•714,7+1,015•Х•714,7=1852,2+725,4Х
Н2О	7,4•555,7+1,96•Х•555,7=4112,2+1089,2Х
SO2	9,36•715,3+0,002•Х•715,3=6695,2+14Х
N2	8,63•Х•444,9=3832,6Х
O2	0,210•470,5Х=98,8
Всего	12659,6+5757,4Х ккал

4. Потери тепла через кладку и неплотности в печи принимаем равными 12% от прихода тепла¹:

0,12 (46782,9+8760,8Х)=5614,0+1051,ЗХ ккал.

Всего потери тепла составят

22833,7+33575+12659,6+5614,0+5757,4Х+1051,ЗХ=75582,3+6808,7Х ккал.

По приходу и расходу тепла составляем уравнение

46782,9+8760,8Х=75582,3+6808,7Х;

28799,4 ккал=1952,1X.

Следовательно, расход природного газа составит

X=28799,4/1952,1=14,40 м³.

 

¹ Иногда этот вид потерь достигает 20%.

Сведем полученные данные в таблицу баланса тепла (таблица 30).

 

ТАБЛИЦА 30. Тепловой баланс отражательной плавки

Приход тепла	Расход тепла
Статьи баланса	ккал	%	Статьи баланса	ккал	%
Шихта Конверторный шлак Воздух Химические реакции Сжигание природного газа	448,8 27755,0 1446,1 18579,1   123745,0	0,3 16,1 0,8 10,8   72,0	Штейн Отвальный шлак Отходящие газы Потери через кладку и неплотности	22883,7 33575,0 94933,5     20616,0	13,3 19,5 55,2     12,0
Всего			Всего

Примечание. Невязка составляет 34,2 ккал, или 0,02%.

Из составленного теплового баланса видно, что к.п.д. печи (тепло штейна и шлака) составляет 32,8%. Основным источником потерь тепла являются отходящие газы. Использование тепла отходящих газов на производство пара и подогрев воздуха позволит повысить коэффициент использования тепла до 60–65%.

 

АВТОГЕННАЯ ПЛАВКА

 

За последнее время широкое применение для плавки медных сульфидных концентратов получили автогенные процессы. Промышленное внедрение нашли две разновидности автогенных процессов: плавка на подогретом воздушном дутье (финская плавка), и кислородно-факельная плавка на технологическом кислороде^*. Как финская, так и кислородно-факельная плавка требуют глубокой сушки шихты с доведением ее влажности до 1% и менее.

^*В последнее время появилась смешанная плавка, проводимая на подогретом дутье, обогащенном кислородом до 40%

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: