1.2.9. Теплотехнические характеристики тепловой работы печи.

Для сравнения качества работы печей, в том числе работающих в различных условиях, используют удельные показатели расхода тепла и топлива.

Удельный расход тепла показывает, какое количество теплоты расходуется на нагрев 1 кг металла до заданной температуры за весь период нагрева:

, кДж/кг (32)

Удельный расход топлива (b, кг/кг ) характеризует потребности в топливе необходимого для нагрева единицы металла. Обычно эта величина определяется в условных единицах. Под условным понимается такое топливо низшая теплота сгорания которого составляет 29330 кДж/кг.

(33)

где В – расход топлива, м³/с (кг/с);

Тепловая работа печей описывается рядом показателей. Наиболее важными из них являются теплотехнические характеристики коэффициент использования тепла η_кит и коэффициент полезного теплоиспользования (η_кпт), рассчитываемые по следующим формулам:

(34)

(35)

2. Тепловой баланс печи периодического действия

Работа печей периодического действия характеризуется переменным во времени температурным режимом. В связи с этим уравнение теплового баланса относят к длительности нагрева металла. За единицу измерения статей теплового баланса целесообразно принимать количество теплоты, измеряемое в джоулях. При вычислении статей прихода теплоты расход топлива и воздуха относят ко времени нагрева, а производительность печи заменяется массой обрабатываемого материала.

При вычислении статей расхода теплоты аналогичные изменения вносятся во все формулы, в которых количество теплоты является функцией времени (табл. 4).

В расходную часть теплового баланса могут включаться потери теплоты на аккумуляцию ее кладкой (). Этот вид потерь присущ только печам периодического (циклического) действия. Он обусловлен тем, что при выгрузке горячего металла и загрузке нового футеровка печи остывает, и для того, чтобы восстановить тепловое состояние кладки, ее следует нагреть. Затраты на этот процесс и составляют потери теплоты на аккумуляцию. Количественное их определение осуществляется специальными методами.

Важной характеристикой тепловой работы печей периодического действия является переменный во времени тепловой режим. В связи с этим для таких агрегатов тепловой режим характеризуется тремя видами тепловой нагрузки (Q_тн) – максимальной, средней и мощностью холостого хода. Первая из них представляет максимальную тепловую мощность, определяемую максимальным расходом топлива . Средняя тепловая нагрузка представляет среднеинтегральную ее величину за весь цикл нагрева от = 0 до  = ₁:

. (32)

Таблица 4

Тепловой баланс печи периодического действия

Статьи теплового баланса	Формулы
1. ПРИХОД ТЕПЛОТЫ
1.1. Химическая теплота горения топлива
1.2. Теплота, вносимая подогретым воздухом
1.3. Теплота, вносимая подогретым топливом
1.4. Теплота экзотермических реакций
1.5. Теплота, вносимая подогретыми материалами
2. РАСХОД ТЕПЛОТЫ
2.1. Теплота технологического продукта
2.2. Теплота, уносимая уходящими газами
2.3. Потери теплоты с охлаждающей жидкостью
2.4. Потери теплоты с технологическими отходами
2.5. Потери теплоты в окружающую среду
2.5.1. Потери теплоты через кладку печи
2.5.2. Потери теплоты через окна и щели
2.5.2.1. Потери теплоты излучением через открытые окна и щели
2.5.2.2. Потери теплоты с выбивающимися газами через открытые окна и щели
2.5.2.3. Потери теплоты через закрытые окна и щели
2.5.3. Потери теплоты, затраченной на нагрев тары
2.6. Потери теплоты на аккумуляцию ее кладкой
2.7. Потери теплоты от химической неполноты сгорания
2.8. Потери теплоты от механической неполноты сгорания
2.9. Неучтенные потери

3. Зональный тепловой баланс

При проектировании проходных печей непрерывного действия, работающих по многоступенчатым графикам, возникает необходимость определения соотношения между приходом и расходом теплоты по зонам печи, а также расхода топлива в каждой конкретной ее зоне. Общее увеличение энтальпии металла в печи составит

, (33)

где – энтальпия металла в конце нагрева, кДж/кг;

–приращение энтальпии металла соответственно в методической, сварочной и томильной зонах, кДж/кг.

В связи с этим тепловой баланс сначала составляют для каждой зоны в отдельности с учетом приращений энтальпии металла в этих зонах . На основе составленных уравнений теплового баланса определяют расход топлива, обеспечивающий покрытие всех затрат теплоты в зонах.

Порядок заполнения таблицы теплового баланса для печи со сводовым отоплением, требующей определения позонного расхода топлива, приведен в табл. 5.

Необходимо отметить, что в приход теплоты сварочной зоны следует включать теплоту, внесенную с продуктами горения топлива из томильной зоны, а в приход теплоты методической зоны - теплоту продуктов горения, поступающих из сварочной зоны. Однако в приход теплоты рабочего пространства печи эта статья не входит. Необходимо обратить внимание и на учет потерь теплоты с уходящими газами. Как видно из табл. 4, эти потери определяются величиной теплоты, теряемой с газами, покидающими методическую зону, а следовательно, и печь.

Таблица 4

Зональный тепловой баланс нагревательной печи

со сводовым отоплением

Статьи теплового баланса	Для зоны			Для печи
	томильной	сварочной	методической	кВт	%
Химическая теплота горения топлива
Теплота, вносимая подогретым воздухом
Теплота, вносимая подогретым топливом
Теплота, вносимая продуктами горения	––			––
Теплота, вносимая нагретыми материалами		––	––
Теплота экзотермических реакций			––
ПРИХОД ТЕПЛОТЫ					100
Теплота технологического продукта
Теплота, уносимая уходящими газами
Потери теплоты в окружающую среду
Потери теплоты с технологическими отходами			̶
Потери теплоты от химической неполноты сгорания
Потери теплоты от механической неполноты сгорания
Неучтенные потери
РАСХОД ТЕПЛОТЫ					100

4. Пример расчета теплового баланса методической печи.

4.1. Приходные статьи теплового баланса

4.1.1 Тепло от горения топлива

Эта статья соответствует основному источнику тепловой энергии (кВт), обеспечивающему технологическую обработку материалов.

,

где B – расход топлива, м3/с;

- удельная низшая рабочая теплота сгорания топлива.

4.1.2 Тепло, вносимое подогретым воздухом

где - расход топлива, м3/с;

- фактический расход воздуха, м3/м3;

- энтальпия воздуха, кДж/м3.

.

4.1.3 Тепло, выделенное от окисления железа

Реакция окисления металла протекает с положительным тепловым эффектом 5650 кДж/кг.

где - угар металла, доли;

- производительность печи, кг/с.

Угар металла в печи с вращающимся подом при средних условиях работы составляет 1-1,5 %. Примем угар а = 1,2%, тогда:

4.2 Расходные статьи теплового баланса

4.2.1 Тепло на нагрев металла

Данная статья расходной части баланса характеризует количество теплоты (кВт), которое заключено в материале в конце тепловой обработки при выдаче его из печи.

где а - угар металла, %;

Р- производительность печи, кг/с;

i_k – энтальпия технологического продукта в конце нагрева, определяемая по средней по массе температуре продукта, кДж/кг.

Q_т.п.=(100–1,2)/100·9,72·780=7490 кВт.

4.2.2 Тепло, уносимое уходящими газами

где B - расход воздуха, м³/с;

V_n- количество продуктов горения, м³/м³;

- теплоемкость продуктов горения, кДж/кг;

t_ух - температура уходящих газов, .

Энтальпии уходящих газов найдем по парциальному давлению каждого из продуктов горения (в долях):

где - энтальпия газа приt_ух=900 ⁰С, кДж/м3.

;

;

;

.

.

.

4.2.3 Потери тепла от механического недожога топлива

где k_мн - коэффициент потери с механическим недожогом.

Для газообразного топлива коэффициент k_м.н. колеблется в пределах 0,0020,003. Примем k_м.н. = 0,003.

4.2.4 Потери тепла в окружающую среду

Эта статья теплового баланса учитывает потери теплоты теплопроводностью через кладку, излучением через окна и щели, потери теплоты с выбивающимися газами, на нагрев подсасываемого из окружающей среду в рабочее пространство печи холодного воздуха, а также затраты теплоты на нагрев тары, на нагрев элементов загрузочного и разгрузочного оборудования.

4.2.4.1 Потери тепла теплопроводностью через кладку

Рассчитаем потери тепла через стенки. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода и стенок равна средней по длине печи температуре газов, которая равна:

.

Боковые стенки состоят из двух слоев: внутреннего - толщиной 0,345 м, выполненного из шамотного кирпича и наружного - толщиной 0,115 м, выполненного из слоя диатомита.

Коэффициент теплопроводности внутреннего слоя:

где - средняя температура слоя шамота, определяемая по формуле:

где t’- температура по толщине раздела слоев;

- температура внутренней поверхности стен.

Коэффициент теплопроводности наружного слоя:

где - средняя температура наружного слоя.

где - температура внешней стенки, которую можно принять равной 160.

При стационарном режиме:

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности, получим:

Решение этого квадратичного уравнения дает значение .

Тогда:

,

.

Окончательно получаем:

;

.

Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены печи определяется по формуле (19):

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду (по практическим данным можно принять

.

Потери тепла через свод рассчитываются аналогично. Площадь свода принимаем равной площади пода. F_св = 98,364 м².Свод печи выполняем подвесным из отдельных секторов набираемых подвесных кирпичей, материал каолин, толщина свода печи 0,3 м.

Температуру поверхности однослойного свода можно принять равной .При средней по толщине температуре свода

коэффициент теплопроводности каолина равен:

Количество тепла теряемого через свод определяем по формуле:

Общие потери тепла теплопроводностью через стенки и свод:

4.2.4.2 Потери теплоты через открытые окна излучением

Лучистый поток теплоты (кВт) через открытое отверстие обычно подсчитывается по закону Стефана-Больцмана:

,

где - коэффициент диафрагмирования;

- живое сечение окна, м2;

n_ок - количество окон печи одинакового размера;

- доля времени, когда окно открыто, ;

- температуры соответственно печи и цеха, где "печь" и "цех" (окружающая среда) считаются абсолютно черными телами.

Принимая, что окна загрузки и выгрузки открыты все время, =1. Учитывая l/a=0,66 и a/b=1, коэффициент диафрагмирования составит Ф=0,63.

Потери тепла через окно загрузки:

Потери тепла через окно выгрузки:

Суммарные потери через окна излучением:

.

Общие потери тепла в окружающую среду составят:

.

4.2.5 Неучтенные потери тепла

,

где - теплота, уносимая в окружающую среду.

.

4.3 Расход топлива

Расход топлива найдем из уравнения теплового баланса:

Находим В: .

Полученные данные сведем в таблицу теплового баланса.

Расчетные данные по тепловому балансу печи

Статьи прихода	кВт	(%)	Статьи расхода	кВт	%
Тепло от горения топлива	11871	84,49	Тепло на нагрев металла	7491	53,28
Физическое тепло воздуха	1521	10,82	Тепло, уносимое уходящими газами	5285	37,59
Тепло экзотермических реакций	659	4,69	Потери тепла от механического недожога	35,61	0,25
-	-		Потери тепла теплопроводностью через кладку	865	6,16
			Неучтенные потери тепла	134	0,95
-	-		Потери тепла излучением через открытые окна	249	1,77
Итого:	14051	100,0	Итого:	14059	100

5. Тепловой баланс доменного процесса

Тепловой баланс доменного процесса составляется с целью установления обеспеченности процесса теплом. Он базируется на балансе материальном, который учитывает приход и расход всех материалов и продуктов плавки. Расчёты материального и теплового балансов выполняются как для проектируемой плавки, когда всеми исходными данными задаются, так и для действующей доменной печи, когда в качестве исходных данных используют результаты измерений и анализов.

Используются три способа составления теплового баланса.

В отечественной практике общие тепловые балансы составляются чаще всего по методике академика М.А. Павлова [7]. Ниже приведены особенности этой методики, так называемого первогоспособа составления баланса .

1. Тепловой баланс составляется по начальному и конечному состояниям. Например, оксиды железа претерпевают в доменной печи ряд превращений (Fe₂O₃ → Fe₃О₄ → FeO → Fe), а в общем балансе учитываются только начальное (Fе₂O₃ и Fе₃O₄) и конечное состояния оксида (Fe_чуг). Углерод в доменной печи окисляется в различных процессах (при горении, восстановлении железа и примесей), а в общем тепловом балансе учитывается начальное состояние его в коксе и топливной добавке и конечное в газе (С → СО, СО₂).

2. Процессы восстановления в общем тепловом балансе по первому способу представлены реакциями диссоциации восстанавливаемых оксидов в расходных статьях баланса и реакциями окисления углерода в приходной части баланса. Например, тепловой эффект реакции FeO + С = Fe + СО, равный – 152,19 МДж, представлен затратами тепла на диссоциацию оксида железа(FeO → Fe + 0,5O₂ – 270,035 МДж) в расходной части баланса и поступлением от окисления углерода С + 0,5О₂ = СО + 117,845 МДж) в приходной части его.

Тепловой эффект окисления углерода зависит от степени графитизации углерода, находящейся обычно в пределах 0,5 – 0,6. А.Н.Рамм [8] рекомендует использовать следующие значения теплового эффекта окисления углерода кокса:

33,4 МДж (7980 ккал)/кг для реакции С + О₂ = СО₂;

9,8 МДж (2340ккал)/кг для реакции С + 0,5О₂ = СО.

3. В общем тепловом балансе не учитываются особенности окисления углерода: в процессе горения у фурм углерод окисляется только до оксида углерода, а происходящее при восстановлении окисление оксида до диоксида характеризует использование углерода как восстановителя, а не как источника тепла.

Отмеченные особенности облегчают составление балансов, так как при этом не рассматриваются многообразные реакции процесса. Эти же особенности позволяют считать один и тот же углерод в доменной печи и источником тепла и восстановителем.

Приходную часть общего теплового баланса составляют тепло от окисления углерода до оксида (60 – 80 %), тепло от окисления водорода (до 15 %), теплота шлакообразования (до 2,5 %), физическое тепло горячего дутья (14 – 20 %) и физическое тепло шихты (до 5 %).

По общему тепловому балансу 60 – 70 % тепла от итога расходуется на диссоциацию восстанавливаемых оксидов, 10–15 % на нагрев чугуна, 6 – 10 % на нагрев шлака, от 0,5-5 до 15 % (при плавке бурых железняков) на выделение и испарение влаги, до 10% на разложение карбонатов при проплавке бедного неофлюсованного сырья, до 8 – 10 % на потери с колошниковым газом и 6 – 12 % на потери в окружающую среду и неточности расчета.

Второй способ составления общего теплового баланса включает действительный (фактический) расход тепла и отличается от первого статьями прихода и расхода тепла. Ряд статей прихода тепла, рассчитанных по первому способу, является фиктивным, что отмечалось выше. В печи не выделяется тепло от окисления углерода прямого восстановления и догорания монооксида углерода. Подобное допущение компенсируется соответствующим увеличением расхода тепла на диссоциацию оксидов. Таким образом, баланс в целом не нарушается, но следует иметь в виду, что он не соответствует действительному расходу тепла на процесс.

В соответствии с этим меняется и доля статей баланса в приходе и расходе тепла, хотя, например, абсолютные значения потерь тепла, поступления тепла с нагретым дутьём (в МДж) остаются прежними.

Расчёт по третьему способу основан на полной теплоте сгорания углерода горючего, т. е. на окислении С в СО₂. Поэтому первая статья прихода тепла представляет собой теплоту сгорания горючего.

В расходной части появляются ещё две статьи: потенциальное (химическое) тепло, унесенное газом, т. е. теплота сгорания колошникового газа, и химическая энергия углерода, растворённого в чугуне. Такой тепловой баланс по существу не является балансом тепла доменной печи, так как наряду с реальным физическим теплом он включает тепло потенциальное, которое лишь могло бы выделиться, но не выделилось. Такой баланс ещё в большей мере, чем баланс по первому способу, увеличивает на нереальную величину приход и расход тепла, делая их, с точки зрения анализа использования тепла в печи, фиктивными.

Этот расчёт даёт возможность показать использование теплоты сгорания горючего в доменном процессе. По существу самого доменного процесса эта величина близка к 50% и не может быть намного больше 50%.

5.1. Тепловой баланс доменной плавки по первому способу (пример).

Исходные данные взяты из ранее выполненного расчёта материального баланса доменной плавки. Расчеты показали, что в результате физико-химических процессов в доменной печи образовалось на 1 т (1000 кг) чугуна, м³:

СО₂-308.4;

СО-625,4 в т.ч. 127,7 – в процессах прямого восстановления;

Н₂О_(пар) – 120,3.

При этом было использовано:

- агломерата с температурой 300 ⁰С -740,3 кг, окатышей с температурой 20 ⁰С – 1049,3 кг, кокса с температурой 20⁰С – 450,0 кг,

- нагретого до 1200⁰С и обогащённого кислородом дутья 1111,7 м³, в т.ч. влаги – 12,4 м³,

- природного газа с температурой 40⁰С -120 м³,

- технического кислорода (96% О₂) для обогащения дутья – 100 м³.

Состав природного газа, %:

СН₄-94,2; С₂Н₆-2,1; С₃Н₈-0,5;С₄Н₁₀-0,1; С₅Н₁₂-0,3; СО₂-0,5; N₂ -2,3.

Шихтой внесено: окиси железа (Fe₂O₃) –1185,9 кг, закиси железа (FeO) –132,5 кг, влаги (с коксом) – 9,0 кг.

Выход шлака – 475,4 кг/т чугуна.

Основность шлака по отношению(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) - 1,1

Перешло закиси железа в шлак – 1,25 кг.

Перешло серы в шлак – 2,41 кг.

Содержание серы, %: в шлаке - 0,50, в чугуне – 0,02.

Восстановилось и перешло в чугун, кг: Si – 6; Mn – 7,8; P – 1,63.

Выход сухого колошникового газа –1699,0 м³/т чугуна.

Температура колошникового газа – 250 ⁰С.

Содержание влаги в колошниковом газе – 105,8 кг/т чугуна.

Степень графитизации углерода кокса γ – 0,6.

5.1. Приход тепла

5.1.1. Горение природного газа у фурм

Один м³ природного газа вносит углерода:

(1_*94,2+2_*2,1+3_*0,5+4_*0,1+5_*0,3+1_*0,5) _*12/(22,4 _*100)=0,55 кг;

Всего природный газ вносит углерода

120 _* 0,55 = 66,0 кг

где 120 – расход природного газа, м³ (по заданию).

При горении природного газа у фурм выделяется тепла

120 _* 1,74 = 208,8 МДж,

где 1,74 = (94,2 *1,59+2,1 *6,05 +0,5 *10,1 +0,1 *13,8+0,3 *18,5)/100 – теплота горения природного газа, МДж

и образуется оксида углерода:

66,0 *22,4/12 = 123,2 м³.

5.1.2. Горение углерода кокса у фурм

Выделяется тепла при горении 1 кг углерода кокса 9,8 МДж или на 1м³ образующегося СО

9,8 · 12/22,4 = 5,25 МДж.

При окислении углерода кокса у фурм образуется монооксида углерода

625,4 – 123,2 = 502,2 м³

с выделением тепла в количестве

502,2 · 5,25 = 2636,5 МДж.

где 625,4 – образующейся на фурмах СО, м³ (по заданию);

123,2 - оксид углерода, образующийся при горении природного газа, м³.

5.1.3. Физическое тепло нагретого дутья

В доменную печь вносится сухого дутья

1111,,7 – 100 -12,4 =999,3 м³

При снижении температуры дутья в воздухопроводах и фурменных приборах на 1% оно поступает в горн с температурой 1200·(1 – 0,01) = 1188 ⁰С.

Вносится тепла:

сухим дутьем 993,3 · 1188 · 1,422 · 10 ^-3 = 1682,2 МДж;

влагой дутья 12,4 · 1188 · 1,734 · 10 ^-3 = 26,0 МДж;

кислородом для обогащения 100 · 1188 ·1,422 · 10 ^–3 = 169,8 МДж.

где 1,422 и 1,734 – теплоемкости двухатомных газов и водяного пара, определяемые по выражению

С₁₁₈₈ = С₁₁₀₀ + (С₁₂₀₀ – С₁₁₀₀) (1188 – 1100)/100, кДж/(м³·град).

Расходуется на диссоциацию влаги дутья

12,4 · 10,8 = 133,9 МДж,

где 10,8 – теплота диссоциации водяного пара, МДж/м³.

Всего 1682,2 + 26,0 + 169,8 – 133,9 = 1744,1 МДж.

5.1.4. Физическое тепло природного газа

120 · 40 · 1,59 · 10 ^-3 = 7,6 МДж,

где 1,59 – теплоемкость природного газа при 40 ⁰С, кДж/(м³·град).

Всего выделяется тепла в области горения у фурм

208,8 + 2636,5 + 1744,1 + 7,6 = 4603,0 МДж.

5.1.2 Тепло, вносимое подогретым воздухом

127,7 · 5,25 = 670,4 МДж.

где 127,7 – количество монооксида углерода, образующегося в процессах прямого восстановления железа и примесей, м³ (по заданию);

5.1.6. Окисление СО в СО₂ в процессах непрямого восстановления

308,4 · 12,64 = 3895,6 МДж,

где 308,4 – количество образующегося в печи диоксида углерода, м³ (по заданию);

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

5.1.7. Окисление Н₂ в Н₂О в процессах непрямого восстановления

120,3 · 10,8 = 1299,2 МДж,

где 120,3 – количество образующегося в печи водяного пара, м³ (по заданию);

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

Всего выделяется тепла в области восстановления

670,4 + 3895,6 + 1299,2 = 5865,2 МДж.

1.8. Шлакообразование

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

g = 4,187 · 10 ^-3 · 270·(СаО + МgО), МДж ,

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

В нашем примере приход тепла по этой статье отсутствует, так как проплавляется подготовленное железорудное сырье.

5.1.9. Физическое тепло шихты

Вносится тепла:

агломератом при 300 ⁰С 740,3 · 300 · 0,91 · 10 ^-3 = 222,1 МДж;

окатышами при 20 ⁰С 1049,3 · 20 · 0,88 · 10 ^-3 = 21,0 МДж;

коксом при 20 ⁰С 450 · 20 · 1,0 · 10 ^-3 = 8,1 МДж;

где – 0,91; 0,88; 1,0 – теплоемкости соответственно агломерата и окатышей в интервале температур 0 – 400 ⁰С, кокса в интервале

0 – 200 ⁰С, кДж/(кг·град).

Расходуется тепла на выделение и испарение влаги шихты Н₂О_гигр · 2,49 + Н₂О_гидр · 4,98 = 9,0 · 2,49 = 22,4 МДж,

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

9,0 – количество влаги в коксе, кг.

Всего вносится тепла шихтой

222,1 + 21,0 + 8,1 – 22,4 = 228,8 МДж.

Всего вносится тепла в печь (итог теплового баланса)

4603,0 + 5865,2 + 228,8 = 10697,0 МДж.

5.2. Расход тепла

5.2.1. Диссоциация оксидов

Fe₂O₃ 1185,9· 7,36 · 112/160 = 6105,1 МДж;

FeO 132,5· 5,19 · 56/72 = 534,9 МДж.

где 1185 и 132,5 – количество вносимых оксидов Fe, кг (по заданию);

1,25 – количество FeO, переходящей в шлак, кг (по заданию);

7,36 и 5,19 – теплота диссоциации соответствующих оксидов, МДж/кг.

SiO₂ 6,0 · 31,8 = 190,8 МДж;

MnO 7,8 · 7,36 = 57,4 МДж;

P₂O₅ 1,63 · 32,7 = 53,3 МДж,

где 6,0; 7,8; 1,63 – количество восстанавливаемых и переходящих в чугун кремния, марганца, фосфора, кг(по заданию);

31,8; 7,36; 32,7 – теплота диссоциации соответствующих оксидов, МДж/кг элемента.

Расходуется тепла на связывание 2,41 кг серы (по заданию) в шлак 2,41 · 5,42 = 13,1 МДж,

где 5,42 – теплота перевода серы в шлак по реакции

FeS + CaO + C = Fe + CaS + CО, МДж/кг серы.

Всего 6105,1 + 534,9 + 190,8 + 57,4 + 53,3 + 13,1 = 6941,5 МДж

5.2.2. Диссоциация карбонатов

В рассматриваемом примере расход тепла по этой статье отсутствует. Потребность в тепле на выделение 1 кг СО₂ из карбонатов разных видов составляет, МДж:

СаСО₃ – 4,04; MgСО₃ – 2,67; МnСО₃ – 2,65; FeCO₃ – 1,99.

5.2.3. Тепло чугуна

Температура чугуна

t_чуг. = 1521 + 30·(S) – 0,61·В – 1666·[S] =

1521 + 30 · 0,50 – 0,61 · 1,1 – 1666 · 0,02 = 1502 ⁰С,

где 0,50 и 0,02 – содержание серы в шлаке и чугуне, %;

1,1 – основность шлака, выраженная отношением (СаО + МgО)/(SiO₂ + Al₂O₃) – по заданию.

Теплосодержание чугуна по М.А. Павлову

I_чуг = 4,187 · 10 ^–3· (35 + 0,18·t_чуг) = 4,187 · 10 ^–3·(35 + 0,18 · 1502) = 1,28 Мдж/кг.

Расход тепла на нагрев чугуна

1000,0 · 1,28 = 1280,0 МДж,

где 1000,0 – расчётное количество чугуна, кг (по заданию расчёт ведётся на 1 т чугуна).

5.2.4. Тепло шлака

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

t_шл = 1502 + 40 = 1542 ⁰С.

Теплосодержание шлака по М.А. Павлову при t_шл >1450 ⁰С

i_шл = 4,187·10 ^–3 · [422,5 + 0,4·(t_шл – 1450)] =

4,187·10 ^–3 · [422,5 + 0,4 · (1542 – 1450)] = 1,92 МДж/кг.

Расход тепла на нагрев шлака

475,4 · 1,92 = 912,8 МДж.

2.5. Тепло колошникового газа

При температуре колошникового газа 250 ⁰С унос тепла 1699,0 м³ сухого га­за (по заданию) составляет

1699,0 · 250 · 1,314 · 10 ^–3 = 522,2 МДж.

Водяной пар газа (по заданию - 131,5 м³) уносит тепла

131,5 · 250 · 1,532 · 10 ^–3 = 50,4 МДж.

Всего 552,2 + 50,4 = 602,6 МДж,

где 1,314 и 1,532 - теплоемкости двухатомных газов и водяного пара при 250 ⁰С, соответственно.

Всего расход тепла без учёта потерь во внешнее пространство

6941,5 + 1280,0 + 912,8 + 602,6 = 9736,9 МДж.

5.2.6. Потери тепла

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

10697 – 9736,9 = 960,1 МДж,

что составляет 960,1 · 100/10697 = 8,97 %

Потери тепла по разности обычно находятся в пределах 6 – 12 %.

5.2. Тепловой баланс доменной плавки по второму способу

Рассчитанные по первомуивторомуспособам балансы сведены в таблице.

Приходную часть баланса по второму способу составляют статьи п. 1.1 – 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. 2.1 – (п. 1.5 + п. 1.6 + п. 1.7) =

6941,5 – (670,4 + 3895,6 + 1299,2) = 1076,3 МДж,

а также тепло чугуна, шлака, газа.

Потери тепла по второму способу

4831,8 – 3871,7= 960,1 МДж,

что составляет 960,1 · 100/4831,8 = 19,87 %.

По первомуивторому способам составления балансов абсолютные значения потерь тепла получаются одинаковыми, относительные – отличаются более чем в 2 раза (см. таблицу)