Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методика расчета количества и состава выбросов от горения твердого топлива в спекаемом слое агломерационной шихты. Методические указания к самостоятел

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.08.2026

Размер:

782 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 54 5 > Следующая >>>

(СН 4 )

СН 4

(4.2)

СН

л.в

(Н 2 )

Н 2

(4.3)

л.в

(СО)

СО

(4.4)

СО

л.в

(СО )

СО

(4.5)

СО2

л.в

и т.д.

Химические символы в круглых скобках, например, (СН4), (Н2) и др.

обозначают

массовую долю соответствующего газа как компонента летучего

вещества, без скобок – объёмную долю, %;

СН 4 ,

Н 2 ,

СО и т.д. – удельный вес

соответствующих газов, кг/м3;

л.в

– удельный вес летучего вещества, кг/м3 при

нормальных условиях.

Проделав соответствующие расчеты, получаем состав летучих в весовых

единицах, % (масс.):

(CH4)

(H2)

(CO)

(CO2)

(N2)

(O2)

34,66

10,11

15,16

11,91

25,27

2,89

100

Реакции горения CH4, H2 и CO имеют следующий вид (для упрощения

записи состав атмосферного воздуха

в кислородных единицах обозначим

символом А ):

CH4 + 2α·Α = CO2 + 2H2O + 2·(α –1)O2 + 2·α·3,762N2 +2·α·0,048H2O,

(4.6)

H2 + 0,5α·Α = H2O + 0,5·(α –1)O2 + 0,5·α·3,762N2 +0,5·α·0,048H2O,

(4.7)

CO+ 0,5α·Α = CO2 + 0,5·(α –1)O2 + 0,5·α·3,762N2 +0,5·α·0,048H2O.

(4.8)

Напомним, А = (1 O2 + 3,762 N2 + 0,048 H2O);

число молей N = 4,81;

=1,5; число молей воздуха в реакциях (4.6), (4.7) и (4.8) равно: 14,43; 3,6075

и 3,6075.

Расчет количества молей израсходованного воздуха и образующихся газов по этим реакциям производится подобно тому, как это делалось при расчёте параметров горения углерода и серы. Поэтому запишем конечные значения:

				N	4.6		В		= 14,43;																										N		4.6		Г		= 15,43										(4.9)
					4.6																																4.6
				N	4.7		В		= 3,6075;																										N		4.7		Г		=		4,1075;								(4.10)
					4.7																																4.7
				N	4.8		В		= 3,6075;																										N		4.8		Г		=		4,1075.								(4.11)
					4.8																																4.8
				Количество израсходованного воздуха:
		В					V daf				(СН 4 )					1							В						1,50 34,66												1							3
V4.6				= М		Т														N 4.6					=1																				14,43 = 0,1051 м				,		(4.12)
V4.6				= М		Т		100				100								N 4.6					=1				100					100				0,714							14,43 = 0,1051 м				,		(4.12)
								100				100				СН 4													100					100				0,714
																СН 4
		В				V daf				(Н 2 ) 1										В					1,50 10,11												1									3
V4.7			= М Т													N 4.7					=1																					3,6075 =0,0613 м					,				(4.13)
V4.7			= М Т				100			100			2			N 4.7					=1				100					100					0,089							3,6075 =0,0613 м					,				(4.13)
							100			100															100					100					0,089

V		В	= М			V daf				(СО)			1				N			В		=1				1,50					15,16						1			3,6075 =0,0065 м3.											(4.14)
V	4.8		= М		Т		100			100							N	4.8				=1																		3,6075 =0,0065 м3.											(4.14)
	4.8				Т													4.8							100					100						1,25
														СО											100					100						1,25
														СО
				Количество продуктов горения:
		Г				V daf				(СН 4 )						1							Г					1,50 34,66													1						3
V4.6			= М Т															N 4.6						=1																				15,43 =0,1124 м				,			(4.15)
V4.6			= М Т				100			100						СН 4		N 4.6						=1				100						100				0,714						15,43 =0,1124 м				,			(4.15)
							100			100																		100						100				0,714

							Г					V daf			(Н 2 )				1								Г						1,50 10,11										1						3
				V4.7				= М Т															N		4.7				=1																	4,1075 =0,0700 м				,	(4.16)
				V4.7				= М Т				100	100										N		4.7				=1				100			100					0,089					4,1075 =0,0700 м				,	(4.16)
												100	100						2														100			100					0,089
																			2
V		Г	= М			V daf				(СО)			1				N			Г		=1					1,50					15,16					1			4,1075 =0,0074 м3,											(4.17)
V	4.8		= М		Т		100			100							N	4.8				=1																		4,1075 =0,0074 м3,											(4.17)
	4.8				Т													4.8							100					100						1,25
														СО											100					100						1,25
														СО

где МТ – масса топлива (в нашем примере 1 кг); нижние индексы у символов

N В и N Г обозначают номер химической реакции, число молей которых они отражают; V daf – содержание летучих в топливе, % на сухую массу (1,5%);

(CH4), (H2) и (CO) – содержание обозначенных газов в составе летучих, % (масс.).

Просуммировав рассчитанные значения по формулам (4.12)–(4.14) и

(4.15)–(4.17)	получим искомые величины: расход воздуха	на сжигание
летучих, содержащихся в 1 кг топлива, и количество образующихся газов:
VВ = 0,1051 + 0,0613 + 0,0065 = 0,1729 м3,		(4.18)
VГ = 0,1124 + 0,0700 + 0,0074 = 0,1898 м3.		(4.19)

К рассчитанному количеству газов следует добавить CO2, N2 и О2,

присутствующие в составе летучих. Эти газы не принимают участие в процессе горения топлива и транзитом покидают спекаемый слой шихты.

Количество этих газов:

VCO2	= МТ	V daf			(СО )		1		= 1		1,5		11,84 1							3	,	(4.20)
VCO2	= МТ			2					= 1									= 0,00090 м			,	(4.20)
				2
		100	100					СО2			100		100		1,963
								СО2
		V daf			(N2 )		1			1,5		25,27			1				3
VN 2	= МТ								= 1					∙			= 0,00303 м			,		(4.21)
VN 2	= МТ	100	100					N 2	= 1	100			100	∙	1,25		= 0,00303 м			,		(4.21)
		100	100							100			100		1,25

VO2	= МТ	V daf (О )					1		= 1	1,5 2,89				1			3		.			(4.22)
VO2	= МТ					2			= 1							= 0,0003 м			.			(4.22)
						2
		100	100					О2		100 100 1,428
								О2

Просуммировав все компоненты газовой смеси, получим общее количество газов, которое образуется в результате горения летучих веществ топлива, н.м3/0,0150 кг. летучих

VГ = 0,1898 +0,00090 + 0,00303 +0,0003 = 0,1940. (4.23)

Результаты вычислений представим в табличной форме.

Таблица 8

Количество и состав отходящих газов, образовавшихся от горения летучих веществ твердого топлива (0,015 кг/кг топлива)

Реакция	Размер-	Газообразные продукты горения				Всего	Продукты.
	ность	СО2	Н2О	N2	O2	молей	горения,
							(всего)
							м3
4.6	Число	1	2,144	11,286	1	15,43
	молей
	м3	0,00728	0,0156	0,0822	0,00728		0,1124

4.7	Число	-	1,036	2,8215	0,25	4,1075
	молей
	м3	-	0,01766	0,0481	0,00426		0,0700

4.8	Число	1	0,036	2,8215	0,25	4,1075
	молей
	м3	0,00181	0,00006	0,00508	0,00045		0,00740
4.20	м3	0,00090	-	-	-		0,00090
4.21	м3	-	-	0,00303	-		0,00303
4.22	м3	-	-	-	0,0003		0,0003
Всего	м3	0,00999	0,03332	0,1384	0,01229		0,19403

Итак, подведём итоги проделанных расчётов. Их цель заключается в оценке энергетических затрат на создание разности давлений над слоем и под колосниковой решёткой агломашины с тем, чтобы обеспечить просасывание через спекаемый слой определённого количества воздуха и транспортировку отсасываемых газов через систему газоочистки до трубы. Эти параметры необходимы для выбора (конструирования) типа эксгаустера и всей системы газоотводящего тракта, включая аппараты и устройства очистки газа от пыли и вредных газообразных веществ.

Результаты проделанных расчетов целесообразно свести в одну таблицу

(табл. 9). Табличная форма позволяет наглядно представить не только весь объем образующихся газов и их состав, но и роль в их образовании горючих составляющих топлива.

В нашем примере VВ и VГ равны суммам соответствующих величин,

рассчитанных для горения углерода, серы и летучего вещества.

Технический анализ топлива: С =80,75%; Vdaf =1,50%: Sобщ =1,75%; А

=16,00%

VВ = 9,7661 ∙0,8075+0,1064 +0,1729 = 8,1645 н. м3/кг топлива,	(4.24)
VГ= 10,2779∙0,8075 + 0,1039 + 0,1940 = 8,5973 н. м3/кг топлива,	(4.25)

где 9,7661 ∙0,8075 и 10,2779∙0,8075 – пересчёт величин VВ и VГ по отношению

1 кг топлива (0,8075 – массовая доля Снел в топливе).

Результаты расчета сведены в табл. 9. В такой форме хорошо видно и количество каждого выбрасываемого вещества, и источники их образования.

Это позволяет более определенно намечать действия и меры по уменьшению загрязняющего воздействия воздушного пространства.

Таблица 9

Количественные параметры горения твердого топлива в спекаемом слое агломерационной шихты, м3/кг (сух.) топлива

(С =80,75%; Vdaf =1,50%: Sобщ =1,75%; А =16,00%)

Процесс	Реакция	Расход			Состав отходящего газа, м3/кг топлива						∑
		воздуха,	CO2	CO		SO2	SO3	H2O	N2	O2
		м3/кг
Горение углерода	2.15	7,9389	0,6829	0,8346		-	-	0,0792	6,2082	0,5500	8,3549
Горние серы	3.13	0,05568	-	-		0,077	-	0,0006	0,0435	0,0038	0,5560
	3,14	0,00928	-	-		-	0,0009	0,0001	0,00725	0,0006	0,00885
	3,15	0,0232	-	-		0,0018	-	0,0002	0,0181	0,0016	0,02182
	3.16	0,01823	-	-		0,0018	-	0,0002	0,0143	0,0012	0,01754
∑ (3.13….3.16)		0,1064	-	-		0,0113	0,0009	0,0011	0,0831	0,0072	0,1039
Горение летучего	4.6	0,1051	0,00729	-		-	-	0,0156	0,0822	0,00728	0,1124
вещества
	4.7	0,0613	-	-		-	-	0,01766	0,0481	0,00426	0,0700
	4.8	0,0065	0,00181	-		-	-	0,0006	0,00508	0,00045	0,0074
	4.20	-	0,0009	-		-	-	-	-	-	0,0009
	4.21	-	-	-		-	-	-	0,00303	-	0,00303
	4.22	-	-	-		-	-	-	-	0,0003	0,0003
∑ (4.6….4.22)		0,1729	0,00999	-		-	-	0,03332	0,1384	0,01229	0,19403
Итого, от горения		8,2182	0,6929	0,8346		0,0113	0,0009	0,11362	6,4297	0,5695	8,6528
1 кг топлива, м3
Состав отходящих			8,008	9,646		0,131	0,010	1,313	74,310	6,582	100
газов, % (объем.)

Упрощённый метод расчёта параметров горения топлива

Упрощение расчёта сводится к тому, что углерод, который содержится в летучих в виде СО и СО2, объединяется с углеродом нелетучим (Снел), величина которого указывается в техническом анализе, или рассчитывается по разности 100 – (Ас + Sc +Vdaf)), а все другие компоненты преобразуются в (Н2)общ и (О2)общ. Проиллюстрируем это на примере топлива, параметры горения которого были уже рассчитаны.

С	С		(С					С			)													0,8075 +		1,50			1		(34,66		12		15,16	12		11,91	12	) =
С	С		(С					С			)	лет												0,8075 +							(34,66				15,16			11,91		) =
общ	нел				СО2			СО				лет													100			100				16			28			44
																									100			100				16			28			44
0,8075 + 0,0054 = 0,8129 кг,																																						(4.24)
(Н2 )общ		[Н2			(H2 )CH					]лет =					1,50					10,11					34,66					4		0,0028 кг,						(4.25)
									4
																100					100						100			16

(О )		[O			(O )						(O )					]			=			1,5			1			2,89				15,16		16	11,91		32
(О )	общ	[O			(O )		CO2				(O )			CO		]	лет		=									2,89				15,16			11,91
2	общ		2			2	CO2						2	CO			лет			100					100							28			44
																				100					100							28			44
=0,0030 кг,																																						(4.26)
(N2 )общ		(N2 )лет =						1,5 25,27							= 0,0038 кг.																							(4.27)

							100				100
							100				100
	Проверка правильности расчёта делается путём суммирования всех
компонентов, слагающих топливо:
∑ = С			(Н	2	)	общ		(О )					общ		(N			)		общ			S		общ			Ас = 0,8129 +0,0028 + 0,0030 +
	общ			2		общ				2			общ				2			общ					общ
+0,0038 +0,0175 + 0,1600 = 1,0000 кг.																																						(4.28)
	Пример расчёта приведен в табл. 10. Расчёт складывается из двух этапов:

сначала рассчитываются параметры горения всех компонентов топлива в чистом кислороде. В результате расчёта определяется потребность в кислороде

(столбец 5: 1,1326 м3/кг) и количество продуктов горения (столбец 12: 5,8955

м3/кг). Количество продуктов горения, образующееся от сжигания 1 кг (м3)

топлива в чистом кислороде (выход газов), не изменяется с увеличением коэффициента расхода воздуха. Эта величина является важной теплофизической характеристикой топлива. Её численное значение растёт с

увеличением горючей составляющей в топливе и при увеличении в топливе массового отношения Н/С.

На втором этапе рассчитывают количество израсходованного воздуха,

количество продуктов горения и их состав. В табл. 4.1 величины VВ и VГ,

равные соответственно 5,4476 и 5,8955 м3/кг, рассчитаны при условии =1.

Поэтому в продуктах горения отсутствует кислород. Отношение СО/СО2 =

0,611, что соответствует массовому отношению	С	СО		0,55	.
	С	СО2	0,45

Таблица 10

Расчёт параметров горения топлива в слое спекаемой шихты

Компоненты	Содержится	Сгорает в		Характер горения	Расход
топлива	в топливе,	слое, кг			кислорода,
	кг				м3

1	2	3		4	5

Собщ				45,0 % до СО2	0,6828
	0,8129	0,8129		55,0 % до СО	0,4171

Sобщ	0,0175	0,0166		90,0 % (0,01494 кг) до SO2	0,01046
				10,0 % (0,00166 кг) до SO3	0,001743

(Н2 )общ	0,0028	0,0028		Н2 + 0,5 О2 = Н2О	0,0224
(N2 )общ	0,0038	–		не принимает участия	–
(О2 )общ	0,0030	используется			–0,0021
		на горение

∑	0,8400				1,1326

Компоненты	Поступает в слой
воздуха	( =1,00), м3

N2	1,1326∙3,762=4,2607			не принимает участия	–

H2O	1,1326∙0,048 = 0,054			не принимает участия	–

∑	Всего воздуха:
	1,1326+4,2607+0,054=
	5,4476

			37

Окончание таблицы 10

Компоненты			Продукты горения, м3 /кг топлива
топлива	СО2	СО	SO2	SO3	H2O	N2	∑
1	6	7	8	9	10	11	12
Собщ	0,6828	–	–	–	–	–	0,6828
Собщ	–	0,8346	–	–	–	–	0,8346
	–	0,8346	–	–	–	–	0,8346
Sобщ	–	–	0,01046	–	–	–	0,01046
Sобщ	–	–	–	0,001162	–	–	0,001162
	–	–	–	0,001162	–	–	0,001162
(Н2 )общ	–	–	–	–	0,0448	–	0,0448
(N2 )общ	–	–	–	–	–	0,0030	0,0030
(О2 )общ							–
∑	0,6828	0,8346	0,01046	0,001162	0,0448	0,0030	1,5768
Компоненты
воздуха
N2	–	–	–	–	–	4,2607	4,2607
H2O	–	–	–	–	0,054	–	0,054
∑	0,6828	0,8346	0,01046	0,001162	0,1028	4,2637	5,8955

%	11,582	14,156	0,177	0,020	1,743	72,322	100

В действительности горение топлива в спекаемом слое шихты происходит при значительном избытке воздуха. В расчёте, изложенном выше,

коэффициент расхода воздуха принимается равным =1,5. Продемонстрируем

влияние коэффициента на расход воздуха, на количество и состав продуктов горения топлива, технический анализ которого приведён в примере

Таблица 11

Влияние коэффициента расхода воздуха на параметры горения

топлива в слое спекаемой шихты

VВ			Продукты горения, м3 /кг топлива						V Г			СО
	СО2	СО	SO2	SO3	H2O	N2	О2	∑
	СО2	СО	SO2	SO3	H2O	N2	О2	∑		V В		СО2
					=1,0
5,4476	0,6828	0,8346	10,46∙10-3	1,162∙10-3	0,1028	4,2637	0	5,8955	1,082		1,222

%	11,582	14,156	0,177	0,020	1,743	72,322	0	100

					=1,50
8,1714	0,6828	0,8346	10,46∙10-3	1,162∙10-3	0,0752	6,3938	0,5662	8,5643	1,055		1,222

%	7,972	9,745	0,122	0,013	0,878	74,659	6,611	100

					38

При =1,5 величины VВ и VГ приняли значения 8,1714 и 8,5643 м3/кг

топлива. Сравним эти значения с величинами, рассчитанными по первому

способу (примеры 1,2 и 3). Разница между ними не составляет существенного значения: по расходу воздуха 8,1645 и 8,1714 (∆ = 0,0069 м3), по количеству газообразных продуктов горения 8,5973 и 8,5643 (∆ = 0,033 м3). Это показывает, что оба способа расчёта параметров горения топлива в спекаемом слое шихты тождественны и выбор способа расчёта дело вкуса исследователя.

Из анализа данных табл. 11 следует, что при сжигании газовой смеси с избыточным количеством воздуха ( = 1,5) отношение VГ/VВ уменьшается, а

отношение СО/СО2 остаётся постоянным. Попробуйте самостоятельно раскрыть причины этих процессов.

Если у Вас есть ответ на поставленный вопрос, то можете сверить его с нашими рассуждениями. Продукты горения топлива состоят из газов, образовавшихся в результате взаимодействия кислорода воздуха с компонентами топлива, и балластных газов, поступивших с воздухом. К первым принадлежат СО, СО2, SO2, SO3, Н2О и N2 (тот азот, который содержится в летучих). Увеличивающееся количество расходуемого воздуха никак не влияет на количество этих газов, но увеличивает в продуктах горения О2,

N2 и H2O, поступивших с воздухом.	Поэтому отношение СО/СО2 в продуктах горения не зависит от
коэффициента , а отношение VГ/VВ	с ростом коэффициента уменьшается.

Расчёт состава газа, выходящего из зоны горения топлива

При установившемся режиме агломерации (что соответствует по времени выходу слоя шихты из-под зажигательного горна и излому пирога на разгрузочном конце агломашины) процессы массообмена достигают равновесия в двух зонах:

1) в высокотемпературной, включающей зону интенсивного нагрева ―

450–750оС, горения топлива и зону формирования агломерата ― 750–850оС; 2) в зоне сушки ― с температурами газа от 300–400оС до 50–60оС.

Определяющей из них является первая зона. В этой зоне наряду с нагревом шихты идут эндо- и экзотермические процессы: диссоциация гидратов и карбонатов, восстановление части Fe2O3 шихты до FeO, окисление части Fe3O4 до Fe2O3, плавление шихты и, наконец, это главный период агломерации, когда формируется физическая структура агломерационного спека. Скорость всех указанных процессов, их завершённость зависят от

величины максимальной температуры в этой зоне и продолжительности пребывания шихты при t ≥ 1100оС. Этот фактор технологического процесса спекания шихты определяется тепловым балансом зоны горения топлива.

Однако в совокупности с процессами диссоциации карбонатов,

частичного разложения парообразной воды, содержащейся в воздухе, и

окисления части Fe3O4 до Fe2O3, параметры горения топлива претерпевают значительное изменение. С учётом этих процессов уравнение горения углерода топлива (4.17) примет следующий вид:

С + k(O2 + N2 + rH2O) +							CO’2 = 2(1–k)CO + (2k–1)CO2 +
+k( –1)O2 + k				N2 +	k rH2O +		CO’2,	(4.29)
где – отношение концентраций углерода карбонатов и твёрдого топлива;
и r – относительное количество азота и паров воды в воздухе								(в расчёте на
один объём кислорода).
Для этого случая расчётные формулы принимают вид:
∑NГ = 1 +				+k[	(1 + + r) –1].			(4.30)
k				1		.		(4.31)

	100
	100		[	(1	r) 1]

		N2
		N2

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 54 5 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]