Расчет показателей, характеризующих газодинамические процессы в доменной печи. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Теория и техноло
.pdf
Зная количество кислорода, с использованием формулы (34) находим количество горновых газов:
VГГЦ 20736 0 20736 м3/час;
VГГПРОМЗОНА 30128 4419 25709 м3/час;
VГГРУДНЫЙГРЕБ ЕНЬ 364172 68289 295883 м3/час;
VГГПЕРИФЕРИЯ 66566 9619 56947 м3/час.
2.3. Расчет индекса газопроницаемости
Индекс газопроницаемости рассчитывается по следующей формуле [3]:
ИГ |
V |
Д |
, |
(36) |
|
|
|
||||
РОБЩ |
|||||
|
|
|
|||
где VД – расход дутья, м3/мин;
РОБЩ – общий перепад давления, ати
Пример расчета:
Исходные данные:
Расход дутья – 5502 м3/мин.
Общий перепад – 1,49 ати.
Расчет:
ИГ 55021,49 3693 м3/(мин ати).
2.4. Расчет состава и количества колошникового газа
Основными составляющими колошникового газа доменной печи являются: СО, СО2, Н2, Н2О, N2. Таким образом, выход колошникового газа рассчитывается как сумма указанных элементов.
Количество СО2 рассчитывается по следующему выражению:
СО2 = СО СО, (37)
где СО2 – количество СО2, перешедшего в колошниковый газ, м3/т
чугуна;
31
СО - количество СО, поступившее в печь, м3/т чугуна;
СО – степень использования восстановительной энергии СО, доли ед.
Количество СО, поступившее в доменную печь, рассчитывается по
следующему выражению: |
|
СО = 1,8667 (К Ск+ДТ Сдт-10[C]), |
(38) |
где К – удельный расход сухого кокса, кг/т; |
|
ДТ – удельный расход дополнительного топлива, м3 (кг)/т чугуна; |
|
Ск, Сдт – содержание углерода в коксе и дополнительном топливе, |
|
кг/кг (м3); |
|
[C] – содержание углерода в чугуне, %. |
|
Расход сухого кокса определяется по выражению: |
|
К = Квл (1-W), |
(39) |
где Квл – удельный расход влажного кокса, кг/т чугуна; |
|
W – влажность кокса, кг/кг. |
|
Количество СО рассчитывается по следующему выражению: |
|
СО = СО - СО2. |
(40) |
Количество Н2О рассчитывается по следующему выражению: |
|
Н2О = Н2( ) Н2+Н2Овл, |
(41) |
где Н2О – количество Н2О колошникового газа, м3/т чугуна; |
|
Н2( ) – количество водород,а поступившего в доменную печь, м3/т чугуна;
Н2Овл – количество влаги шихты, перешедшей в колошниковый газ, м3/т
чугуна;
Н2 – степень использования водорода, доли ед.
Количество суммарного водорода, поступившего в доменную печь рассчитывается по следующему выражению:
Н2( ) = Vд +ДТ Ндт+11,2 К Нк, (42)
где Vд – расход дутья, м3/т чугуна;
- влажность дутья, м3/м3 дутья;
ДТ – удельный расход дополнительного топлива, м3/т чугуна;
32
К – удельный расход сухого кокса, кг/т чугуна; |
|
Ндт – содержание водорода в дополнительном топливе, м3/м3 (кг); |
|
Нк – содержание водорода в коксе, кг/кг. |
|
Влага шихты рассчитывается следующим образом: |
|
Н2Овл = (22,4/16) Квл W. |
(43) |
Оставшиеся две неизвестные величины, степень использования СО и Н2, можно найти следующим образом. Соотношение степеней использования водорода и монооксида углерода зависит от последней и довольно точно
описывается следующим уравнением: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
Н2/ СО = 2,1229 – 2,4763 СО . |
|
|
|
|
|
(44) |
||||||
Степень использования монооксида углерода определяем исходя из |
||||||||||||||||||
баланса кислорода и углерода: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Сd = 0,75ОR – 0,5357 СО СО—0,5357 Н2( ) Н2, |
|
|
|
(45) |
|||||||||||
где Сd – углерод прямого восстановления железа и элементов чугуна, кг/т |
||||||||||||||||||
чугуна; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОR – количество кислорода, отнимаемого при восстановлении, м3/т |
||||||||||||||||||
чугуна. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя уравнение (50) в (51) и решая его относительно СО, |
||||||||||||||||||
получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СО |
(0,5357СО |
|
1,1372Н |
2( ) |
) |
(0,5357СО |
|
1,1372Н |
2( ) |
)2 1,3266Н |
2( ) |
(С |
d |
0,75О |
R |
) |
. (46) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
1,3266Н 2( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Углерод прямого восстановления определяется исходя из баланса углерода: |
||||||||||||||||||
|
Сd = К Ск+ДТ Сдт—10 [C] – 0,5357 ( + 2 ) Vд, |
|
|
|
|
|
|
|
(47) |
|||||||||
где - содержание кислорода в дутье, м3/м3 дутья. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Количество кислорода шихты, отнимаемого при восстановлении, |
||||||||||||||||||
рассчитывается по следующему уравнению: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
ОR |
32 (8[Si] 2,04[Mn] 10,5[[S] (S)} 9,03[P] 2,128[Fe]) |
, |
|
|
|
(48) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
22,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где [Si], [Mn], [S], [P], [Fe] - содержание соответствующих элементов в чугуне, %;
(S) – содержание серы в шлаке, %.
33
Количество азота колошникового газа составит: |
|
N2 = (1 – ) (1 – ) Vд. |
(49) |
Количество колошникового газа составит: |
|
Vкг = СО+СО2+Н2О+Н2+N2. |
(50) |
Состав колошникового газа составит: |
|
СО = 100 СО/ Vкг; |
(51) |
СО2 = 100 СО2/ Vкг; |
(52) |
Н2 = 100 Н2 / Vкг; |
(53) |
Н2О = 100 Н2О / Vкг; |
(54) |
N2 = 100 N2 / Vкг . |
(55) |
Пример расчета
Исходные данные:
Расход кокса влажного – 418 кг/т. Расход природного газа – 93 м3/т.
Содержание углерода в коксе – 0,865 кг/кг. Содержание углерода в природном газе – 0,5309 кг/м3. Влажность кокса – 0,01 кг/кг.
Расход дутья – 1088 м3/т. Влажность дутья – 0,007 м3/м3.
Содержание кислорода в дутье – 0,264 м3/м3. Содержание водорода в коксе – 0,005 кг/кг. Содержание водорода в природном газе – 2,026 м3/м3. Состав чугуна, %:
[Si] – 0,62; [Mn] – 0,12; [S] – 0,019; [P] – 0,07; [C] – 4,87; [Fe] – 94,301.
Содержание серы в шлаке – 0,56%.
Расчет:
По формуле (38) находим количество СО, образовавшееся в горне печи, предварительно рассчитав расход сухого кокса по формуле (54)
КСУХ = 418 (1-0,01) = 414 кг/т;
34
СО = 1,8667 (414 0,865 + 93 0,5309 - 104,87) = 669,7 м3/т.
Суммарное количество водорода поступившего в печь, находим, используя формулу (42):
Н2 = 1088 0,007 + 93 2,026 + 11,2 4140,005 = 219,2 м3/т.
По формуле (45), находим значение Сd:
Сd = 414 0,865 + 93 0,5309 - 10 4,87 – 0,5357 (0,007 + 2 0,264) 1088 = 47,0 кг/т.
Используя уравнение (48), находим ОR:
OR 32 (8 0,62 2,04 0,12 10,5 (0,56 0,019) 9,03 0,07 2,128 91,301) 303,7 . 22,4
Используя уравнение (46), находим степень использования СО:
|
СО |
(0,5357 669,7 1,1372 219,2) |
(0,5357 669,7 1,1372 219,2)2 |
1,3266 219,2 (47 0,75 303,7) |
0,497 . |
|
1,3266 219,2 |
|
|||
|
|
|
|
|
Степень использования Н2 находим, используя формулу (44)Н2 = 2,1229 0,497 – 2,4763 0,4972 = 0,443.
Рассчитываем количество СО2 и СО (формулы 37 и 40)
СО2 = 669,70,497 = 332,8 м3/т; СО = 669,7 – 332,8 = 336,9 м3/т.
Рассчитываем количество Н2 и Н2О
Н2 = 219,2 (1 – 0,443) = 122,1 м3/т;
Н2О = 219,2 0,443 + 22,4 4180,01/16 = 103,0 м3/т.
Количество азота рассчитываем по формуле (49)
N2 = 1088 (1-0,007)(1-0,264) = 795,2 м3/т.
По формуле (50) находим выход колошникового газа:
Vкг = 332,8 + 336,9 + 122,1 + 103,0 + 795,2 = 1690,0 м3/т.
По формулам (51-55) рассчитываем состав газа:
СО2 = 100 332,8/1690 = 19,69%; СО = 100 336,9/1690 = 19,93%; Н2 = 100 122,1/1690 = 7,20%; Н2О = 100 103,0/1690 = 6,09%; N2 = 100 795,2/1690 = 47,05%. 35
2.5. Упрощенный расчет состава и калорийности колошникового газа
VКГ |
162 К 135ПУТ 97 ПГ 9000 |
, |
(56) |
|
|||
|
СО СО2 |
|
|
где К – удельный расход кокса, кг/т; |
|
||
ПУТ– удельный расход пылеугольного топлива, кг/т |
|
||
ПГ – удельный расход природного газа в, м3/т; |
|
||
СО, СО2 – содержание соответствующих элементов в колошниковом |
|||
газе, %. |
|
||
Сумма СО и СО2 рассчитывается по следующему уравнению [4]: |
|
||
СО+СО2 = 20,303 + 1,1066 О2 – 0,00761 (О2)2, |
(57) |
||
где О2 – содержание кислорода в дутье, %. |
|
||
Содержание СО рассчитывается по следующей формуле: |
|
||
СО = (СО+СО2) (1- СО). |
(58) |
||
Содержание СО2 рассчитывается следующим образом: |
|
||
СО2 = (СО+СО2) – СО. |
(59) |
||
Соотношение степеней использования водорода и монооксида углерода зависит от последней и довольно точно описывается следующим уравнением:
Н2/ СО = 2,1229 – 2,4763* СО. |
(60) |
Исходя из последнего уравнения, рассчитываем степень использования водорода.
Количество водорода, поступившего в доменную печь, рассчитывается по
следующему выражению: |
|
Н2( ) = 0,01 Vд+0,6ПУТ+2,026 ПГ+0,056 К, |
(61) |
где Vд – расход дутья в прогнозируемом периоде, м3/т чугуна; |
|
Н2 = 100·(1- Н2) Н2( )/VКГ. |
(62) |
Калорийность колошникового газа (q, ккал/м3) рассчитывается по |
|
следующей формуле: |
|
q = 30,22*СО + 25,8*Н2. |
(63) |
36
Пример расчета
Исходные данные:
Расход кокса – 414 кг/т.
Расход природного газа – 93 м3/т. Расход ПУТ – 0 кг/т.
Содержание кислорода в дутье – 26,4%. Расход дутья – 1088 м3/т.
Влажность дутья – 0,01 м3/м3. Содержание водорода:
в коксе – 0,056 м3/кг; в ПУТ – 0,6 м3/кг; в природном газе – 2,026 м3/м3. Степень использования СО – 0,4801.
Расчет:
Рассчитываем содержание СО + СО2 в колошниковом газе используя формулу (57):
СО + СО2 = 20,303 + 1,1066 26,4 – 0,00761 26,42 = 44,21%.
В соответствии с формулой (56) рассчитываем выход колошникового
газа:
VКГ 162 414 135 0 97 93 9000 1517,5 м3/т. 44,21
По формуле (61) рассчитываем приход водорода:
Н2 = 0,01 1088 + 2,026 93 + 0,6 0 + 0,056414 = 222,5 м3/т.
Рассчитываем степень использования водорода (формула 59):Н2 = 2,1229 0,4801 – 2,4763 0,48012 = 0,4484.
После этого рассчитываем состав и калорийность газа, используя формулы (58, 59, 62, 63):
СО = 44,21 (1-0,4801) = 22,98%; СО2 = 44,21 – 22,98 = 21,23%;
Н2 = 100 (1 – 0,4484)222,5/1517,5 = 8,09%;
q = 30,22 22,98 + 25,8 8,09 + 85,80 = 903,2 ккал/м3.
37
2.6. Расчет удельного расхода дутья
Удельный расход дутья определяется по следующему выражению:
Vд |
0,9333 C |
0,5 С О ПГ |
|
(Ч 0,21) Отех |
, |
(64) |
|
ф |
2 |
уд |
2 |
||||
|
|
|
|||||
|
|
0,21 |
|
|
|
|
где Сф – углерод кокса, сгоревший на фурмах, кг/т чугуна; (С) – содержание углерода в природном газе, м3/м3; (О2) – содержание кислорода в природном газе, м3/м3; ПГУД – удельный расход природного газа, м3/т; О2ТЕХ – расход технологического кислорода, м3/т; Ч – чистота технологического кислорода, доли ед.
Количество углерода кокса, сгоревшего на фурмах, определяется по следующему выражению:
|
|
[Fe] r |
10 12 |
|
|
[Si] |
|
24 |
|
[Mn] |
12 |
|
[P] |
60 |
|
|
|
Ш |
уд (S) |
0,01 12 |
|
|
|
Сф К |
уд Ск |
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
[C] 10 , |
(65) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
56 |
|
28 |
|
55 |
|
|
62 |
|
|
|
32 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
где [Fe], [Si], [Mn], [P], [C] – содержание соответствующих элементов в чугуне, %;
КУД – удельный расход кокса, кг/т; СК – содержание углерода в коксе, доли ед. ШУД – удельный выход шлака, кг/т;
(S) – содержание серы в шлаке, %;
rd – степень прямого восстановления, доли ед.
Пример расчета
Исходные данные:
Расход кокса – 414 кг/т.
Расход природного газа – 93 м3/т.
Расход технологического кислорода – 79 м3/т.
Содержание углерода:
в коксе – 0,865 кг/кг; в природном газе – 0,991 м3/м3.
Содержание кислорода в природном газе – 0,002 м3/м3.
Состав чугуна, %:
38
[Si] – 0,62; [Mn] – 0,12; [S] – 0,019; [P] – 0,07; [C] – 4,87; [Fe] – 94,301.
Выход шлака – 292 кг/т. Содержание серы в шлаке – 0,56%.
Степень прямого восстановления – 0,418.
Расчет:
По формуле (65) рассчитываем количество углерода, сгоревшего на фурмах:
|
Ф |
|
|
|
94,301 0,418 10 12 |
|
0,62 24 |
|
0,12 |
12 |
|
0,07 |
60 |
|
|
292 0,56 0,01 12 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
414 |
0,865 |
|
56 |
|
|
28 |
|
55 |
|
|
62 |
|
|
10 |
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
4,87 10 218,07
Используя формулу (64), определяем расход дутья6
0,9333 218,07 (0,5 0,991 0,002) 93 (0,95 0,21) 79 м3/т. VД 909,3
0,21
3.Расчет показателей, характеризующих состояние коксовой насадки
3.1.Расчет индекса «DMIi»
Индекс DMI рассчитывается по методике, представленной авторами работы [3]:
DMI = cleanliness + fiuidity;
cleanlines s Cнас Сфакт ,
2,57 10 3
где Снас – углерод насыщения, %; Сфакт – фактическое содержание углерода в чугуне, %.
Сфакт = 1,3 + 2,57·10–3·Тч – 0,31[Si] – 0,33[P] – 0,4[S] + 0,028[Мn];
Тч — температура чугуна, 0С.
fluidity = Тч – 1430 + 190(1,23 – Вslag),
где Вslag — основность шлака, (СаО/SiO2).
Пример расчета
Исходные данные:
Состав чугуна, %:
[Si] – 0,62; [Mn] – 0,12; [S] – 0,019; [P] – 0,07; [C] – 4,87. 39
(66)
(67)
(68)
(69)
Температура чугуна – 14940С. Основность шлака – 1,03.
Расчет:
По формуле (68) рассчитываем углерод насыщения:
Снас = 1,3 + 2,57 10-31494 – 0,31 0,62-0,33 0,07 – 0,4 0,019 + 0,028 0,12 = 4,92%.
С использованием формулы (94) рассчитываем показатель cleanliness:
cleanlines s 4,92 4,87 19,5 . 2,57 10 3
По формуле (69) рассчитываем показатель fluidity, после чего рассчитываем индекс DMI с использованием формулы (66):
fluidity = 1494 – 1430 + 190 (1,23 – 1,03) = 102,0;
DMI = 19,5 + 102,0 = 121,5.
3.2. Расчет количества мелочи кокса (-5 мм) в коксовой насадке
Расчет производится по формуле, предложенной японскими
исследователями [7]: |
|
|
Y = 1898,4 – 0,007ТТ + 0,136WД – 20,58 D30 |
+ 1,833CRI, |
(70) |
15 |
|
|
где ТТ – теоретическая температура горения, 0С; |
|
|
WД – скорость дутья на фурмах, м/с; |
|
|
CRI – реакционная способность кокса, %; |
|
|
D30 - прочность кокса по JIS, %. |
|
|
15 |
|
|
D30 = 91,46 + 0,046М25, |
(71) |
|
15 |
|
|
где М25 – холодная прочность кокса, %.
Пример расчета
Исходные данные:
Теоретическая температура горения – 21330С.
Скорость дутья – 211 м/с.
Реакционная способность кокса (CRI) – 34,6%.
40