Практическая работа № 3 Расчет тепловой схемы обжиговой машины

1. Общие сведения

Методика расчета тепловой схемы обжиговых конвейерных машин позволяет производить поверочный и конструктивный расчет схемы газовоздушных потоков. В поверочном тепловом расчете по принятой конструкции и размерам обжигового агрегата при задании технологических параметров оценивают его возможную производительность и необходимые режимные параметры. Расчетное задание для поверочного расчета должно содержать следующие сведения и исходные данные:

1) геометрические размеры колосникового поля агрегата (длину, ширину, площадь);

2) схему газовоздушных потоков обжиговой машины;

3) распределение полезной площади агрегата по технологическим зонам;

4) параметры теплоносителя в отдельных технологических зонах (температура, скорость фильтрации);

5) технологические требования к обрабатываемому сырью;

6) химический состав компонентов шихты.

В технологических требованиях должны быть указаны допустимые скорости нагрева материала, допустимые скорости охлаждения материала, минимальная температура нижней части обрабатываемого слоя на границе слой–постель.

При конструктивном (проектном) расчете, исходя из технологических требований, рассчитывают размеры агрегата в целом, размеры отдельных технологических зон, режимные параметры зон, необходимые для получения номинальной производительности агрегата при заданном качестве продукции. При конструктивном (проектном) тепловом расчете задание должно содержать следующие исходные данные:

1) производительность агрегата;

2) ширину колосникового поля;

3) параметры теплоносителя в отдельных технологических зонах (температура, скорость фильтрации);

4) технологические требования к обрабатываемому сырью.

Остальные исходные данные, необходимые для расчета теплообмена в слое материала, принимают в соответствии с требованиями, изложенными ниже. Расчеты производят в следующем порядке:

1) составление материального баланса процесса обжига окатышей;

2) расчет горения топлива;

3) определение температуры слоя окатышей, колосников и отходящих газов;

4) оценка аэродинамического сопротивления газовоздушных трактов;

5) обоснование схемы газовоздушных потоков;

6) составление материального и теплового балансов агрегата.

2. Материальные балансы процессов окомкования и обжига

При составлении материальных балансов учитывают газовыделение и газопотребление слоя в результате физико-химических процессов. При обжиге железорудных окатышей учитывают следующие процессы:

1) окисление оксида Fe₃О₄: 2Fe₃O₄+0,5O₂=3Fe₂O₃ + 497 кДж/кг Fe₃O₄;

2) окисление сернистых соединений железа:

2FeS₂+5,5О₂=Fe₂O₃+4SО₂+6935 кДж/кг FeS₂;

3) разложение известняка СаСО₃=СаО + СО₂ — 4038 кДж/кг СО₂;

4) испарение влаги Н₂O_(ж)=Н₂O_(г) — [2487+1,95(t—t₀ )] кДж/кг Н₂О.

Из материального баланса окомкования и обжига определяют следующие показатели:

1. Расчетный химический состав обожженных окатышей.

2. Выход обожженных окатышей G₀ из сырых G_c: k₁=G₀/G_c

3. Производительность обжиговой машины может быть приближенно рассчитана: 1) по сырым окатышам ; 2) по обожженным окатышам ; 3) по годным окатышам

4. Количество возврата

5. Количество донной постели

6. Количество бортовой постели , где H_с, H_д, H_б — соответственно высота слоя сырых окатышей, донной и бортовой постели, м; В_с, В_д, В_б — ширина слоев этих материалов, м; ρ_с, ρ_д, ρ_б — плотности этих же материалов, т/м³; u_л—скорость машины, м/мин.

Пример расчета материального баланса процессов окомкования и обжига окатышей приведен в табл. 3.1, 3.2. Расчет горения топлива проводят для определения количества газовой фазы, участвующей в теплообмене с окатышами. При расчете пользуются одной из извест­ных методик, учитывая при этом, что на обжиговых машинах всегда в горении топлива участвует воздух — разбавитель, имеющий параметры, отличающиеся от параметров воздуха для горения по температуре.

Коэффициент расхода этого воздуха Я.Л. Белоцерковский рекомендует рассчитывать по формуле:

, (3.1)

а также рекомендует для обжиговых машин использовать величины в зоне подогрева μ=0,85 и в зоне обжига μ=0,9.

Таблица 3.1

Материальный баланс процессов окомкования и обжига окатышей

(на 100 кг шихты)

Химические соединения	Материалы					Изменения в результате обжига	Остается в обожженных окатышах
	концентрат	известняк	бентонит	вода	итого
Количество на 100 кг шихты, кг	83,13	7,26	0,46	9,15	100	11,453	88,547
Содержание компонентов:
FeO	26,62 22,10	__	__	__	22,10 22,10	80 17,69	4,98 4,41
Fe2O3	62,26 51,78	0,143 0,01	6,01 0,03	__	51,82 51,82	__	81,38 72,053
FeS2	1,106 0,92	__	__	__	0,92 0,92	94 0,866	0,06 0,054
SiO2	5,28 4,39	1,50 0,11	57,92 0,29	__	4,79 4,79	__	5,41 4,79
Al2O3	1,44 1,20	0,25 0,02	18,89 0,09	__	1,31 1,31	__	1,48 1,31
TiO2	0,28 0,23	__	__	__	0,23 0,23	__	0,26 0,23
CaO	1,28 1,06	54,0 3,93	0,01 0,00	__	4,99 4,99	__	5,63 4,99
MgO	0,78 0,65	0,60 0,04	0,72 0,00	__	0,69 0,69	__	0,78 0,69
Na2O	__	__	2,64 0,01	__	0,01 0,01	__	0,01 0,01
K2O	__	__	1,80 0,01	__	0,01 0,01	__	0,01 0,01
CO2	0,96 0,8	43,24 3,15	6,02 0,03	__	3,98 3,93	100 3,98	__
H2O	__	__	__	100,0 9,15	9,15 9,15	100 9,15	__
Feобщ	63,90 53,1	0,1 0,01	4,80 0,02	__	53,4 53,4	__	60,03 53,40
S	0,59 0,49	__	__	__	0,49 0,49	94,0 0,46	0,03 0,03

Примечание: числитель – в %, знаменатель – в кг

Таблица 3.2

Часовой и материальный баланс при окомковании и обжиге окатышей

Материалы	Приход			Материалы	Расход
	т	кг/т годного	%		т	кг/т годного	%
Концентрат	94,0	1031,2	58,2	Годные окатыши	91,1	1000,0	56,4
Известняк	8,2	90,0	5,08	Мелочь (просыпь)	7,0	76,7	4,33
Бентонит	0,5	5,5	0,31	Восполнение постели	1,9	20,7	1,18
Вода	10,3	113,0	6,37	Переходит в газовую фазу	13,0	142,3	8,05
Донная постель	43,2	473,3	26,7	Донная постель	43,2	474,0	26,7
Бортовая постель	5,4	59,3	3,34	Бортовая постель	5,4	59,3	3,34
Итого:	161,6	1773,0	100,0	Итого:	161,6	1773,0	100,0

После определения количества продуктов сгорания топлива рассчитывают скорость фильт­рации теплоносителя через слой и расход топлива. После определе­ния скорости фильтрации по зонам производится расчет температурных полей в слое. Пример расчета приведен ниже. Расчеты производятся итерационным методом, чтобы выполнить требования по допустимому уровню температур в слое. При этом учитывается:

1) эффективность сушки окатышей в зоне 90%;

2) скорость нагрева окатышей 100-120 °С/мин в среднем по слою;

3) температура на границе с постелью — в соответствии с заданным качеством;

4) средняя по слою скорость охлаждения окатышей не более 100-120 °С/мин;

5) уровень максимальных и средних по слою температур окатышей на выходе из машин.