烧结热平衡计算 1.docx

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烧结热平衡计算1

设计题目：

烧结热平衡计算

设计原理：

烧结是粉料造块最重要的工艺方法。

烧结是粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。

烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。

烧结过程的热量收入有煤气的化学热及物理热，点火助燃风的物理热，固体燃料燃烧的化学热，返回料的化学热，混合料、铺底料及烧结空气的物理热和烧结过程的化学反应热。

烧结过程的热支出包括混合料物理水蒸发耗热，化合水、石灰石及矿石分解耗热，烧结矿物理热及其它热损失。

为了评价烧结机的热利用水平，确定烧结机热效率等技术经济指标，明确节能方向，必须进行烧结过程的热平衡计算。

设计过程:

烧结热平衡计算主要以下几个步骤组成：

热量收入项的计算，热量支出项预算，热量收入和热量支出平衡。

1.热量收入项的计算

烧结过程的热量收入有煤气的化学热及物理热，点火助燃风的物理热，固体燃料燃烧的化学热，返回料的化学热，混合料、铺底料及烧结空气的物理热和烧结过程的化学反应热。

各项的计算方法如下：

（1）煤气点火化学热q1

q1=VdQsDW千焦/吨

式中Vd———煤气消耗量，米3/吨烧结矿；

Q3DW———湿煤气低发热值，千焦/米3；

QsDW=4.2×（30.3CO3+25.8Hs2+85.7CHs4+152C2Hs6+56H2Ss+143C2Hs4+……）

式中COs、Hs2———煤气中各湿成分体积含量%。

可按下式计算

ZsZggm

式中Zs,Zg———煤气中任意湿成分及对应的干成分的体积含量,%;

gm———干煤气中水分的含量，克/米3。

（2）煤气点火物理热q2.

q2=BCrtr千焦/吨

B=Vd,cr=0.0l（Cco•COs+CH2•Hs2+……）千焦/米3•℃

式中Cco,CH2———湿煤气中CO,H2……等成分的平均比热容。

（3）点火助燃及保温带入热量q3.

q3=Lsn•ck•tdk千焦/吨

式中ck———助燃空气0—tk℃间的平均比热容，千焦/米3℃

tdk———助燃空气温度,℃.

（4）固体燃料的化学热q4.

q4=Gs•QyDW千焦/吨

式中QyDW———固体燃料低发热值，千焦/千克。

（5）高炉灰或高炉返矿残碳化学热q5.

q5=4.2×79.8G5Cg千焦/吨

式中Cg———残留固定碳,%

（6）混合料的物理热q6.

q6=Gh•ch•th+Gw•cw•th千焦/吨

式中ch、cw———干混合料及水在0---th间的平均比热容，千焦/千克•℃;

th———混合料的温度。

（7）铺底料带入物理热q7.

q7=G8csktp千焦/吨

式中csk,tp———铺底料在0---tp℃之间的平均比热容及实际温度。

（8）化学反应热q8.

q8=Q8-1+Q8-2+Q8-3+……,千焦/吨

1）混合料中硫化物：

Q8-1=1.871×4.2×165i×G′1S′

式中G′1S′———成品烧结矿残留的硫量，千克/吨；

4.2×165i———每千克FeS2完成氧化所需热量，千焦/千克FeS2;

1.871———S换算成FeS2的比值。

2）氧化亚铁氧化放热:

Q8-2=4.2×467×1.123×G′1FeO′×G′1S′

式中G′1FeO′,G′1S′———烧结矿中残留的FeO,S量，千克/吨；

4.2×467,1.123———每千克FeO氧化成Fe2O3的放热量及硫换算成FeO的系数（72/64.2）

3）成渣热：

Q8-3=G5ΔHiPi

式中G5———高炉返矿量，千克/吨；

ΔHi———生成某种矿物的放热量，千焦/千克矿物；

Pi———生成某种矿物的含量,%。

成渣热一般可估计为总热量收入的3%。

（9）烧结过程中空气带入物理热q9.

q9=Q9-1+Q9-2千焦/吨

1）烧结用空气带入物理热：

Q9-i=Vyk•ck•tk千焦/吨

式中tk———空气温度；

ck———0～tk间空气的平均比热容，千焦/米3•℃.

2）烧结过程漏风物理热：

Q9-2=VLK•CK•tk千焦/吨

式中VLK———烧结机漏入空气量。

（10）收入总热量。

ΣQ=q1+q2+……+q9千焦（吨

此外，热平衡计算方法中的固体燃料燃烧放热按下式计算：

q4=4.2×（0.8C•7986+0.2C•2340）千焦/吨

式中C———固体燃料中含碳量，千克/吨。

此时不应再计算废气带出的化学热。

此外除了点火煤气固体燃料的化学热及烧结过程的化学反应放热外，其它放热量都很少，因而在一般烧结热平衡计算中都忽略不计。

2.热量支出项预算

烧结过程的热支出包括混合料物理水蒸发耗热，化合水、石灰石及矿石分解耗热，烧结矿物理热及其它热损失。

（1）混合料物理水蒸发热q′1.

q′1=4.2×595Gw

式中Gw———混合料含水量，千克/吨；

4.2×595———水在100℃下的汽化热，千焦/千克。

（2）结晶水分解热q′2.

q′2=Q′2-1+Q′2-2千焦/吨

1）消石灰的分解热Q′2-1=4.2×354Gxβx:

式中4.2×354———消石灰分解热，千焦/千克；

Gx———消石灰用量，千克/吨；

βx———消石灰中实际Ca（OH）2量，%。

2）含水矿物的分解热

Q′2-2=GK•Rw•qw:

式中Gk———含水矿物的质量，千克/吨；

Rw———含水矿结晶水含量,%;

qw———每千克结晶水分解热，千焦/千克水。

（3）碳酸盐分解热q′3.

q′3=Q′3-1+Q′3-2千焦/吨

1）熔剂中碳酸盐分解热：

Q′3-1=4.2×763（G3•CaO+G4•CaO′）+4.2×602（G3MgO+G\-4MgO′）千焦/吨

式中4.2×763,4.2×602为CaO3及MgCO3的分解热，千焦/千克CaO,MgO;

CaO、MgO为石灰石中含CaO、MgO量，%；

CaO′、MgO′为白云石中含CaO、MgO量，%。

2）矿石为菱铁矿时的分解热：

Q′3-2=4.2×154.6Gks•mFeCO3千焦/吨

式中4.2×154.6———每千克菱铁矿（FeCO3）的分解千焦/千克FeCO3

（4）烧结饼物理热q′4.

q′4=GBlcskltBl+GB2•csk2tB2+……GBn•cskntBn千焦/吨

式中GBl,GB2———每层烧结饼量，千克/吨；

csk1,csk2———各层烧结饼在各层平均温度tB1、tB2……tB2时在0～tBi间的平均比热容，

千焦/千克℃;

tB1、tB2———tB1:

各层烧结饼的平均温度,℃。

1）热烧结矿厂：

q′4=Q′4-1+Q′4-2+Q′4-3

Q′4-1=G′1csktsk千焦/吨

式中csk———温度从0---tsk间烧结矿的平均比热容；

tsk———烧结矿平均温度；

G′1———热烧结矿产量（G′1=1000千克）。

Q′4-2=G7acsk•trf千焦/吨式中csk———热返矿在0℃～trf间的平均比热，千焦/千克℃；

trf———热返矿的平均温度，℃；

G7a———热返矿量，千克/吨；

Q′4-3=其它热损包括机尾破碎筛分设备散热和炉尘。

废气带走热。

2）冷烧结矿厂：

烧结饼的物理热包括热返矿的物理热Q′4-2及烧结矿物理热Q′4-1。

后者包括冷烧结矿物理热Q′4-1-1、冷返矿的物理热Q′4-1-2、铺底料的物理热Q′4-1-3，冷却废气带走的物理热Q′4-1-4，其它热损失Q′4-1-5，即冷却设备及筛分设备等散热，其计算如下：

Q′4-1-1=Q′1csktsk千焦/吨

式中Q′1———对冷烧结矿厂为1000千克；

Q′4-1-2=G7cCsktLK千焦/吨

式中G7c———冷返矿量，千克/吨

csk———冷返矿从0---tLK之间的平均比热千焦/千克℃。

Q′4-1-3=G8Csktpk千焦/吨

式中tpk———铺底料（冷筛分处后）的平均温度，℃；

Q′4-1-4=VL1CLftLy千焦/吨

式中tLf———冷却废气的平均温度，℃；

Q′4-1-5=冷却设备及筛分设备等散热。

Q′4-1-5=Q′4-1-（Q′4-1-1+Q′4-1-2+Q′4-1-3+Q′4-1-4）千焦/吨

3）对于机上冷却的烧结矿

Q′4-1=（Q′4-1-1+Q′4-1-2+Q′4-1-3+Q′4-1-4）+Q′4-3千焦/千克

式中Q′4-3———机上冷却机冷却带走废气物理热量，按下式计算，

Q′4-3=VL•ck•tL千焦/吨

式中VL———冷却带废气总量，米3/吨；

ck———冷却废气从0---tL℃间的平均比热容，千焦/米3℃；

tL———冷却废气的温度，℃。

（5）烧结废气带出的物理热q′5.

q′5=Vsfcftf千焦/吨

式中Vsf———烧结废气总量，米3/吨；

cf———烧结湿废气从0---tf℃间的平均比热容，可按下式计算：

cf=0.01（c′CO2•COs2′+c′H2O•H2Os′+c′N2•NS2′+……）千焦/米3•℃

式中COs′2′,H2Os′,Ns′2———废气中相应成分体积含量，%；

c′CO2、c′H2O、c′N2———废气中相应成分从0---tf℃间平均比热容，千焦/米3•℃

tf———废气的温度，℃。

（6）化学不完全燃烧热损失q′6.

按废气中可燃气体含量计算

q′6=Vs′of（30.2COs′+25.8Hs′2′+85.7CHs′4+……）×4.2千焦/吨

COs′2、H2Os′、N#s′2———废气中相应成分体积含量，%；

按固体燃料的挥发分和废气中CO含量计算

q′6=G6（Q′dw-81.0Cfg）×4.2+Vsf（30.2COS′）×4.2千焦/吨

式中cfg———固体燃料中分析基固定碳含量，%；

81.0×4.2———用无烟煤时碳的发热量，用焦粉时为79.8×4.2

（7）烧结矿残碳化学损失q′7

q′7=4.2×79.8G′1Cc千焦/吨

式中Cc———烧结矿中残留固定碳,%

（8）主要热损失q′8=Q′8-1+Q′8-2+Q′8-3+……千焦/吨

1）点火保温炉表面散热Q′8-1

Q′8-1=TPA1q1+TPA2q2+……+TPAnqn

式中т———计算散热时间，按т=ι小时计；

P———烧结机台时产量，吨/时；

A1……An———点火保温炉各表面积，米2；

q1……qn———各散热面综合散热系数，按下式计算：

Q′8-2=AεatBitkad

式中εa———点火保温炉各表面的黑度；

tBi———点火保温炉每个散热面的平均温度，℃；

tk———环境温度（te）;

ad=A（tBi-te）1/4千焦/米•时•℃

A———系数，散热面向上A=2.8,向下A=1.5,垂直A=2.2,

当风速Wf＜5米/秒时,ad=4.2×（5.3+3.6wf）千焦/米•时•℃

＞5米/秒时,ad=4.2×（6.47Wf0.73）千焦/米•时•℃

2）出点火保温炉烧结饼表面散热Q′8-2:

Q′8-3=AiтPεbtBi

式中εb———烧结饼表面黑度（测定值）；

tBi———某一段烧结饼表面平均温度；

Ai———某一段烧结饼表面积，米2；

т———计算时间ι小时；

P———烧结机台时产量，吨/时。

（9）冷却水带走物理热Q′9.

q′9=GWL×cWL×Δtw千焦/吨

式中GwL———点火炉冷却水耗量，千克/吨；

Δtw———冷却水出口及进口温度差,℃。

（10）烧结台车回车道散热损失q′10.

q′10=Qx-QB

式中Qx、QB———烧结台车在卸矿处及布料处的物理热，按下式计算：

Qx=Gtc•ctc•ttc+GtB•ctB•ttB千焦/吨

QB=Gct•c′tc•t′tc+GtB•c′tB•t′tB千焦/吨

式中Gtc,GtB———1吨烧结矿需要通过的台车车体和台车箅条的质量，千克/吨。

ttc,ttB和t′tc,t′tB为卸矿和布料处台车车体和台车箅条温度，℃。

（11）差值Δq=Σq-Σq′千焦/吨

允许相对误差规定为±5%,即

︱Δq/Σq︱×100%≤5%

（12）热量总支出Σq′=q′1+q′2+q′3+……q′10+Δq千焦/吨

3.热量收入和热量支出平衡

若ΣQ=ΣQ′,则热量收入和热量支出平衡。

参考文献：

[1]杨双平.《冶金课程工艺设计计算（炼铁部分）》.冶金工业出版社.

[2]刘竹，李永清，高泽平.《炼铁原料》.化学工业出版社.

[3]袁熙志.《冶金工业过程设计》.冶金工业出版社.

[4]王筱留.《钢铁冶金学》.冶金工业出版社.

[5]周传典.《高炉炼铁生产技术手册》.冶金工业出版社.