Определение теоретического времени нагрева частиц в слое трубчатой печи

Расчет восстановление цинка и железа в агрегате РНФ-ТП

Данные для расчета

- производительность агрегата - 31т/ч;

- топливо: углород кокса + природного газа эквивалентное ;

- низкая теплотворная способность условно синтетического топлива =57990 кДж/ ,

метана , углерод в коксе =32822 кДж/кг;

- окислитель - обогащенный до 40% кислородом воздух, коэффициент избытка воздуха α=0,4, =0;

-восстанавливаямая часть железа в шлаке Δ =20%, цинка Δ =10%. Примем Δ =30% (или 0,3).

- действительная температура в топке, расположенного под реактором =1800 , или =1800+273=2073K; калориметрическая температура в топке = / =2250 ( =0,8 учитывает потерю в топке).

- удельная теплопотери через огневую поверхность реактора =130 кВт/

- теплота плавления шлака - =210 кДж/кг

- эндотермический эффект восстановления железа из шлака =2730 кДж/кг

- степень восстановления железа и цинка 70% и 100%, соответственно.

- температура шлака поступающего из трубчатой печи в реактор инверсии фаз - = 900

- температура расплава покидающий реактор - =1400

Решение

Материальный баланс горения в топке:

+ = (1)

+ = (2)

+0,5( + -z)= (3)

Для - =2; =2;

=αΣ(m + )=0,4(2 + )=0,4·3=1,2 (4)

=α (m + ) =0,4 (2+ )=0,4·1,5·3=1,8 (5)

За основу горония принимаем реакцию водяного газа

+ СО+H₂O

Константа равновесия этой реакции

К = (6)

Температурная зависимость константы равновесия реакции водяного газа

К=10 exp(- +1.5) =10exp(- +1,5)= =5,11

Из совместного решения уравнений (1), (2), (3), (4), (6) получаем выражения

(к-1) +[к(B+C-2E- Z)+2E+ Z]x-B(2E-B+ Z)=0

Ключевым исходным параметром для расчета является Z= , который обеспечит теоритический минимум восстановительного потенциала

ВП=

Количество восстановленного FeO (в т.ч. Z_по )

M_FeO = = =129 км/ч

Предварительно примем Z=0,17 кмFe/кмС₂Н₄, последующей проверкой правильности выбора.

Тогда необходимое количество топлива

( ) - = = =759 км

или

=759 /ч

Определим компонентов продуктов горения

=

Удельное количество продуктов горения

Восстановительный потенциал газов на выходе из слоя инверсии фаз

удовлетворяет условию восстановления FeO ( тем более ZnO).

Определим теоретическое количество воздуха на полное горение С₂Н₄

Удельный расход обогащенного кислородом окислителя воздуха для полного горения С₂Н₄:

С₂Н₄

Калометрическая температура горения газов:

Здесь

- теплота сгорания горючих компонентов газа.

Ошибка расчета

Принимаем t_К=2250⁰С, t_д=1800⁰С, Т_д=2073К

Соответствует к первоначальному t_к.

Количество горючих газов на выходе из слоя инверсии фаз:

/час.

Необходимое количество кислорода (100% -20)

= =

Общее количество кислорода на процесс

V

Из предыдущего расчета находим удельное количество воздуха в окислителе при полном сжигании

=

Общее количество воздуха на процесс

Температура горячего воздуха соответствующей тому же эффекту повышения температуры горения можно найти по приближенной формуле

AK ;

Для

AK(1- 40(1- ; 1- ;

1- 0,525= ;

или ≈1067 ⁰С

Определим количество углерода в коксе и в природном газе необходимых для горения.

Расход:

=

Массовый расход :

= =758,9285

Составим уравнение:

1км

758,9285км =21500кг

21500кг

Количество углерода в коксе

Расход метана в природном газе 12285,7143кг/ч

Объемный расход метана в природном газе:

Количество (CO+ образованного на выходе из слоя инверсии фаз

=

Соотношение и М_FeO на выходе из слоя инверсии фаз

Количество восстановленного железомедного сплава, цинка, германия в возгонах:

-

-

-

-

-

Процентный состав газов в слое инверсии фаз:

:

О + + )

Плотность горючих газов в условиях топки:

/β= = 0,12147кг/

Тип продувочной решетки - 12 n- количество сопел,

29 – диаметр сопел в мм.

Скорость газов в соплах =537м/с.

Импульс газов в соплах:

(P / =idem, где

- время пребывания шлака в ванне реактора, - масса ванны реактора для экспериментальной модели РИФ:

= =0,9968

Объемный расход горючих газов перед продувочной решеткой:

= = /с

= = = 0,3873

Количество сопел

= = 587 шт

Рисунок 1 – размеры продувочной решетки

Площадь активной зоны =1,65

Плотность расположения сопел с =0,029 м в активной зоне образца:

= =85 сопел/м²

Плотность расположения сопел с =0,029 м в активной зоне модели:

= =111 шт

=2,2

=idem = 0,9968, при =13,9 мин (0,23166 час)

= =7204 кг

= = 0,0253

Высота спокойного слоя расплава в ванне:

=

Высота расширенного слоя расплава Н=2м

Огневая поверхность реактора:

Определим расход топлива на агрегат РИФ для замыкания теплового баланса реактора:

, удовлетворяет условного проведения процесса восстановления железа из шлака.

Количество азота инжектирующего шлак из трубчатой печи в реактор,

Здесь

Общее количество газов в камере реактора:

Приведённая скорость газов в камере реактора:

Скорость газов в переходной камере:

Скорость газов в сепарационной камере:

Рисунок 2 – Конструктивная схема реактора и топки

Расчет объема топки произведен на основе топки опытного (модель) реактора.

( )

Для

Огневая поверхность топки F_ос^топ = 0,5πД_т·L=0,5·3,14·2,0·4,485=14м²

(Из пропорции: 300

Объем технологического реактора

Определение температурного графика газов в трубчатой печи

Рисунок 3. Тепловой график трубчатой печи

Определение теоретического времени нагрева частиц в слое трубчатой печи

Для частиц размером 0,4 - 0,5мм в слое неподвижных твердых частиц продуваемым газом время можно определить по формулам: Nu=0,106 Re для Re=20 200.

Для = 1050 ; Ɣг=178· /с

= =440 =1,75· кДж/мс

=1,26кДж/кг·гр; =0,005м.

Скорость газов печи предотвращающих унос мелких частиц шлака примерно 5 м/с:

Re= = =140,45

=0,106 Re=0,106·140,45=14,8877

= 0,11· = = 3,091

Bi = = = 8,83

Теоретическое время нагрева частиц:

= · = = =3,2886 ln7=3,2886·1,9459= 6,4 сек

Действительные время нагрева шлака в ТП:

здесь - коэффициент отвечающий за однородность теплообменника в печи между газами и шлаком.