Е) Теплота окисления FeO до Fe2O3

Окисление имеет место в тех случаях, когда масса FeO в шихте больше мас-сы FeO в агломерате. В расчетных примерах это характерно только для шихты № 2:

q_окисл =18226·(0,01·21,46· X –15)/9=434,589 X –30376,666,

где 18,226 – теплота окисления вюстита по реакции 4FeO+O₂=2Fe₂O₃, кДж/кг кислорода; 15 – заданная масса FeO в агломерате, кг/100 кг агломерата; (0,01·21,46 X –15)/9 – количество кислорода, кг, необходимое для окисления вюстита.

ж) Теплота всасываемого в слой воздуха, кДж/100 кг агломерата:

	qвозд = свозд tвозд Vвозд,
где свозд – теплоемкость	воздуха при цеховой температуре составляет
1,296 кДж/(м^3·К); Vвозд	– количество просасываемого через слой воздуха,

м³/100 кг агломерата, определяемое расходом топлива и коэффициентом из-бытка воздуха (a =1,2–1,5).

Ниже приводится расчет расхода воздуха на спекание:

Условия процесса	Шихта № 1	Шихта № 2
(СО2:СО)отх

Реакция горения углерода	0,75Сш+0,75О2 = 0,75СО2	0,8Сш+0,8О2 = 0,8СО2
шихты..................	0,25Сш+0,125О2 = 0,25СО	0,2Сш+0,1О2 = 0,2СО
Требуется кислорода, кг
для окисления Сш до:
СО...................	(16/12) 0,25Сш = 0,333Сш	(16/12) 0,2Сш = 0,267Сш
СО2...................	(32/12) 0,75Сш =2Сш	(32/12) 0,8Сш = 2,133Сш
Всего требуется кислорода,
кг......................	2,333Сш	2,400Сш

Часть необходимого кислорода выделяется из аглошихты № 1 в процессе во-становления железа. В случае спекания аглошихты № 2 требуется дополнитель-ные количества кислорода на окисление магнетита шихты. Во всех случаях необ-ходимо также учесть потребность в кислороде на окисление пирита (FeS₂), пирро-тина (троилита, FeS) и органической серы (табл. 2.3). Необходимые расчеты были проведены при составлении материального баланса агломерации.

Потребность в кислороде воздуха, кг О₂/100 кг агломерата: аглошихта № 1 2,333С_ш–1,5769+0,0078 X +0,0052 Z;

2,4С_ш–1,6667+0,0238 X +0,0207 Z.

Таблица 2.3 – Расчет потребности рудной части шихты в кислороде или его количества, выделяемого шихтой

Статья баланса кислорода	Результаты расчета
Выделяется шихтой № 1 при термической
диссоциации и восстановлении оксидов	(17 – 0,0702 Х – 0,039·8)/9;
железа;
Требуется кислорода для окисления маг-	(15 – 0,2146 Х) / 9
нетита шихты № 2
Требуется кислорода на окисление Sорг на
30 % в SO3 и на 70 % в SO2 по реакции	0,0033 Z и 0,0145 Z
20Sорг+23O2 = 14SO2 + 6SO3
Требуется кислорода на окисление FeS и
FeS2 до Fe2O3 и SO2:SO3 = 7:3 по реакциям	0,0019 Z; 0,0062 Z
10FeS + 19О2 = 5Fe2O3 + 7SO2 + 3SO3;
20FeS2 + 61О2 = 10Fe2O3 + 28SO2 +12SO3
Всего выделяется кислорода шихтой № 1	1,5769 – 0,0078 Х – 0,0052 Z
Всего потребляется кислорода рудной ча-	1,6667 – 0,0238 Х – 0,0207 Z
стью шихты № 2

Требуется кислорода воздуха с учетом коэффициента избытка воздуха a _{№ 1}=1,2 и a _{№ 2}=1,5 кг О₂/100 кг агломерата:

шихта № 1: 2,7996С_ш–1,8923+0,0094 X +0,0062 Z; шихта № 2: 3,6С_ш–2,5000+0,00357 X +0,0310 Z;

Переход от массы кислорода воздуха к его объему

V_O2=(22,4/32) p_{O 2} = 0,7 p_{O 2}, м³/100кг агломерата.

1) 1,9597С_ш–1,3246+0,0066 X +0,0043 Z;

2) 2,520С_ш–1,7500+0,0250 X +0,02172 Z.

Аналогично для азота, объем которого в 3,7619 раза больше:

1) 7,3722С_ш–4,9830+0,0248 X +0,0162 Z м³;

2) 9,4800С_ш–6,5833+0,0940 X +0,0816 Z м³.

Полный объем сухого воздуха:

1) 9,3319С_ш–6,3076+0,0314 X +0,0205 Z;

2) 12С_ш–8,3333+0,1190 X +0,1033 Z.

Объем водяных паров воздуха (1 %):

1) 0,0933С_ш–0,0631+0,0003 X +0,0002 Z;

2) 0,12С_ш–0,0833+0,0012 X +0,0010 Z.

Полный объем влажного воздуха:

1) 9,4252С_ш–6,3707+0,0317 X +0,0207 Z;

2) 12,12С_ш–8,4166+0,1202 X +0,1043 Z.

Теплота воздуха q_возд, кДж/100 кг агломерата, всасываемого в спекаемый слой при 25 °С:

1) 1,296·25·(9,4252С_ш–6,3707+0,0317 X +0,0207 Z)=1,296·25·(9,1252´

´0,8252 Z –6,3707+0,0207 Z)=1,027 X +252,667 Z –206,1107;

2) 1,296·25·(12,12С_ш–8,4166+0,1202 X +0,1043 Z)=1,296·25·(12,12´

´0,7542 Z)–8,4166+0,1202 X +0,1043 Z =3,8945 X +315,2521 Z –272,6978.

з) Энтальпия отходящих газов (q_отх.г).

Расчет этой статьи баланса начнем с определения количества отходящих га-зов агломерационной установки.

Зажигательный горн агломерационной машины отапливается смесью коксо-

вого (4 % CO₂, 6 % CO, 26 % CH₄, 50 % H₂, 8 % N₂, 6% H₂O) и доменного (12 % CO₂, 27 % CO, 3 % H₂, 55 % N₂, 3 % H₂O) газов, взятых в отношении 0,28:0,72.

Теплота сгорания газовой смеси (9,7 % CO₂, 20,4 % CO, 8 % CH₄, 16,1 % H₂, 42 % N₂, 3,8 % H₂O) достигает 7536 кДж/м³ газовой смеси. Так как на 100 кг агломерата при зажигании и дополнительном обогреве спекаемого слоя по условию необхо-димо – 33500 кДж, расход газовой смеси при a =1 составит 33500:7536=4,44 м³/100 кг агломерата (табл. 2.4).

В ходе агломерации из коксовой мелочи выделяются летучие вещества в сле-дующих количествах, м³/100 кг агломерата:

1) V_лет=0,0249 Z ·22,4/2=0,2789 Z;

2) V_лет=0,0410 Z ·22,4/2=0,4592 Z.

Таблица 2.4 – Продукты горения газовой смеси в горнах

	Участвуют в горении				Образуется продуктов горе-
									ния, м^3
смесь коксового и доменного газов			воздух		СО2	Н2О		N2	всего
составляю-	содержа-	количе-		О2,	N2, м^3	все-
щие	ние, %	ство, м^3		м3		го,
						м^3
СО2	9,70	0,431		–			0,43	–
СО	20,4	0,906		0,45			0,90	–
СН4	8,0	0,355		0,71			0,35	0,71
Н2	16,1	0,711		0,35	1,518´	1,518	–	0,71		5,711м^3
					´3,762	+ +				(из воз-
					=	5,711				духа)
					=5,711
N2	42,0	1,868		–			–	–		1,868
Н2О	3,8	0,169		–			–	0,16
S	100,0	4,440		1,51	5,711	7,229	1,69	1,59		7,579	10,86

Условно принимаем, что летучие вещества (горением которых пренебрегаем) состоят из Н₂ (возможен и точный учет состава летучих).

Далее следует рассчитать объем продуктов горения твердого топлива и серы шихты. Количество азота, переходящего в продукты горения, было подсчитано ранее (C_ш1=0,8252 Z; C_ш2=0,7942 Z):

1) 7,372C_ш–4,9830+0,0248 X +0,0162З Z =0,0248 X + 6,0997З Z –4,9880.

2) 9,48C_ш–6,5833+0,0940 X +0,0816 Z =0,0940 X +7,6106 Z –6,5833.

Количество водяных паров воздуха, м³/100 кг агломерата, с учетом гигроско-пической влаги (10 кг/100 кг агломерата) и гидратной воды шихты (см. расчет ко-личества воздуха):

1) (0,0933C_ш – 0,0631 + 0,003 X + 0,002 Z)+10·(22,4/18) + 0,0905 ´ (22,4/18)· X =

= 0,1129 X + 0,0772 Z + 12,3813;

2) (0,12C_ш – 0,0833 + 0,0012 X + 0,0010 Z) + 10·(2,4/18) + 0,0237·6 ´ (22,4/18) =

= 0,0012 X + 0,0963 Z + 12,5381.

Количество избыточного кислорода, м³/100 кг агломерата, в отходящих газах составляет 1/6 часть от общего обьема кислорода воздуха при a =1,2 для шихты № 1 (1,2/0,2=6) и 1/3 часть при a =1,5 для шихты № 2 (1,5/0,5=3):

1) (1,9597C_ш – 1,3246 + 0,0066 X + 0,0043 Z)/6 = 0,0011 X + 0,2702 Z – 0,2208;

2) (2,52С_ш – 1,75 + 0,025 X + 0,0217 Z)/3 = 0,0083 X + 0,6744 Z – 0,5833.

Количество SO₂ и SO₃ образующееся по реакциям:

20S_орг+23O₂=14SO₂+6SO₃; 10Fe+19O₂=5Fe₂O₃+7SO₂+3SO₃;

20Fe+61O₂=10Fe₂O₃+28SO₂+12SO₃,

а также SO₃ сульфатов, м³/100 кг агломерата:

1) 0,0030 Z ·0,95·22,4/32 + 0,002 Z ·0,95·22,4/88 + 0,0008 Z ·0,95·22,4·40/(20·120) +

+ 0,0014·0,6 X ·22,4/80 + 0,002·0,6 Y ·22,4/80 + 0,0023·0,6 Z ´ 22,4/80 = = 0,0002 X + 0,000 Y + 0,0032 Z + 0,0008;

2) 0,0133 Z ·0,95·22,4/32 + 0,0036 Z ·0,95·22,4/88 + 0,0049 Z ·0,95·22,4·40/(20·120) +

+ 0,005·0,6 X ·22,4/80 + 0,0047·0,6 Z ·22,4/80 + 0,0002·0,6·6 ´ 22,4/80=

= 0,0001 X + 0,0001 Y + 0,0122 Z + 0,0002.

По реакции 0,8С_ш+0,8О₂=0,8СО₂ при горении (0,8С_ш) кг углерода образуется (1,493С_ш) м³ СО₂ (шихта № 2). По реакции 0,75С_ш+0,75О₂=0,75СО₂ при горении (0,75С_ш) кг углерода образуется (1,4С_ш) м³ СО₂ (шихта № 1). Следовательно, мас-са CO₂, образующаяся при горении твердого топлива и при разложении карбона-тов шихты, м³/100 кг агломерата:

1) 1,4С_ш + 0,0621 X · 22,4 / 44 + 0,4276 Y · 22,4 / 44 =

= 0,0316 X +0,2177 Y + 1,1553 Z;

2) 1,493С_ш + 0,4396 Y · 22,4 / 44 + 0,0237 · 6 · 22,4 / 44 =

= 0,2238 Y +1,1857 Z + 0,0724.

Учтем объем оксида углерода, образующегося при горении углерода шихты. По реакции 0,2С_ш+0,1О₂=0,2СО при сгорании 0,2С_ш образуется (0,373С_ш) м³ CО (шихта № 2). По реакции 0,25С_ш+0,125О₂=0,25СО при сгорании 0,25С_ш образует-ся (0,467С_ш) м³ CО (шихта № 1). Следовательно, образуется, м³/100 кг агломерата:

1) 0,3854 Z;

2) 0,2962 Z.

Общий объем газов, отсасываемых из спекаемого слоя, м³/100 кг агломерата:

1) 0,1706 X +0,2180 Y +8,2699 Z +18,0393;

2) 0,1036 X +0,2239 Y +10,3346 Z +16,3051.

По экспериментальным данным, величина вредных прососов достигает на ленточных агломашинах 40–60 %. Причем в расчетах эту величину принимают равной 50 %. Тогда вычисленный объем газов, м³/100 кг агломерата, необходимо удвоить:

1) 0,3412 X +0,436 Y +16,5698 Z +36,0786;

2) 0,2072 X +0,4478 Y +20,6692 Z +32,6102.

Температура отходящих газов от аглоленты перед эксгаустером обычно со-

ставляет 90-130 ˚C. Примем t_отх.г =130 ˚С, с_отх.г =1,35 кДж/(м³·К).

Тогда q_отх.г, кДж/100 кг агломерата:

1) 130·1,35 V_отх.г =59,8806 X +76,518 Y +2902,7349 Z +6331,7943;

2) 130·1,35 V_отх.г =36,3636 X +78,5889 Y +3627,4446 Z +5723,0901.

Дата добавления: 2014-12-16