Расчет выноса пыли

По своей физической природе пыль от печи РОМЕЛТ состоит из выноса шихто-вых частиц, возгонов и капелек шлака, причем масса капелек шлака в общем количестве образующейся пыли составляет 10-15 %.

Общее количество пыли:

ф,„ =ф +ф +ф «о™ п АЛ

^ПЫЛЬ ^ пыль пыль пыль ' V '

где Фпыль-общее количество вынесенных вместе с пылью веществ, кг/ч;

количество шихты, вынесенной в пыль (обычно эта величина составляет

около 2 % от загрузки шихты), кг/ч;

Ф - выход возгонов с пылью (зависит от исходного содержания компонентов шихты и степени возгонки), кг/ч;

Ф^ - вынос шлака в пыль (10-15 % от общего пылевыноса), кг/ч.

Точные значения расчета составляющих пыли (доли шихты, шлака, возгонов) определялись с помощью настроечных коэффициентов.

Расчет количества и состава газовой смеси до и после дожигания Газовая смесь, выделяющаяся из ванны, состоит из СО, Н2, С02> N2, паров воды и соединений серы, в основном S02.дожигание горючих компонентов этой смеси (СО и Н2) осуществляется кислородом, подаваемым через верхние фурмы печи.

Расчет количества и состава газов из ванны. Количество газа:

фгаз=фСО+фН2 +фСО 2 +фМ 2 + фН 2 °+ф502 ? (7 7)

со

где Ф - количество СО от сжигания твердого углерода и летучих углерода, кг/ч; Фн 2 - общее количество водорода, образовавшегося в результате реакций и со-держащегося в сухой массе угля, кг/ч; Фс°3 - количество диоксида углерода в газах, кг/ч;

Фы2 - количество азота, поступившего вместе с дутьем через нижние фурмы и

содержащегося в сухой массе угля, кг/ч; Ф1*2 0 - количество паров воды, кг/ч; Oso 2 - количество оксида серы, кг/ч.

Vra3=J>,22,4/MiS (7.8)

где Ф) - масса i-ro компонента газовой смеси, кг;

Mj — молекулярный вес i-ro компонента газовой смеси.

Дожигание горючих компонентов газовой смеси. Дожигание происходит по реакциям:

СО+1/2С2=С02, (7.9)

Н2+1/202=Н20, (7.10) Справедливы следующие соотношения:

(Н2)Ч(Н2)к=(Н20)н+(Н20)к, (7.11)

(С0)Н+(С0)К=(С02)Н+(С02)><, (7.12)

Здесь в круглых скобках количество молей соответствующего газа, индексы «н» и «к» - начальное и конечное (после дожигания) количество. Зная выражение для констант равновесия реакций (7.9) и (7.10), а также с учетом соотношений (7.11) и (7.12), получаем систему из четырех нелинейных уравнений, решая которую методом итераций, получаем молекулярный равновесный состав газовой смеси, состоящей из СО, Н2. С02 Н20, N2, S02 И 02, после дожигания.

Тепловой баланс печи РОМЕЛТ.

Тепловой баланс рассчитывается отдельно для ванны и зоны дожигания.

Тепловой баланс ванны.

Суммарный приход тепла в ванну:

(7.13)

где QJJ"*™"-теплосодержание шихты, включая руду, уголь и флюс, Дж; Q^™ - теплосодержание дутья и природного газа, Дж; Q™p - количество тепла от горения углерода в кислороде дутья, Дж; Q™ - тепло, выделяющееся в результате химических реакций шлакообразования, Дж; Qd™ _ тепл0; передаваемое ванне из зоны дожигания, Дж.

Общий расход тепла в ванне:

где Q f - тепло, затрачиваемое на парообразование, Дж;

Q «аут _ теплс,5 поглощаемые при растворении углерода, Дж;

Q™ _ хепл0С0дерЖание шлака, Дж; Qnomepu _ тепловые потери, Дж;

Q™ - теплосодержание газовой смеси на выходе из ванны, состоящей из СО,

Н2, С02, N2, S02 и паров воды, Дж; Q™ - тепло, поглощаемое при восстановлении металлов, влаги и примесных

соединений углеродом, Дж; QM/rf _ Terui0i поглощаемое при разложении карбонатов, Дж.

Тепловой баланс зоны дожигания Общий приход тепла в зону дожигания:

(7.15)

где Q™ - теплосодержание газов, Дж;

_ тепл0содержание кислорода, используемого для дожигания газовой смеси, Дж;

QdnOJK - тепло, выделяющееся при дожигании горючих компонентов газовой смеси (СО, Н2), Дж;

Q,™" - тепло, выделяющееся при окислении металлов и примесей в газовой фазе (Zn, Pb, S и т.д.), Дж;

Q f* - тепло, выделяющееся при сгорании твердого углерода в кислороде, подаваемом на верхние фурмы, Дж,

Общий расход тепла в зоне дожигания:

q ЗОНА _q ДОЖ | q дым -f-Q _|_q КЕСС j-y 16)

где Q^ - тепло, передаваемое ванне, Дж;

Q^" - теплосодержание дымовых газов, Дж;

Q - теплосодержание пыли, Дж;

Q р " - теплоотдача потери через кессоны верхних рядов, Дж.

На основе разработанной методики расчета создана балансовая модель процесса и программный комплекс для персонального компьютера.

Модель использовалась для расчетов технологических параметров при разработке технологических регламентов опытных компаний.

Расчетные режимы удовлетворительно совпадали с фактическими, что подтверждает адекватность модели.

В табл. 42 приведен пример расчета материального и теплового балансов плавки в печи с площадью пода 20 м2 Лебединской аглоруда с использованием Краснобродского угля марки ТМ (Ас - 10%, W - 8%, Собщ. - 81%) и известняка при степени дожигания газов в печи 75%, содержании 02 в дутье нижних фурм - 75%, расходе дутья на продувку ванны - 12000 нм3/ч, кислорода на дожигание — 20620 нм3/ч.

Основной приход тепла в ванну (77%) осуществляется из зоны дожигания. С охлаждающей водой уходит около 17% тепла, часть из которого может быть использована в виде вторичных энергоресурсов (ВЭР). Включение верхних кессонов в контур циркуляции котла-охладителя позволяет утилизировать более половины этой

энергии. Тепловой к.п.д. без учета использования энергии охлаждающей воды и газов составляет 32%, а с учетом - может достигать 70-75%.

На рисунках 90 и 91 показано влияние основных параметров на расходные показатели процесса.

Расход кислорода, угля и производительность процесса определяет степень дожигания газов в печи. При увеличении степени дожигания газов с 0,4 (что было ха-

Материальный и тепловой балансы процесса

Таблица 42 Материальный баланс плавки Приход кг/ч % Расход кг/ч % Руда 56000 39,6 Дымовые газы (66115 нм3) 93675 66,2 Уголь 30260 21,4 Чугун 29590 20,9 Известняк 9420 б,б Шлак 16730 11,8 Дутье нижнее 16610 11,7 Пыль 1570 1,1 Кислород на дожигание 29275 20,7 ИТОГО 141565 100 ИТОГО 141565 100 Тепловой баланс шлаковой ванны Приход ГДж/ч % Расход ГДж/ч % Горение углерода на нижн. фурмах 88,7 22,2 Химич. реакции 180,4 45,1 Теплосодержание сырья н дутья 2,9 0,7 Теплосод-е. чугуна 39,7 9,9 Другое 0,2 0,1 Теплосод-е шлака 28,3 7,1 Приход из зоны дожигания 308,5 77,0 Теплосод-е газов 135,7 33,9 В систему охлаждения и потерн 16,2 4,0 ИТОГО 400,3 100 ИТОГО 400,3 100 Тепловой баланс зоны дожигания Приход ГДж/ч % Расход ГДж/ч % Теплосод-е газов из ванны 138,6 22,6 Физическое тепло газов 196,3 32,0 Тепло от дожигания 469,3 76,6 Теплосодержание пыли 1,9 0,3 Горение углерода 0,9 0,1 Теплопотери через верхние кессоны 105,8 17,3 Окисление примесей 3,7 0,7 Теплопередача к ванне 308,5 50,4 ИТОГО 612,5 100 ИТОГО 612,5 100 Тепловой баланс плавки Приход ГДж/ч % Расход ГДж/ч % Теплотворная способность угля 753,8 99,6 Физическое тепло газов 196,3 25,9 Теп л ос о держание сырья, дутья 2,9 0,4 Химическое тепло 188,1 24,9 В систему охлаждения и потери 122 16,1 Теплосодержание металла 39,7 5,2 Теплосодержание шлака 28,3 3,7 Теплосодержание пыли 1,9 0,3 Химические реакции 180,4 23,9 ИТОГО 756,7 100 ИТОГО 756,7 100 ракгерно для большинства опытных плавок) до 0,75 удельный расход угля уменыпа- ется с 1750 до 900 кг/т, расход кислорода - с 1325 до 820 нм на тонну чугуна, а производительность печи с площадью пода 20 м3 возрастает с 12 до 39 т/час.

увеличением степени дожигания резко уменьшается величина удельных вторичньгк ресурсов (ВЭР) и потери тепла через водоохлаждаемые элементы печи.

На рис. 90 (а) точками выделена область, соответствующая рабочим режимам на установке РОМЕЛТ на НЛМК.

Степень передачи тепла от дожигания шлаковой ванне определяется в основном интенсивностью перемешивания шлаковой ванны, свойствами шлака, температурой и др. При осуществлении плавок на установке РОМЕЛТ в нормальных условиях степень передачи тепла от дожигания шлаковой ванне составляла 65-70%, что несколько ниже заявленных 80-90% для процесса HIsmelt (табл.1). Возможности интенсификации теплопередачи ванне в процессе РОМЕЛТ по-нашему мнению не исчерпаны.

Снижение зольности угля с 24 до 10 24% приводит к уменьшению расхода кислорода на 6-7% и угля на 20%.

К существенному снижению расхода энергоносителей приводит предварительный нагрев железосодержащего сырья (рис. 91 а), который может производиться за счет тепла дымовых газов. Особенно резко снижаются расходы энергоносителей на начальной стадии нагрева, когда из железосодержащих материалов удаляется влага.

Увеличение содержания железа с 30 до 60% приводит к уменьшению расхода угля и кислорода почти в два раза. При этом благоприятно сказывается снижение основности, особенно для бедных руд при использовании в качестве флюса известняка.

Для обеспечения конкурентоспособности процесса РОМЕЛТ по сравнению с аглокосодоменной схемой он должен осуществляться на сырье сопоставимого качества при степени дожигания газов в печи около 75%. 0 ц 1500 о

1000 • С

500 j- известняк X у' известь 40

60

80

2000 ¦

.ь

м

s

Et О о. о с

U S

in

1300

1100

900

700

60

70

20

80 60 40 20 0

20

40

60

80

100

50

80

60

70 5 30 О. V 1- 7.5 о * S s 20 п 15 О D0 10 2100

100

20

50

1900

1700

и"11 I

50 60 70

Степень предачи тепла, %

80

м

га О Q.

Р г

га w-

а. 5

ш

3" к ч о х

100

1500

40 60 80 Степень дожигания, % Рис.90 . Зависимость показателей процесса от степени дожигания (а) при использовании извести/известняка и степени передачи тепла ванне (б) для углей с содержанием золы (А) 10 и 24% на сухую массу а)

б) к

н

I

Ц

о

30

40

50

60

200

400

600

800

1000

70

1900

1500

1100

700

40

50

60

200

400

600

800

2300

п ?

О о. о

С. и

5

1000

30

5500

70

2900

? М

ш

а

о «

л

Ц.

?

О)

А ю О

1000

200 400 600 800 Температура сырья, С

30 40 50 60

Содержание железа, % Рис.91. Зависимость показателей процесса от температуры железорудного сырья (а) при различной степени дожигания (а) и от содержания железа в руде (б) при различной основности (B=Ca0/Si02)