CC BY
50
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕСИТЕТУ
2003р.
Вип.№13
УДК 669.1 :001.57
Буторина И. В.*
РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ЗАЖИГАНИЯ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ
Получено расчетное уравнение для определения расхода газа для зажигания агломерационной шихты . Показано, что энергоемкость зажигания зависит от технологических параметров процесса агломерации, определяющую роль среди которых играет дисперсный состав твердого агломерационного топлива.
Сравнение показателей агломерационного производства показывает, что энергоемкость украинского агломерата на 20 % выше, западноевропейского [ 1 ]. Повышенный расход энергии имеет место, как при зажигании шихты, так и в процессе ее агломерации. Высокая энергоемкость агломерата повышает себестоимость продукции и нагрузку на окружающую среду, так как количество выбросов оксидов углерода, серы и азота пропорциональны количеству сжигаемого топлива. Расход твердого агломерационного топлива рассчитывают путем составления теплового баланса, а вот расходом газообразного топлива, необходимым на розжиг шихты, обычно задаются, основываясь на опытных данных. Такой подход не позволяет управлять процессом розжига и сокращать издержки энергии при его осуществлении.
Целью настоящей работы является разработка методики расчета процесса зажигания агломерационной шихты, позволяющей определять энергозатраты на розжиг агломерационной шихты в зависимости от характеристиках технологического процесса: химического и дисперсного состава шихты, высоты спекаемого слоя, теплотворной способности газа. Создание такой методики отвечает главной научно- практической задаче современности: оптимизации процесса производства с целью снижения его ресурсоемкости и нагрузки на окружающую среду.
Для осуществления поставленной цели была разработана математическая модель процесса зажигания агломерационной шихты за счет тепла дымовых газов, образующихся при сжигании газообразного топлива в горне агломерационной машины. Для упрощения задачи были приняты допущения о том, что частицы топлива имеют сферическую форму и одинаковый размер, при этом они равномерно распределены по спекаемому слою. При данных допущениях количество частиц твердого топлива в агломерируемом слое будет равно
где Б и Н - соответственно площадь и высота слоя; гТ - радиус топлива; рт и рш - соответственно плотность частиц топлива и насыпная плотность шихты; с], - доля топлива в спекаемом слое.
Определим объем шихты, приходящийся на одну топливную частицу
N
^РНрщЧт 400ягг3 рт
(1)
А V
РН _ 4лгт3рт
(2)
# 3РшЧт
откуда высота элементарного объема будет равна
* ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
Разобьем агломерируемый слой на элементарные слои высотой к и примем, что для зажигания шихты необходимо нагреть до температуры воспламенения один верхний элементарный слой массой
т = ЬРРш . (4)
Количество тепла для нагрева этого слоя до температуры воспламенения определится как
<2* =т(свш^ос-с°^ш0) , (5)
где с вш и с °ш - теплоемкость шихты при температуре воспламенения 1пас и при начальной температуре 1;шо
Учитывая , что процесс нагрева шихтового слоя сопровождается процессом испарения влаги и разложения известняка, необходимо учесть затраты тепла на осуществление этих эндотермических процессов
(6)
где О ] тепловой эффект химических реакций и физических превращений в единице массы шихты.
До температуры воспламенения необходимо также нагреть воздух , подаваемый в шихтовый слой для обеспечения процесса горения твердого топлива. Количество тепла , затраченное на нагрев воздуха будет равно
Qв=mVвqTcв(tвoc-tв{)) , (7)
где Кв-объем воздуха необходимый для сжигания единицы массы твердого топлива; св— теплоемкость воздуха; tвo -его начальная температура .
Объем дымовых газов, образующихся в зажигательном горне и обеспечивающих зажигание шихты определиться по уравнению
Ядг=ВУдг(10-1вт), (8)
где В -расход газообразного топлива; Удг- объем дымовых газов , образующихся при сжигании одного кубического метра газообразного топлива; /0 и ¡вос - соответственно энтальпия дымовых газов на входе и на выходе в зажигаемый слой шихты ( 70-рассчитывается по действительной температуре отходящих от зажигательного горна газов, ¡вос - по температуре воспламенения шихты).
Приравняв расходные и приходные статьи теплового баланса , решив полученное выражение относительно расхода газообразного топлива с учетом выражений (3)и(4),а также массы получаемого агломерата получим зависимость для расчета удельного расхода газа для зажигания шихты
ъ = г(свшгвж -с\гш{) +()А +УвдТсв(1вос -tв0)) „ \лпр~ осН¥дгс
дг V1 дг Кос) \3РшЧт
где а - коэффициент выхода годного агломерата.
Согласно данному уравнению, удельное количество энергии, которое необходимо затратить на розжиг агломерационной шихты увеличивается с ростом размера частиц твердого топлива, содержания в шихте влаги и известняка, а также с уменьшением начальной температуры шихты, высоты спекаемого слоя, содержания в шихте твердого топлива и выхода годного агломерата.
На рисунке представлен график зависимости теплоты зажигания агломерационной шихты от размера спекаемого слоя, рассчитанный при Н=280 мм (украинский стандарт) и при Н = 400 мм ( западноевропейский стандарт). В этих расчетах принималось, что в шихте содержится 7 % влаги, 3,6 % углерода, начальная температура шихты равна 20 "С, коэффициент выхода агломерата а = 0,61 ( коэффициент учитывает 25 % возврата, и 14 % угара). Как следует из приведенного графика, расчетные данные хорошо согласуются с литературы данными о величине теплоты зажигания агломерационного слоя, что свидетельствует о адекватности полученной расчетной зависимости
Те 0,3 пл от
а 0,2 -за
жи
га
ни 0,1 я, Гд
ж\ 0
1
диаметр частиц топлива, мм "—■высота слоя280 мм-высота слоя 400 мм
Рис.- Зависимость теплоты зажигания аглошихты от размера частиц топлива
Обычно в расчетах принимают, что величина теплоты зажигания агломерационного слоя составляет 0,15 -17 ГДж на тонну агломерата [ 2, 3 ]. На практике на тонну украинского агломерата используют 0,19 -0,28 ГДж/т тепла, а на аглофабриках Европейского Союза 0,057 -1,38 ГДж/т [ 1 ]. Согласно уравнению ( 9 ) такая большая разница в энергозатратах на процесс разжигания шихты, может объясняться многими причинами , среди которых главную роль играет дисперсный состав твердого топлива. При уменьшении гранулометрического состава топлива в переделах, используемых на практике значений, 1-4 мм, его удельный расход изменяется в четыре раза. Удельный расход топлива уменьшается по линейному закону при уменьшении высоты спекаемого слоя. В диапазоне допустимой влажности шихты 3-10 % расход топлива на розжиг шихты увеличивается на 7 %, изменение процентного содержания топлива в пределах 2-6 % может изменить расход энергии на зажигание шихты на 13 %. Подогрев шихты горячим возвратом до 80 "С (допустимая по технологии величина) уменьшает расход энергии на зажигание только на 1 %.
Выводы
1 Получена расчетная зависимость для определения расхода энергии для зажигания агломерационной шихты.
2. Показано, что удельная теплота зажигания топлива зависит от многих технологических характеристик процесса, но наибольшее влияние на ее величину оказывает гранулометрический состав твердого агломерационного топлива.
Перечень ссылок
1. Буторина И.В. Система природоохранных стандартов серии ИСО 14000 в металлургической промышленности / И.В.Буторина II В ¡сник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36.наук, пр.- Мариуполь, 2001. -Вып. 11,- С. 304-308.
2. Вегман Е. Ф. Теория и технология агломерации / Е. Ф.Веглшн.- М,: Металлургия; 1974.-288с.
3. Гончаров Б. Ф. Технико-экономические расчеты по производству чугуна /Б. Ф.Гончаров, И. С. Сояомахин. - Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1979,- 176 с.
Статья поступила 17.02.2003
