Расчет печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Запорожская государственная инженерная академия

Механико-технологический факультет

Кафедра металлургии цветных металлов

Контрольная работа

по дисциплине: «Конструкция агрегатов цветной металлургии»

Расчет печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое

Выполнила:

ст-ка группы МЦ-11-1сз

Хомицкая А.Ю.

Приняла:

асс. Гунько И.М.

Запорожье 2011 г.

Реферат

печь тепло электроэнергия гранулометрический воздуходувка

Контрольная работа: 16 страниц, 3 рисунка, 1 таблицы, 4 литературных источника.

Цель работы: изучить дисциплину «Технологическое проектирование в цветной металлургии».

Расчет печи

Ключевые слова: КИПЯЩИЙ СЛОЙ, ОБЖИГ, ПЕЧЬ, КОНЦЕНТРАТ, ДУТЬЮ, СОПЛО.

Введение

Металлургической печью называется промышленный агрегат, в котором, используя тепловую энергию, производят необходимые физико-химические превращения металлсодержащих материалов с целью извлечения, рафинирования или тепловой обработки металлов и сплавов.

Назначение печи состоит в передаче тепла технологическим материалам, но при этом неизбежно часть тепла поглощается печными стенками и другими побочными теплоприемниками.

Совокупность процессов теплообмена, происходящих в рабочем пространстве печи обычно при посредстве движущейся печной среды, называется тепловой работой. Ее подразделяют на полезную, которая представляет собой передачу тепла технологическим материалам, и потерянную, включающую все иные виды потребления тепла.

Теплотехнические расчеты, выполняемые с целью конструирования новой печи или выяснения изменений, которые произойдут в тепловой работе существующей печи при переходе к другим условиям эксплуатации, должны выполняться комплексно, т.е. охватывать все теплотехнические процессы.

1. Печи для обжига в кипящем слое

Конструкция печи для обжига сульфидных материалов в кипящем слое показана на рис. 1.

Рисунок 1. Печь кипящего слоя для обжига цинкового концентрата

1 - падина; 2 - форсунка для розжига печи; 3 - загрузочная камера; 4 - корпус печи; 5 - отверстие для выхода газов; 6 - сливной порог; 7 - змеевик (охладитель); 8 - воздушная камера; 9 - задвижка с пневмоприводом; 10 - футеровка печи; 11 - свод.

Печи для обжига в кипящем слое состоят из цилиндрической или прямоугольной обжиговой камеры, специального пода, через который подается воздушное дутье, устройств для загрузки и выгрузки материалов и газоотводящей системы. Если обжиг протекает с большим экзотермическим тепловыделением, то на уровне кипящего слоя в нижней части печи устанавливают водяные или воздушные теплообменники для отбора избыточного тепла (кессоны, змеевики и т. д.). Обжиговая камера состоит из железного кожуха, футерованного изнутри слоем шамотного кирпича, или из огнеупорного бетона толщиной 200--300 мм. В некоторых печах между кожухом и огнеупорным слоем располагается слой теплоизоляции 10--50 мм. Иногда обжиговую камеру делят на несколько смежных камер вертикальными или горизонтальными перегородками. В этом случае материал последовательно проходит обжиг в кипящем слое в каждой камере, перемещаясь самотеком из камеры в камеры через перегрузочные трубы или отверстия. Разделение процесса обжига на несколько камер дает возможность поддерживать в них различную температуру. В некоторых печах камера в верхней части расширена для успокоения газовоздушной смеси.

Наиболее важная деталь печи -- специальный под, через который подается воздух или газы, поддерживающие материал в состоянии кипящего слоя. Конструкцию пода делают такой, чтобы воздух или газ равномерно распределялся по горизонтальному сечению камеры и обжигаемый материал не просыпался через отверстия пода в воздушную камеру. В соответствии с этими требованиями имеется несколько вариантов конструкции пода. Наиболее распространена беспровальная решетка, представляющая собой плиту из огнеупорного бетона или жаропрочного чугуна с большим числом отверстий, защищенных от попадания в них материала грибообразными соплами. Для обеспечения более ровной и устойчивой работы печей целесообразно подводить воздух к подине через воздушную коробку, разделенную на отдельные секции с самостоятельным воздушным питанием.

Материалы загружают в печи через боковую стенку или свод из бункера с помощью ленточного, шнекового, тарельчатого или лопастного питателя. Иногда материал подается в печь в виде пульпы с помощью насоса и сливной трубы. Обожженный материал удаляется из печи самотеком через разгрузочные трубы и отверстия, находящиеся на уровне кипящего слоя. Газы, содержащие большое количество пыли, представляющей собой обожженный материал, отводятся через газоходные отверстия в боковых стенках или своде в пылеулавливающие и теплоиспользующие устройства. Печи для обжига в кипящем слое, несмотря на относительно недавнее распространение в технике, имеют большие перспективы в будущем и надо ожидать, что в ближайшие годы появится много новых конструкций печей этого типа для обжига сырья и полупродуктов различных цветных металлов.

2. Расчет печи

1) Потребность в тепле за счет топлива или электроэнергии Q_т, ккал/кг.

Находится по ориентировочной формуле (1):

, ккал/кг, (1)

где t_г - температура газов, выходящих из печи ^оС;

S - количество выгорающей серы, % исходного содержания;

SO₂ - содержание сернистого ангидрида в отходящих газах, % по объему;

g - количество тепла, выделяемого при обжиге или плавке материала, отнесенное к 1кг-проценту выгорающей серы, ккал/кг·% S.

Рассчитаем, при следующем значении величин: t_г?855^о; SO₂?12%; S?40%; g =36 ккал/кг·% S

Следовательно, для обжига в кипящем слое цинкового концентрата заданного состава топлива и электроэнергии не требуется.

2) Определение оптимального количества дутья К₀, м³/м²•мин.

Первоначально определяем предельное (минимальное) количество дутья К, при котором неподвижный слой концентрата переходит в нестабильное состояние. Для рассчитываемой печи значение величин, входящих в формулу (2):

, (2)

будет следующим:

щ - площадь свободных проходов между кусками материала, в долях от общей площади сечения слоя; для сульфидов щ = 0,15;

ц - количество газов, образующихся в печи на единицу дутья из формулы (3),

; (3)

нм³/нм³;

= 170 м³ - общий объем отходящих газов;

= 187,264 м³ - практический расход воздуха;

г - кажущийся удельный вес материала, г = 4300 кг/м³;

^аз - приведенный удельный вес газов в печи, кг/м³ из формулы (4);

; (4)

кг/м³;

t_ср - средняя температура газов в слое:

, °С;

= 18 °С - температура окружающей среды,

= 900 °С - температура газов на вы ходе из слоя равна температуре кипящего слоя,

= 205 кг - масса ходящих от газов;

величину среднего размера кусков концентрата l_ср определяют на основании данных по его гранулометрическому составу, приведенных в таблице 1.

Таблица 1. Гранулометрический состав цинкового концентрата

Крупность	Ситовой анализ сухой пробы, %
меш	мм
+48	0,295	10
-48+170	-0,295+0,088	30
-170+200	-0,088+0,074	15
-200	-0,074	45
Итого		100

Крупная часть концентрата

Куски 0,3 мм 10% (25%)

0,19мм 30% (75%)

Итого 40% (100%)

, (5)

мм.

Мелкая часть концентрата

Куски 0,08 мм 15% (25%)

0,07мм 45% (75%)

Итого 70% (100%)

,

мм.

Весь концентрат

Крупная часть 0,195 мм 40%

Мелкая 0,065мм 60%

Итого 100%

Так как для всего концентрата l_мел=, l_кр= 0,33·l_кр, т.е. l_мел<0,415·l_кр, поэтому для расчета среднего размера куска следует применить формулу:

l_ср= 0,05·l_кр + 0,95·l_мел = 0,05·0,195 + 0,95·0,065 = 0,072 мм (l_ср = 72·10^-6 м).

Подставляя найденные значения в формулу (2), определяем предельное количество дутья:

м³/м²·мин;

Оптимальное количество дутья, обеспечивающее создание устойчивого кипящего слоя цинкового концентрата, определяется как:

К₀=(1,2ч1,4)К.

При сравнительно небольшой величине пылеуноса, принятой равной 40% в расчете, берем наименьшее значение коэффициента {1,2}

К₀=1,2·9,245=11,094 м³/м²·мин.

3) Удельная производительность печи.

Определяется по формуле (6):

; (6)

т/м²·сутки;

где: 1440 - число минут в сутках;

f₁ - коэффициент нахождения печи под дутьем, доли единицы;

f₁ = 0,93-0,97;

в предыдущих расчетах найдено: удельный практический расход воздуха на 1 т обжигаемого материала V_уд = 1 м³/т.

Полученная величина удельной производительности находится в пределах, достигнутых в заводской практике.

4) Минимальное время пребывания концентрата в печи, обеспечивающее завершение обжига.

Определяется по формуле (7):

(7)

коэффициент (45) учитывает возможную неравномерность промышленного процесса обжига, укрупнение кусков концентрата в результате его слёживания и окатывания в транспортных устройствах, а также и некоторый резерв, создающий гарантию полного обжига всей массы перерабатываемого материала;

где: щ - линейная скорость распространения процесса обжига в глубину слоя или куска материала для цинкового концентрата щ = 0,004 м/час;

l_ср - наибольший размер кусков концентрата l_ср = 0,3 мм.

5) Площадь пода печи.

Находится по формуле (8):

, (8)

;

где: А - заданная суточная производительность по исходному сырому концентрату, т/сутки; а - удельная суточная производительность.

При круглой форме печи внутренний диаметр ее будет

,

диаметр печи с учётом футеровки:

D_н = D + 2· (l_ш + l_в + l_с),

D_н = 6,7 + 2(0,25 + 0,02 + 0,008) = 7,26 м.

6) Минимальный объем кипящего слоя.

Рассчитываем по формуле (9):

, (9)

;

где ?V - удельный объем концентрата в кипящем слое.

г_тв - удельный вес концентрата, т/м³.

7) Толщина кипящего слоя.

Определяется по формуле (10):

. (10)

Значение коэффициента принимается в зависимости от размеров печи и от химического и гранулометрического состава концентрата. С увеличением размеров печи, крупности концентрата и содержания серы в нем величина коэффициента принимается большей.

В данном случае для богатого серой концентрата и значительных размеров печи принимаем наибольшее значение коэффициента.

Заводские печи, обжигающие цинковые концентраты, имеют толщину (высоту) кипящего слоя 0,7-1,2 м.

8) Общая высота печи.

Определяется по формуле (11):

Н_п = (4 - 7) · Н_к, (11)

Н_п = (4 - 7) · Н_к = 6 · 1,12 = 6,72 м;

Чем мельче материал, обрабатываемый в печи, и больше величина К₀, тем большее значение коэффициента (47) рекомендуется принимать.

9) Гидравлическое сопротивление кипящего слоя.

Определяется по формуле (12):

(12)

Подставим в эту формулу следующие значения величин: Н_к=1,12 м; г_тв=4300 кг/м³; д=0,75 (величина д определяется скоростью воздуха и гранулометрическим составом концентрата; для каждого конкретного материала надо знать или определять зависимость величины д от К₀; величиной г_г в данном расчете пренебрегаем ввиду относительно малого ее значения).

?р=1,12·4300(1 - 0,75)=1204 мм. вод. ст.

10) Параметры воздуходувки.

Давление воздуха на воздуходувке определяется по формуле (13):

р=(1,3ч1,5) · (?р+?р_п)=1,5·(1204+70) = 1701 мм.вод.ст.;

При условии, что ?р_п=100 мм.вод.ст. Расход воздуха на одну печь определяется по удельному расходу V_уд=1460 нм³/т и производительности печи А=342 т/сутки.



По величине давления и расхода воздуха выбирают воздуходувную машину. Для проектируемой печи может быть выбрана воздуходувная машина Невского завода типа 0-325-11 следующей характеристики: производительность 325 м³/мин; давление 2300 мм. вод.ст.

11) Размеры и число дутьевых сопел.

Для проектируемой печи принимаем сопло грибообразной формы с 4 выходными отверстиями диаметром по 10 мм (рисунок 2). Скорость истечения воздуха из сопла находим по формуле (14):

, (14)

ц - коэффициент расхода; для цилиндрических отверстий с острыми кромками ц = 0,8.

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения ,

давление воздуха в сопле p₁ = 1300 мм вод.ст.;

давление воздуха в нижней части кипящего слоя p₂ = 1200 мм вод.ст;

удельный вес воздуха = 1,29 кг/м³.

.

Число сопел необходимое для печи по формуле (15):

(15)



расход воздуха на печь м³/сек,

площадь выходных отверстий одного сопла f = 0,000314 м², 1,2 - коэффициент запаса.

Рисунок 2. Грибообразное дутьевое сопло для печи кипящего слоя

Эскиз печи представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Эскиз печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое

Список использованной литературы

1. Д.А. Диомидовский. Металлургические печи цветной металлургии. Изд-во «Металлургия», 1970. - 704 с.

2. Д.А. Диомидовский, Л.М. Шалыгин, А.А. Гальнбек, И.А. Южанинов. Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии, ЛГИ, 1957 - 1958.

3. І.Ф. Червоний, В.М. Печеннікова, В.І. Іванов. Технологічне проектування у кольоровій металургії. Навчально-методичний посібник для студентів ЗДІА спеціальності «Металургія кольорових металів» - Запоріжжя, ЗДІА, 2009. - 209 с.

4. С.Г. Єгоров, В.М. Печеннікова, В.І. Іванов, І.Ф. Червоний. Технологічне проектування: методичні вказівки до виконання курсової роботи для студентів ЗДІА спеціальності «Металургія кольорових металів» - Запоріжжя, ЗДІА, 2011. - 56 с.

Размещено на Allbest.ru

...