ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ И ПОТЕРЬ ИХ НАПОРА ПО РАДИУСУ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

В настоящем расчете приводятся основные параметры газодинамики по радиусу доменной печи при её загрузке конусными загрузочными устройствами, для обычных сырьевых и дутьевых условий России и Украины (для печей полезным объёмом 1513-2002 м³).

Условия:

- загрузочное устройство (ЗУ) типовой конструкции (конусное);

- окружное распределение шихтовых материалов равномерное за цикл (работа ВРШ на 6 станций или с диаметральной компенсацией);

- расчет выполняется без учета перевеивания мелочи шихты в радиальных зонах (отсутствуют данные), зоны равны по площади;

- масса агломерата в подаче 25т, кокса 7т;

- фракционный состав агломерата на колошнике :

фракции, мм >40 40-25 25-10 10-5 <5 S

количество, % 2,0 16,0 25,5 24,0 32,5 100.

Задача 1. Расчет порозности шихты для указанных условий

1.1.Объём агломерата и кокса на колошнике:

V_а = (25-0,5)/1,79=13,69м³; V_к = 7,0/0,5 = 14,0м³;

V_åп = 13,69+14,0 = 27,69м³,

где 0,5 – вынос колошниковой пыли (2%),т;

1,79 – насыпной вес агломерата, т/м³;

0,5 – насыпной вес кокса, т/м³.

1.2. Объём мелочи в подаче, м³:

V_M^a = (25-0,5)*32,5/100*1,97=4,04, или в долях

m_S = 4,04/27,69 = 0,146,

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

1.3. Порозность свободно насыпанного слоя (e_с) шихтовых материалов определяем из рис.1.4, которая при m_å = 0,146 составит 0,42. При загрузке с конуса (1.17):

e_к = 0,9*e_с(1,06+0,4m_å), (см. [3]), (1)

e_å^к = 0,9*0,42(1,06+0.4+0,4*0,146) = 0,423

Задача 2. Определить порозность шихты в периферийной (e_пер.), промежуточной (e_пр.з) и центральной (e_ц ) зонах колошника

2.1.Для прямых подач объёмные доли мелочи в периферийной, промежуточной и центральной зонах находим по формулам:

(2)

(3)

. (4)

Проверяем правильность определения объёмной доли мелочи в 3-х радиальных зонах:

Отклонение (см.1.2.) от составило 0,7% соответственно, что подтверждает правильность определения объёмной доли мелочи в 3-х радиальных зонах при загрузке прямых подач.

2.2. Порозность слоя в 3-х радиальных зонах колошника при загрузке прямых подач из рис.1.4 (d_M/d_KP = 0,07):

Порозность свободно насыпанной шихты (e_с) находим для m=0,183; 0,217 и 0,034:

e_с^пер.=0,40; e_с^пр.з.=0,38; e_с^ц.з.=0,48.

При загрузке прямых подач с конуса из (1):

e_к^пер.=0,9*0,40(1,06+0,4*0,183) = 0,41;

e_к^пр.з=0,9*0,38(1,06+0,4*0,127) = 0,39;

e_к^ц.з=0,9*0,48(1,06+0,4*0,034) = 0,46.

Проверяем правильность найденных порозностей в 3-х радиальных зонах:

e_å^к =(0,41+0,39+0,46)/3 = 0,42

Отклонение от порозности шихтовых материалов в подаче 0,7%

(e_å^к =0,423, раздел 1.3).

2.3. Для обратных подач и подач одним коксом вперед объёмные доли мелочи в 3-х зонах ( ; ; ) находим по формулам:

(5)

(6)

(7)

Отклонение 0,7 % от = 0,146 (раздел 1.2)

2.4.Порозность слоя для указанных подач в 3-х зонах по радиусу печи составит Рис.1.4 (d_M/d_KP = 0,07):

e_с^пер. =0,43; e_с^пр.з = 0,36; e_с^ц.з. = 0,47.

При загрузке с конуса подач коксом вперед из формулы (1):

e_к^пер = 0,9*0,43(1,06+0,4*0,128) = 0,43;

e_к^пр.з = 0,9*0,36(1,06+0,4*0,271) = 0,38;

e_к^ц.з = 0,9*0,47(1,06+0,4*0,037) = 0,46.

2.5. Проверяем правильность определения e_к в 3-х радиальных зонах:

e_å^к = (0,43+0,38+0,46)/3=0,423 (см.1.3)

2.6. Распределение газовых потоков обратно пропорционально DР и аналогично симплексу e³ /(1-e) [1,3].Для прямых подач газовые потоки (V_Г.П.) в трех радиальных зонах при выходе газа 5250 м³/мин составят (см.Приложение 1. раздел 3.3):

% м³/мин м/с*

V_г.п.^пер. 0,41³/(1-0,41) = 0,117 29,7 1559 1559/F_зон.*60 = 1,87

V_г.п.^пр.з. =0,39³/(1-0,39)= 0,097 24,6 1292 1292/13,9*60 = 1,55

V_г.п.^ц.з = 0,46³/(1-0,46) = 0,180 45,7 2399 2399/13,9*60 = 2,88

Итого:0,39 100,0 5250 5250/41,8*60 = 2,09

__________________

*Площадь колошника pD²_к /4 = 3,14*7,3²/4 = 41,8м²

Площадь периферийной, промежуточной и центральной зон равны и составляют 41,8/3 = 13,9м² каждая.

7,3 – диаметр колошника д.п. V₀ = 2002м³.

2.7.Для подач коксом вперед газовые потоки в 3-х радиальных зонах составят:

% м³/мин м/с

V_г.п.^пер. = 0,43³/(1-0,43) = 0,139 34,1 1790 2,15

V_г.п.^пр.з. = 0,38³/(1-0,38) = 0,089 21,8 1144 1,37

V_г.п.^ц.з = 0,46³/(1-0,46) = 0,180 44,1 2315 2,78

Итого: 0,408 100,0 5250 2,09

Задача 3. Определить потери напора в сухой части шихты (середина шахты – колошник). ∆Р находим по формуле (1.10), выведенной на основе газодинамического подобия [1,3]. Три зоны колошника, можно каждую в отдельности считать как насыпанную свободно, с объёмной долей мелочи для прямых подач в периферийной зоне 0,183, промежуточной 0,217 и центральной зоне 0,034. Суммарная объёмная доля мелочи 0,146 (раздел 2.1). Из Рис.1.5 определяем коэффициенты сопротивления для свободно насыпанных слоёв шихты:

; ; .

3.1.При загрузке прямых подач с конуса коэффициенты сопротивления Y_к находим при m£0,2 по формулам (1.35):

(8)

Для промежуточной зоны (m>0,2) находим

:

3.2.При загрузке подач одним коксом вперед с конуса при объёмных долях мелочи 0,128; 0,271 и 0,037, коэффициенты сопротивления свободно насыпанного слоя соответственно равны из Рис.1.5:

3.3.Во время загрузки с конуса подач коксом вперед коэффициенты сопротивления определяют по формуле (9) для m£0,2 и по формуле (10) для условий m>0,2 [3,6]:

(9)

для промежуточной зоны (m>0,2):

(10)

3.4. Эквивалентный диаметр поровых каналов примерно равен эквивалентному диаметру частичек слоя d_э»d_э.ч. Последний определяют по разным способам (» 20 различных способов). Для шихтовых материалов доменной плавки наиболее подходит формула [3]:

(11)

где W_i – объёмные доли i – тых фракций, доля ед;

d_i – средние диаметры i – тых фракций, м.

Общий объём шихты подачи 27,69 м³ (см.1.1), тогда объём в каждой зоне можно принять равным 27,69/3 = 9,23м³.

3.5. Находим рудную нагрузку N, т/т кокса в периферийной и центральной зонах для прямых подач по формулам [3]:

(12)

(13)

где h_з – уровень засыпи, в нашем случае 1,5м;

a - угол поверхности засыпи, 28⁰ в нашем случае.

т/т кокса;

т/т кокса.

3.6. Для определения объёмной доли агломерата и кокса при загрузке прямых подач составляем два уравнения: х/у=2,99 и х/1,79+у/0,5=9,23 м³,

где х,у – соответственно массы агломерата и кокса, т;

1,79 – насыпной вес агломерата. т/м³;

0,5 – насыпной вес кокса, т/м³.

Решая два уравнения, находим х=7,52т; у=2,51т.

Объём агломерата в периферийной зоне: 7,52/1,79=4,2м³, объём кокса 2,51/0,5=5,03м³. Суммарный объём агломерата и кокса 4,2+5,03=9,23м³.

Тогда объёмные доли (W) составят:

W^а = 4,2/9,23=0,455; W^к = 5,03/9,23=0,545.

3.7. Объёмная доля мелочи в периферийной зоне 0,183 (см.2.1), тогда на долю остальных фракций 0,455-0.183=0,272 доли объёма.

Средний диаметр мелочи 0,0035м. а для остальных фракций (40+5)/2=22,5мм или 0,0225м,

d_ср.^кокса = (80+25)/2=52,5мм или 0,0525м.

3.8.Эквивалентный диаметр частиц в периферийной зоне при загрузке прямых подач составит:

3.9. Составим два уравнения х/у = 2,41 и х/1,79+у/0,5 = 9,23 и определим количество агломерата и кокса в центральной зоне при загрузке прямых подач:

х=6,65т; у = 2,76т.

Объёмы агломерата и кокса в центральной зоне составят,м³:

V_ц.з.^агл. = 6,65/1,79 = 3,72; V_ц.з^кокс = 2,76/0,5 = 5,52;

или в объёмных долях (V_å = 9,23м³):

W_ц.з.^а = 3,72/9,23 = 0,40; W_ц.з^кокс = 5,52/9,23 = 0,60

Объёмная доля мелочи в центральной зоне 0,034, тогда на долю остальных фракций (40-5мм) приходится доля 0,40-0.034 = 0,366.

Эквивалентный диаметр частиц в центральной зоне при загрузке прямых подач составит, м:

3.10. Находим эквивалентный диаметр частиц в промежуточной зоне. Рудная нагрузка для прямых подач в промежуточной зоне равна 4,0 (см. [3, Рис.36]). Составляем два уравнения х/у=4,0; х/1,79+у/0,5 =9,23, тогда х=9,21т; у=2,1т ( х - масса агломерата, у – масса кокса в промежуточной зоне).

Объёмы агломерата и кокса в промежуточной зоне составят, м³:

Объёмные доли агломерата и кокса составят:

W_пр.з.^а =5,1/9,3=0,55; W_пр.з.^к =2,1/9,3=0,45;

Объёмная доля мелочи в агломерате при загрузке прямых подач 0,217 (см.2.1), тогда на остальные фракции приходится 0,55-0,217= 0,333.

3.11.Находим потери напора газовых потоков в 3-х радиальных зонах колошника: периферийной, центральной и промежуточной по радиусу колошника при загрузке прямых подач при условиях:

1)Коэффициенты сопротивления (см.3.1);

2) Высота слоя подачи 0,66м (27,69/41,8=0,66м)

3)Скорости газовых потоков в периферийной зоне в промежуточной 1,55 и в центральной 2,88 м/с (см.2.6);

4) Порозность слоя шихты соответственно 0,41; 0,39 и 0,46 (см.2.2);

5)Эквивалентные диаметры в 3-х радиальных зонах

м; м; см. (3.8;3.9;3.10).

3.12. При загрузке прямых подач потери напора в 3-х радиальных зонах составят, Па:

При загрузке шихтовых материалов на колошник доменной печи имеет место уминка шихты и её разрыхление встречным потоком газов. Принимаем уминку и разрыхление материалов равными и направленными противоположно. Поэтому газопроницаемость столба шихты по этим причинам не корректируется.

Таким образом, прямые подачи без учета перевеивания мелочи, уменьшают периферийный ход газов и увеличивают их центральный поток.

3.13. Потери напора газовых потоков в 3-х радиальных зонах при загрузке подач коксом вперед и обратных с объёмными долями мелочи в них:

(см.2.3)

3.13.1. Порозность, скорость газовых потоков и коэффициенты сопротивления для указанных объёмных долей мелочи, м³/м³; м/с:

e_к^пер.=0,43; e_к^пр.з.=0,38; e_к^ц.з.=0,46 (см.2.4)

(см.2.7)

(см.3.3)

3.13.2.Рудные нагрузки в периферийной и центральной зонах при загрузке подач коксом вперед, т/т:

(14)

(15)

где h_з – уровень засыпи, 1,5м в нашем случае;

a - угол поверхности засыпи (28⁰), град.

3.13.3. Составляем два уравнения для определения количества агломерата и кокса в периферийной зоне при загрузке подач коксом вперед, т:

х/у=1,33; х/1,79+у/0,5=9,23 (см.3.4); х=4,48; у=3,36.

3.13.4. Объёмы агломерата и кокса составляют, м³:

или в объёмных долях:

3.13.5. Объёмная доля мелочи в периферийной зоне (см.2.3.) , тогда на фракции 40-5мм приходится 0,271-0,128 = 0,143 объёмной доли агломерата.

3.13.6.Находим d_э.ч.:

3.13.7.Составляем два уравнения для определения массы агломерата и кокса в центральной зоне при загрузке подач коксом вперед:

х/у=3,6; х/1,79+у/0,5=9,23; у=2,3т; х=8,28т

3.14. Объёмы агломерата и кокса:

8,28/1,79=4,63м³

и объёмные доли агломерата и кокса:

.

3.15. Объёмная доля мелочи в центральной зоне 0,037, тогда на остальные фракции приходится 0,5-0,037 = 0,463 доли объёма агломерата.

3.16. Эквивалентный диаметр частиц шихты в центральной зоне при загрузке подач коксом вперед определяем по формуле (11):

d_э.ч.^ц.з. = [(0,037/0,0035)+(0,463/0,0225)+(0,5/0,0525)]^-1 = 0,0246м

3.17. Рудная нагрузка в промежуточной зоне 4,5 т/т кокса [3, рис.26]. Составляем два уравнения : х/у=4,5т/т и х/1,79+у/0,5=9,23м³. Решая два уравнения, находим массу агломерата х=9,2т, кокса у=2,04т их объёмы:

суммарный объём 5,12+4,08=9,2м³ и объёмные доли агломерата и кокса W_пр.з.^а = 5,12/9,2 = 0,56; W_пр.з.^к = 4,08/9,2 = 0,44.

Объёмная доля мелочи в промежуточной зоне 0,271 (см.2.3), тогда для остальных фракций 0,56-0,271=0,289.

3.18.Находим потери напора газовых потоков в 3-х радиальных зонах при загрузке подач коксом вперед, Па:

где 2,35; 2,85; 2,41 – коэффициенты сопротивления соответственно для периферийной, промежуточной и центральной зон (см.3.3);

2,15; 1,37; 2,78; - скорости газовых потоков соответственно в периферийной, промежуточной и центральной зонах, м/с (см.2.7);

0,0176; 0,0102; 0,0246 – эквивалентные диаметры частиц доменной шихты соответственно в периферийной, промежуточной и центральной зонах колошника, м (см.3.13; 3.17; 3.16).

Задача 4. Найти потери напора газов в сухой части столба шихтовых материалов от середины шахты до верха колошника Н=10м (DР верхнее) для условий верха колошника исходные данные составят (одинаковые для прямых подач и коксом вперед):

- объёмная доля мелочи m_å=0,146(см.1.2);

- порозность слоя e_å=0,42 (см.1.3);

- эквивалентный диаметр кусков шихтовых материалов d_э.ч. = 0,0137м (см. Приложение 1, раздел 5.2);

- приведенная скорость газового потока 2,09м/с (см.2.6; 2.7) одинаков для прямых подач и коксом вперед.

4.1. Находим коэффициенты сопротивления для подач прямых = 12,0 (см. Рис.1.5) и коксом вперед =12,0 по формулам (8) и (9):

;

.

4.2. Верхние потери напора печных газов (DР_в) при загрузке прямых подач и коксом вперед составят, Па:

с учетом разрыхления DР_в составит:

или 0,25 ати;

или 0,16 ати.

Это полностью соответствует реальному DР_в в доменной печи, которое на практике составляет от 0,2 до 0,3ати. Меньшее значение DР_в при загрузке подач коксом вперед получено при одинаковом количестве печных газов с примером загрузки прямых подач. В реальных условиях доменной плавки при переходе с загрузки прямых подач на подачи коксом вперед, добавляют дутье и DР_в повышается до оптимального значения 0,2-0,3 ати. Форсировка печи увеличивается, растет выплавка чугуна, но расход кокса также возрастает.

4.3. В середине шахты газодинамические условия отличаются от условий на колошнике печи. На 10м ниже поверхности засыпи шихты диаметр шахты при угле её наклона 84⁰21^¢06^¢¢ составит:

d _с.ш.^доб. = 10*соs84⁰21^¢06^¢¢*2 = 1,97 м , тогда

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

4.4.Объём газов в середине шахты и на колошнике примерно одинаков, т.к. в реакциях косвенного восстановления объёмы СО и Н₂ равны объёмам продуктов реакции СО₂ и Н₂О. Скорость газов в середине шахты:

U_о^{с.ш .}= 5250/67,5*60 = 1,3 м/с.

4.5.Эквивалентный диаметр шихтовых частиц в середине шахты 0,0074м (Приложение 1, раздел 5.5). Коэффициенты сопротивления и порозности слоя (Рис.1.4):

; (см. Приложение 1, раздел 5.6).

4.6.Находим потери напора печных газов середина шахты – колошник DР_В, для прямых подач:

,

с учетом разрыхления шихты и снижением потерь напора 39365*0,7=27556 Па или 0,275 ати.

4.7.DР_в при загрузке подач коксом вперед составит:

с учетом разрыхления 34260*0,7=23982 Па или 0,24 ати.

Из расчетов потерь напора по радиусу печи видно, что при загрузке прямых подач по условиям верха шахты составляет 0.25 ати., а по условиям середины шахты 0,275 ати. При загрузке подач коксом вперед DР_в составило соответственно 0.16 и 0,24 ати. Указанные перепады давления на высоте середина шахты - колошник (10м) полностью соответствуют реальным величинам DР_в в доменных печах полезным объёмом 1513-2002 м³.

Следовательно, определение объёмной доли мелочи по формулам (2¸4; 5¸7), порозности слоя (формула (1)), коэффициентов сопротивления (8¸10), рудных нагрузок (12,15) и газовых потоков идентично симплексу e³/(1-e) по результатам исследований [3,5 и др.], являются достоверными и ими можно пользоваться для соответствующих расчетов газодинамики доменной плавки.

Указанные расчеты для доменных печей упрощаются, т.к. известны DР_в, DР_Н, и DР_S. По формуле (1.10) можно найти соответствующие порозности слоя, а по известной объёмной доле мелочи (фракционный состав агломерата) коэффициент сопротивления свободно насыпанной шихты (Рис.15) и по формуле (2.9) с учетом загрузки шихты с конуса. Эквивалентный диаметр можно определить, зная фракционный состав шихты по формуле (11). Выход печных газов фиксируется приборами или рассчитывается из материального баланса.

Таким образом, уравнения на основе газодинамического подобия с использованием эмпирических закономерностей отдельных параметров вполне применимы для расчета потерь напора и величин газовых потоков по окружности и радиусу доменной печи. Следует отметить, что приведенные расчеты радиальных потоков и потерь напора в периферийной, промежуточной и центральной зонах, выполнены впервые и представляют несомненный интерес.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Дата добавления: 2014-07-23; просмотров: 533; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!