30.5 Расчет теплового баланса шахтной плавки

Приход тепла

1. Тепло горения кокса. От горения углерода кокса по реакции С + О₂ = СО₂ + 94052 ккал получаем 94052•6,10/12=47810 ккал, от горения углерода кокса по реакции С + 1/2О₂ = СО + 26416 ккал получаем 26416•3,29/12=7243 ккал; от горения водорода кокса по реакции Н₂ + 0,5О₂ = Н₂О (пар) + 57798 ккал получаем 57798•0,04/2=1156 квл; от горения серы кокса по реакции S + O₂ = SO₂ + 70960 ккал получаем 70960•0,06/32=133 ккал. Всего от горения топлива получаем тепла Q_rop=47810+7243+1156+133=56342 ккал.

2. Физическое тепло агломерата (шихты) Q_ш=C_ш•m_ш•t_ш.

При С_ш=0,12 ккал/(кг °С) и t_ш=20⁰С Q_ш=0,12•100•20=240 ккал.

3. Физическое тепло топлива Q_T=C_T•m_T•t_Т.

При С_т=0,20 ккал/(кг °С) и t_Т=20⁰С Q_T=0,20•11,5•20=46 ккал.

4. Физическое тепло воздуха Q_возд=С_возд•V_возд•t_возд.

При С_возд=0,31 ккал/(м^{3 0}С); V_возд=65,4 м³ и t_возд=20⁰С Q_возд=0,31•65,4•20=405 ккал.

5. Тепло экзотермических реакций. За счет окисления цинка по реакции^* Zn + ½О₂ = ZnO + 83170 ккал будет получено 83170•(6,54–5,81)/81,4=746 кал,

где 6,54 – количество ZnO в шлаке, кг;

5,81 – количество ZnO в агломерате, кг.

^* Окисляется ZnS. Затрата тепла на его диссоциацию учтена далее.

За счет окисления 0,99 кг серы по реакции S + О₂ = SO₂ + 70960 ккал будет получено 70960•0,99/32=2195 ккал.

Количество серы в шлаке и в черновом свинце равно 2,15–(0,99+0,02)=1,14 кг.

При расчете теплового баланса принимаем содержание серы в черновом свинце 0,4%, или 47,05•0,004=0,19 кг, и считаем, что вся она связана со свинцом; по реакции РЬ + S = PbS + 22540 ккал приход тепла составит 22540/32•0,19=134 ккал. Остальное количество серы (1,14–0,19=0,95 кг) переходит в шлак (сера сульфидов).

Шлакообразование. За счет реакций шлакообразования при свинцовой плавке выделяется 135 ккал на 1 кг шлака. Учитывая; что шлакообразование в значительной степени развивается при агломерации, в расчете принимаем Q_шл=1/4•135•44,74=1510 ккал. Всего тепло экзотермических реакций составит 746+2195+134+1510=4585 ккал. Итого приход тепла равен 56342+240+46+405+4585=61618 ккал.

Расход тепла

1. Тепло чернового свинца Q_c=C_c•m_c•t_c. При С_с=0,033 ккал/(кг•⁰С) и t_c 800⁰С Q_c=0,033•47,05•800=1242 ккал.

2 Тепло шлака Q_шл=C_шл•m_шл•t_шл. При 1250⁰С можно принять C_шл•t_шл 320 ккал/кг, тогда Q_шл=44,74•320=14317 ккал.

3 Тепло пыли Q_п=C_п•m_п•t_п. При С_п=0,12 ккал/(кг•⁰С) и t_п=250⁰С Q_п=0,12•1•250=30 ккал.

4 Тепло отходящих газов Q_г=C_г•V_г•t_г. При С_г=0,334 ккал/(м³• ⁰С), t_г=250⁰С и V_г=74,63 м³ Qr=0,334•74,57•250=6232 ккал.

5 Тепло эндотермических реакций. На разложение сульфата кальция по реакции

CaSO₄ → СаО + SO₂ + ½О₂ — 119560 ккал

будет затрачено (см. таблицу 64) 119560•3,04/136,1=2671 ккал. На разложение сульфата свинца по реакции

PbSO₄ → PbO + SO₂ + ½О₂ – 96470 ккал

будет затрачено (см. таблицу 64) 96470•6,41/303,2=2043 ккал. На восстановление РbО до Рb по реакции

РbО → Рb + ½О₂ – 52070 ккал

будет затрачено 52070•45,76/207,2=11500 ккал. На восстановление Сu₂О до Сu по реакции

Cu₂O → 2Cu + ½О₂ – 39840 ккал

будет затрачено (см. таблицу 64) 39840•1,51/143,2=420 ккал. На диссоциацию сульфида цинка по реакции

ZnS → Zn + ½S₂ – 48500 ккал

будет затрачено (см. таблицу 64) 48500•1,31/95,6=628 ккал. На восстановление Fе₃О₄ до FeO по реакции

Fe₃O₄ → 3FeO + ½О₂ – 75900 ккал

будет затрачено (см. таблицу 64) 75900•7,45/231,4=2444 ккал. На восстановление Fe₂O₃ до FeO по реакции

Fe₂O₃ → 2FeO +-½О₂ – 71100 ккал

будет затрачено (см. таблицу 64) 71100•7,70/159,6=3430 ккал; На испарение влаги топлива будет затрачено 0,46•595=274 ккал.

В шлак перейдет 0,95 кг серы. Считаем, что все это количество серы связано с цинком. С учетом суммарной реакции

ZnO + S  ZnS + ½O₂ – 34670 ккал

вносим поправку в тепловой баланс: 34670•0,95/32=1029 ккал. Всего тепла на протекание эндотермических реакций потребуется

Q_ЭНД=2671+2043+11500+420+628+2444+3430+274+1029=24439 ккал.

Тепло, уносимое охлаждающей водой. Расход воды на охлаждение кессонов обычно составляет 2–3,5 м³ на 1 т шихты при изменении температуры воды на 30–35⁰С.

Принимаем расход воды из расчета на 100 кг агломерата при Δt=35⁰С, равным 350 кг. Тогда расход тепла с водой из кессонов составит 1•350•35=12250 ккал.

Потери тепла во внешнюю среду. Потери за счет лучеиспускания через колошник (при температуре 200⁰С)

Q'=Ф•4,96•

При F_ш=11,73 м²; Ф=0,8; τ_ш=0,0032 ч; Т_ш=200+273=473 ⁰К

Q'=0,8•4,96•( )⁴ •11,73•0,0032=75 ккал.

Потери через подину внутреннего горна

Q"=g•F_п•τ_ш=5000•11,73•0,0032=188 ккал;

g=5000 ккал/(м²• ч) (для холодных подин). Всего потери во внешнюю среду составят 75+188=263 ккал.

Итого расход тепла равен 1242+14317+30+6232+24439+12250+263=58773 ккал.

Невязка баланса положительная и составляет 61618–58773=2845 ккал.

По тепловому балансу уточняем расход топлива:

11,5• %.

Ввиду небольшого отклонения этой величины от заданной пересчета полученных данных не производим. Тепловой баланс по результатам расчета сводим в таблицу 66.

ТАБЛИЦА 66 Тепловой баланс шахтной плавки, рассчитанный на 100 кг свинцового агломерата

Приход тепла			Расход тепла
Статьи баланса	ккал	%	Статьи баланса	ккал	%
Горение топлива Тепло шихты Физическое тепло топлива Физическое тепло воздуха Экзотермические процессы	56342 240 46 405 4585	91,44 0,39 0,07 0,66 7,44	Черновой свинец Шлак Пыль Отходящие газы Эндотермические реакции Охлаждающая вода Потери во внешнюю среду Невязка	1242 14317 30 6232 24439 12250 263 2845	2,02 23,24 0,05 10,11 39,66 19,88 0,43 4,61
Итого	61618	100,0	Итого	61618	100,0