2.3. Исследование взаимодействия влаги с углеродом угольной частицы в газовом пузыре в объеме шлакового расплава

Испаряющаяся из угля, флюса и железорудного материала влага переходит в газовый пузырь барботажного газа, где она может взаимодействовать с углеродом ококсованных частиц угля, попадающих внутрь пузырей.

Выше было экспериментально установлено, что влага выделяется из угля в верхней зоне шлаковой ванны.

^ h 0,3л* ., „

о 2,3 м! с 4 }

Средний диаметр газового пузыря, выходящего из шлаковой ванны при температуре 1450°С примем равным 6 см. При этом его объем составит 1,13-10ч м3 при данной температуре и 1,96-10"5 м3 при температуре 298К.

По модельным расчетам, при использовании в шихте печи РОМЕЛТ Михайловской аглоруды (7% Н2Огагр+4,5% Н20ГИДР, расход 53 т/ч), Аккермановского известняка (10% H2Orarp, расход 11,5 т/ч) и Кузнецкого угля марки СС (б% Н20гагр, расход 31,6 т/ч) содержание Н^О Б газе на выходе из шлаковой ванны составляет 0,131 кг/м3 (масса Н20 в газе составила 8513 кг/ч, а объем газа 65088 нм3/ч). Зная суммарный объем газа и средний объем одного пузыря, определим общее количе-

~5 9

ство пузырей в ванне;

65088/1,96-10 -3,33-10 шт/ч.

Примем, согласно работе [56], что масса угля, находящаяся в поверхностном слое 3(в) шлакового расплава ОПУ печи РОМЕЛТ в каждую единицу времени, составляет 900 кг. Тогда, зная фракционный состав угля в данной зоне шлаковой ванны, определим массу каждой фракции угля в зоне 3(в), массу одной частицы каждой фракции (плотность угля 900 кг/м3), и общее количество угольных частиц в по-верхностном слое (табл.9).

Количество угольных частиц в данной зоне шлаковой ванны в каждый момент времени составляет 2,95-109 шт.

Тогда каждый газовый пузырь, проходя через зону 3(в) за время z=0,13 с, будет ассимилировать хотя бы одну угольную частицу. Расчет средней дж всех фракций доли массы углеродсо держащей частицы (к^), израсходованной на реакцию (19) за время А/

при температуре шлаковой ванны 1450°С фракция угля, мм доля фракции в

слое (/}, % Поверхность средней части- ,2 ЦЫ, м Средний поверхно-стный диа-метру, мм масса фракции, кг масса уг-лерода в этой фракции, кг масса уг-лерода в угольной частице, кг кол-во частиц, шт изменение массы одной частицы (Am), кг изменение массы всех частиц, кг % 0-0,2 0,3 4Д9Т0"8 0,12 1,95 1,40 5,22ТО"10 2,68-10+9 8,80-Ю"12 0,024 1,21317 0,2-0,4 0,3 2,93-10"7 0,31 1,95 1,40 9,67-10"9 1,45-10+s 6Д6-10"11 0,009 0,45853 0,4-0,8 U 1,17-Ю*6 0,61 7,14 5,14 7,74-10"8 6,64-10+? 2,46-1040 0,016 0,22927 0,8-1,6 3,3 4,69-10'6 1,22 21,41 15,41 6Д9Т0-7 2,49Т0+7 9,85-Ю-10 0,025 ОД 1463 1,6-3,2 30,2 1,88-10"5 2,44 195,89 141,04 4,95-10'6 2,85-10+7 3,94Т0"9 0,112 0,05732 3,2-7,0 39,5 8,5 4-10"5 5,22 256,22 184,48 4,81-Ю'5 3,83-10+б 1,80-10"* 0,069 0,02685 7,0-10,0 17,6 2,29-10"4 8,54 114,16 82,20 2,12-Ю"4 3,89-10+5 4,82-10~8 0,019 0,01640 10-14 7,7 4,56-10"4 12,06 49,95 35,96 5,94 -КГ4 6,05-10+4 9,59-10"8 0,006 0,01162 2 100,0 648,65 467,03 2,95-10+9 0,279 к* =0,07 Скорость (q) реакции (19) по данным [57] описывается следующим выраже-нием:

273 Ш20 0/344 ¦ 10 й -Н™ 2

= f--(H20)-e т ,кгН20/(м2-с), (22)

где (Н20) - концентрация Н20 при 0°С и давлении 760 мм рт.ст., кг/м3; Т - температура протекания реакции, К; S - удельная поверхность угольной частицы,

м2/м3.

Для углерода эта константа (qc) запишется как:

12

Изменение массы углеродсодержащей частицы в объеме шлакового расплава за счет протекания реакции (19) описывается следующим выражением; 2

¦At, (24)

г, л г? . {6-т I3

Дт - qc ¦ Ь - № ~ qc ¦ ж ¦ а • М - qc ¦ ж где S ~ площадь поверхности частицы, м2; d - диаметр (фракция) углеродсо- держащей ококсованной частицы, м; т - масса утлеро дсодержащей ококсованной частицы, кг; р - плотность углеродсо держащей ококсованной частицы, кг/м3 (в данной оценке принята равной 900 кг/м3),

В результате подобного расчета молено определить средневзвешенную долю массы углероде о держащей частицы (?с?), израсходованной на реакцию (19) за время Д/ при температуре шлаковой ванны 1450°С:

(25)

где I — фракция утлеродсодержащей частицы; к^ - доля массы углеродсодер- жащей частицы i-й фракции, израсходованной на реакцию (19) за время At при температуре шлаковой ванны 1450°С: /; - доля i - й фракции в общей массе углеродсодержащих частиц в данном слое.

Результаты данного расчета приведены в табл.9. За время 0,13 с при темпе-

л О

ратуре шлаковой ванны 1450 С с газовым пузырем, содержащим 0,131 кг/м Н20, в среднем прореагирует 0,07% углерода утлеродсодержащей частицы.