Лабораторная работа № 2. Материальный и тепловой баланс работы вагранки

Материальный баланс

Сущность - подсчитать массы, загружаемых в вагранку материалов и топлива и массы, получаемых продуктов и отходов.

Цель: 1. У чет материалов.

2. Адекватность работы вагранки расчетным и проектным

параметрам.

3. Анализ работы с целью контроля и возможной корректи­ровки.

Пример расчета материального и теплового баланса вагранки диаметром внутренней полости 1250мм и площадью пода 1.22м².

Рабочие параметры плавления шихты:

Съем с 1м² пода, S, кг/м²час - 3960

Производительность по расплаву В_р, кг/час - 4844

Температура (средняя) °С загружаемого сырья, t_ш - 13

Дутья, t_в - 13

Колошниковых газов, t_г - 370

Расплава при вытекании из летки, t_ж.с - 1334

Давление воздуха, У, КПа - 12.3

Расход воздуха, В_в, м³/час - 5200

Высота столба шихты, h _ш, м:

Выше уровня подины - 3.8

Участвующего в теплообмене - 2.5

Высота холостой коксовой колоши выше

уровня подины, h_K, м - 1.3

Таблица 1

Химический состав сырья и расплава

Компонент	SiO2	A12O3 TiO2	CaO	MgO	Fe2O3	FeO	R2O	SO3
Доменный шлак	38.8	10.34	44.6	3.48	-	0.57	1.04	1.57
Бой красного кирпича	69.88	12.7	5.61	3.62	4.92	-	2.37	0.91
Расплав шихты (без золы и кокса)	41.9	10.58	40.78	3.49	0.49	0.51	1.18	1.51

Модуль кислотности расплава Мк =1.1

Плавление ведется в вагранке Ф1250 мм и площадью пода 1.22м² Рабочие параметры плавления шихты:

1. Съем с 1м² пода S, кг/м² час - 3960

2. Производительность по расплаву Вр. кг/час - 4844

3. Температура (средняя) °С:

Загружаемого сырья, t_ш - 13

Дутья, t_в - 13

Колошниковых газов, t_г - 370

Расплава при вытекании из летки, t_ж.с - 1334

4. Давление воздуха, У, КПа - 12.3

5. Расход воздуха В_в, м³/час - 5200

6. Высота столба шихты, h_ш, м:

Выше уровня подины - 3.8

Участвующего в теплообмене - 2.5

7. Высота холостой коксовой колоши выше

уровня подины, h_K, м -1.3

Таблица 2

Приход материалов из шихты

Компонент	Содержание комп.%	Расход компонентов на 1 т расплава	Перешло на 1 т расплава, кг
По хим анализу %от массы	В пересчете на 100%	В расплав	В газы
1. SiQ2	41,9	41,6	421,41	421,41	-
2. А12О3+ТiO2	10,6	10,6	107,38	107,38	-
З. СаО	40,8	40,3	408,24	408,24	-
4. MgO	3,5	3,5	35,5	35,5	-
5. Fe2O3+FeO	1,0	1,0	10,1	8,01	2,0
6. R2O	1,2	1,1	25,3	4,72	20,58
7. SO2	1,5	1,4	--	-	-
8. H2О гигр.	0,5	0,5	5,07	-	5,07
Итого				985,35	27,65

Примечания

1. Масса шихты 1013 кг.

2. Расчет компонентов по графе на 100%,

3. Строчки R₂O и SO₃ просуммированы.

4. Приход материалов из кокса при принимаемой его массе 188кг на 1 тонну расплава.

Таблица 3

Приход материалов при сгорании топлива.

C	81,48	81,48		-
H2	0,51	0,51	0,96	-	0,96
O2	0,51	0,51	0,96	-	0,96
N2	0,935	0,93	1,75	-	1,75
SiO2+Al2O3+ CaO+MgO	9,43	9,43	17,7	17,7	-
S	1,44	1,44	2,7	-	2,7
H2O гигр.	5,7	5,7	10,93	-	10,93
Итого				17,7	170,3

Таблица 4

Приход материалов из дутья. Масса воздуха дутья на 1 тонну расплава.

O2	29,6	23,0		-
N2	98,0	76,2		-
H2O+Ввл	1,0	0,8/		-
Итого	128,6	23,0		-

Всего: Расход компонентов топлива и дутья на 1 тонну расплава 1013+188+1375-2576 кг

Перешло в расплав: 985.35+17.7=1003,05 кг

Перешло в газы: Из шихты из кокса из дутья

27.65 + 170.3 + 1375 =1572.95 кг

Баланс:

Приход 2576кг. Расход 2576кг.

Приход и расход может отличаться не более чем на 1%.

Тепловой баланс

В реальных условиях тепло, выделяемое при сгорании топлива, полностью не используется.

Сущность теплового баланса:

Подсчитать количество тепловой энергии поступающей в вагранку при сгорании топлива и количество тепловой энергии, расходуемой в процессе плавки.

Цель расчета теплового баланса:

1. Обеспечить нормальный ход процесса плавки.

2. Выяснить соотношение полезного использования энергии и
теряемого.

3. Намечать мероприятия по уменьшению теплопотерь и более
эффективного использования топлива.

Тепловой баланс рассчитывается в КДж/кг на «кг» расплава.

I. Приход тепловой энергии.

1. При горении углерода в СО₂

, где - теплотворная способность топлива при сгорании с образованием СО₂.

=34070 КДж/т,

- доля топлива сгораемого в СО₂

Общее количество топлива m_с=153 кг

- принимается 40% от общего.

= 153х0,4 = 61,2кг(0,0612т)

= 34070 х 0,0612 = 2085,1 КДж

2. При горении углерода топлива в СО

⁼, где С_с ^со— теплотворная способность углерода топлива при сгорании в СО. С_с ^со= 10454 КДж/т.

-- принимается равно 60% от общего количества топлива.

= 0,153 х 0,6 = 0,0918 т

= 10454 х 0,0918 = 959,7 КДж.

3. Поступление тепловой энергии за счет теплосодержания вдуваемого

воздуха (дутья).

Q_т.д. ⁼ В_к nC_BO3.t_B; где Вк - масса кокса на 1т расплава - 188 кг,

n объем влажного дутья на 1 кг кокса - 5,95 м³

С_воз - теплосодержание воздуха - 0,0013 КДж/м³

t_B – температура поступающего воздуха - 13°С.

Q_т.д. = 188 х 5,95 х 0,0013 х 13 = 18,9 КДж.

4. Поступление тепловой энергии за счет теплосодержания влаги в дутье

Q_т.вл.д. = (Н₂О)_д С_вл. t_вл. где

(Н₂О)_д- 10,93 кг на 1 т расплава,

С_вл - теплосодержание влаги 0,0015 КДж/кг,

t_вл. - температура влаги - 13°С

Q_т.вл.д. = 10,93 х 0,0015 х 13 = 2,145 КДж

5. Поступление тепла за счет экзотермических реакций образования
силикатов Q_o6p.c. принимается ~ 9% от теплоты горения углерода
топлива.

Q_o6p.c = (2085,1 + 959,7)х0,09 = 274 КДж

6. Поступление тепловой энергии за счет теплосодержания шихты.

Q_ш = (m_ком.С_ком. + m_кС_к) t_ком.+ш., где

m_ком. - масса компонентов шихты на 1 тонну расплава- 1,013 т

m_к - масса кокса на 1 т расплава - 0,188 т,

С_ком - теплосодержание компонентов шихты - 1,09 КДж/т,

С_к - теплосодержание кокса - 0,84 КДж/т

Q_ш = (1,013 х 1,09 + 0,188 х 0,84) х 13 =16,4 КДж,

Суммируя постатейно приход тепловой энергии, получаем:

Приход тепловой энергии на 1 кг расплава

2085,1 КДж - от сгорания углерода топлива в СО₂,

959,7 КДж – от сгорания углерода топлива в СО

18.9 КДж - от теплосодержания воздуха,

2.145 КДж - от теплосодержания влаги в дутье,

274 КДж - за счет экзотермических реакций в материалах шихты,

16.4 КДж - за счет теплосодержания материалов шихты.

ИТОГО: 3356,24 КДж на 1кг расплава.

Расход тепловой энергии.

1. На испарение гигроскопической влаги

Q_вл. = (Н₂О_{гигр ком} + Н₂О_гигр.к) С_исп. tг., где

Н₂О_{гигр.ком} - вода в компонентах шихты – 5,7 кг на 1 т расплава,

Н₂О_гигр.к - вода в коксе - 10,93 кг на 1 тонну расплава,

С_исп. - теплота испарения влаги - 266,25 КДж/кг °С

t_г - температура испарения влаги - 10 °С

Деление на 1000 при переходе от содержания влаги на 1 т расплава к содержанию на 1 кг расплава.

2. На разложение водяных паров дутья

Q_р.в.п.=m_в.п.д.С_разл., где

m_в.п.д. - масса водяных паров дутья на 1 кг расплава - 0,011 кг

С_разл. - теплота разложения водяных паров - 13448 КДж/кг

Q_р.в.пn= 13448 х 0,011 = 147,93 КДж

3. На нагрев шихты в твердом состоянии до температуры плавления.

Q_нагр. = m_ш С_ш (t_ж - t_ш), где

m_ш - масса компонентов шихты на 1 кг расплава 1,013 кг,

С_ш – теплоемкость шихты – 0,985 КДж/кг

t_ж - температура расплава в жидком состоянии - 1334°С,

t_ш – температура поступающей на плаву шихты - 13°С

Q_нarp = 1,013 х 0,985 х 1321 = 1318 КДж

4. На унос через колошник сухими газами

Q_yн.c.г. = m_c.г.^. C_c.г..t_c.г.,где

m_c.г. - масса сухих газов на 1 кг расплава 1,573 кг (табл.)

t_c.г. - температура сухих газов - 370°С (характеристика вагранки)

С_с.г. - теплосодержание колошниковых газов - 1,38 КДж/кг °С

Q_yн.c.г. = 1,573 х 1,38 х 370 = 802,7 КДж

5. Потери тепла с охлаждающей водой ватержакета

Q_о.в. = Q_прих. – Q_расх., где

Q_приx. - количество тепловой энергии на 1 кг расплава, поступающе1 в

печь

Q_pacx. - количество тепловой энергии расходуемой в процессе плавки

О_прих - 3356,24 КДж на 1 кг расплава

Q_pacx складывается из следующих статей расхода:

1. На испарение гигроскопической влаги - 426 КДж

2. На разложение водяных паров дутья = 147,93 КДж

3. На нагрев шихты - 1318 Кдж

4. На унос через колошник - 802,7 КДж

Итого: Q_pacx = 2694,6 КДж на 1 кг расплава

Q_о.в. = 3356,24 - 2694,6 = 661 КДж

Значение Q_о.в. должно находится в интервале 500-700 КДж. Выводы: для обеспечения экономичной по расходу топлива работы печи

необходимо:

1. Подсушка сырья загружаемого в вагранку

2. Подогрев шихты в зимний период работы.

3. Установка фильтрующих приспособлений в дымоходах

и искрогасителе.

4. Теплоизоляция ватержакета с внешней стороны.

Дата добавления: 2015-07-11