 |
Расчет материального баланса агломерации
|
|
|
|
1. Принимаем состав сырой окисленной никелевой руды*: 0,8% Ni; 8,0% MgO; 34,8% SiO2; 6% А12О3; 16% Fe; 0,8% CaO; 25,9% H2O и 7% прочие.
* Более характерный анализ приведен в § 15.1
2. Принимаем количество добавляемого сухого коксика равным 10% от массы сырой руды. Коксик содержит 83,2% С; 0,8% S; 15,6% золы (А).
3. Определяем расход воздуха для горения коксика. Для этого принимаем, что в агломерат из коксика переходит 50% S и 8% С, т.е. получаем 0,8•0,5•0,1=0,04 кг серы и 83,2•0,08•0,1=0,66 кг углерода. В этом случае потребуется кислорода:
для сгорания углерода в СО2 [(8,32–0,66)/12]•32=20,42 кг,
для сгорания серы в SO2 (0,04/32)•32=0,04 кг, Всего 20,46 кг.
С кислородом поступит азота (20,46/23)•77=68,53 кг.
Теоретический расход воздуха 20,46+68,53=89,0 кг, или 89,0/1,293=68,84 м3, в том числе азота 68,84–(20,46/32)•22,4=54,52 м3. Для сжигания коксика подают воздух при α=1,5. Тогда потребуется кислорода 20,46•1,5=30,70 кг, в том числе избыток кислорода 10,24 кг. Поступит азота 68,53•1,5=102,80 кг (или 82 м3). Всего поступит воздуха 68,84•1,5=103,3 м3.
4. Определим состав отходящих газов. Коксик на агломерацию поступает с содержанием 6% влаги. Масса влажного коксика 10/0,94=10,62 кг, в том числе влаги 0,62 кг. Состав и количество продуктов от сгорания 10 кг коксика, кг:
При сгорании углерода в СО2 [(8,32–0,66)/12,0]•44=28,06
При сгорании серы в SO2 (0,04/32)•64=0,08
Влага руды и коксика 25,90+0,62=26,52
Углекислота руды составляет 0,63 кг (соответствует по эквиваленту 0,8 кг СаО руды). Всего СО2 получаем 28,69 кг.
Состав и количество продуктов сгорания без газов зажигательного горна:
кг м3 % (объемн.)
СО2 28,69 (28,69/44)•22,4=14,34 10,50
SO2 0,08 (0,08/64)•22,4=0,03 0,02
Н2О 26,52 (26,52/18)•22,4=32,93 24,09
О2 10,26 (10,26/32)•22,4=7,17 5,25
N2 102,8 (102,8/28)•22,4=82,21 60,14
Итого 136,68 100,0
Для зажигания шихты используем природный газ (расход примерно 3,7 м3/т), который необходимо сжигать в подвесном горне с избытком воздуха (в отходящих газах горна должно быть 8–12% О2), чтобы температура пламени над шихтой не превышала 12000С. Расчет горения газа дан в § 7.3. Продуктами горения природного газа пренебрегаем. Подсос воздуха до эксгаустера рекомендуется принимать в пределах 60–100% от объема газов. Для нашего примера принимаем 90% от объема газа, что составляет 136,68•0,9=123,20 м3 воздуха, в том числе кислорода 123,21•0,21=25,87 м3, или 36,97 кг, и азота 123,21•0,79=97,34 м3, или 121,86 кг. Состав и количество газов с учётом воздуха, просасываемого через щели:
|
|
|
| м3 | % (объемн) | |
| СО2 SО2 Н2О О2 N2 | 14,34 0,03 32,93 33,02 179,55 | 5,5 0,01 12,66 12,69 69,14 |
| Итого 259,87 |
На 1 т руды при 00С образуется газов около 2600 м3.
5. Состав и масса золы, образующейся при сгорании 10 кг коксика, кг: SiO2 50•0,156•0,10=0,78; А12О3 30•0,156•0,10=0,47; СаО 5•0,156•0,10=0,08; Fe2O3 11•0,156•0,10=0,17; прочие 4•0,156•0,10=0,06. Всего 1,56 кг.
6. Составим баланс агломерации без учета оборотного агломерата (таблица 42). Потери никеля с пылью и прочие потери составляют 2%. В итоге получается следующий состав агломерата, %: 1,04 Ni; 10,7 MgO; 47,4 SiO2; 8,6 А12О3; 29,7 Fe3O4; 1,26 CaO; 0,88 C; 0,05 S; 0,37 прочих.
Таблица 42 Материальный баланс агломерации (на 100 кг сырой руды), кг
| Статьи баланса | Всего | В том числе | ||||||||||||
| Ni | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe | CaO | H2O | O2* | N2 | C | S | CO2 | прочие | ||
| Загружено: руды коксика воздуха | 100,00 10,62 292,60 | 0,8 – – | 8,0 – – | 34,8 0,78 – | 6,0 0,47 – | 16,0 0,12 – | 0,8 0,08 – | 25,94 0,62 – | 7,03 0,05 67,67 | – – 224,93 | – 8,32 – | – 0,08 – | 0,63 – – | – 0,10 – |
| Итого | 403,22 | 0,8 | 8,0 | 35,58 | 6,47 | 16,12 | 0,88 | 26,56 | 74,75 | 224,93 | 8,32 | 0,08 | 0,63 | 0,10 |
| Получено агломерата газов | 75,61** 327,59 | 0,784 0,016 | 8,0 – | 35,58 – | 6,47 – | 16,12 – | 0,88 – | – 26,56 | 7,02 67,73 | – 224,93 | 0,66 7,66 | 0,04 0,04 | – 0,63 | 0,06 0,04 |
| Итого | 403,20 | 0,800 | 8,0 | 35,58 | 6,47 | 16,12 | 0,88 | 26,56 | 74,75 | 224,93 | 8,32 | 0,08 | 0,63 | 0,10 |
*Железо в агломерате присутствует в основном виде магнетита. С ним связано кислорода 16•232/168–16=6,1 кг. В руде железо находится в виде гидрогетита и лимонита. Кислород этих окислов в составе руды был учтен в графе «прочие». Поэтому всего поступает кислорода 74,75 кг.
|
|
|
** Выход агломерата уменьшается до 65-67% при значительном содержании в руде карбонатов и кристаллизационной воды (в анализе их обозначают буквами ППП).
Для составления полного баланса агломерации следует по материалам практики учесть количество оборотной пыли и оборотной мелочи агломерата, которые одновременно входят в приход и расход, а также пыль шахтных печей. Возможна подача в аглошихту известняка с целью получения офлюсованного агломерата.
Находим содержание воды в 1 м3 газов: 26,56•1000/259,87=102,1 г/м3. По таблице 20 устанавливаем, что эти газы можно охлаждать примерно до 560С. Дальнейшее охлаждение приведет к образованию конденсата, смачиванию пыли и забиванию газоходов и, следовательно, опасному налипанию ее на лопатках дымососа.
§ 15. СУШКА ОКИСЛЕННОЙ НИКЕЛЕВОЙ РУДЫ*
Исходные данные для расчета. Расчет ведем на 100 кг влажной руды. Химический состав влажной окисленной никелевой руды: 0,8% Ni; 0,04% Со; 0,01% Сu; 16,5% Fe2O3, 34,1% SiO2; 1,65% CaO; 7,8% MgO; 4,2% A12O3; 1,05% Cr2O3; 25% влаги гигроскопической, 8,85% прочие {конституционная влага и др.). Конечная влажность подсушенной руды 12%. Безвозвратные потери сухого вещества (и металлов) с пылью составляют 0,5%. Условно принимаем, что влажность безвозвратных потерь та же, что и влажность подсушенной руды, т.е. 12%. В шихту для сушки, кроме влажной руды, входят оборотные материалы металлургических цехов. Масса указанных оборотов мала и не влияет на процесс сушки. Поэтому принимаем, что шихта для сушки состоит из одной только влажной руды.
* Расчет составили инж. Кулаков А. В. и Гудима Н. В.
Масса сухого вещества в 100 кг влажной руды 100–25,0=75 кг. Масса сухого вещества в безвозвратных потерях 75•0,005=0,38 кг. Масса сухого вещества в подсушенной руде 75–0,38=74,62 кг. С учетом влажности 12% масса безвозвратных потерь 0,38/88•100=0,43 кг. Масса влаги в безвозвратных потерях 0,43–0,38=0,05 кг. С учетом влажности 12% масса подсушенной руды 74,62/88•100=84,8 кг. Масса влаги в подсушенной руде 84,8–74,62=10,18 кг. Масса влаги, удаленной в газы при сушке, 100–84,8–0,43=14,77 кг. Масса безвозвратных потерь, кг:
|
|
|
Ni 0,8•0,005=0,004;
Со 0,004•0,005=0,0002;
Сu 0,01•0,005=0,00005;
Fe2O3 16,5•0,005=0,0825;
SiO2 34,1•0,005=0,1705;
CaO 1,66•0,005=0,00825;
MgO 7,8•0,005=0,039;
A12O3 4,2•0,005=0,021;
Cr2O3 1,05•0,005=0,00525;
прочие 0,0493; влаги 0,05.
Сумма=0,43 кг.
Масса в подсушенной руде, кг: Ni 0,8–0,004=0,796; Со 0,04–0,0002=0,0398; Сu 0,01–0,00005=0,00995; Fe2O3 16,5–0,0825=16,4175; SiO2 34,1–0,1705=33,9295; CaO 1,65–0,00825=1,64175; MgO 7,8–0,039=7,761; Al2O3 4,2–0,021=4,179; Cr2O3 1,05–0,00525=1,04475; влага гигроскопическая 10,18; прочие 8,85–0,0493=8,8007. Сумма 84,8 кг.
Составляем таблицу материального баланса сушки руды (таблица 43).
Химический состав подсушенной руды: 0,94% Ni; 0,047% Со; 0,012% Сu; 19,35% Fe2O3; 40,0% SiO2; 1,93% CaO; 9,14% MgO; 4,92% А12О3; 1,26% Сг2О3; 12,0% влаги, 10,4% прочие.
Экономию топлива дает предварительная подсушка руды на открытом складе, особенно в летний период.
Определим количество газов, образующихся во время сушки руды. Примем предварительно расход условного топлива на сушку руды влажностью 25% до влажности 12–13%, по данным практики, равным 1,2%, что соответствует расходу 1 мЗ природного газа, или 0,9 кг мазута, или около 1,1 кг угля на 100 кг руды.
Топливо в топке сушильного барабана сжигают с большим избытком воздуха, получая газы, нагретые до 500–7000С. При более высокой температуре возможно коробление барабана, при меньшей замедляется сушка. В качестве топлива используют природный газ. Определим теоретический расход воздуха на горение 1 м3 газа (см. § 7.3): 137,74/14,55=9,47 м3. При этом образуется, м3: СО2 1,01; Н2О 1,96; азота 7,0; всего 9,97 м3, округленно 10 м3.
Определяем теоретическую температуру, развивающуюся во время полного горения газа в теоретически необходимом количестве воздуха, по типовой формуле:
t=Q/∑mc,
где Q – теплота сгорания газа (8659,6 ккал);
∑mс – сумма произведений теплоемкости и массы продуктов горения при получаемой температуре.
Определяем температуру методом последовательных приближений. Теплоемкость газов берем по таблице 19 для 15000С:
t1=8659,6/(1,01•0,558+1,96•0,443+7,0•0,345)=22500С.
Таблица 43 Материльный баланс сушки руды (на 100 кг влажной руды), кг
| Наименование | Всего | В том числе | ||||||||||
| Ni | Co | Cu | Fe2O3 | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Cr2O3 | влага | прочие | ||
| Загружено: руды Получено: подсушенной руды пара невязка | 84,8 14,77 0,43 | 0,8 0,796 – 0,004 | 0,04 0,0398 – 0,0002 | 0,01 0,00995 – 0,00005 | 16,5 16,4175 – 0,0825 | 34,1 33,9295 – 0,1705 | 1,65 1,64175 – 0,00825 | 7,8 7,761 – 0,039 | 4,2 4,179 – 0,021 | 1,05 1,04475 – 0,00525 | 25,0 10,18 14,77 0,05 | 8,85 8,80075 – 0,04925 |
| Итого | 0,8 | 0,04 | 0,01 | 16,5 | 34,1 | 1,65 | 7,8 | 4,2 | 1,05 | 25,0 | 8,85 |
Примечание. В расчете не учтен вынос пыли, так как вся уловленная пыль присоединяется к подсушенной руде.
|
|
|
Ввиду значительного несовпадения принятой температуры (15000С) с полученной повторяем расчет, взяв теплоемкости для 20000С:
t2=8659,6/(1,01•0,579+1,96•0,469+7,0•0,345)=21650С.
Отсюда можно сделать вывод, что теоретическая температура горения составит примерно 21000С. Для ее снижения до 500–7000С прибегаем к четырехкратному разбавлению продуктов горения воздухом. Расчет ведем на температуру 7000С:
t3=8659,6/(1,01•0,499+1,96•0,392+7,0•0,323+40•0,327)=5200С
Из-за существенного расхождения проводим еще один расчет на скорректированные на 5500С теплоемкости:
t4=8659,6/(1,01•0,481+1,96•0,383+7,0•0,320+40•0,322)=5310С.
Для уточнения расчета снизим разбавление газов воздухом, например, на 1,7 м3. Эта цифра получается путем корректирования знаменателя. Тогда получаем
t5=8659,6/(1,01•0,481+1,96•0,383+7,0+38,3•0,322)=5480С.
За счет энтальпии полученных газов происходит нагревание и испарение воды, перегрев образовавшегося пара, а также нагревание руды. Как было показано ранее, во время сушки удаляется 14,77 кг воды. На ее нагрев от начальной температуры 100С (принято для расчета)* до 600С и испарение при 600С требуется 14,77•(60–10)+14,77•563=9054 ккал. Расход тепла на нагрев подсушенной руды до 600С при средней теплоемкости 0,25 ккал/кг составляет: 84,8•60•0,25=1272 ккал.
* Температура руды изменяется в зависимости от сезонных условий,
Подсушенная руда может иметь температуру и меньше 600С, так как во время сушки имеет место эффект градирни, т.е. охлаждение за счет самоиспарения.
Подогрев водяного пара от 600С до обычной для сушильных барабанов температуры 1500С требует
14,77/18•22,4•150•0,361=992 ккал.
Здесь (14,77/18)•22,4=18,37 м3 – объем пара. Весь расход тепла равен 9054+1272+992=11318 ккал.
Этот расход тепла должен быть компенсирован охлаждением топочных газов с 548 до 1500С. Энтальпия топочных газов при этой температуре равна 150(1,01•0,416+1,96•0,362+7,0•0,31+38,3•0,311)=2267 ккал. (При 1000С их энтальпия равна 1500 ккал.) Тепло, передаваемое топочными газами на испарение влаги, полученными от сжигания 1 м3 природного газа, равно 8659,6•0,97–2267=6133 ккал, Коэффициент 0,97 введен для учета потерь тепла в окружающую среду. Если температуру отходящих газов снизить до 1000С, то количество передаваемого тепла составит 6900 ккал. Определим теперь расход природного газа на сушку 100 кг руды при температуре отходящих газов 1500С: 11318/6133=1,84 м3. Или 11318/6900=1,64 м3 при 1000С.
|
|
|
Таким образом, при расходе газа 1,84 м3 и воздуха для горения 18,60 м3 и для разбавления 69,64 м3 получим следующий состав газов:
м3 % м3 %
СО2 1,88 1,73 N2 13,02 12,00
Н2Опар 24,02 22,13 Воздух 69,64 64,14
По составу газов (22,13% пара) находим давление водяного пара; 760•0,2213=168,19 мм рт.ст. Точка росы для этих газов по таблице 20 равна 630С. Значительное превышение температуры газов относительно точки росы указывает на возможность некоторого снижения расхода топлива (до 1,5 м3 газа), допуская снижение температуры газов до 70–750С.
|
|
|
