Определение скорости витания мелкодисперсных частиц шлака в трубчатой печи

Диаметр частиц – d=0,0005 м = 5·10^-4 м.

Плотность горючих газов – ρ⁰_г=0,9581 кг/м³

ρ_г^t = 0,9581/β = = 0,1977 кг/м³

Коэффициент кинематической вязкости газов при t_ср=1050ºС

ν_г=178·10^-6 м²/с

Плотность шлака ρ_ш=3500 кг/м³

Критерий Архимеда:

А_{r= · =} 684,47

Критерий Рейнольдса соответствующий условию витания мелкодисперсных частиц:

Re_вит= = 20,3122

Скорость витания частиц диаметром меньше чем d=5·10^-4м:

ω_вит= = 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 ω_г=5 м/с, которая меньше чем ω_вит(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 ω_г=7 м/с, тогда внутренний диаметр трубчатой печи будет D_вн=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 V⁰_гг=98600 м3/ч:

=(98600·1,8793)/100=1852,9898=1853 м³/ч

V_СО=(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:

∑V_гг= 1853+32146,558+7836,728+26162,524+41670,524=109671 м³/ч.

Процентный состав газов на входе в ТП:

СО₂^ТП = 1,6896%; СО^ТП =29,31%; Н₂О^ТП=7,1456%; Н₂^ТП=23,8554%; N₂^ТП=37,996=38%

Низшая теплота сгорания горючего газа перед ТП (с учетом азота инжектирующего шлак в РИФ):

Q_ТП=(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 М_СО 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 d_r= 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

𝜐_ПС= =109671·2,12874=233461м³/час

Предварительно приняв t_ж=1700⁰С определим эквивалентность горючего газа

С погрешностью 𝛥 = 1,17% принимаю t_ж=1720⁰C.

Согласно графику (см.рис.) горючие газы имеют температуру на выходе из трубчатой печи t_гг=600⁰С.

Колориметрическая температура газов при t_гг=600⁰С и t_в=0; 𝜆= 1, при предварительно принятой t_к=2000⁰С

𝛥=3,25%.

С погрешностью 𝛥=1,62% можно принять t_ж=1970⁰С. Калометрическая температура горючих газов при t_ГГ=600⁰С, 𝜆=1, t_в=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 G_р=21,700т/ч.

Удельные расходы условного топлива в замещающих агрегатах производящих такую же продукцию:

-

Здесь η_з.а. КПД замещающего агрегата:

-

здесь - удельный расхо топлива рафинированной меди.

-

Здесь η_к.а. – к.п.д. замещаюего котлоагрегата.

Расход топлива в замещающих агрегатах:

- чугун В_чуг = G_и·в_чуг = 6,06·238 = 1442,28 кг.у.т/час

- медь в чугуне В_Cu = G_Cu·в_Cu = 0,14·1250 = 175 кг.у.т/час

- силикатный расплав В_с.р= G_с.р·в_с.р= 21,7 ·168 = 3645,6 кг.у.т/час

Теплота пара и горячей воды:

В_тепл = 1802 кг.у.т/час

Всего экономия в замещающих агрегатах:

В_эк = В_чуг + В_Cu + В_с.р + В_тепл = 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:

в_Zn^пр = кг.у.т/т Zn

Отношение удельного расхода топлива вельц-печи Лениногорского полиметаллического комбината (в_Zn^вп = 6000 кг.у.т/ т Zn) к приведенному удельному расходу топлива в агрегате РИФ – ТП:

в_Zn^вп / в_Zn^пр = 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.

В_коэф^вид = кг.у.т/т Zn.

Отношение удельного расхода топлива в вельц-печи к видимому расходу топлива в РИФ – ТП:

в_Zn^вп / в_коэф^вид = 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.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: