Расчет теплового баланса плавки

4. Расчет теплового баланса плавки

4.1. Расчет горения природного газа

Рассчитаем расход природного газа, состав и количество отходящих газов при плавке огарка. Природный газ имеет следующий состав,% об.: 0,17 H2S, 0,7 СО2,88,5 СН4,6,17 С2Н6,4,46 N2.

Расчет ведем на 100 кг огарка. Определим теплоту сгорания газа по формуле

QНР = 30,21 СО + 25,81 Н2 + 85,89СН4 + 148,86С2Н4 + 170С2Н6 + 55,34 H2S

Для нашего состава газа получаем

QНР = (55,34.0,17 + 85,89.88,5 + 170.6,17).4,187 = 36258 кДж/м3

Для расчета количества воздуха, объема и состава отходящих газов примем, что сжигание топлива ведется при коэффициенте избытка воздуха α = 1,1.

Определим теоретическую потребность воздуха по реакции

СН4 + 2О2 = СО2 + 2 Н2О

2С2Н4 + 7О2 = 4 СО2 + 6Н2О

2Н2S + 3О2 = 2SО2 + 2Н2О

Потребность кислорода на 100 м3 природного газа составляет, м3:

Для сгорания СН4: 100.0,885.2 = 177

Для сгорания С2Н6: 100.0,0617.7 / 2 = 21,6

Для сгорания H2S: 100.0,0017.3 / 2 = 0,26

Всего потребуется 198,56 м3. при этом поступит азота

198,86.79 / 21 = 748,1 м3

Теоретическая потребность воздуха на сжигание 100 м3 газа равна

198,86 + 748,1 = 946,96 м3

Теоретический состав газов от сжигания топлива следующий

СО2: 0,7 + 0,885.100 + 0,0617.100.2 = 101,54

Н2О: 0,885.100.2 + 0,0617.100.3 + 0,0017.100 = 195,67

SО2: 0,0017.100 = 0,2

N2: 4,46 + 748,1 = 752,56

С учетом коэффициент избытка воздуха α = 1,1, всего потребуется кислорода

1,1. 198,86 = 218,75 м3

С ним поступит азота

218,75.79 / 21 = 822,92 м3

Всего воздуха

218,75 + 822,92 = 1041,67 м3

Состав дымовых газов с учетом избытка воздуха, но без учета газов шихты:

м3%, об. м3 %, об.

СО2101,548,87N2827,3872,28

SО20,20,02О219,891,74

Н2О195,6717,09

4.2. Расход природного газа и тепловой баланс отражательной плавки огарка

Для составления теплового баланса плавки, примем, что температура отходящих газов, штейна и отвальных шлаков равна соответственно 1300,1150 и 1280 0С. Расчет ведем на 100 кг огарка. Согласно материальному балансу плавки, на 100 кг концентрата подается 10,58 кг известняка, т.е. количество шихты будет равно 110,58 кг.

Расход газа для расплавления шихты обозначим через х, м3.

Для сжигания газа при α= 1,1 в соответствии с предидущим расчетом на 1м3 потребуется воздуха

1041,67 / 100х = 10,42х м3

В газы также перейдут из шихты СО2 и SО2, количество которых составит

кгм3

SO2 2,8 + 2,8 = 5,6 1,96

СО24,232,15

Состав отходящих газов будет, м3

СО2х.1,015 + 2,15 N2 х.8,27

Н2Ох.1,96О2х.0,2

SО2х.0,002 + 1,96

Для определения расхода газа рассчитаем отдельные статьи баланса на 100 кг концентрата

Приход тепла

1 Физическое тепло огарка

Принимаем среднюю удельную теплоемкость огарка 0,95 кДж/кгК

Количество тепла внесенного огарком при 600 0С составит

100.0,95.600 = 57000 кДж

2 Физическое тепло жидкого конвертерного шлака. Температура жидкого конвертерного шлака равна 1150 0С. Энтальпия шлака при этой температуре равна 1361 кДж/кг. Количество тепла, вносимое жидким конвертерным шлаком составит

51,46.1361 = 70037 кДж

3 Физическое тепло известняка при 25 0С.

10,58.0,95.25 = 251 кДж

4 Физическое тепло воздуха. Температура воздуха, подаваемого на сжигание газа, равна 200 0С, а его теплоемкость 1,3 кДж/см3К. следовательно, тепло вносимое воздухом, составит

Х.10,42. 200.1,3 = 2709,2 х кДж

5 Тепло от сжигания природного газа

Х.36258 кДж

6 Тепло от ошлакования железа и известняка

Считаем что все FeО отвального шлака связано с SiО2 по реакции

2FeO + SiO2 = (FeO) 2. SiO2 + 29309 кДж

В отвальном шлаке содержится Fe в FeО 29,81 кг. На 1 кг железа выделится тепла

29309 / (2.55,85) = 262 кДж

С конвертерным шлаком поступает 51,46.0,2469 = 12,71 кг Fe в FeO. Следовательно, ошлакованию подвергается 17,1 кг Fe.

Всего тепла от ошлакования железа выделится

17,1.262 = 4480 кДж

С известняком SiО2 связывается по реакции

СаО + SiO2 = CaO. SiО2 + 90037 кДж

На 1 кг СаО выделится 1608 кДж тепла. Приход тепла составит

5,87.1608 = 9439 кДж

Всего приход тепла составит

57000 + 251 + 70037 + 2709,2х + 36258х + 4480 + 9439 = 141207 + 38967х кДж

Расход тепла

1 Физическое тепло штейна при 1180 0С составит

61,87.0,92.1180 = 67166 кДж

2 Физическое тепло отвального шлака при 1280 0С составит

92,85.1,21.1280 = 143806 кДж

3 С отходящими газами при 1300 0С, кДж

СО2 х.1,015.2992,4 + 2,15.2992,4 = 3037х + 6434

Н2О х.1,96.2326,7 = 4560х

SО2 х.0,002.2994,96 + 1,96.2994,96 = 6х + 5870

N2 х.8,27.1863 = 15407х

О2 х.0,2. 1969,98 = 394х

Всего 23404х + 12304

4 потери тепла через кладку и неплотности печи принимаем равным 12% от прихода тепла

0,12 (141207 + 38967,2х) = 16945 + 4676х

Всего расход тепла составит

67166 + 143806 + 23404х + 12304 + 16945 + 4676 х = 240221 + 28080х

По приходу и расходу тепла составляем уравнение

141207 + 38967,2х = 240221 + 28080х

Находим расход природного газа х = 9,09 м3

Сведем полученные данные в таблицу 6 теплового баланса плавки

Таблица 6 – Тепловой баланс отражательной плавки

Приход тепла			Расход тепла
Статьи баланса	кДж	%	Статьи баланса	кДж	%
Огарок Известняк Конвертерный шлак Воздух Сжигание природного газа Химические реакции	57000 251 70037 24627 329585 13919	11,51 0,05 14,14 4,97 66,53 2,8	Штейн Шлак Отходящие газы Потери через кладку и неплотности	67166 143806 225046 59401	13,56 29,03 45,41 12,0
Всего	495419	100	Всего	495419	100