Расчет теплового баланса шахтной плавки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет теплового баланса шахтной плавки

Цель работы: Ознакомить студентов с расчетами теплового баланса шахтной плавки.

Расчет прихода тепла. При восстановительной плавке основной статьей прихода является тепло от горения топлива. По аналогии с материальным балансом расчет проводим на 100 кг твердой шихты или на 100 кг металлсодержащего сырья. Так как при восстановительной плавке углерод кокса сгорает до СО₂ и СО, расчет выделяемого при этом тепла производим по тепловым эффектам реакций горения:

С + О ₂ = СО ₂ + 394078;

q¹ = = 127091 кДж.

С + Ѕ O₂ = СО + 110683;

q^II = = 35695 кДж.

Всего от горения 9 кг кокса выделится тепла:

Q = q^I + q^II = 127091 + 35695 = 162786 кДж.

К числу экзотермических реакций при плавке следует отнести реакции шлакообразования. При малом количестве шлака расчет можно упростить, приняв среднее значение тепла, выделяемого при образовании 1 кг шлака. Оно равно 565,6 кДж. Тогда тепло от образования шлака будет равно

q^III = 565,6 · 7,1 = 4015,8 кДж.

С выделением тепла протекает реакция восстановления оксида свинца:

РbО + СО = Рb + СО ₂ + 60277; (1)

q^IV = = 10328,2 кДж.

Относительно небольшой статьей прихода тепла является физическое тепло. Его определяют по известной формуле:

q^V = cmt (2)

Для кокса:

q^V = 0,838 · 9,0 · 20 = 150,84 кДж,

для шихты:

q^VI = 0,503 · 103,79 · 20 = 1044,12 кДж,

для воздуха:

q^VII = 1,006 · 67,3 · 20 = 1354,08 кДж.

q_физ = 150,84 + 1044,12 + 1354,08 = 2549,04 кДж.

Всего общий приход тепла составит:

162786 + 4015,8 + 10328,2 + 2549,04 = 179679,0 кДж.

Расчет расхода тепла. Основными статьями расхода являются: тепло, расходуемое на компенсацию тепла, потребляемого эндотермическими реакциями, и потери тепла с отходящими газами и водою для охлаждения кессонов.

В современной практике цветной металлургии при использовании шахтных печей больших размеров (площадь, сечения в области фурм 10-20 м ²) тепло, теряемое с газами и расходуемое па охлаждение кессонов, утилизируют, т. е. получают вторичные энергоресурсы используемые для нужд предприятия. Для этого кессоны с водяным охлаждением заменяют кессонами с пароиспарительным охлаждением, а также кессонируют колошник печи.

Во вторичной цветной металлургии обычно применяют шахтные печи относительно небольшого размера. Так, при производительности 25 тыс. т чернового свинца в год в течение суток на шахтной печи нужно получить 25000 \ 340 = 73,53 т свинца (340 - количество дней работы шахтных печей в году с учетом планово-предупредительных ремонтов и простоев).

Согласно практическим данным, удельная производительность шахтной печи на шихте рассчитанного выше состава составляет 80 т/ (м²·сут). приход потеря тепло плавка

Согласно материальному балансу (табл. 6), для получения 76,1 кг чернового свинца нужно проплавить 103,79кг шихты (в состав шихты не входит кокс и воздух). Следовательно, для получения в течение суток 73,53 т чернового свинца нужно проплавить шихты:

= 100,28 т шихты.

Для этого нужно иметь следующую площадь шахтной печи в области фурм:

100,28: 80 = 1,25 м ².

Для печи такого небольшого размера устанавливать кессоны пароиспарительного охлаждения экономически нецелесообразно. Если предприятие решает вопрос вторичных энергоресурсов (ВЭР) комплексно, тогда к общему комплексу может быть подключена и шахтная печь.

В данном случае рассчитываем только шахтную печь с кессонами обычного водяного охлаждения.

Статьи расхода тепла:

тепло, теряемое с черновым свинцом:

q₁ = 0,138 · 76,1 · 800 = 8401,4 кДж;

тепло, теряемое со штейном:

q₂ = 0,838 · 2,0 · 800 = 1340,8 кДж;

тепло, теряемое со шлаком:

q₃ = 1,257 · 7,1 · 1100 = 9817,2 кДж;

тепло, теряемое с пылью:

q₄ = 0,503 · 3 · 350 = 528,2 кДж.

Всего физические потери составят:

8401,4 + 1340,8 + 9817,2 + 528,2 = 20087,6 кДж.

Тепло эндотермических реакций:

РbS + 2PbO = 2Рb + SО _2-236232; (3)

q₅ = = 3973,0 кДж.

РbSО ₄ = 2PbS + SO₂ + ЅО _2-404251; (4)

q₆ = = 36849,5 кДж.

РbО ₂ = 2PbO + ЅО _2-117571; (5)

q₇ = = 5418,8 кДж.

CaCО ₃ = CaO + CО _2-178066,6; (6)

q₈ = = 2101,2 кДж.

Всего потребуется тепла на компенсацию эндотермических реакций:

3973,0 + 36849,5 + 5418,8 + 2101,2 = 48342,5 кДж.

Тепло, расходуемое на испарение влаги. Согласно материальному балансу влага поступает только с коксом. Практически она может поступить и с другими шихтовыми компонентами.

На испарение 1 кг влаги расходуется 2493 кДж тепла:

q₉ = 3,6 · 2493 = 8974,8 кДж.

Потери тепла с отходящими газами:

q₁₀=(c₁ · CO₂+c₂ · CO+c₃ · O₂+c₄ · N₂+c₅ · O₂+c₅ · H₂O+c₆ · пр) t (7)

где c₁, с ₂, с ₃... - объемные теплоемкости,

q₁₀= (1,9 · 11,33 + 1,32 · 3,39 + 1,99 · 2,4 + 1,31 · 41,45 + 1,55 · 0,45 + 0,92 · · 1,64 + 0,92 · 3,99) · 350 = 31852,4 кДж.

Теплоемкость для "прочих" (0,92) принята условно по кислороду (можно по любому другому компоненту).

Потери тепла с водой кессонов. Для расчета этих потерь нужно знать температуру воды на входе в кессон и на выходе. Разница температур составляет не более 20°С. Нужно также знать расход воды на 100 кг шихты.

Согласно заводским данным потери тепла с водой на 1 т шихты примем 335200 кДж. На 103,79 кг они составят:

q₁₁ = 335200-0,10379 = 34790,4 кДж.

Общие потери тепла будут равны:

20087,6 + 48342,5 + 8974,8 + 31852,4+34790,4 = 144047,7 кДж.

Разница между приходом и расходом составит:

179679,04-144047,7 = 35631,34 кДж.

Результаты расчета теплового баланса представлены в табл. Приход и расход тепла приведено в килоджоулях и в процентах. Наибольший интерес представляют данные, выраженные в процентах. По ним можно судить о правильности рассчитанного баланса. Так, при шахтной плавке на воздушном дутье потери тепла с газами должны составлять около 20 %, примерно такие же потери - с водою охлаждаемых кессонов.

Таблица. Тепловой баланс плавки

Полученная разница между приходом тепла и расходом - это, так называемые, неучтенные потери. Для шахтной плавки они должны составлять примерно 15-18 %. Если они получились значительно больше, значит, завышен расход топлива, если меньше расход топлива занижен.

Иногда расход топлива рассчитывают из теплового баланса. Для того, чтобы расчет не усложнять, за неизвестное X принимают только расход топлива. Составляют уравнение теплового баланса с одним неизвестным. В этом случае неучтенными потерями нужно задаться (15 %).

Литература

1. Волобуев В.Ф. и др. Заготовка и переработка вторичных металлов. Харьков: Основа, 1992. 400 с.

2. Худяков и др. Технология вторичных цветных металлов. М.: Металлургия, 1981, 280 с.

3. Купряков Ю.П. Производство тяжелых цветных металлов из лома и отходов. Харьков: Основа, 1992. 400 с.

4. Периодические издание: Горный журнал, Цветные металлы, Ўзбекистон кончилик хабарномаси, Металлы Евразии, Рынок вторичных металлов.

Размещено на Allbest.ru