Определение скорости витания мелкодисперсных частиц шлака в трубчатой печи
Диаметр частиц – d=0,0005 м = 5·10-4 м.
Плотность горючих газов – ρ0г=0,9581 кг/м3
ρгt = 0,9581/β = = 0,1977 кг/м3
Коэффициент кинематической вязкости газов при tср=1050ºС
νг=178·10-6 м2/с
Плотность шлака ρш=3500 кг/м3
Критерий Архимеда:
Аr= · = 684,47
Критерий Рейнольдса соответствующий условию витания мелкодисперсных частиц:
Reвит= = 20,3122
Скорость витания частиц диаметром меньше чем d=5·10-4м:
ωвит= = 7,23 м/с
Согласно гранулометрического состава цинкосодержащих шлаков, частицы диаметром d=0,5мм (5·10-4м) составляет 21,35%. При принятой скорости газов в печи ωг=5 м/с, которая меньше чем ωвит(7,23 м/с) эти частицы не будут выноситься из печи. Так как скорость витания частиц (7,23 м/с) не лимитирует процесс в трубчатой печи, можно принять скорость газов в печи ωг=7 м/с, тогда внутренний диаметр трубчатой печи будет Dвн=5,18м, что существенно сократит технологический объем печи.
Объемный расход компонентов горючих газов на выходе слоя, при процентном содержании их в газе:
СО2= 1,8793; СО =32,603;
Н2О = 7,948; Н2=26,534; N2=31,034, при V0гг=98600 м3/ч:
=(98600·1,8793)/100=1852,9898=1853 м3/ч
VСО=(98600·32,603)/100=32146,558 м3/ч
=(98600·7,948)/100=7836,728 м3/ч
=(98600·26,534)/100=26162,524 м3/ч
=(98600·31,034)/100=30599,524 м3/ч
Количество азота инжектирующего шлак из ТП в реактор:
=11071 м3/ч
= + =30599,524+11071=41670,524 м3/ч
Общий расход горючих газов перед трубчатой печью:
∑Vгг= 1853+32146,558+7836,728+26162,524+41670,524=109671 м3/ч.
Процентный состав газов на входе в ТП:
СО2ТП = 1,6896%; СОТП =29,31%; Н2ОТП=7,1456%; Н2ТП=23,8554%; N2ТП=37,996=38%
Низшая теплота сгорания горючего газа перед ТП (с учетом азота инжектирующего шлак в РИФ):
QТП=(30,2СО+25,7Н2)·4,19=(30,2·29,3+25,7·23,85)·4,19=6275,8 кДж/м3
Примем, что оксиды железа в исходном шлаке состоит в основном из Fe3O4 и реагирует как: Fe3O4+CO(H2)=3FeO+CO2(H2O).
Отсюда видно, что на 1 кмоль Fe3O4 расходуется 1 кмоль СО(Н2) и образуется 1 кмоль СО2(Н2О).
Количество Fe3O4 в шлаке перед загрузкой в трубчатую печь:
= 40,086 км/ч
Количество реагированного СО(Н2):
Количество образованного (СО2)Н2О:
Количество (СО+Н2) перед трубчатой печью, за РИФ
2603,084 км/ч
Соотношение ζ= = 64,9374 раз
Количество (СО+Н2) после восстановления Fe3O4, после трубчатой печи:
=2603,084- 40,086=2562,998 км/ч
Соотношение после РИФ ζ= =1,2286
Соотношение после РИФ ζ= = 0,2364
Количество (СО2+Н2О) после восстановления FeO в РИФ:
= 432,577 км/ч
Количество (СО2+Н2О) после восстановления Fe3O4 после трубчатой печи:
= 432,577+40,086=472,663 км/ч
Определим количество и МСО в смеси
Из ζ= 1,2286; + =- =2562,998 км/ч
=1,2286· ; 1,2286 + =2562,998 км/ч
= =1150,048 км/ч; =1,2286· =1,2286·1150,048=1412,9489 км/ч
=1150,048 км/ч; =1412,9489 км/ч
Определим количество и в смеси из ζ= = 0,2364
Количество азота в газах после ТП:
Общее количество горючих газов после трубчатой печи не изменилось:
или
Процентное содержание газов после трубчатой печи:
Плотность горючих газов после трубчатой печи:
Теплоемкость горючих газов после трубчатой печи при t=6000С
Низшая теплота сгорания горючего газа после ТП:
Теоретически необходимый удельный объем воздуха для полного горения горючего газа
Объем трехатомных газов
Теоретический объем азота
Теоретический объем водяных паров при влажности горючего газа dr= 20г/м3
здесь =0,02/0,833=0,024м3/м3
Удельное количество избыточного воздуха при сжигании горелочного газа с 𝜆=1,1
𝛥
Удельный объем продуктов сгорания горючего газа
=
=0,30705+1,3642+0,3329+0,12459=2,12874м3/м3гг
Объем сгорания при сжигании 𝜆=1,1
𝜐ПС= =109671·2,12874=233461м3/час
Предварительно приняв tж=17000С определим эквивалентность горючего газа
С погрешностью 𝛥 = 1,17% принимаю tж=17200C.
Согласно графику (см.рис. ) горючие газы имеют температуру на выходе из трубчатой печи tгг=6000С.
Колориметрическая температура газов при tгг=6000С и tв=0; 𝜆= 1, при предварительно принятой tк=20000С
𝛥=3,25%.
С погрешностью 𝛥=1,62% можно принять tж=19700С. Калометрическая температура горючих газов при tГГ=6000С, 𝜆=1, tв=0, близка жаропроизводительности природного газа, которая в зависимости от месторасположения колеблется в пределах 2000-20200С. Таким образом горючи газ при этой температуре можно использовать для высокотемпературной технологии, например для декарбонизации известняка, производства спецкокса и т.д.
Определим эффективность предлагаемой установки на базе агрегата РИФ-ТП.
Израсходованы энергетические затраты, в условном топливе.
-Природный газ (СН4)
- Кокс (углерод)
-Кислород
Всего израсходовано: 𝛴В=34538
Получено:
- горючий газ
- цинк в возгонах - 3,1т/ч, в том числе германии 2,55кг,ч.
- медистый чугун, 6200кг/ч, в том числе медь 0,14т/ч
-силикатный расплав пригодный для каменного литья или продувки шлаковаты Gр=21,700т/ч.
Удельные расходы условного топлива в замещающих агрегатах производящих такую же продукцию:
-
Здесь ηз.а. КПД замещающего агрегата:
-
здесь - удельный расхо топлива рафинированной меди.
-
Здесь ηк.а. – к.п.д. замещаюего котлоагрегата.
Расход топлива в замещающих агрегатах:
- чугун Вчуг = Gи·вчуг = 6,06·238 = 1442,28 кг.у.т/час
- медь в чугуне ВCu = GCu·вCu = 0,14·1250 = 175 кг.у.т/час
- силикатный расплав Вс.р= Gс.р·вс.р= 21,7 ·168 = 3645,6 кг.у.т/час
Теплота пара и горячей воды:
Втепл = 1802 кг.у.т/час
Всего экономия в замещающих агрегатах:
Вэк = Вчуг + ВCu + Вс.р + Втепл = 1442,28 + 175 + 3645,6 + 1802 = 7065 кг.у.т/час.
Приведенный удельный расход условного топлива в РИФ – ТП на получение 1 тонны цинка в возгонах:
вZnпр = кг.у.т/т Zn
Отношение удельного расхода топлива вельц-печи Лениногорского полиметаллического комбината (вZnвп = 6000 кг.у.т/ т Zn) к приведенному удельному расходу топлива в агрегате РИФ – ТП:
вZnвп / вZnпр = 6000/1405 = 4,27
Видимый удельный расход условного топлива (регистрируемый приборами) состоит из природного газа (СН4) и кокса (углерод), за минусом произведенного в системе горючих газов.
Вкоэфвид = кг.у.т/т Zn.
Отношение удельного расхода топлива в вельц-печи к видимому расходу топлива в РИФ – ТП:
вZnвп / вкоэфвид = 6000/3002 = 2.
Таким образом, в случае внедрения агрегата РИФ –ТП вместо вельц-печи, удельный видимый расход топлива уменьшится в 2 раза, а удельный приведенный расход топлива в 4 раз. Соответственно сократятся выбросы в окружающую среду.
Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 812;