§ 15. Сушка окисленной никелевой руды*

Исходные данные для расчета. Расчет ведем на 100 кг влажной руды. Химический состав влажной окисленной никелевой руды: 0,8% Ni; 0,04% Со; 0,01% Сu; 16,5% Fe₂O₃, 34,1% SiO₂; 1,65% CaO; 7,8% MgO; 4,2% A1₂O₃; 1,05% Cr₂O₃; 25% влаги гигроскопической, 8,85% прочие {конституционная влага и др.). Конечная влажность подсушенной руды 12%. Безвозвратные потери сухого вещества (и металлов) с пылью составляют 0,5%. Условно принимаем, что влажность безвозвратных потерь та же, что и влажность подсушенной руды, т.е. 12%. В шихту для сушки, кроме влажной руды, входят оборотные материалы металлургических цехов. Масса указанных оборотов мала и не влияет на процесс сушки. Поэтому принимаем, что шихта для сушки состоит из одной только влажной руды.

* Расчет составили инж. Кулаков А. В. и Гудима Н. В.

Масса сухого вещества в 100 кг влажной руды 100–25,0=75 кг. Масса сухого вещества в безвозвратных потерях 75•0,005=0,38 кг. Масса сухого вещества в подсушенной руде 75–0,38=74,62 кг. С учетом влажности 12% масса безвозвратных потерь 0,38/88•100=0,43 кг. Масса влаги в безвозвратных потерях 0,43–0,38=0,05 кг. С учетом влажности 12% масса подсушенной руды 74,62/88•100=84,8 кг. Масса влаги в подсушенной руде 84,8–74,62=10,18 кг. Масса влаги, удаленной в газы при сушке, 100–84,8–0,43=14,77 кг. Масса безвозвратных потерь, кг:

Ni 0,8•0,005=0,004;

Со 0,004•0,005=0,0002;

Сu 0,01•0,005=0,00005;

Fe₂O₃ 16,5•0,005=0,0825;

SiO₂ 34,1•0,005=0,1705;

CaO 1,66•0,005=0,00825;

MgO 7,8•0,005=0,039;

A1₂O₃ 4,2•0,005=0,021;

Cr₂O₃ 1,05•0,005=0,00525;

прочие 0,0493; влаги 0,05.

Сумма=0,43 кг.

Масса в подсушенной руде, кг: Ni 0,8–0,004=0,796; Со 0,04–0,0002=0,0398; Сu 0,01–0,00005=0,00995; Fe₂O₃ 16,5–0,0825=16,4175; SiO₂ 34,1–0,1705=33,9295; CaO 1,65–0,00825=1,64175; MgO 7,8–0,039=7,761; Al₂O₃ 4,2–0,021=4,179; Cr₂O₃ 1,05–0,00525=1,04475; влага гигроскопическая 10,18; прочие 8,85–0,0493=8,8007. Сумма 84,8 кг.

Составляем таблицу материального баланса сушки руды (таблица 43).

Химический состав подсушенной руды: 0,94% Ni; 0,047% Со; 0,012% Сu; 19,35% Fe₂O₃; 40,0% SiO₂; 1,93% CaO; 9,14% MgO; 4,92% А1₂О₃; 1,26% Сг₂О₃; 12,0% влаги, 10,4% прочие.

Экономию топлива дает предварительная подсушка руды на открытом складе, особенно в летний период.

Определим количество газов, образующихся во время сушки руды. Примем предварительно расход условного топлива на сушку руды влажностью 25% до влажности 12–13%, по данным практики, равным 1,2%, что соответствует расходу 1 м^З природного газа, или 0,9 кг мазута, или около 1,1 кг угля на 100 кг руды.

Топливо в топке сушильного барабана сжигают с большим избытком воздуха, получая газы, нагретые до 500–700⁰С. При более высокой температуре возможно коробление барабана, при меньшей замедляется сушка. В качестве топлива используют природный газ. Определим теоретический расход воздуха на горение 1 м³ газа (см. § 7.3): 137,74/14,55=9,47 м³. При этом образуется, м³: СО₂ 1,01; Н₂О 1,96; азота 7,0; всего 9,97 м³, округленно 10 м³.

Определяем теоретическую температуру, развивающуюся во время полного горения газа в теоретически необходимом количестве воздуха, по типовой формуле:

t=Q/∑mc,

где Q – теплота сгорания газа (8659,6 ккал);

∑mс – сумма произведений теплоемкости и массы продуктов горения при получаемой температуре.

Определяем температуру методом последовательных приближений. Теплоемкость газов берем по таблице 19 для 1500⁰С:

t₁=8659,6/(1,01•0,558+1,96•0,443+7,0•0,345)=2250⁰С.

Таблица 43 Материльный баланс сушки руды (на 100 кг влажной руды), кг

Наименование

Всего

В том числе

Ni

Co

Cu

Fe2O3

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

Cr2O3

влага

прочие

Загружено: руды Получено: подсушенной руды пара невязка

100 84,8 14,77 0,43

0,8 0,796 – 0,004

0,04 0,0398 – 0,0002

0,01 0,00995 – 0,00005

16,5 16,4175 – 0,0825

34,1 33,9295 – 0,1705

1,65 1,64175 – 0,00825

7,8 7,761 – 0,039

4,2 4,179 – 0,021

1,05 1,04475 – 0,00525

25,0 10,18 14,77 0,05

8,85 8,80075 – 0,04925

Итого

100

0,8

0,04

0,01

16,5

34,1

1,65

7,8

4,2

1,05

25,0

8,85

Примечание. В расчете не учтен вынос пыли, так как вся уловленная пыль присоединяется к подсушенной руде.

Ввиду значительного несовпадения принятой температуры (1500⁰С) с полученной повторяем расчет, взяв теплоемкости для 2000⁰С:

t₂=8659,6/(1,01•0,579+1,96•0,469+7,0•0,345)=2165⁰С.

Отсюда можно сделать вывод, что теоретическая температура горения составит примерно 2100⁰С. Для ее снижения до 500–700⁰С прибегаем к четырехкратному разбавлению продуктов горения воздухом. Расчет ведем на температуру 700⁰С:

t₃=8659,6/(1,01•0,499+1,96•0,392+7,0•0,323+40•0,327)=520⁰С

Из-за существенного расхождения проводим еще один расчет на скорректированные на 550⁰С теплоемкости:

t₄=8659,6/(1,01•0,481+1,96•0,383+7,0•0,320+40•0,322)=531⁰С.

Для уточнения расчета снизим разбавление газов воздухом, например, на 1,7 м³. Эта цифра получается путем корректирования знаменателя. Тогда получаем

t₅=8659,6/(1,01•0,481+1,96•0,383+7,0+38,3•0,322)=548⁰С.

За счет энтальпии полученных газов происходит нагревание и испарение воды, перегрев образовавшегося пара, а также нагревание руды. Как было показано ранее, во время сушки удаляется 14,77 кг воды. На ее нагрев от начальной температуры 10⁰С (принято для расчета)* до 60⁰С и испарение при 60⁰С требуется 14,77•(60–10)+14,77•563=9054 ккал. Расход тепла на нагрев подсушенной руды до 60⁰С при средней теплоемкости 0,25 ккал/кг составляет: 84,8•60•0,25=1272 ккал.

* Температура руды изменяется в зависимости от сезонных условий,

Подсушенная руда может иметь температуру и меньше 60⁰С, так как во время сушки имеет место эффект градирни, т.е. охлаждение за счет самоиспарения.

Подогрев водяного пара от 60⁰С до обычной для сушильных барабанов температуры 150⁰С требует

14,77/18•22,4•150•0,361=992 ккал.

Здесь (14,77/18)•22,4=18,37 м³ – объем пара. Весь расход тепла равен 9054+1272+992=11318 ккал.

Этот расход тепла должен быть компенсирован охлаждением топочных газов с 548 до 150⁰С. Энтальпия топочных газов при этой температуре равна 150(1,01•0,416+1,96•0,362+7,0•0,31+38,3•0,311)=2267 ккал. (При 100⁰С их энтальпия равна 1500 ккал.) Тепло, передаваемое топочными газами на испарение влаги, полученными от сжигания 1 м³ природного газа, равно 8659,6•0,97–2267=6133 ккал, Коэффициент 0,97 введен для учета потерь тепла в окружающую среду. Если температуру отходящих газов снизить до 100⁰С, то количество передаваемого тепла составит 6900 ккал. Определим теперь расход природного газа на сушку 100 кг руды при температуре отходящих газов 150⁰С: 11318/6133=1,84 м³. Или 11318/6900=1,64 м³ при 100⁰С.

Таким образом, при расходе газа 1,84 м³ и воздуха для горения 18,60 м³ и для разбавления 69,64 м³ получим следующий состав газов:

м³ % м³ %

СО₂ 1,88 1,73 N₂ 13,02 12,00

Н₂О_пар 24,02 22,13 Воздух 69,64 64,14

По составу газов (22,13% пара) находим давление водяного пара; 760•0,2213=168,19 мм рт.ст. Точка росы для этих газов по таблице 20 равна 63⁰С. Значительное превышение температуры газов относительно точки росы указывает на возможность некоторого снижения расхода топлива (до 1,5 м³ газа), допуская снижение температуры газов до 70–75⁰С.