- •Глава 2.5. Бесконусные загрузочные устройства (бзу)
- •Глава 2.5 бесконусные загрузочные устройства (бзу)
- •2.5.1 Основные технологические особенности управления ходом печи при загрузке бзу
- •2.5.2. Основные особенности бзу типа воронка-«склиз»
- •2.5.3 Бзу роторного типа
- •2.5.4 Стационарные загрузочные устройства доменных печей (сзу)
- •2.5.5 Подвижные плиты колошника
- •Глава 2.6 регулирование хода доменной печи изменением дутьевого и теплового режимов ее работы. Выдувка и задувка печи
- •2.6.1. Дутьевой режим
- •2.6.2. Комбинированное дутье
- •2.6.3. Особенности добавки в дутье мазута
- •2.6.4. Применение пылеугольного топлива (пут) в дутье
- •2.6.5. Сравнительная оценка водородсодержащих добавок к дутью
- •2.6.6. Регулирование теплового и шлакового режимов
- •2.6.7. Выпуск жидких продуктов плавки
- •2.6.8 Выдувка доменной печи
- •2.6.9 Задувка доменной печи
- •2.6.10. Влияние размеров доменных печей на показатели их работы
- •Приложение 1 Примеры расчетов газодинамики по окружности печи
- •Приложение 2 определение газовых потоков и потерь их напора по радиусу доменной печи
- •Приложение 3 расчет шихты, материального и теплового балансов
- •2. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья
- •3 Материальный баланс
- •4. Тепловой баланс
- •Расход тепла
- •Приложение 4 корректировка шихты известняком
- •Приложение 5 корректировка основности шихты железной рудой
- •Приложение 6 расчет расхода природного газа
- •Приложение 7 расчет количества подач до фурм
- •Список литературы
- •Глава 2.5 бесконусные загрузочные устройства (бзу)
- •2.5.1 Основные технологические особенности управления ходом печи при загрузке бзу
- •2.5.2. Основные особенности бзу типа воронка-«склиз»
- •2.5.3 Бзу роторного типа
- •2.5.4 Стационарные загрузочные устройства доменных печей (сзу)
- •2.5.5 Подвижные плиты колошника
- •Глава 2.6 регулирование хода доменной печи изменением дутьевого и теплового режимов ее работы. Выдувка и задувка печи
- •2.6.1. Дутьевой режим
- •2.6.2. Комбинированное дутье
- •2.6.3. Особенности добавки в дутье мазута
- •2.6.4. Применение пылеугольного топлива (пут) в дутье
- •2.6.5. Сравнительная оценка водородсодержащих добавок к дутью
- •2.6.6. Регулирование теплового и шлакового режимов
- •2.6.7. Выпуск жидких продуктов плавки
- •2.6.8 Выдувка доменной печи
- •2.6.9 Задувка доменной печи
- •2.6.10. Влияние размеров доменных печей на показатели их работы
- •Приложение 1 Примеры расчетов газодинамики по окружности печи
- •Приложение 2 определение газовых потоков и потерь их напора по радиусу доменной печи
- •Приложение 3 расчет шихты, материального и теплового балансов
- •2. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья
- •3 Материальный баланс
- •4. Тепловой баланс
- •Расход тепла
- •Приложение 4 корректировка шихты известняком
- •Приложение 5 корректировка основности шихты железной рудой
- •Приложение 6 расчет расхода природного газа
- •Приложение 7 расчет количества подач до фурм
- •Список литературы
- •167 В.П. Тарасов, п.В. Тарасов
Приложение 2 определение газовых потоков и потерь их напора по радиусу доменной печи
В настоящем расчете приводятся основные параметры газодинамики по радиусу доменной печи при её загрузке конусными загрузочными устройствами, для обычных сырьевых и дутьевых условий России и Украины (для печей полезным объёмом 1513-2002 м3).
Условия:
- загрузочное устройство (ЗУ) типовой конструкции (конусное);
- окружное распределение шихтовых материалов равномерное за цикл (работа ВРШ на 6 станций или с диаметральной компенсацией);
- расчет выполняется без учета перевеивания мелочи шихты в радиальных зонах (отсутствуют данные), зоны равны по площади;
- масса агломерата в подаче 25т, кокса 7т;
- фракционный состав агломерата на колошнике :
фракции, мм 40 40-25 25-10 10-5 5
количество, % 2,0 16,0 25,5 24,0 32,5 100.
Задача 1. Расчет порозности шихты для указанных условий
1.1. Объём агломерата и кокса на колошнике:
Vа = (25-0,5)/1,79=13,69м3; Vк = 7,0/0,5 = 14,0м3;
Vп = 13,69+14,0 = 27,69м3,
где 0,5 – вынос колошниковой пыли (2%),т;
1,79 – насыпной вес агломерата, т/м3;
0,5 – насыпной вес кокса, т/м3.
1.2. Объём мелочи в подаче, м3:
VMa = (25-0,5)*32,5/100*1,97=4,04, или в долях
m = 4,04/27,69 = 0,146,
где 1,97 – насыпной вес агломерата фракции 5 мм, т/м3.
1.3. Порозность свободно насыпанного слоя (с) шихтовых материалов определяем из рис.1.4, которая при m = 0,146 составит 0,42. При загрузке с конуса (1.17):
к = 0,9*с(1,06+0,4m), (см. [3]), (1)
к = 0,9*0,42(1,06+0.4+0,4*0,146) = 0,423
Задача 2. Определить порозность шихты в периферийной (пер.), промежуточной (пр.з) и центральной (ц ) зонах колошника
2.1. Для прямых подач объёмные доли мелочи в периферийной, промежуточной и центральной зонах находим по формулам:
(2)
(3)
. (4)
Проверяем правильность определения объёмной доли мелочи в 3-х радиальных зонах:
Отклонение (см.1.2.) от составило 0,7% соответственно, что подтверждает правильность определения объёмной доли мелочи в 3-х радиальных зонах при загрузке прямых подач.
2.2. Порозность слоя в 3-х радиальных зонах колошника при загрузке прямых подач из рис.1.4 (dM/dKP = 0,07):
Порозность свободно насыпанной шихты (с) находим для m=0,183; 0,217 и 0,034:
спер.=0,40; спр.з.=0,38; сц.з.=0,48.
При загрузке прямых подач с конуса из (1):
кпер.=0,9*0,40(1,06+0,4*0,183) = 0,41;
кпр.з=0,9*0,38(1,06+0,4*0,127) = 0,39;
кц.з=0,9*0,48(1,06+0,4*0,034) = 0,46.
Проверяем правильность найденных порозностей в 3-х радиальных зонах:
к =(0,41+0,39+0,46)/3 = 0,42
Отклонение от порозности шихтовых материалов в подаче 0,7%
(к =0,423, раздел 1.3).
2.3. Для обратных подач и подач одним коксом вперед объёмные доли мелочи в 3-х зонах ( ; ; ) находим по формулам:
(5)
(6)
(7)
Отклонение 0,7 % от = 0,146 (раздел 1.2)
2.4. Порозность слоя для указанных подач в 3-х зонах по радиусу печи составит Рис.1.4 (dM/dKP = 0,07):
спер. =0,43; спр.з = 0,36; сц.з. = 0,47.
При загрузке с конуса подач коксом вперед из формулы (1):
кпер = 0,9*0,43(1,06+0,4*0,128) = 0,43;
кпр.з = 0,9*0,36(1,06+0,4*0,271) = 0,38;
кц.з = 0,9*0,47(1,06+0,4*0,037) = 0,46.
2.5. Проверяем правильность определения к в 3-х радиальных зонах:
к = (0,43+0,38+0,46)/3=0,423 (см.1.3)
2.6. Распределение газовых потоков обратно пропорционально Р и аналогично симплексу 3 /(1-) [1,3].Для прямых подач газовые потоки (VГ.П.) в трех радиальных зонах при выходе газа 5250 м3/мин составят (см.Приложение 1. раздел 3.3):
% м3/мин м/с*
Vг.п.пер. 0,413/(1-0,41) = 0,117 29,7 1559 1559/Fзон.*60 = 1,87
Vг.п.пр.з. =0,393/(1-0,39)= 0,097 24,6 1292 1292/13,9*60 = 1,55
Vг.п.ц.з = 0,463/(1-0,46) = 0,180 45,7 2399 2399/13,9*60 = 2,88
Итого:0,39 100,0 5250 5250/41,8*60 = 2,09
__________________
*Площадь колошника D2к /4 = 3,14*7,32/4 = 41,8м2
Площадь периферийной, промежуточной и центральной зон равны и составляют 41,8/3 = 13,9м2 каждая.
7,3 – диаметр колошника д.п. V0 = 2002м3.
2.7. Для подач коксом вперед газовые потоки в 3-х радиальных зонах составят:
% м3/мин м/с
Vг.п.пер. = 0,433/(1-0,43) = 0,139 34,1 1790 2,15
Vг.п.пр.з. = 0,383/(1-0,38) = 0,089 21,8 1144 1,37
Vг.п.ц.з = 0,463/(1-0,46) = 0,180 44,1 2315 2,78
Итого: 0,408 100,0 5250 2,09
Задача 3. Определить потери напора в сухой части шихты (середина шахты – колошник). ∆Р находим по формуле (1.10), выведенной на основе газодинамического подобия [1,3]. Три зоны колошника, можно каждую в отдельности считать как насыпанную свободно, с объёмной долей мелочи для прямых подач в периферийной зоне 0,183, промежуточной 0,217 и центральной зоне 0,034. Суммарная объёмная доля мелочи 0,146 (раздел 2.1). Из Рис.1.5 определяем коэффициенты сопротивления для свободно насыпанных слоёв шихты:
; ; .
3.1. При загрузке прямых подач с конуса коэффициенты сопротивления к находим при m0,2 по формулам (1.35):
(8)
Для промежуточной зоны (m>0,2) находим
:
3.2. При загрузке подач одним коксом вперед с конуса при объёмных долях мелочи 0,128; 0,271 и 0,037, коэффициенты сопротивления свободно насыпанного слоя соответственно равны из Рис.1.5:
3.3. Во время загрузки с конуса подач коксом вперед коэффициенты сопротивления определяют по формуле (9) для m0,2 и по формуле (10) для условий m0,2 [3,6]:
(9)
для промежуточной зоны (m0,2):
(10)
3.4. Эквивалентный диаметр поровых каналов примерно равен эквивалентному диаметру частичек слоя dэdэ.ч. Последний определяют по разным способам ( 20 различных способов). Для шихтовых материалов доменной плавки наиболее подходит формула [3]:
(11)
где Wi – объёмные доли i – тых фракций, доля ед;
di – средние диаметры i – тых фракций, м.
Общий объём шихты подачи 27,69 м3 (см.1.1), тогда объём в каждой зоне можно принять равным 27,69/3 = 9,23м3.
3.5. Находим рудную нагрузку N, т/т кокса в периферийной и центральной зонах для прямых подач по формулам [3]:
(12)
(13)
где hз – уровень засыпи, в нашем случае 1,5м;
- угол поверхности засыпи, 280 в нашем случае.
т/т кокса;
т/т кокса.
3.6. Для определения объёмной доли агломерата и кокса при загрузке прямых подач составляем два уравнения: х/у=2,99 и х/1,79+у/0,5=9,23 м3,
где х,у – соответственно массы агломерата и кокса, т;
1,79 – насыпной вес агломерата. т/м3;
0,5 – насыпной вес кокса, т/м3.
Решая два уравнения, находим х=7,52т; у=2,51т.
Объём агломерата в периферийной зоне: 7,52/1,79=4,2м3, объём кокса 2,51/0,5=5,03м3. Суммарный объём агломерата и кокса 4,2+5,03=9,23м3.
Тогда объёмные доли (W) составят:
Wа = 4,2/9,23=0,455; Wк = 5,03/9,23=0,545.
3.7. Объёмная доля мелочи в периферийной зоне 0,183 (см.2.1), тогда на долю остальных фракций 0,455-0.183=0,272 доли объёма.
Средний диаметр мелочи 0,0035м. а для остальных фракций (40+5)/2=22,5мм или 0,0225м,
dср.кокса = (80+25)/2=52,5мм или 0,0525м.
3.8. Эквивалентный диаметр частиц в периферийной зоне при загрузке прямых подач составит:
3.9. Составим два уравнения х/у = 2,41 и х/1,79+у/0,5 = 9,23 и определим количество агломерата и кокса в центральной зоне при загрузке прямых подач:
х=6,65т; у = 2,76т.
Объёмы агломерата и кокса в центральной зоне составят,м3:
Vц.з.агл. = 6,65/1,79 = 3,72; Vц.зкокс = 2,76/0,5 = 5,52;
или в объёмных долях (V = 9,23м3):
Wц.з.а = 3,72/9,23 = 0,40; Wц.зкокс = 5,52/9,23 = 0,60
Объёмная доля мелочи в центральной зоне 0,034, тогда на долю остальных фракций (40-5мм) приходится доля 0,40-0.034 = 0,366.
Эквивалентный диаметр частиц в центральной зоне при загрузке прямых подач составит, м:
3.10. Находим эквивалентный диаметр частиц в промежуточной зоне. Рудная нагрузка для прямых подач в промежуточной зоне равна 4,0 (см. [3, Рис.36]). Составляем два уравнения х/у=4,0; х/1,79+у/0,5 =9,23, тогда х=9,21т; у=2,1т ( х - масса агломерата, у – масса кокса в промежуточной зоне).
Объёмы агломерата и кокса в промежуточной зоне составят, м3:
Объёмные доли агломерата и кокса составят:
Wпр.з.а =5,1/9,3=0,55; Wпр.з.к =2,1/9,3=0,45;
Объёмная доля мелочи в агломерате при загрузке прямых подач 0,217 (см.2.1), тогда на остальные фракции приходится 0,55-0,217= 0,333.
3.11. Находим потери напора газовых потоков в 3-х радиальных зонах колошника: периферийной, центральной и промежуточной по радиусу колошника при загрузке прямых подач при условиях:
1)Коэффициенты сопротивления (см.3.1);
2) Высота слоя подачи 0,66м (27,69/41,8=0,66м)
3)Скорости газовых потоков в периферийной зоне в промежуточной 1,55 и в центральной 2,88 м/с (см.2.6);
4) Порозность слоя шихты соответственно 0,41; 0,39 и 0,46 (см.2.2);
5)Эквивалентные диаметры в 3-х радиальных зонах
м; м; см. (3.8;3.9;3.10).
3.12. При загрузке прямых подач потери напора в 3-х радиальных зонах составят, Па:
При загрузке шихтовых материалов на колошник доменной печи имеет место уминка шихты и её разрыхление встречным потоком газов. Принимаем уминку и разрыхление материалов равными и направленными противоположно. Поэтому газопроницаемость столба шихты по этим причинам не корректируется.
Таким образом, прямые подачи без учета перевеивания мелочи, уменьшают периферийный ход газов и увеличивают их центральный поток.
3.13. Потери напора газовых потоков в 3-х радиальных зонах при загрузке подач коксом вперед и обратных с объёмными долями мелочи в них:
(см.2.3)
3.13.1. Порозность, скорость газовых потоков и коэффициенты сопротивления для указанных объёмных долей мелочи, м3/м3; м/с:
кпер.=0,43; кпр.з.=0,38; кц.з.=0,46 (см.2.4)
(см.2.7)
(см.3.3)
3.13.2. Рудные нагрузки в периферийной и центральной зонах при загрузке подач коксом вперед, т/т:
(14)
(15)
где hз – уровень засыпи, 1,5м в нашем случае;
- угол поверхности засыпи (280), град.
3.13.3. Составляем два уравнения для определения количества агломерата и кокса в периферийной зоне при загрузке подач коксом вперед, т:
х/у=1,33; х/1,79+у/0,5=9,23 (см.3.4); х=4,48; у=3,36.
3.13.4. Объёмы агломерата и кокса составляют, м3:
или в объёмных долях:
3.13.5. Объёмная доля мелочи в периферийной зоне (см.2.3.) , тогда на фракции 40-5мм приходится 0,271-0,128 = 0,143 объёмной доли агломерата.
3.13.6.Находим dэ.ч.:
3.13.7. Составляем два уравнения для определения массы агломерата и кокса в центральной зоне при загрузке подач коксом вперед:
х/у=3,6; х/1,79+у/0,5=9,23; у=2,3т; х=8,28т
3.14. Объёмы агломерата и кокса:
8,28/1,79=4,63м3
и объёмные доли агломерата и кокса:
.
3.15. Объёмная доля мелочи в центральной зоне 0,037, тогда на остальные фракции приходится 0,5-0,037 = 0,463 доли объёма агломерата.
3.16. Эквивалентный диаметр частиц шихты в центральной зоне при загрузке подач коксом вперед определяем по формуле (11):
dэ.ч.ц.з. = [(0,037/0,0035)+(0,463/0,0225)+(0,5/0,0525)]-1 = 0,0246м
3.17. Рудная нагрузка в промежуточной зоне 4,5 т/т кокса [3, рис.26]. Составляем два уравнения : х/у=4,5т/т и х/1,79+у/0,5=9,23м3. Решая два уравнения, находим массу агломерата х=9,2т, кокса у=2,04т их объёмы:
суммарный объём 5,12+4,08=9,2м3 и объёмные доли агломерата и кокса Wпр.з.а = 5,12/9,2 = 0,56; Wпр.з.к = 4,08/9,2 = 0,44.
Объёмная доля мелочи в промежуточной зоне 0,271 (см.2.3), тогда для остальных фракций 0,56-0,271=0,289.
3.18. Находим потери напора газовых потоков в 3-х радиальных зонах при загрузке подач коксом вперед, Па:
где 2,35; 2,85; 2,41 – коэффициенты сопротивления соответственно для периферийной, промежуточной и центральной зон (см.3.3);
2,15; 1,37; 2,78; - скорости газовых потоков соответственно в периферийной, промежуточной и центральной зонах, м/с (см.2.7);
0,0176; 0,0102; 0,0246 – эквивалентные диаметры частиц доменной шихты соответственно в периферийной, промежуточной и центральной зонах колошника, м (см.3.13; 3.17; 3.16).
Задача 4. Найти потери напора газов в сухой части столба шихтовых материалов от середины шахты до верха колошника Н=10м (Р верхнее) для условий верха колошника исходные данные составят (одинаковые для прямых подач и коксом вперед):
- объёмная доля мелочи m=0,146(см.1.2);
- порозность слоя =0,42 (см.1.3);
- эквивалентный диаметр кусков шихтовых материалов dэ.ч. = 0,0137м (см. Приложение 1, раздел 5.2);
- приведенная скорость газового потока 2,09м/с (см.2.6; 2.7) одинаков для прямых подач и коксом вперед.
4.1. Находим коэффициенты сопротивления для подач прямых = 12,0 (см. Рис.1.5) и коксом вперед =12,0 по формулам (8) и (9):
;
.
4.2. Верхние потери напора печных газов (Рв) при загрузке прямых подач и коксом вперед составят, Па:
с учетом разрыхления Рв составит:
или 0,25 ати;
или 0,16 ати.
Это полностью соответствует реальному Рв в доменной печи, которое на практике составляет от 0,2 до 0,3ати. Меньшее значение Рв при загрузке подач коксом вперед получено при одинаковом количестве печных газов с примером загрузки прямых подач. В реальных условиях доменной плавки при переходе с загрузки прямых подач на подачи коксом вперед, добавляют дутье и Рв повышается до оптимального значения 0,2-0,3 ати. Форсировка печи увеличивается, растет выплавка чугуна, но расход кокса также возрастает.
4.3. В середине шахты газодинамические условия отличаются от условий на колошнике печи. На 10м ниже поверхности засыпи шихты диаметр шахты при угле её наклона 8402106 составит:
d с.ш.доб. = 10*соs8402106*2 = 1,97 м , тогда
Dс.ш. = 7,3+1,97 = 9,27м; Fс.ш.=3,14*9,272/4 = 67,5 м2
4.4. Объём газов в середине шахты и на колошнике примерно одинаков, т.к. в реакциях косвенного восстановления объёмы СО и Н2 равны объёмам продуктов реакции СО2 и Н2О. Скорость газов в середине шахты:
Uос.ш .= 5250/67,5*60 = 1,3 м/с.
4.5. Эквивалентный диаметр шихтовых частиц в середине шахты 0,0074м (Приложение 1, раздел 5.5). Коэффициенты сопротивления и порозности слоя (Рис.1.4):
; (см. Приложение 1, раздел 5.6).
4.6. Находим потери напора печных газов середина шахты – колошник РВ, для прямых подач:
,
с учетом разрыхления шихты и снижением потерь напора 39365*0,7=27556 Па или 0,275 ати.
4.7. Рв при загрузке подач коксом вперед составит:
с учетом разрыхления 34260*0,7=23982 Па или 0,24 ати.
Из расчетов потерь напора по радиусу печи видно, что при загрузке прямых подач по условиям верха шахты составляет 0.25 ати., а по условиям середины шахты 0,275 ати. При загрузке подач коксом вперед Рв составило соответственно 0.16 и 0,24 ати. Указанные перепады давления на высоте середина шахты - колошник (10м) полностью соответствуют реальным величинам Рв в доменных печах полезным объёмом 1513-2002 м3.
Следовательно, определение объёмной доли мелочи по формулам (24; 57), порозности слоя (формула (1)), коэффициентов сопротивления (810), рудных нагрузок (12,15) и газовых потоков идентично симплексу 3/(1-) по результатам исследований [3,5 и др.], являются достоверными и ими можно пользоваться для соответствующих расчетов газодинамики доменной плавки.
Указанные расчеты для доменных печей упрощаются, т.к. известны Рв, РН, и Р. По формуле (1.10) можно найти соответствующие порозности слоя, а по известной объёмной доле мелочи (фракционный состав агломерата) коэффициент сопротивления свободно насыпанной шихты (Рис.15) и по формуле (2.9) с учетом загрузки шихты с конуса. Эквивалентный диаметр можно определить, зная фракционный состав шихты по формуле (11). Выход печных газов фиксируется приборами или рассчитывается из материального баланса.
Таким образом, уравнения на основе газодинамического подобия с использованием эмпирических закономерностей отдельных параметров вполне применимы для расчета потерь напора и величин газовых потоков по окружности и радиусу доменной печи. Следует отметить, что приведенные расчеты радиальных потоков и потерь напора в периферийной, промежуточной и центральной зонах, выполнены впервые и представляют несомненный интерес.