Определение технических показателей доменной плавки при проектировании нового металлургического предприятия

где   130 = (59,3+10,44)∙22,4/12 – количество монооксида углерода, образующегося в процессах прямого восстановления железа и примесей, м³;

         59,3 и 10,44 – расход углерода на прямое восстановление, кг

6.1.6. Окисление СО и  СО₂ в процессах непрямого восстановления

312,8∙12,64 = 3954 МДж,

где 312,8– количество образующегося в печи диоксида углерода, м³

      12,64 – теплота  окисления СО и СО₂, МДж/м³.

6.1.7. Окисление Н₂ и Н₂О в процессах непрямого восстановления

117∙10,8 = 1264,1 МДж,

где  117 – количество образующегося в печи водяного пара, м³

       10,8 –  теплота окисления Н₂ и Н₂О, МДж/м³.

Всего выделяется тепла в области восстановления 5901,9 МДж.

6.1.8. Шлакообразование

При наличии в шихте  свободных оснований тепло, выделяющееся при шлакообразовании, может быть вычислено по формуле

G = 4,187∙10^-3∙270∙(CaO + MgO), МДж,

где  CaO и MgO – количество свободных (не связанных в силикаты) извести и магнезии, кг.

В данном случае приход тепла по этой статье отсутствует, так как проплавляется подготовленное железорудное сырье.

6.1.9. Физическое тепло  шихты

Вносится тепла:

агломератом при 300 ⁰С 636,5∙300∙0,91∙10^-3 = 173,8 МДж;

окатышами при 20 С 1009,4∙20∙0,8∙10^-3 = 17,8 МДж;

коксом при 20 С 450∙20∙1∙10^-3 = 9 МДж

Расходуется тепла на выделение  и испарение влаги шихты

Н₂О_гигр∙2,49 + Н₂О_гидр∙4,98 = 14,04∙2,49 = 34,9 МДж,

где 2,49 и 4,98 – теплота  выделения (испарения) гигроскопической и гидратной влаги, МДж/кг;

14,04 – количество влаги в коксе, кг.

Всего вносится тепла шихтой

173,8+17,8+9-34,9 = 165,6 МДж

Всего вносится тепла в  печь (итог теплового баланса)

4420+5901,9+165,6 = 10487,6 МДж.

6.2. Расход  тепла

6.2.1. Диссоциация оксидов

Fe2O3: (393,3+812,65)∙7,36∙112/160 = 6213 МДж;

FeO: (98,4+38,4-0,33∙72/56)∙5,19∙56/72 = 551 МДж;

SiO2: 6∙31,8 = 190,8 МДж;

MnO: 2,70∙7,36 = 19,9 МДж;

P2O5: 3,4∙32,7 = 112,1 МДж,

Расходуется тепла на связывание 20,1 МДж,

Всего

6213+551+190,8+19,9+112,1+20,1 = 7106,9 МДж.

6.2.2. Диссоциация карбонатов (отсутствует)

6.2.3. Тепло чугуна

Температура чугуна :

t_чуг = 1321+30∙(S)-0.61∙В = 1555,3 ⁰С,

Теплосодержание чугуна по А.М. Павлову :

I_чуг = 4,187+10^-3∙(35+0,18∙t_чуг) = 1,32 МДж/кг.

Расход тепла на нагрев чугуна

1026,4∙1,32 = 1353,6 МДж,

 

 

6.2.4. Тепло шлака

Температура шлака обычно на 40-60 ⁰С выше температуры чугуна. При величине превышения 40 ºС она составляет

t_шл = 1555,3+40=1595,3 ⁰С.

Теплосодержание шлака по М.А. Павлову при t_шл >1450 ºС

i_шл = 4,187∙10^-3∙[422.5+0.4∙(t_шл-1450)];

i_шл = 2,01 МДж/кг.

Расход тепла на нагрев шлака 

291,3∙2,01 = 586,2 МДж.

6.2.5. Тепло колошникового  газа

При температуре колошникового  газа 250 ºС унос тепла 1699 сухого газа  составляет 546,2 МДж

Водяной пар газа  уносит тепла

134,5∙250∙1,532/1000= 51,5 МДж.

Всего

546,2+51,5 = 597,7 МДж,

Всего расход тепла без  учета потерь во внешнее пространство

7106,9+1353,6+586,2+597,7 МДж.

6.2.6. Потери тепла

Эта статья, включающая также  погрешность расчетов, определяется по разности между приходом и расходом тепла

10487,6-9644,5 = 843,1 МДж,

что составляет

843∙100/10487,6=8,03 %.

Потери тепла по разности обычно находятся в пределах 6-12%

6.3. Тепловой  баланс по второму способу

Рассчитанные по первому  и второму способам балансы сведены  в таблице 14

Приходную часть баланса  по второму способу составляют статьи п. 6.1.1 – 6.1.4, т.е. тепло, выделяемое на фурмах и физическое тепло шихты.

В расходе при этом учитывается  тепло, затрачиваемое в процессах  прямого и непрямого восстановления, определяемое по разности затрат тепла  на диссоциацию оксидов и прихода  тепла от окисления восстановителей

п. 6.2.1 – (п. 6.1.5 + п. 6.1.6 + п. 6.1.7) =

= 7106,9-(683,8+3954+1264,1) = 1205 МДж,

а также тепло чугуна, шлака, газа.

Потери тепла по второму  способу

4585,6-3742,5 = 843,1 МДж

Что составляет

843,1∙100/4585,6= 18,38 %

 

Таблица 14 - Тепловой баланс

Статьи балансов	Первый способ		Второй способ
	МДж/т	%	МДж/т	%
Приход тепла
1. Горение природного  газа у фурм	209,4	2,0	209,4	4,6
2. Горение  углерода  кокса  у фурм	2530,1	24,1	2530,1	55,2
3. Физическое тепло нагретого  дутья за вычетом разложения  влаги дутья	1672,9	16,0	1672,9	36,5
4. Физическое тепло природного  газа	7,6	0,1	7,6	0,2
	4420,0	42,1	4420,0	96,4
5. Окисление углерода  в процессах прямого восстановления	683,8	6,5
6. Окисление СО в СО2 в процессах не прямого восстановления	3954,0	37,7
7. Окисление Н2 вН2О в процессах непрямого восстановления	1264,1	12,1
7. Всего в области восстановления	5901,9	56,3
8. Физическое тепло шихты  за вычетом теплоты разложения  влаги шихты	165,6	1,6	165,6	3,6
Суммарный приход тепла	10487,6	100,0	4585,6	100,0
Расход тепла
1. Диссоциация оксидов  железа, примесей чугуна и перевод  S в шлак	7106,9	67,8
2. Восстановление оксидов			1205,0	26,28
3. Тепло чугуна	1353,6	12,9	1353,6	29,52
4. Тепло шлака	586,2	5,6	586,2	12,78
5. Тепло колошникового  газа	597,7	5,7	597,7	13,03
6.Потери тепла	843,1	8,0	843,1	18,38
Суммарный расход тепла	10487,6	100	4585,6	100

 

 

6.4. Теоретическая  температура горения

Поступает тепла в зону горения:

- с нагретым до 1450 ºС  углеродом кокса

258,2∙2,37=611,9 МДж

- при горении природного  газа и углерода кокса (п. 6.1.1 + п. 6.1.2)

209,3+2530 = 2739,5 МДж;

- с нагретым влажным  дутьем и природным газом (п. 6.1.3 + п. 6.1.4)

1672,9+7,6 = 1680,5 МДж.

Всего

611 + 2739,5 + 1680,5 = 5031,9 МДж.

Теплосодержание 1 м³ фурменного газа

5031,9/1648,9 = 3,05 МДж.

Температура горения : t_гор = 2031,7 ⁰С.

Теоретическая температура  горения находится в допустимых пределах (1800-2300 ⁰С)

  6.5. Отношение теплоемкостей потоков шихты и газа на колошнике

Теплоемкость потоков  шихты (водяной эквивалент шихты)

W_ш = (636,5∙0,91+1026,4∙0,88+450∙1)∙10^-3

W_ш = 1,92 МДж.

Теплоемкость потока газов (водяной эквивалент потока газа)

W_r = (1663∙1,314+134,5∙1,532)/1000

W_r = 2,39 МДж.

Отношение теплоемкостей  потоков шихты и газа

W_ш/W_r = 1,92/2,39 = 0,802

Отношение теплоемкостей  находится в допустимых пределах (0,7-0,95).

6.6. Показатели  тепловой работы

1. Полезно используемое  тепло:

по первому способу 

q¹_исп = 7106,9+1353,6+586,2 = 9046,8 МДж;

по второму способу 

q²_исп = 1205+1353,6+586,2 = 3144,8 МДж.

2. Коэффициент использования  тепла (тепловой КПД печи):

по первому способу

К¹_т = 9046,8∙100/10487,6 = 86,3 %;

по второму способу

К²_т = 3144,8∙100/4585,6 = 68,6 %.

3. Количества тепла, выделяющегося  на 1 кг суммарного углерода, т.е. из кокса и природного газа

q_с = ((209,4+2530,1+683,8+3954)∙22,4)/((312,8+423,2-1,09)∙12)=  18,7 МДж/кг,

4. Коэффициент использования  энергии углерода

К_с = 100∙(209,4+2530,1+683,8+3954)/(209,4+2530,1+1672,9+683,8+3954+(423,2-1,09)∙12,64) = 51 %.

5. Суммарный коэффициент  использования энергии горючего (кокс + природный газ)

К_г = 100∙(209,4+2530,1+683,8+39541264,1)/(209,4+2530,1+683,8+3954+(423,2-1,09)∙12,64+1264,1+133,6∙10,8) = 56 %.

Вычисленные показатели находятся  в пределах обычно встречающихся  значений: q_исп = (6 – 12)∙10^-3МДж/т (первый способ); К_т = 80 – 88 % (первый способ); q_с = 16 – 20,0 МДж/кг; К_с = 45 – 65 %.

Вычисленные показатели находятся  в пределах обычно встречающихся  значений

 

7. Производительность печей

Норма минутного количества дутья составляет 1,8 – 2,2 полезных объемов  печи, т.е. V_д = 1,8 – 2,2 м³/(м³∙мин). Принимаем V_д = 1,9 м³/(м³∙мин) или в сутки: 1,9∙1440 = 2736 м³/м³.

Расход влажного обогащенного дутья составляет 1063 м³/т чугуна). Удельная производительность при этом равна

П_уд = 2736/1063 = 2,57 т/(м³∙сут).

Коэффициент использования  полезного объема составляет

КИПО = 1/П = 1/2,57 = 0,39 (м³∙сут)/т.

Интервал изменения производительности определяется временем пребывания материалов в печи. Зависимость суточной производительности доменной печи от времени пребывания материалов τ характеризуется выражением

П = 24∙V_п/(v_м∙τ), т/сут.

Откуда следует:

П_уд = П/V_п = 24/(v_м∙τ),

 v_м – объем материалов, приходящейся на 1 т чугуна:

V_m= 450/500+636.5/1650+1026.4/1800 = 2,04 м³/т.

Время пребывания материалов τ находится в пределах 4-6 часов. Следовательно

П_уд = 24/(2,04∙(4÷6)) = 2.94÷1.96 (т/м³∙сут)

КИПО = 0.340÷0,511 (м³∙сут)/т.