Теплообмен в доменной печи. Понятие о водяных эквивалентах

Содержание

Доменные печи

Понятие и функциональные особенности, устройство и принцип работы доменной печи. Закономерности и главные этапы процесса теплообмена в ней. Показатели деятельности различных доменных печей, а также определение основных факторов, влияющих на них.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 18.03.2015
Размер файла 258,7 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Устройство и работа доменной печи

доменный теплообмен печь

Доменная печь предназначена для выплавки чугуна из железных руд и является важнейшим агрегатом чёрной металлургии. Основой технологических процессов, протекающих в доменной печи, являются процессы восстановления окислов железа.

Доменная печь представляет собой высокую шахту круглого сечения (рисунок 1), опирающуюся на железобетонный фундамент обычно многогранной формы. Нижняя часть (подошва) фундамента находиться на глубине 6 — 7 м. Надземная часть фундамента выложена из огнеупорного бетона.

Рисунок 1: 1-колошник; 2-шахта; 3-распар; 4-заплечики; 5-горн; 6-большой конус; 7-кольцевая труба для дутья; 8-фурменный рукав; 9-фурма для дутья; 10-чугунная летка; 11-шлаковая летка; 12-шлаковый желоб; 13-колонна шахты; 14-огнеупорная футеровка; 15-металлическая защита колошника; 16-металлический кожух печи; 17-вертикальный холодильник; 18-горизонтальные коробчатые холодильники; 19-кладка горна; 20-желоб для чугуна и шлака уходящего при выпуске чугуна; 21-скимер (перегородка для отделения шлака от чугуна); 22-перевал; 23-желоб для отвода чугуна; 24-фундамент печи.

Профиль рабочего пространства печи в вертикальном разрезе составляют колошник (верхняя цилиндрическая часть), шахта (верхняя конусная часть), распар (широкая цилиндрическая часть), заплечики (нижняя конусная часть) и горн (нижняя цилиндрическая часть).

Футеровка колошника защищена металлическими кольцами, собранными из сегментов, от ударного и истирающего действия кусков шихты, падающих с большого конуса засыпного аппарата. Шахту, распар и заплечики футеруют высококачественным шамотным кирпичом, а горн и лещадь (под печи) — высокоглиноземистым кирпичом или углеродистыми блоками. Футеровку нижней части шахты, а также распара, заплечиков, горна и лещади охлаждают водяными холодильниками.

Кладка шахты заключена в цельносварной стальной кожух. Внизу, на уровне перехода шахты к распару, кожух заканчивается опорным кольцом, которое поддерживается колоннами со специальными опорами, передающими нагрузку на несущую плиту фундамента. Горн также опоясан сварным стальным кожухом.

Горячее дутье от воздухонагревателей через футерованный воздухопровод поступает в футерованную кольцевую трубу. Из кольцевой трубы воздух направляется в футерованные рукава и через медные водоохлаждаемые фурмы, расположенные в верхней части горна по окружности, поступает в доменную печь. Фурмы вставлены в конические холодильники, которые входят в амбразуры, плотно прилегающие к кожуху печи.

В нижней части горна на высоте 600 — 1000 мм от лещади расположены одна или две чугунные летки — каналы для периодического выпуска чугуна и шлака. Шлак отделяют от чугуна в желобе при помощи перевала и перегородки (скимера). В промежутках между выпусками чугуна отверстие летки забивают огнеупорной массой при помощи специального устройства — электрической поршневой пушки.

На высоте 1400-1600 мм от чугунной летки под некоторым углом друг к другу расположены две шлаковые летки, через которые выпускают шлак. Шлаковая летка состоит из полой медной водоохлаждаемой фурмы, которая входит в конический медный холодильник, вставленный в чугунный холодильник, вставленный в чугунный холодильник со змеевиком. Отверстие шлаковой летки закрыто специальным стопором со стальной пробкой.

Доменную печь загружают шихтой сверху через специальный засыпной аппарат. Он состоит из большого конуса с воронкой, перекрывающего колошник печи, и малого конуса с вращающейся приемной воронкой. Такая конструкция засыпного аппарата позволяет равномерно распределять материал на окружности колошника и устраняет потери газов в атмосферу. Загрузку шихты в доменную печь осуществляют послойно.

Процесс развития доменного производства идет в направлении повышения содержания железа в рудном сырье, снижения расхода топлива и частичной замены природным газом (реже мазутом) дефицитного топлива, которым является кокс. Увеличиваются также размеры доменных печей. Полезные объемы доменных печей достигают 5000 м 3 .

Повышение содержания железа в рудном сырье, ведущее к уменьшению количества шлака, снижает затраты физического тепла на нагрев и плавление составляющих шлака, приводит к разогреву низа печи и позволяет снизить расход топлива. Снижение расхода топлива увеличивает в свою очередь экономичность и производительность печи.

В настоящее время в качестве рудной части шихты используют агломерат — продукт обогащения железной руды спеканием измельченной руды, железного концентрата, колошниковой пыли и флюсов.

Весьма перспективным является применение окатышей — продукта окомкования и обжига железного концентрата.

Основным видом топлива в доменной печи является кокс. В качестве дополнительного топлива используется природный газ, который подаётся через фурмы.

Раскаленные газы, получающиеся в области фурм в результате горения опускающегося кокса до СО и вдуваемого природного газа до СО и Н2, продуваются (фильтруются) через столб кусковых материалов под действием напора, создаваемого воздуходувками. Загружаемые через засыпной аппарат рудное сырьё и кокс постепенно нагреваются и теряют влагу и летучие. При использовании флюсов и сырых руд происходят также процессы разложения карбонатов. Железорудное сырьё восстанавливается. Высший окисел Fe2O3 превращается в железо последовательно через промежуточные окислы. Процесс восстановления осуществляется практически по всей высоте печи, но заканчивается выше уровня фурм до поступления составляющих рудного сырья в зону горения. Восстановителями служат компоненты газа (СО и Н2), окисляющиеся в процессе восстановления до СО2 и Н2О.

Процесс восстановления железа складывается из реакций

доменный теплообмен печь

FeO + CO = Fe + CO2

Такой процесс требует затраты углерода и поглощает большое количество (156,64 МДж/моль) тепла.

При высоких температурах, достигаемых после расплавления и разделения составляющих рудной части шихты на металл и шлак, получают некоторое развитие эндотермические процессы прямого восстановления кремния и марганца, а также процесс науглероживания железа. Эти процессы осуществляются при стекании струй чугуна и шлака через слой кокса (коксовую постель), выполняющего роль фильтра, пропускающего расплавы и газы и преграждающего путь ещё не расплавленным или полурасплавленным кускам рудных материалов.

Окись углерода, которая образуется по реакциям (1) и представляет собой основную горячую составляющую доменного (колошникового) газа, удаляется из печи с температурой примерно 650 К и используется в дальнейшем для отопления доменных печей.

Для отвода газа в куполе печи предусмотрены четыре боковых восходящих газоотвода. Вертикальные участки газоотводов соединены попарно в два газоотвода, переходящих в один нисходящий газоотвод, который входит сверху по оси в первичный пылеуловитель. Газоотводы футерованы шамотным кирпичом.

2. Теплообмен в доменных печах

В доменной печи шихта двигается сверху вниз, а раскаленные газы двигаются снизу вверх. Таким образом, осуществляется противоток газа и шихты. Характер теплообмена между газом и кусками шихты зависит от соотношения из водяных эквивалентов. Водяным эквивалентом газа (шихты) называют произведение расхода газа (шихты) на его (ее) теплоёмкость, т.е.

где Wг и Wш — водяные эквиваленты газа и шихты, Вт/К;

Gг и Gш — расход газа и шихты, кг/с или м 3 /с;

сг и сш — теплоёмкость газа и шихты, Дж/(кг • К) или Дж/(м 3 • К).

Соотношение между водяными числами газа и шихты оказывает существенное влияние на теплообмен в шахтных печах. Характерными являются две противоточные схемы теплообмена, представленные на (рисунке 2).

Если водяной эквивалент газового потока больше водяного эквивалента потока шихты, т.е. Wг > Wш, то температура шихты достигает начальной температуры теплоносителя (газа) Т ‘г, а теплоноситель выходит из теплообменника с температурой Т»г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Схема теплообмена в противотоке газа и шихте

В этом случае при сохранении постоянным коэффициента теплопередачи и соотношения водяных эквивалентов по высоте шахтной печи температуру шихты на различных горизонтах шахты можно определять по приближенному уравнению Б.И. Китаева:

где — числовой коэффициент, зависящий от критерия Био; бv — коэффициент теплоотдачи на единицу объёма шихты, Вт/(м 3 • К); f — пористость слоя шихты (доли единицы), равная отношению объёма, незанятого кусками шихты, ко всему объёму; ф — время от начала загрузки, шихты, с; Н — высота положения шихтовых материалов, м.

Когда водяной эквивалент шихты больше водяного эквивалента газа, т.е. Wг > Wш, газы отдают все свое тепло шихте и охлаждаются до температуры поступающей шихты Тш. Однако этого тепла не хватает, чтобы нагреть шихту до начальной температуры газов. Шихта после теплообмена будет недогретой, ее температура Тш будет ниже температуры поступающих в шахту газов Тг.

Читать статью  Технология производства чугуна

Для определения температуры газа на различных горизонтах шахты при этой схеме теплообмена можно использовать второе приближенное уравнение Б.И. Китаева:

Для определения температуры шихты используют уравнение теплового баланса:

Определение коэффициентов теплоотдачи в шахтных печах представляет собой большую сложность, поскольку форма и размер кусков шихты являются крайне неопределенными.

Эта сложность углубляется так же тем, что и расстояние между кусками является весьма неопределенным. Теплообмен от газов к кускам шихты осуществляется тремя видами теплопередачи: конвекцией, теплопроводностью и излучением, с переменным удельным значением каждого вида передачи тепла. Преобладающее значение имеет теплопередача конвекцией, так как расстояние между кусками весьма мало и тепловое излучение невелико.

Всё это вызвало необходимость использовать в расчетах теплообмена в шахтных печах коэффициенты теплоотдачи на единицу объема бv [Вт/(м 3 • К)] и на единицу поверхности бF [Вт/(м 2 • К)], связанные между собой следующим соотношением:

где F — средняя удельная поверхность кусков шихты (м 2 /м 3 ).

Для определения коэффициента теплоотдачи на единицу поверхности кусков могут быть использованы эмпирические уравнения. Одно из таких уравнений, полученное А.Н. Чернятиным, имеет следующий вид

где ш — коэффициент формы, учитывающий потери поверхности в местах контактов между кусками. Для кусков руды ш = 0,86.

Используя выражения (4) и (5), можно найти коэффициенты бF и бv, необходимые для расчетов по уравнениям (2) и (3).

В реальных условиях работы доменной печи наблюдаются отклонения в постоянстве соотношения водяных эквивалентов, вызванные влиянием физико-химических процессов, протекающих в объеме печи.

В условиях работы доменной печи по ее высоте разграничиваются три зоны теплообмена на (рисунке 3): 1) верхняя зона, в которой теплообмен происходит в условиях Wг > Wш и тепло газа используется не полностью; 2) средняя зона, в которой теплообмен происходит вследствие протекающих в ней экзотермических реакций, и 3) нижняя зона (при Wг < Wш), в которой наблюдается самый интенсивный теплообмен.

Эти положения объясняют ряд известных положений, замеченных на практике. Например, тепло нагретого дутья полностью используется в нижней части печи, поскольку здесь Wг < Wш и происходит интенсивный теплообмен; введение кислорода в дутье или уменьшение удельного расхода кокса снижает температуру колошника благодаря тому, что уменьшаются количество газов и Wг.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3. Схема теплообмена в доменной печи

Во всех случаях необходимо производить расчет шихты по методике, т.е. по формулам (1) и (2):

При расчете шихты учитывают угар элементов, который зависит от применяемых материалов, а также от типа печи

3. Показатели работы доменных печей

Основным продуктом доменной плавки является передельный чугун, который в дальнейшем используется для получения стали. Он имеет следующий состав: 3,7 — 4,3% С, 0,3 — 1,0% Si, до 2% Mn, 0,02 — 0,06% S, остальное железо.

Качественный уровень работы доменной печи характеризуется отношением ее полезного объема (м 3 ) к суточной выплавке чугуна (т) и называется коэффициентом использования полезного объема (к. и. п. о.), который обычно колеблется в пределах 0,43 — 0,75. Примерный материальный и тепловой балансы доменной плавки даны в (таблице 1 и 2).

Из теплового баланса видно, что физическое тепло газов используется в доменной печи очень хорошо, а этом отношении доменная печь является весьма совершенным агрегатом. Химически связанное тепло углерода используется не полностью, так как в печи необходимо поддерживать восстановительную атмосферу, поскольку основное назначение доменной печи заключается в восстановлении железа из его оксидов. В результате неполного окисления углерода и водорода влаги в колошниковом газе, кроме СО, содержаться также горючие газы Н2 и СН4. В данном случае сухой колошниковый газ характеризуется теплотой сгорания Q н р = 4477 кДж/м 3 . Следовательно, на 1 кг чугуна с колошниковым газом уходит химической энергии тепла 4477 • 2,684 = 11810 кДж, что составляет приближенно 44% тепла, получаемого при сгорании кокса и природного газа.

С целью экономии дорогостоящего кокса дутье доменной печи нагревают в воздухонагревателях. Еще недавно температура нагрева дутья достигала 873 — 973 К. В последнее время в связи с улучшением физико-химических свойств проплавляемых материалов стало возможным применять высокотемпературное дутье (1723-1473 К). Это позволило уменьшить расход топлива (кокса) на 10 — 15% и более, а также частично заменить кокс природным газом и повысить содержание кислорода в дутье. Применение этих мероприятий позволило увеличить производительность печей.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Тепловой расчет методической печи

Конструкции методических печей. Сухая очистка газов. Применение батарейных циклонов. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне. Расчет горения топлива. Приход тепла в рабочее пространство печи. Технико-экономические показатели работы печи.

Определение параметров колпаковой печи

Расчет колпаковой печи: теплообмена под муфелем при нагреве, температурного поля в рулоне, определение числа печей в отделении, составление теплового баланса. Подбор и расчет оборудования для термической обработки продукции стана холодной прокатки.

Расчёт секционной печи для нагрева труб

Характеристика секционных печей. Особенности теплопередачи, нагрева металла. Теплообмен в рабочем пространстве печи. Нагрев труб в секции. Расчет горения топлива, тепловой баланс печи. Результаты расчета теплового баланса. Размеры и параметры печи.

Работа и конструкция печи

Описание работы и конструкции печи. Тепловой расчет нагрева металла в индукционной печи. Конструктивный, теплотехнический и электрический расчеты. Определение охлаждения индуктора. Техническая характеристика печи с учетом рассчитанных показателей.

Теплотехнический расчет камерной нагревательной печи

Расчет горения топлива. Определение размеров рабочего пространства печи. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве. Расчет времени нагрева заготовок. Уточнение размеров рабочего пространства печи. Тепловой баланс камерной нагревательной печи.

Микроволны и микроволновые печи

Понятие микроволн. Приборы для создания микроволн. Назначение микроволновой печи, история ее создания и развития. Особенности процессов создания микроволн в печи, принцип их деятельности при нагревании пищи. Польза и вред микроволн для человека.

Сжигание топлива при заданных температурных условиях печи

Определение основных параметров процесса сжигания топлива при заданных температурных условиях печи. Режим сжигания, состав и объем продуктов сгорания. Методика и этапы конструирования ограждений печи. Расчет теплового баланса, сожигательного устройства.

  • главная
  • рубрики
  • по алфавиту
  • вернуться в начало страницы
  • вернуться к началу текста
  • вернуться к подобным работам

Теплообмен в доменной печи. Понятие о водяных эквивалентах

Понятие и функциональные особенности, устройство и принцип работы доменной печи. Закономерности и главные этапы процесса теплообмена в ней. Показатели деятельности различных доменных печей, а также определение основных факторов, влияющих на них.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 18.03.2015
Размер файла 258,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Устройство и работа доменной печи

доменный теплообмен печь

Доменная печь предназначена для выплавки чугуна из железных руд и является важнейшим агрегатом чёрной металлургии. Основой технологических процессов, протекающих в доменной печи, являются процессы восстановления окислов железа.

Доменная печь представляет собой высокую шахту круглого сечения (рисунок 1), опирающуюся на железобетонный фундамент обычно многогранной формы. Нижняя часть (подошва) фундамента находиться на глубине 6 — 7 м. Надземная часть фундамента выложена из огнеупорного бетона.

Рисунок 1: 1-колошник; 2-шахта; 3-распар; 4-заплечики; 5-горн; 6-большой конус; 7-кольцевая труба для дутья; 8-фурменный рукав; 9-фурма для дутья; 10-чугунная летка; 11-шлаковая летка; 12-шлаковый желоб; 13-колонна шахты; 14-огнеупорная футеровка; 15-металлическая защита колошника; 16-металлический кожух печи; 17-вертикальный холодильник; 18-горизонтальные коробчатые холодильники; 19-кладка горна; 20-желоб для чугуна и шлака уходящего при выпуске чугуна; 21-скимер (перегородка для отделения шлака от чугуна); 22-перевал; 23-желоб для отвода чугуна; 24-фундамент печи.

Профиль рабочего пространства печи в вертикальном разрезе составляют колошник (верхняя цилиндрическая часть), шахта (верхняя конусная часть), распар (широкая цилиндрическая часть), заплечики (нижняя конусная часть) и горн (нижняя цилиндрическая часть).

Футеровка колошника защищена металлическими кольцами, собранными из сегментов, от ударного и истирающего действия кусков шихты, падающих с большого конуса засыпного аппарата. Шахту, распар и заплечики футеруют высококачественным шамотным кирпичом, а горн и лещадь (под печи) — высокоглиноземистым кирпичом или углеродистыми блоками. Футеровку нижней части шахты, а также распара, заплечиков, горна и лещади охлаждают водяными холодильниками.

Кладка шахты заключена в цельносварной стальной кожух. Внизу, на уровне перехода шахты к распару, кожух заканчивается опорным кольцом, которое поддерживается колоннами со специальными опорами, передающими нагрузку на несущую плиту фундамента. Горн также опоясан сварным стальным кожухом.

Горячее дутье от воздухонагревателей через футерованный воздухопровод поступает в футерованную кольцевую трубу. Из кольцевой трубы воздух направляется в футерованные рукава и через медные водоохлаждаемые фурмы, расположенные в верхней части горна по окружности, поступает в доменную печь. Фурмы вставлены в конические холодильники, которые входят в амбразуры, плотно прилегающие к кожуху печи.

Читать статью  Производство чугуна. Марки чугуна. Технология производства

В нижней части горна на высоте 600 — 1000 мм от лещади расположены одна или две чугунные летки — каналы для периодического выпуска чугуна и шлака. Шлак отделяют от чугуна в желобе при помощи перевала и перегородки (скимера). В промежутках между выпусками чугуна отверстие летки забивают огнеупорной массой при помощи специального устройства — электрической поршневой пушки.

На высоте 1400-1600 мм от чугунной летки под некоторым углом друг к другу расположены две шлаковые летки, через которые выпускают шлак. Шлаковая летка состоит из полой медной водоохлаждаемой фурмы, которая входит в конический медный холодильник, вставленный в чугунный холодильник, вставленный в чугунный холодильник со змеевиком. Отверстие шлаковой летки закрыто специальным стопором со стальной пробкой.

Доменную печь загружают шихтой сверху через специальный засыпной аппарат. Он состоит из большого конуса с воронкой, перекрывающего колошник печи, и малого конуса с вращающейся приемной воронкой. Такая конструкция засыпного аппарата позволяет равномерно распределять материал на окружности колошника и устраняет потери газов в атмосферу. Загрузку шихты в доменную печь осуществляют послойно.

Процесс развития доменного производства идет в направлении повышения содержания железа в рудном сырье, снижения расхода топлива и частичной замены природным газом (реже мазутом) дефицитного топлива, которым является кокс. Увеличиваются также размеры доменных печей. Полезные объемы доменных печей достигают 5000 м 3 .

Повышение содержания железа в рудном сырье, ведущее к уменьшению количества шлака, снижает затраты физического тепла на нагрев и плавление составляющих шлака, приводит к разогреву низа печи и позволяет снизить расход топлива. Снижение расхода топлива увеличивает в свою очередь экономичность и производительность печи.

В настоящее время в качестве рудной части шихты используют агломерат — продукт обогащения железной руды спеканием измельченной руды, железного концентрата, колошниковой пыли и флюсов.

Весьма перспективным является применение окатышей — продукта окомкования и обжига железного концентрата.

Основным видом топлива в доменной печи является кокс. В качестве дополнительного топлива используется природный газ, который подаётся через фурмы.

Раскаленные газы, получающиеся в области фурм в результате горения опускающегося кокса до СО и вдуваемого природного газа до СО и Н2, продуваются (фильтруются) через столб кусковых материалов под действием напора, создаваемого воздуходувками. Загружаемые через засыпной аппарат рудное сырьё и кокс постепенно нагреваются и теряют влагу и летучие. При использовании флюсов и сырых руд происходят также процессы разложения карбонатов. Железорудное сырьё восстанавливается. Высший окисел Fe2O3 превращается в железо последовательно через промежуточные окислы. Процесс восстановления осуществляется практически по всей высоте печи, но заканчивается выше уровня фурм до поступления составляющих рудного сырья в зону горения. Восстановителями служат компоненты газа (СО и Н2), окисляющиеся в процессе восстановления до СО2 и Н2О.

Процесс восстановления железа складывается из реакций

доменный теплообмен печь

FeO + CO = Fe + CO2

Такой процесс требует затраты углерода и поглощает большое количество (156,64 МДж/моль) тепла.

При высоких температурах, достигаемых после расплавления и разделения составляющих рудной части шихты на металл и шлак, получают некоторое развитие эндотермические процессы прямого восстановления кремния и марганца, а также процесс науглероживания железа. Эти процессы осуществляются при стекании струй чугуна и шлака через слой кокса (коксовую постель), выполняющего роль фильтра, пропускающего расплавы и газы и преграждающего путь ещё не расплавленным или полурасплавленным кускам рудных материалов.

Читайте также 1.7 Основные физико-химические процессы доменной плавки.

Окись углерода, которая образуется по реакциям (1) и представляет собой основную горячую составляющую доменного (колошникового) газа, удаляется из печи с температурой примерно 650 К и используется в дальнейшем для отопления доменных печей.

Для отвода газа в куполе печи предусмотрены четыре боковых восходящих газоотвода. Вертикальные участки газоотводов соединены попарно в два газоотвода, переходящих в один нисходящий газоотвод, который входит сверху по оси в первичный пылеуловитель. Газоотводы футерованы шамотным кирпичом.

2. Теплообмен в доменных печах

В доменной печи шихта двигается сверху вниз, а раскаленные газы двигаются снизу вверх. Таким образом, осуществляется противоток газа и шихты. Характер теплообмена между газом и кусками шихты зависит от соотношения из водяных эквивалентов. Водяным эквивалентом газа (шихты) называют произведение расхода газа (шихты) на его (ее) теплоёмкость, т.е.

где Wг и Wш — водяные эквиваленты газа и шихты, Вт/К;

Gг и Gш — расход газа и шихты, кг/с или м 3 /с;

сг и сш — теплоёмкость газа и шихты, Дж/(кг • К) или Дж/(м 3 • К).

Соотношение между водяными числами газа и шихты оказывает существенное влияние на теплообмен в шахтных печах. Характерными являются две противоточные схемы теплообмена, представленные на (рисунке 2).

Если водяной эквивалент газового потока больше водяного эквивалента потока шихты, т.е. Wг > Wш, то температура шихты достигает начальной температуры теплоносителя (газа) Т ‘г, а теплоноситель выходит из теплообменника с температурой Т»г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Схема теплообмена в противотоке газа и шихте

В этом случае при сохранении постоянным коэффициента теплопередачи и соотношения водяных эквивалентов по высоте шахтной печи температуру шихты на различных горизонтах шахты можно определять по приближенному уравнению Б.И. Китаева:

где — числовой коэффициент, зависящий от критерия Био; бv — коэффициент теплоотдачи на единицу объёма шихты, Вт/(м 3 • К); f — пористость слоя шихты (доли единицы), равная отношению объёма, незанятого кусками шихты, ко всему объёму; ф — время от начала загрузки, шихты, с; Н — высота положения шихтовых материалов, м.

Когда водяной эквивалент шихты больше водяного эквивалента газа, т.е. Wг > Wш, газы отдают все свое тепло шихте и охлаждаются до температуры поступающей шихты Тш. Однако этого тепла не хватает, чтобы нагреть шихту до начальной температуры газов. Шихта после теплообмена будет недогретой, ее температура Тш будет ниже температуры поступающих в шахту газов Тг.

Для определения температуры газа на различных горизонтах шахты при этой схеме теплообмена можно использовать второе приближенное уравнение Б.И. Китаева:

Для определения температуры шихты используют уравнение теплового баланса:

Определение коэффициентов теплоотдачи в шахтных печах представляет собой большую сложность, поскольку форма и размер кусков шихты являются крайне неопределенными.

Эта сложность углубляется так же тем, что и расстояние между кусками является весьма неопределенным. Теплообмен от газов к кускам шихты осуществляется тремя видами теплопередачи: конвекцией, теплопроводностью и излучением, с переменным удельным значением каждого вида передачи тепла. Преобладающее значение имеет теплопередача конвекцией, так как расстояние между кусками весьма мало и тепловое излучение невелико.

Всё это вызвало необходимость использовать в расчетах теплообмена в шахтных печах коэффициенты теплоотдачи на единицу объема бv [Вт/(м 3 • К)] и на единицу поверхности бF [Вт/(м 2 • К)], связанные между собой следующим соотношением:

где F — средняя удельная поверхность кусков шихты (м 2 /м 3 ).

Для определения коэффициента теплоотдачи на единицу поверхности кусков могут быть использованы эмпирические уравнения. Одно из таких уравнений, полученное А.Н. Чернятиным, имеет следующий вид

где ш — коэффициент формы, учитывающий потери поверхности в местах контактов между кусками. Для кусков руды ш = 0,86.

Используя выражения (4) и (5), можно найти коэффициенты бF и бv, необходимые для расчетов по уравнениям (2) и (3).

В реальных условиях работы доменной печи наблюдаются отклонения в постоянстве соотношения водяных эквивалентов, вызванные влиянием физико-химических процессов, протекающих в объеме печи.

В условиях работы доменной печи по ее высоте разграничиваются три зоны теплообмена на (рисунке 3): 1) верхняя зона, в которой теплообмен происходит в условиях Wг > Wш и тепло газа используется не полностью; 2) средняя зона, в которой теплообмен происходит вследствие протекающих в ней экзотермических реакций, и 3) нижняя зона (при Wг Читайте также Теплотехника доменного процесса китаев

С целью экономии дорогостоящего кокса дутье доменной печи нагревают в воздухонагревателях. Еще недавно температура нагрева дутья достигала 873 — 973 К. В последнее время в связи с улучшением физико-химических свойств проплавляемых материалов стало возможным применять высокотемпературное дутье (1723-1473 К). Это позволило уменьшить расход топлива (кокса) на 10 — 15% и более, а также частично заменить кокс природным газом и повысить содержание кислорода в дутье. Применение этих мероприятий позволило увеличить производительность печей.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Конструкции методических печей. Сухая очистка газов. Применение батарейных циклонов. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне. Расчет горения топлива. Приход тепла в рабочее пространство печи. Технико-экономические показатели работы печи.

курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.04.2014

Расчет колпаковой печи: теплообмена под муфелем при нагреве, температурного поля в рулоне, определение числа печей в отделении, составление теплового баланса. Подбор и расчет оборудования для термической обработки продукции стана холодной прокатки.

курсовая работа [68,2 K], добавлен 06.12.2012

Характеристика секционных печей. Особенности теплопередачи, нагрева металла. Теплообмен в рабочем пространстве печи. Нагрев труб в секции. Расчет горения топлива, тепловой баланс печи. Результаты расчета теплового баланса. Размеры и параметры печи.

курсовая работа [377,3 K], добавлен 07.08.2013

Читать статью  Как сделать доменную печь в домашних условиях?

Описание работы и конструкции печи. Тепловой расчет нагрева металла в индукционной печи. Конструктивный, теплотехнический и электрический расчеты. Определение охлаждения индуктора. Техническая характеристика печи с учетом рассчитанных показателей.

контрольная работа [68,0 K], добавлен 17.07.2010

Расчет горения топлива. Определение размеров рабочего пространства печи. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве. Расчет времени нагрева заготовок. Уточнение размеров рабочего пространства печи. Тепловой баланс камерной нагревательной печи.

курсовая работа [126,0 K], добавлен 06.11.2015

Понятие микроволн. Приборы для создания микроволн. Назначение микроволновой печи, история ее создания и развития. Особенности процессов создания микроволн в печи, принцип их деятельности при нагревании пищи. Польза и вред микроволн для человека.

презентация [1,3 M], добавлен 07.02.2012

Определение основных параметров процесса сжигания топлива при заданных температурных условиях печи. Режим сжигания, состав и объем продуктов сгорания. Методика и этапы конструирования ограждений печи. Расчет теплового баланса, сожигательного устройства.

Теплообмен в доменной печи. Понятие о водяных эквивалентах

Отправные положения для объяснения процессов и механизма восстановления оксидов любых металлов разработаные акад. Байковым. Суть его теории сводится к двум основным принципам:

1) процесс восстановления от высшей степени оксиленности металла к нулевой протекает последовательно путем постепенного понижения валентности металла и через образование его промежуточных более низших окислов;

2) процесс восстановления, осуществляемый одновременно воздействием нагрева и восстановителя , представляет собой совокупность двух одновременно совершающихся превращений: диссоциации окисла и соединения кислорода с восстановителем с образованием нового окисла с меньшей в данных условиях упругостью диссоциации.

Порядок последовательного протекания диссоциационно-адсорбционного механизма:

1) диссоциациия оксидов металлов и образование на поверхности частиц оксидов хемосорбированных и адсорбированных подслоев собственного кислорода;

2) электронная эмиссия на поверхности твердых редукционных реагентов (С) и выделение или изменение орбиталей валентных электронов на молекулах газовых редукционеров, адсорбированных на наружную поверхность оксидных частиц;

3) перенос электронов от доноров — редукционных реагентов к акцептору — диссоциированному адсорбированному и хемосорбированному кислороду , образование противоположно заряженных ионов.

4) возникновение электростатических сил притяжения между ионами, вызывающих сближение их и образование нейтральной молекулы газа;

5) сопоставление упругостей диссоциации оксидов метлла и оксидов образующихся молекул газа.

Дальнейшее изменение состава и количества газов будет зависеть от дополнительных факторов, например, избытка углерода.

Распределение температур в слое шихты является одним из важнейших условий, которое определяет процесс доменной плавки. Распределение температур в слое шихты целиком зависит от теплообмена между газом-теплоносителем и шихтой.

Основное тепло выделяется в горне печи в процессе горения топлива. Выделяющееся тепло не может быть полностью освоенным нижней частью печи, и значительная доля тепла передается в верхние зоны. В условиях доменной плавки теплоносителем является газ, который образуется у фурм печи. Поглотителями тепла являются твердая шихта и расплавы чугуна и шлака.

Теплопередача в слое кусковых материалов шихты осуществляется конвекцией, излучением и теплопроводностью. Конвекция — основной вид теплопередачи от газов к твердым материалам (она имеет преобладающее значение в передачи тепла от газов кускам шихты, так как расстояние между кусками весьма мало и тепловое излучение невелико). Излучение играет большую роль в зоне фурм, где развивается высокая температура в результате горения топлива. Теплопроводность имеет место при прогреве куска материала шихты от поверхности к центру.

Теплообмен в различных зонах печи протекает по-разному. Согласно современной теории теплообмена, в доменной печи существуют три ступени теплообмена: верхняя (теплообмен происходит в условиях > Wm и тепло газа используется не полностью), нижняя ^г Читайте также Доменный процесс получения чугуна

Водяной эквивалент — количество тепла, необходимое для изменения температуры данного потока на 1 градус.

Если водяной эквивалент газового потока больше водяного эквивалента потока шихты, то есть Wг > Wrn, то температура шихты достигает начальной температуры теплоносителя (газа) Т’г, а теплоноситель выходит из теплообменника с температурой Т»г.

image008

Когда водяной эквивалент шихты больше водяного эквивалента газа, то есть Wrn > W^ газы отдают все свое тепло шихте и охлаждаются до температуры поступающей шихты Тш. Однако этого тепла не хватает, чтобы нагреть шихту до начальной температуры газов. Шихта после теплообмена будет недогретой, ее температура Тш будет ниже температуры поступающих в шахту газов Тг.

50. Теплообмен в доменной печи.

Распределение температур в слое шихты является одним из важнейших условий, определяющих ход доменной плавки. В свою очередь температурное поле в слое зависит от теплообмене между газом-теплоносителем и шихтой. Тепло, выделяющееся в горне доменной печи, не может быть усвоено только ее нижней частью. Значительная доля тепла передается в верхние зоны, обусловливая высокую степень использования тепла в доменной печи. Во всех случаях теплоносителем является газ, образующийся у фурм печи, а поглотителем тепла – твердые или жидкие материалы. Кокс – основной источник тепла.

Теплопередача в слое кусковых материалов – сложное явление. Нагрев кусков в доменной печи осуществляется конвекцией, излучением и теплопроводностью, причем конвекция – основной тип теплопередачи от газа к материалам, по крайней мере в зоне умеренных температур. Излучение играет значительную роль в зоне фурменных очагов. Теплопроводность имеет место при прогреве куска материала от поверхности к центру.

В отличие от простого случая нагрева в доменной печи имеют место такие сложные явления, как эндотермические и экзотермические реакции, плавление материалов; определенное значение имеют тепловые потери. Для учета этих явлений Б.И. Китаевым введено понятие «кажущейся» удельной теплоемкости, под которой понимают количество тепла, необходимое для охлаждения или нагрева единицы потока вещества на 1 при протекании в потоке необходимых для нориального ведения плавки превращений и с учетом потерь.

— водяной эквивалент – кол-во тепла необходимое для изменения потока на 1

W’=W(1+qp/(W+dt/dτ)) для Wш и W’=W(1-qп/(W+dt/dτ)) для Wг

эффективность теплообмена зависит от отношения тепловых эквивалентов( )

Существует 2 зоны верхняя(m 1)

htmlconvd cQLEk2 html 57e6509194de20f2

Разложени известняка, плавление, прямое восстановление – все это увеличивает

Никогда Ткг = Тшихты или окружающей среды. Важно уменьшить Ткг.

При малой теплопроводности кусков нагрев лимитируется внутренним теплообменом, а при высокой – внешним

51. Тепловые балансы и показатели тепловой работы печи.

Тепловой баланс плавки характеризует количество тепла затраченное на производство 1 кг чугуна. Поэтому тепловой баланс основан на материальном балансе плавки.

Существуют различные способы составления теплового баланса. Наиболее распространенным является первый способ, или способ диссоциаций, построенный на предположении, что реакции компонентов шихты с восстановителями (твердым углеродом, оксидом углерода, водородом) протекают в две стадии. На первой происходит диссоциация оксида с переводом кислорода в газовую фазу; тепловой эффект реакции при этом отрицательный. На второй стадии взаимодействия имеет место окисление восстановителя, сопровождающееся положительным тепловым эффектом.

Преимуществом этого метода теплового баланса является упрощение расчетов, поскольку все реакции первой стадии всегда связаны с расходными статьями баланса, а второй – приходными. Однако разделение реакций на две стадии соответственно увеличивают общую величину приходных и расходных статей баланса, что придает ему условный вид, потому что общая сумма баланса не отвечает действительному расходу тепла на процессы.

Приход тепла в случае перовго метода:

тепло окисления углерода, доходящего до фурм, кислородом дутья, до оксида углерода

тепло окисления углерода прямого восстановления ксилорода шихты.

Тепло окисления CO кислородом руды.

Тепло неполного горения ПГ, мазута или других добавок

Физическое тепло дутья

Тепло окисления водорода кислородом шихты

Другие источники тепла(физический нагрев шихты, тепло выделяемое при образовании шлака)

диссоциация восстанавливаемых оксидов

Перевод серы в шлак

Испарение влаги шихты

Разложение влаги дутья и гидратной воды

Тепло на нагрев чугуна

Тепло на нагрев шлака

Тепло отходящих газов

Второй способ составления теплового баланса имеет дело с действительным расходом тепла на плавку и отличается от первого содержанием статей прихода и расхода тепла. Действительно, ряд статей прихода тепла, рассчитанных по первому способу, является фиктивным. В печи не выделяется тепло от окисления углерода прямого восстановления, догорания оксида углерода и пр. Подобное допущение оправдывается соответствующим увеличением расхода тепла (на диссоциацию оксидов, разложение СО2 флюса и др.). Таким образом, баланс в целом не нарушается, но он не соответствует действительному расходу тепла на процесс.

В расчете по второму способу это допущение исключается и каждая химическая реакция, имеющая место в печи, рассчитывается отдельно.

Так же существует зональный тепловой баланс. Т.к. теплопередача в верхней и нижней зонах доменной печи подчиняется различным закономерностям, а общий тепловой баланс не позволяет определить лимитирующую в тепловом отношении зону доменной печи. Разделяют 4 зоны: 1) происходит горение кокса, дошедшего до фурм, и горение углерода ПГ 2) плавление чугуна и шлака, восстановление трудновосстановимых элементов. 3) окончательно восстанавливаются оксиды железа монооксидом углерода, водородом и твердым углеродом,, разлагаются карбонаты. 4) Оксиды железа восстанавливаются монооксидом углерода и водородом. Расчет ведется на 1кг чугуна.

Показатели тепловой работы печи.

Тепловой коэффициент полезного действия доменной печи Кт. Для его вычисления требуется классифицировать статьи теплового баланса плавки с точки зрения «полезного» и «неиспользуемого в печи» тепла. Все затраты тепла на совершаемые в печи процессы составляют полезное тепло. К ним относятся расход тепла не только на восстановление оксидов, нагрев чугуна и шлака, но и на разложение карбонатов и гидратов, перевод серы в шлак и пр. К неиспользуемому в печи теплу следует отнести унос тепла колошниковым газом и тепловые потери.

Коэффициент использования углерода в печи Кс, представляющий собой отношение тепла, полученного от окисления углерода до СО и СО2, к теплу, которое выделилось бы при полном окислении углерода до СО2.

Похожие записи:

  1. Схема технологического процесса доменного цеха ОАО «ММК»
  2. Устройство и принцип работы доменной печи
  3. Теплотехника доменного процесса китаев
  4. Основные физико-химические процессы получения чугуна в современных доменных печах

Источник https://otherreferats.allbest.ru/physics/00527094_0.html

Источник https://enersb.ru/domennaya-pech/teploobmen-v-domennoj-pechi-ponyatie-o-vodyanyh-ekvivalentah/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *