5. Расход тепла

Теплота испарения гигроскопической влаги шихты.

H₂O->(H₂O)_пар – 2258,6 кДж/100 кг H₂O (при 100^оС и 1 атм).

Влажность шихты принимаем равной 9 кг/100 кг агл.

Теплота разложения гидратов и испарение гидратной воды.

q_гидр. = 0 кДж/100 кг агл.

Теплота диссоциации карбонатов шихты.

Теплота диссоциации карбонатов шихты вычисляется по формуле:

q_карб. = 40, 74 (СО_{2 руды, СаСО3} · X + СО_{2 фл.,СаСО3} · Y + СО_{2 доб.,СаСО3} · Д) +

+ 23,06(СО_{2 руды, MgСО3} · X + СО_{2 фл.,MgСО3} · Y + СО_{2 доб.,MgСО3} · Д) +

+18.13(СО_{2 руды, FeСО3} · X + СО_{2 фл.,FeСО3} · Y + СО_{2 доб.,FeСО3} · Д) кДж/100 кг агл.

В этой формуле используются тепловые эффекты разложения карбонатов в пересчете на 1 кг СО₂, выделяющегося в ходе этого процесса. В формулу следует подставлять содержание СО₂ в компонентах шихты в процентах (см. табл. №1).

При этом распределение СО₂ между CaCO₃, MgCO₃ и FeCO₃ принимается с учетом минералогического анализа компонентов шихты. В сидеритовой руде СО₂ входит в состав FeCO₃, MgCO₃ и СаСО₃ в соотношении:

СО_{2 сидерита} : СО_{2 магнезита} : СО_{2 кальцита} = 6 : 3 : 1.

В известняке СО₂ входит полностью в состав СаСО₃. В доломитизированном известняке СО_{2 СаСо3} : СО_{2 MgCO3} = 8 : 2

В извести и колошниковой пыли СО₂ входит в СаСО₃, тогда:

Теплота, расходуемая на диссоциацию оксидов.

Что касается расхода тепла на диссоциацию окислов, то он учитывается по формуле (количество кислорода, выделяющегося в газовую фазу в ходе этих процессов, были уже подсчитаны ранее):

q_дисс. = 18226 · О_{Fe2O3 ——} FeO + 17173,8 · O_{Fe2O3 —————} Fe (кДж/100 кг агл.)

Теплосодержание отходящих газов.

Расчет этой статьи баланса начнем с определения количества отходящих газов аглоустановки.

Зажигательный горн агломерационной машины отапливается смесью коксового и доменного газов взятых в соотношении 0,3 : 0,7:

Виды газов:	CO2	CO	CH4	H2	N2	H2O	Σ
Дом-й	12	27	0	3	55	3	100%
Кокс-й	4	6	26	50	8	6	100%
Смесь	9.7	20.4	8	16.1	42	3,8	100%

Теплота сгорания этой газовой смеси составляет 7536 кДж/м ³.

По данным проф. Е.Ф.Вегмана при зажигании и дополнительном обогреве спекаемого слоя необходимо 33500 кДж, тогда на дополнительный обогрев тратится 18382 кДж. Тогда на весь процесс зажигания и дополнительный обогрев расходуется:

33500 : 7560 =4.44 м ³/100 кг агл.

В таблице 4 приведен расчет количества продуктов горения газовой смеси

при коэффициенте избытка воздуха, равном единице.

Состав	содерж. %	кол-во	O2	N2	всего	CO2	H2O	N2	Ʃ
CO2	9,7	0,4312				0,4312
CO	20,4	0,9068	0,4534			0,9068
CH4	8	0,3556	0,7112	1,5224	1,5224	0,3556	0,7112	5,7273
H2	16,1	0,7157	0,3578	3,762	5,7273		0,7157
N2	42	1,867						1,867
H2O	3,8	0,1689					0,1689
Сумма	100	4,44	1,5224	5,2844	7,2497	1,6936	1,5958	7,5943	10,8837

В ходе агломерации из коксовой мелочи выделяются летучие вещества (V_лет). Для упрощения принято, что летучие вещества состоят из СН₄.

Перейдем теперь к расчету объема продуктов горения твердого топлива и серы шихты. Количество азота, преходящего в продукты горения, было подсчитано ранее (см. приходную часть баланса, расчет количества воздуха, подаваемого к аглоленте):

Количество паров воды воздуха с учетом объема гигроскопической влаги и гидратной воды шихты (см. расчет количества воздуха, подаваемого к аглоленте):

Количество избыточного кислорода в отходящих газах для данного расчета α=1,5 (см. расчет количества воздуха):

С учетом подставки С_шихты получим:

Количество SO₂ и SO₃ в отходящих газах подсчитаем следующим образом:

Количество углекислоты, образующейся при горении твердого топлива и при разложении карбонатов. По реакции 0,8С_шихт + 0,8О₂ = 0,8СО₂ при горении 0,8С_шихт кг углерода образуется (1,493С_шихт) м ³ СО₂

Необходимо учесть и объем СО, образующийся при горении твердого углерода. По реакции 0,2С_шихт + 0,1О₂ = 0,2СО при сгорании 0,2С_шихт кг углерода образуется (0,3733С_шихт) м ³ СО.

Тогда общий объём газов, отсасываемых из спекаемого слоя:

По экспериментальным данным величина вредных прососов достигает на ленточных агломашинах 30 – 50% по отношению к общему объему газов, отсасываемых эксгаустером. Примем в расчетах эту величину равной 33,0%, тогда вычисленный объем газов необходимо увеличить в 1,5 раза.

Температура отходящих газов аглоленты перед эксгаустером обыачно составляет 100 – 150^оС принимает t_{отх. г.} = 140^оС, удельная теплоемкость газов 1,35 кДж/м ³ град.

Теплосодержание готового пирога

Теплосодержание пирога готового офлюсованного агломерата колеблется в пределах от 33600 до 50400 кДж/100 кг агломерата. Меньшие значения соответствуют условиям спекания магнетитовых руд и концентратов, большие значения – условиям спекания бурого железняка, сидерита, получения металлизованного агломерата. Помимо 100 кг годного агломерата, на который ведется расчет, при спекании получим еще 19 кг горячего возврата (коэффициент 1,22 в расчетах, C_p=43109):

Тепловые потери.

Тепловые потери агломерационных лент в разных условиях составляют 6-12% от общего расхода тепла. В проектных расчетах рекомендуется принимать величину потерь равной 10% (С = 0,1).

Q_{теплов.потери} =10774 кДж/100 кг агл.

Таблица расхода

№п/п	Статьи расхода.	X	Y	Z	C
1	Теплота гигр.влаги				20327,4
2	Теплота разложения гидратов	604,588
3	Теплота диссоциации карбонатов				779,153
4	Теплота диссоциации FeO	-303,736			20186,5
5	Теплота отх.газа			2980,83	5146,7
6	Теплосодержание пирога готового агломерата				51300
7	Тепловые потери				32000
8	Σ	353,8	1681,45	2980,83	129740

После преобразования получим уравнение теплового баланса спекания:

Выписываем 3 уравнения:

Совместное решение трех уравнений дает:

X = 79,645 кг/100 кг агломерата (расход рудной смеси);

Y = 34,612 кг/100 кг агломерата (расход известняка);

Z = 6 кг/100 кг агломерата (расход коксовой мелочи).

Переходим теперь к проверке правильности проведенных расчетов и к составлению материальных и тепловых балансов спекания.

=0,005 кг/100 кг агл ;

кг/100 кг агл ;

кг/100 кг агл ;

кг/100 кг агл ;

кг/100 кг агл

Количество и состав агломерата

№ п/п	Компоненты шихты	Расход компонентов шихты кг/100 кг агл	FeO+ Fe2O3-S-FeS-SO3+P2O5+ MnO, кг	SiO2 кг	Al2О3 кг	CaO кг	MgO кг	∑ кг
1	Железная руда	79,645		6,5707	3,1062	0,8	0,3982
2	Коксовая мелочь	6		0,3848	0,2136	0,0736	0,018
3	Известняк	34,612		0,2388	0,1454	18,75	0,2423
4	Колошниковая пыль	0.15		0,0196	0,0062	0,018	0,0009
5	Марганцевая руда	0.95		0,2765	0,057	0,033	0,0109
6	Окалина	0,15		0,013	0,0002	0,0006	0,0002
7	Чугунное крошьё	0,17		0,0048	0,0013	0,0021	0
8	Известь	2.5		0,05	0,0225	2,16	0,05
∑			62,4	7,5465	3,5524	21,827	0,7205	96,04

№ п/п	Приход	кг	№ п/п	Расход	кг
1.	Криворожская руда	79,645	114.	Агломерат	100
2.	Доломитиз.известняк	6	215.	Отходящие газы без вредных прососов	76,8
3.	Коксовая мелочь	34,612	316.	Возврат	19
4.	Колошниковая пыль	0.15
5.	Марганцевая руда	0.95
6.	Окалина	0.15
7.	Чугунное крошьё	0.17
8.	Известь	2.5
9.	Гигроскопическая влага	9
10.	Газ (4,44м3)плотн.=1,0702	4,76
11.	Воздух(7,249 м3) в зажиг. горне, плотн.=1,2875	9,33
12.	Воздух в спекаемый слой	41,1722
13.	Возврат	19
	Итого:	207,45			214,7

Тепловой баланс спекания

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
Теплота горения углерода	143281,66	67,42	Теплота испарения гигр. влаги	20327,4	8,672
Теплота воздуха в спек. слое	8117,7591	3,8188	Теплота разложения гидр.воды	48152,42	20,5418
Теплота шихты	10022,18	4,6052	Теплота разложения карбонатов	56781,44	24,22
Теплота горения серы и сульфидов	892,3841	0,41	Теплота диссоциации окислов	-4004,56	-1,7083
Теплота зажигания	16747,2	7,7	Теплота готового пирога	29436,19	12,7362
Теплота доп. обогрева	16747,2	7,7	Теплота отходящих газов	51300	21,8845
Теплота минерал-ия	17000	7,8	Тепловые потери	32000	13,651
Окисление чугунного крошья	1176,1732	0,54
Итого	213984,56	100	невязка 16782,46 кДж или 7,16%	233993,2983	100