3.5.2 Расход тепла

1. Расход тепла на разложение карбонатов q_карб.

как правило, в рудной смеси содержатся карбонаты в виде СаСО₃, MgCO₃ и FeCO₃. В справочной литературе приводятся общие потери при прокаливании карбонатов СО₂, которые необходимо распределить между СаСО₃, MgCO₃ и FeCO₃. Для этого определяем количество СО₂, связанное, соответственно, с СаО рудной смеси

СО₂^СаО = 44 · СаО_рс/56

и MgO рудной смеси

СО₂^MgО = 44 · MgО_рс/40.

Сравниваем СО₂ и СО₂^СаО. Если СО₂ ≤ СО₂^СаО, то весь СО₂ рудной смеси находится в виде СаСО₃.

Если СО₂ > СО₂^СаО, то определяем ∆СО₂ = СО₂ - СО₂^СаО и сравниваем его с СО₂^MgО. В случае ∆СО₂ ≤ СО₂^MgО, с MgO связано количество углекислоты, равное ∆СО₂.

Если ∆СО₂ > СО₂^MgО, то с MgO связано количество углекислоты, равное СО₂^MgO, а с FeO связано количество углекислоты, равное ∆СО₂ - СО₂^MgО.

В рассматриваемом случае потери при прокаливании невелики 0,36 %, что меньше

СО₂^СаО = 44 · 0,95/56 = 0,75 %,

следовательно, только часть СаО связана с СО₂

0,36 · 56/44 = 0,458 %,

где 0,36 – потери при прокаливании рудной смеси, %;

56 и 44 – молярные массы СаО и СО₂, соответственно,

а часть СаО входит в состав других соединений:

0,95 – 0,458 = 0,492 %,

где 0,95 – содержание СаО в рудной смеси, %.

Таким образом, СО₂ рудной смеси 0,36 % представлено карбонатом кальция. Тогда

(3.23)

где 4074– теплота разложения CaCO₃, кДж/кг СО₂;

2306- теплота разложения MgCO₃, кДж/кг СО₂;

0,36; 42,92 - содержание СО₂ в рудной смеси и известняке, связанное с СаО, %;

0,571 и 3,929 - содержание СО₂ в марганцевой руде, связанное с MgO и СаО, %.

В марганцевой руде 5 % СаО. Находится известь в виде СаСО₃. На СаО приходится СО₂

Углекислоты в марганцевой руде, связанной с магнезией, будет

4,5 – 3,929 = 0,571 %,

где 4,5 – содержание СО₂ потерь при прокаливании марганцевой руды, %.

2) Расход тепла на разложение и испарение гидратной влаги q_гидр.

В нашем случае гидраты есть только в марганцевой руде – содержание гидратной влаги 5,50%. Теплота, расходуемая на разложение и испарение гидратной влаги, 4184 кДж/кг Н₂О приведена к 25 ^оС.

3) Расход тепла на испарение гигроскопической влаги шихты q_гигр.

Теплота испарения воды – 2258,6 кДж/кг воды. Принимаем содержание влаги в шихте 12 кг/100 кг агломерата

4 ) Расход тепла на диссоциацию оксидов q_дис.

Прежде чем вычислять q₄, необходимо посмотреть п. 3.4, в котором был определен характер данного процесса спекания.

При диссоциации Fe₂O₃ на FeO и О₂ (восстановительный характер) расходуется 18226 кДж на 1 кг удаленного О₂^уд, при разложении MnO₂ до MnO на 1 кг О₂^Mn расходуется 7766 кДж

Q_дис = 18226 • O₂^уд + 7766 • O₂ ^Mn, (3.26)

где О_2Fe и O_2Mn – количество кислорода, выделившегося при восстановлении Fe₂O₃ до FeO и MnO₂ до MnO в процессе агломерации, кг.

В случае (настоящий расчет), когда содержание монооксида железа в агломерате меньше, чем в спекаемой рудной смеси, при агломерации протекает окисление железа, тепло не расходуется, а выделяется и оно учтено в приходной части теплового баланса. Следовательно, учитываем только тепло диссоциации оксидов марганца (О₂^Mn = 0,00011х + 0,407):

Q_дис = 7766 • O₂^Mn = 7766 • (0,00011х + 0,407) = 0,92х + 3157,6 кДж. (3.27)

5) Потери тепла с отходящими газами q_отх.г..

На основании опытных данных принимаем, что 70 % всего объема отходящих газов имеет температуру 50 ⁰C, а 30 % - 200 ⁰C. Можно выбрать среднюю температуру газа 120-140 ⁰С.

C учетом величины вредных прососов, которая на действующих аглолентах составляет 40-60 %, увеличиваем расход воздуха (3.19) в 2 раза:

Р_возд = 2(0,169x + 9,553z – 7,513)=

=0,338х + 19,107 z – 15,03. (3.28)

Определим полный объем продуктов горения твердого топлива.

При горении углерода шихты образуется по объему углекислого газа столько же, сколько израсходовано кислорода, а монооксида углерода в 2 раза больше:

С + О₂ = СО₂; 2С + О₂ = 2СО.

Следовательно, объём продуктов горения составит

V_пр = Р_возд + 0,2С_ш(22,4/12). (3.29)

Определяем количество продуктов горения, м³:

V_пр = 0,341х + 19,40 z – 15,03. (3.30)

Кроме продуктов горения твердого топлива отходящие агломерационные газы содержат гидратную и гигроскопическую влагу, а также углекислый газ карбонатов

V_отх = V_пр + W_ш + W_с , м³._. (3.31)

Определяем объём гидратной и гигроскопической влаги (см. 3.24, 3.25)

W_ш = 22,4(12 + 0,01∙5,5·4,52)/18 = 12,31 м³.

Определяем объём углекислого газа разложившихся карбонатов (см. 3.23)

W_с = 0,01 ∙ 22,4 ∙(0,36х + 42,92у +4,5 ∙ 4,52)/44 =

= 0,002х + 0,219у + 0,104 м³. (3.32)

Тогда объём отходящих газов составит

V_отх = 0,341х + 0,219у + 19,40 z – 2,612 м³. (3.33)

Определяем потери тепла с отходящими газами:

q_отх = 1,35 • 130 • V_отх (3.34)

q_отх =1,35 • 130 • (0,341х + 0,219у + 19,40 z – 2,612) =

= 59,89х + 38,35у + 3404,75z – 458,48, кДж,

где 1,35 – теплоемкость отходящих газов при соответствующей температуре, кДж/м³_• К.

6) Тепло, уносимое готовым агломератом q_агл..

Масса готового пирога агломерата составляет

М = 100 + М_в = 100 + (160 – х – у – z – 4,52) = 255,48 – х – у – z, кг.

Обычно средняя температура аглопирога составляет 600-700 ^оС, при которой его теплоемкость равна приблизительно 0,90 – 0,93 кДж/(кг·К).

Энтальпия готового спека

q_агл = 0,9 ∙ 600 (255,48 – х – у – z) =

= 137959,5 – 540х – 540у – 540z кДж. (3.35)

7) Тепловые потери на агломашине. На основании опытных данных можно заключить, что тепловые потери на агломашине колеблются в пределах 8-10%.

Принимаем тепловые потери 8 %.

Расходная часть теплового баланса:

(q_карб + q_дис + q_гидр + q_гигр + q_отх + q_агл ) : 0,92. (3.36)

Подставляем значения отдельных статей расхода тепла, делаем приведение подобных и получаем расход тепла:

-504,91х + 1355,33у + 3113,86z + 184331,25.

Приравниваем приходную и расходную части теплового баланса:

571,27х + 23714,26z – 577,39 =

= -504,91х + 1355,33у + 3113,86z + 184331,25.

Решаем полученное равенство и получаем третье уравнение:

1076,18х - 1355,33у + 20600,4z = 184908,64. /III/

Решаем систему трех уравнений:

9 ,113х – 52,312у + 6,975z = -125,12.

1,0142х + 0,5708у + 0,155z = 97,452.

1076,18х - 1355,33у + 20600,4z = 184908,64.

Получаем:

х = 85,05 кг;

у = 17,97 кг;

z = 5,72 кг.

Представим тепловой баланс в форме таблицы 3.2.

Таблица 3.2 – Тепловой баланс спекания шихты

Приход тепла		кДж	%	Расход тепла	кДж	%
Теплота горения твердого топлива		141380,6	77,03	Теплота разложения карбонатов	33453,7	18,23
Теплота зажигания		17000	9,262	Теплота диссоциации и испарения гидратной влаги	1040,014	0,567
Теплота воздуха		1592,708	0,868	Теплота испарения гигроскопической влаги	27103,2	14,77
Теплота шихты		2880	1,569	Теплота диссоциации оксидов	3235,847	1,763
Теплота горения серы		1108,175	0,604	Потери тепла с отходящими газами	24782,95	13,5
Теплота окисления		15905,97	8,666	Теплота готового агломерата	79240,44	43,17
Теплота минералообразования		3670,764	2	Тепловые потери	14683,14	8
Итого		183538,2	100	Итого	183539,3	100

Невязка теплового баланса незначительна и составляет

.