Примеры расчетов газодинамики по окружности печи

Задача 1. Определить массу мелочи со стороны гребня, откоса и промежуточных зон окружного распределения материалов на колошнике печи при загрузке ее типовым ЗУ.

Для современной средней по мощности печи: подача 25 т агломерата и 7 т кокса; вынос колошниковой пыли 2,5 % от массы агломерата; кокс > 25 мм; наиболее часто встречающийся состав агломерата:

От аглофабрики до выдачи из бункеров измельчение увеличивается в 1,5 раза (табл. 1.18).

Таблица 1.18 – содержание мелочи < 5 мм в агломерате на аглофабрике

и под бункерами доменного цеха, % [38].

* В числителе – количество фр. < 5 мм после агломашин, в знаменателе – после склада агломерата

Из бункеров агломерат пересыпается в в/весы или на транспортерную ленту, затем в скип, из скипа через приемную воронку во ВВР, затем на нижний конус (НК) и на колошник. При этом количество мелочи увеличивается еще в 1,5 раза. Итого в доменной печи мелочи будет в 2,13 раза больше, чем на аглофабрике. Тогда фракционный состав агломерата в нашем случае составит:

1.2. Доля массы мелочи (m_м) в загружаемой шихте 25 т агл. + 7 т кокса = 32 т составит:

Фракция < 5 мм в агломерате 25 × 32,0/100 = 8 т.

Доля мелочи в шихте m_м = 8/32 = 0,250.

1.3.Количество мелочи в гребне (n_гр) и откосе (n_отк.) находим по формулам (1.22) и (1.24):

n_гр = 0,066 + 0,71 m_м = 0,244; n_отк = 0,71 – 0,86 m_м = 0,495 n_пр.з. = 1,0 ‑ (0,244 + 0,495) = 0,261

1.4.Массу шихты в гребне (t_гр.) и откосе (t_отк.) определяем по формулам (1.23) и (1.25) в долях от общей массы:

t_гр. = 0,264 м + 0,294 = 0,360; t_отк. = 0,471 – 0,358 м = 0,382

1.5. Определяем долю мелочи в гребне (Сгр.) и в откосе (Сотк.) в долях от массы шихты в гребне и откосе по формуле (1.21):

С_гр.= [n_гр. (m_м² – ft_гр.)] / m_м t_гр.= [0,244 (0,250² – 0,025 × 0,360)] / 0,25 × 0,360=0,145;

C_отк. = [0,495 (0,250² – 0,025 × 0,382)] / 0,25 × 0,382 = 0,274.

1.6. Масса мелочи со стороны гребня (q_гр.), откоса (q_отк.) и промежуточных зон составит:

q_гр. = 0,360 × 32 × 0,145 = 1,670 т;

q_отк. = 0,382 × 32 × 0,274 = 3,350 т;

q_пр.з. = (32 × 0,250) – (1,670 + 3,350) = 2,18 т

Проверим сумму: 1,670 + 3,350 + 2,18 + 0,8 = 8,0 т.

где 0,8 – вынос с колошниковой пылью, т.

Задача 2. Определить объемную долю мелочи в гребне, откосе и промежуточных зонах по окружности колошника. Условия аналогичны примеру 1.1.

2.1.Объемы мелочи в гребне, откосе и промежуточных зонах при ее насыпном весе 1,97 т/м³ составят, м³:

= 1,670 / 1,97 = 0,848; = 3,350 / 1,97 = 1,70; = 2,18 / 1,97 = 1,107.

2.2.Объем кокса 7,0/0,5 = 14 м³.

В гребне кокса на 4 % больше по сравнению с откосом, тогда масса кокса там будет:

= [(100 / 8) × 3 × 1,04] = 39 %; = [(100 / 8) × 3 × 0,96] = 36 %; = (100 / 8) × 2 = 25 %

где 8 – количество секторов окружности колошника, шт.;

3, 3, 2 – три сектора в гребне, три сектора в откосе и два в промежуточной зоне, шт.;

Объемы кокса составляют, м³:

= 39 × 7 / 100 × 0,5 = 5,46; = 36 × 7 / 100 × 0,5 = 5,04; = 25 × 7 / 100 × 0,5 = 3,5. SVk = 5,46 + 5,04 + 3,5 = 14,0 м³,

где 0,5 – насыпной вес кокса, т/м³.

2.3.Объемы агломерата в гребне, откосе и промежуточных зонах находим, исходя из наших исследований [3, 8, 19]. Крупные фракции распределяются в долях: 0,5 в гребне, по 0,25 в откосе и пр. зонах. Франции 25‑10 мм, 10‑5 мм в гребень 0,40, в откос 0,35 и в промежуточную зону 0,25.

= 0,5 + 0,4

= 0,5 (0,02 × 25 / 1,5 + 0,165 × 25 / 1,65) +

+ 0,4 (0,26 × 25 / 1,7 + 0,235 × 25 / 1,81) + 0,848 = 5,10 м³;

= 0,25 (0,33 + 2,5) + 0,35 (3,82 + 3,25) + 1,7 = 4,88 м³;

= 0,25 (0,33 + 2,5) + 0,25 (3,82 + 3,25) + 1,107 = 3,58 м³,

где 1,5; 1,65; 1,7; 1,81 – насыпные веса соответсвующих фракций агломера, т/м³;

25 – количество агломерата в подаче, т.

2.4.Общий объем агломерата и кокса со стороны гребня, откоса и промежуточных зон, м³:

= 5,10 + 5,46 = 10,56; = 4,88 + 5,04 = 9,92; = 3,58 + 3,50 = 7,08.

2.5. Определяем объемные доли мелочи со строны гребня, откоса и промежуточных зон, доли ед.

m_гр. = 0,848 / 0,56 = 0,08; m_отк = 1,7 / 9,92 = 0,171; m_пр.з. = 1,107 / 7,08 = 0,156.

Задача 3. Рассчитать порозность слоя доменной шихты со стороны гребня, откоса и промежуточных зон, а также распределение газовых потоков по окружности колошника.

3.1.Находим порозность свободно насыпанного слоя зернистых материалов из рис. 1.4:

= 0,44; = 0,40; = 0,41.

3.2.При загрузке с конуса порозность слоя шихтовых материалов изменяется и находится по зависимости (1.17): e_к = 0,9 × e_с (1,06 + 0,4 × m):

= 0,9 × 0,44 (1,06 + 0,4 × 0,080) = 0,43; = 0,9 × 0,40 (1,06 + 0,4 × 0,171) = 0,41; = 0,9 × 0,41 (1,06 + 0,4 × 0,156) = 0,415.

3.3.Определим распределение газовых потоков по окружности колошника. Газопроницаемость шихтовых материалов обратно пропорциональна DР, т.е. e³ / (1 ‑ e).

_____________________________________

1 площадь колошника ДП 2002 м³ составит: pd²/4=3,14*7.3²/4=41.8 м².

где 7,3 – диаметр колошника, м.

² площадь гребня (откоса) шихты, доли ед.

(F_k/8) × 3 = (41,8/8) × 3 = 15,67 м²; 15,67/41,8 = 0,375 д.ед.

³ площадь промежуточной зоны, доли единиц

(F_k/8) × 2 = 10,45 м²; 10,45/41,8 = 0,25 д.ед.

⁴ выход газа 189 м³ на 100 кг чугуна (см. приложение 3), для ДП 2002 м³ суточное производство 4000 т, тогда выход газа V_г = (1890 × 4000) / 24 × 60 = 5250 м³/мин.

% м³/мин U₀, м/c

V^г_гр = [0,43³/(1-0,43)]*0,375=0,052 41,9 2002 2,34

V^г_отк = [0,41³/(1-0,41)]*0,375=0,041 33,1 1735 1,85

V^г_пр.з. = [0,415³/(1-0,25)]*0,75=0,031 25,0 1291 2,06

S=0,124 100,0 5250 2,09

Данное распределение газового потока по окружности колошника относится к одной подаче .Оно может быть использовано для определения количества подач, необходимых для восстановления равномерного распределения потоков печных газов при их регулировании по окружности печи соответствующим изменением работы ВРШ. Поскольку при загрузке шихты ВРШ работает на 6 или 8 станций, то за цикл загрузки, благодаря смещению гребней и откосов материалов, газовые потоки по окружности печи значительно выравниваются. Существующий на практике разброс температур по окружности колошника (от 80 до 200⁰ С) объясняется, главным образом, неравномерным распределением дутья по фурмам, из-за одностороннего его подвода к кольцевому воздухопроводу и разным количеством мелочи в отдельных подачах шихты.

Полученное распределение газовых потоков по окружности колошника (раздел 3.3) нельзя сопоставить с реальным его распределением в доменной печи, т.к. нет соответствующих данных. В этом отношении более удобным являются потери напора газа (D Р_S и D Р_В). D Р замеряется в нижней и верхней части доменной печи. Верхнее D Р_В относится к сухой части шихты, т.е. где еще не происходят процессы размягчения рудных материалов. Ниже приводится пример расчета потерь напора газов в слое шихты со стороны гребня (D Р_Гр), откосов (D Р отк.) и промежуточных зон (D Рпр.з.) по всей высоте от фурмы до колошника.

Задача 4. Определить потери напора по окружности печи. Находим d_э.ч., который для шихтовых материалов определяется, как эквивалентный диаметр частиц слоя. Существуют около 20 различных способов определения d_э.ч. слоя, но для условий доменной шихты он определяется по формуле (1.13):

d_э.ч.= 1/ ,

где V_i – объёмные доли i-тых фракций,м³;

d_i – средние диаметры i-тых фракций, м.

4.1 Из разделов 2.2; 2.3 и 2.4 объем шихты составит для гребня, м³:

Объемы агломерата по фракциям, м³

V_гр.^>40 = 0,5*(0,02*25/1,5)=0,165; V_гр.^40-25 = 0,5*(0,165*25/1,65) = 1,25;

V_гр.^25-10 = 0,4*(0,26*25/1,7) = 1,53; V_гр.^10-5= 0,4*(0,235*25/1,81) = 1,30;

V_гр.^<5 = 0,854; V_гр.^А = 5,1; V_гр.^К = 5,46; V_гр.^å = 5,46+5,10 = 10,56

то же в долях ед.:

W_гр.^>40_.=0,165/10,56 = 0,016; W_гр.^40-25 = 1,25/10,56 = 0,118;

W_гр.^25-10 =1,53/10,56= 0,145; W_гр.^10-5 = 1,3/10,56 = 0,123;

W_гр.^<5 = 0,854/10,56 = 0,081; W_гр.^к = 5,46/10,56 = = 0,517.

Средние диаметры отдельных фракций в гребне:

d ^ср_>40 = (40+60*⁾)/2=50мм=0,05м; d ^ср_40-25 = 0,0325м; d ^ср_25-10 = 0,0175м;

d ^ср_10-5= 0,0075м; d ^ср_<5 = (2**⁾+5)/2=0,0035м; d ^ср_к = (80+25)/2 = 0,0525м,

*) на колошнике количество кусков агломерата >60мм незначительно,

**)частички 0-1 мм выносятся из печи в пылеуловитель, тогда эквивалентный диаметр кусков шихты в гребне:

d^гр_э.ч.=[(0,016/0,050)+(0,118/0,0325)+(0,145/0,0175)+(0,123/0,0075)+(0,081/0,0035)+

+(0,517/0,0525)]^-1 = 0,0162м.

4.2. Находим d_э.ч для откоса шихты :

V_отк.^>40 = 0,25*0,33 = 0,083м³; V_отк.^40-25 = 0,25*2,5 = 0,625м³;

V_отк.^25-10 = 0,35*3,82 = 1,337м³; V_отк.^10-5 = 0,35*3,25=1,138м³;

V_отк.^<5=1,70м³(раздел 2.3);V_отк.^к=5,04м³(раздел 2.2);V_отк.^å = 9,92м³(раздел 2.4),

или в объёмных долях:

W_отк.^>40 = 0,083/9,92=0,0084; W_отк.^40-25 = 0,625/9,92 = 0,063;

W_отк.^25-10 == 1,337/9,92 = 0,135; W_отк.^10-5 = 1,138/9,92 = 0,115;

W_отк.^<5 = 1,694/9,92 = 0,171; W_отк.^к = 5,04/9,92 = 0,508.

Средние диаметры фракций те же, что в 4.1, тогда d ^отк_э.ч. = [(0,0084/0,050)+(0,063/0,0325)+(0,135/0,0175)+(0,115/0,0075)+(0,171/0,0035)+ +(0,508/0,0525)]^-1 = 0,012м

4.3. Для промежуточной зоны объёмы отдельных фракций, м³:

V_пр.з.^>40 = 0,25*0,33 = 0,083; V_пр.з.^40-25 = 0,25*2,5 = 0,625;

V_пр.з.^25-10 = 0,25*3,82 = 0,955; V_пр.з.^10-5 = 0,25*3,25 = 0,81;

V_пр.з.^<5 = 1,107; V_пр.з.^к = 3,5(раздел 2.2;2.3); V_пр.з.^å = 7,08,

или в объёмных долях:

W_пр.з^>40 = 0,083/7,08 = 0,012; W_пр.з^40-25 = 0.625/7,08 = 0,088;

W_пр.з^25-10 = 0,955/7,08 = 0,135; W_пр.з^10-5 = 0,81/7,08 = 0,114;

W_пр.з^<5 = 1,107/7,08 = 0,156; W_пр.з^к = 3,5/7,08 = 0,495.

Средние диаметры те же, что в 4.1, тогда d_пр.з^э.ч. равен:d_пр.з^э.ч. = [(0,012/0,050)+(0,088/0,0325)+(0,135/0,0175)+(0,114/0,0075)+(0,156/0,0035)+(0,495/0,0525)]^-1 = 0,013м.

4.4. Находим коэффициенты сопротивления для гребня, откоса и промежуточных зон по формулам: Y_гр = (2,4-0,5*ф)( 0,66+0,73 m_гр),

где Ф – фактор формы.

______________

Y_отк. = [2,52-(ф²/2,25)]*[0,55+Ö m _отк /(3,2- m _отк)]

Y_гр = (2,4-0,5*0,75)*(0,66+0,73*0,080) = 1,46;

_____________

Y_отк. = [2,52-(0,75²/2,25)]*[0,55+Ö0,171/(3,2-0,171)]=2,05,

где 0,75 – фактор формы;

0,080 и 0,171 – объёмные доли мелочи для гребня и откоса шихты на колошнике.

Коэффициент сопротивления для промежуточной зоны определяется по формуле:

Y_пр.з. = Y_с(20,57 m²-4,29m+0,5),

где Y_с – коэффициент сопротивления свободно насыпанного слоя из Рис.1.5 для m=0,156 (объёмная доля мелочи промежуточной зоны) Y_с=5,0, тогда:

Y_пр.з. = 5,0(20,57*0,156² – 4,29*0,156 +0,5) = 1,65.

4.5. Средняя высота слоя шихты со стороны гребня, откоса и промежуточных зон равна, (см.8.), м:

Н_гр. = V^å_гр. /F_гр. = 10,56/(41,8/8)*3 = 0,67;

Н_отк. = V^å_{отк .}/F_отк.= 9,92/(41,8/8)*3 = 0,63;

Н_пр.з. = V^å_{пр.з. .}/F_пр.з. = 7,08/(41,8/8)*2 = 0,66 ,

где 8 – общее количество секторов по окружности колошника, шт.;

3, 3, 2 - количество секторов соответственно со стороны гребня, откоса и промежуточных зон (2шт), шт.

4.6. Потери напора со стороны гребня, откоса и промежуточных зон составят (1.10), Па:

DР_гр. = 1,46 ;

DР_отк. = 2,01 ;

DР_пр.з.= 1,65 ,

где y,Н, U₀, e, d_э – соответственно из разделов 3.4; 3.5; 3.1-3.3;

r_г – плотность колошникового газа (1,275),кг/м³.

Отклонение DР_мах от DР_мin по окружности печи в 20¸25% для одной подачи вполне соответствует реальным условиям доменной плавки. Это также подтверждает эффективность управления окружным газораспределением типовым вращающимся распределителем шихты (ВРШ).

Задача 5. Потери напора от середины шахты до колошника (верхний перепад давления газов) составят:

5.1. Средняя высота зернистого слоя одной подачи:

0,67*0,375+0,63*0,375+0,66*0,25 = 0,65м.

5.2. Количество подач до середины шахты составит:

10м : 0,65м = 15 шт

Следовательно, за 2.5 цикла загрузки (обычно ВРШ работает на шесть станций 15:6 = 2,5) d_э.ч., Y, e усреднятся и составят:

d_э.ч= 0,0162*0,375+0,012*0,375+0,013*0,25 = 0,0137м;

Y = 1/3(1,46+2,01+1,65) = 1,72;

e = 1/3(0,43+0,41+0,415) = 0,418м³/м³ .

Потери напора на высоте 10м (DР_в) от середины шахты по условиям её верха (колошник) составят:

DР_в=1,72 Па или 0,28 атм.

Как уже отмечалось при загрузке шихты с конуса уменьшение её объёма за счет уминки компенсируется разрыхлением при ссыпании подачи на встречный поток газов. Поэтому DР_в=0,278ати, т.е. равно аналогичному DР_в в реальних условиях доменной плавки (0,2-0,3ати).

5.3. Важно также рассчитать DР_в по условиям середины шахты.

На 10м ниже поверхности засыпи шихты диаметр шахты (Д _с.ш) при угле её наклона 84⁰21¢06¢¢ [38] составит : d_с.ш.^доб.=10*соs(84⁰ 21¢06¢¢)*2 =1,97м,

тогда Д _с.ш.= 7,3+1,97=9,27м; F_с.ш.= 3,14*9,27²/4 = 67,5м².

5.4. Объем газов в середине шахты и на колошнике примерно одинаков, т.к. в реакциях косвенного восстановления объёмы СО и Н₂ равны объёмам продуктов реакций СО₂ и Н₂О, тогда приведенная скорость газов в середине шахты:

U_о^с.ш.= 5250/67,5*60 = 1,3 м/с.

5.5. Находим d_э.ч.в середине шахты:

Агломерат в процессе восстановления оксидов железа Fe₂O₃ до Fe₃O₄ и FeO из-за различного строения кристаллических решеток, растрескивается и образуется много мелочи. На рис.1.12а показано изменение гранулометрического состава в середине шахты, из которого видно, что там находится примерно около 60% фракции <5мм, 35% размером 5-10мм и не более 5%>10мм. Это подтверждается и исследованием фракционного состава агломерата в середине шахты замороженных доменных печей.

Для наших условий количество фракций < 5 мм, 5-10 мм и > 10 мм, их объём и объёмная доля составят:

q _агл.^<5 = 24,2*0,6=14,52т; V_агл. ^<5 = 14,52/1,3=11,2м³;

q _агл^5-10 = 24,2*0,35=8,47т; V_агл.^5-10 = 8,47/1,4=6,1м³;

q _агл^10-25= 24,2*0,05=1,21т; V_агл.^10-25 = 1,21/1,45 = 0,8м³;

q _к^25-80 = 7,0т; V_к^25-80 = 7,0/0,5=14м³; V_å = 11,2+6,1+0,8+14,0=32,1м³

или в объёмных долях:

m_агл.^<5 = 11,2/32,1 = 0,35; m_агл.^5-10 = 6,1/32,1 = 0,19;

m_агл.^10-25 = 0,8/32,1 = 0,024 m_К.^25-80 = 14/32,1 = 0,436;

å_m = 0,35+0,19+0,024+0,436 = 1,00,

где 24,2 – вес агломерата в подаче с учетом выноса пыли, т;

1,3 – насыпной вес оксидов железа <5мм, с учетом потерянного веса кислорода (0.36 от первоначального их веса) 1,97*0,64 = =1,26»1,3т/м³;

1,4 и 1,45 – то же для фракций 5-10 и 10-25мм с учетом потерянного кислорода, т/м³;

где 1,97 – насыпной вес фракции агломерата <5мм, т/м³, тогда:

d_э.ч.= 0,35/0,0035)+(0,19/0,0075)+(0,024/0,0175)+(0,436/0,0525)]^-1= 0,0074м.

5.6. Коэффициент сопротивления свободно насыпанного слоя y_с из рис.1.5 при m_а^<5=0,35 равен 5,0. Порозность (e_с) слоя из рис.1.4 при m_а^<5=0,35 равна 0,32. При загрузке с конуса Y_с и e_с изменяются соответственно и их определяем по формулам:

для прямых подач при 0,35>m>0,20:

=Y_с(16,8m²-6,9m+0,83)=5,0(16,8*0,35²-

-6,9*0,35+0,83)=2,35;

=Y_с(15,76m² -6,7m+0,87)=5,0(15,76*0,35²-

-6,7*0,35+0,87)=2,25;

=0,83* e_с (1,0+e_с)=0,83*0,33(1,0+0,33)=0,37

=0,9*e_с (0,94+e_с )=0,9*0,33(0,94+0,33)=0,38.

Задача 6. Находим потери давления печных газов для условий середины шахты.

6.1 Для прямых подач:

Па,

где 1,180 – плотность печных газов в середине шахты (СО₂»4,0%), кг/м³.

С учетом разрыхления шихты и снижением в связи с этим DР на 30%, потери напора составят:

=39365*0,7=27555Па или 0,27ати.

6.2. Для подач обратных и одним коксом вперед составят:

^Па

С учетом разрыхления шихты и снижением всвязи с этим DР на 30%, потери напора при загрузке подач коксом вперед составят:

Па или 0,24ати.

Таким образом, и для условий середины шахты DР , полученное расчетом для прямых подач и коксом вперед также соответствуют реальным условиям доменной плавки при загрузке конусными ЗУ.

Определение DР по условиям середины шахты особенно важно в случае отсева мелочи перед загрузкой шихты в печь, т.к. расчет в этом случае по условиям верха печи не точно будет соответствовать (из-за сниженного количества мелочи) распределению газов и DР по окружности печи.

Следовательно, полученные в наших исследованиях и расчетах газодинамические параметры такие как e; С; d_э.ч.^гр.; d_э.ч^отк.; n_гр., n_отк, t_гр., t_отк, Y_гр.,Y_отк и другие достоверны и аналогичны соответствующим параметрам в реальных условиях доменной плавки. Расчеты выполняются при наличии гранулометрического состава шихтовых материалов, расчета шихты и замеров выхода колошникового газа (или материального баланса). Следует отметить, что исследования и указанные расчеты окружного распределения материалов и газов выполнены впервые.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Дата добавления: 2014-07-23; просмотров: 407; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!