Исследование количества тепловыделения в слое агломерационной шихты

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

20. Басманов, А. Е. Взаимодействие водяной струи со стенкой резервуара при его охлаждении в условиях пожара [Текст] / А. Е. Басманов, А. А. Михайлюк // Проблемы пожарной безопасности. — 2009. — Вып. 25.- С. 14−19.
21. Мойка грузовых танков и топливных цистерн танкеров. Типовая технология, технические требования: РТМ31. 2006−78 [Текст] / Официальное издание, 1980. — 78 с.
22. Системы подогрева жидких грузов морских нефтеналивных судов. Правила и нормы проектирования: РД5. 5524−82 [Текст] / Официальное издание, 1984. — 105 с.
Отримаш залежностi, як дозволяють встановити ктьтсть тепловог енерги, що видшяеться та спожи-ваеться в одиничному об'-eмi сткаемог шихти по висотi шару вiд середнього дiаметру часток матерiалу.
Наведет рiвняння для обчислення кiлькостi тепловог енерги, що видшяеться та споживаеться одинич-ним об'-емом при гортш часток палива й екзо- та ендо-термiчних реакцш, що протшають в ньому
Ключовi слова: середнш дiаметр шихти, теплова енергiя, барабанний живильник, агломерация, сегрегация, полидисперсна шихта
Получены зависимости, позволяющие определить количество выделяемой и поглощаемой тепловой энергии в единичном объеме спекаемой шихты по высоте слоя от среднего диаметра частиц материала.
Представлены уравнения, позволяющие вычислить количество тепловой энергии, выделяемой и поглощаемой в единичном объеме при горении частиц топлива и протекающих в нем экзо- и эндотермических реакций
Ключевые слова: средний диаметр шихты, тепловая энергия, барабанный питатель, агломерация,
сегрегация, полидисперсная шихта
-? ?-
УДК 669. 162. 1
Р01: 10. 15 587/1729−4061. 2014. 29 214|
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В СЛОЕ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ
А. С. Мных
Кандидат технических наук, доцент Кафедра электротехники и энергетического менеджмента Запорожская государственная инженерная академия пр. Ленина, 226, г. Запорожье, Украина, 69 007 Е-mail: mnikh. a@yandex. ua
1. Введение
Основным способом окускования мелких железных руд и железорудных концентратов является агломерация методом просасывания. Благодаря сравнительной простоте технологии, высокой производительности ленточных агломерационных машин, сравнительно высокому качеству получаемого продукта этот способ нашел самое широкое распространение во всей мировой практике производства черных металлов из железных руд.
Агломерация является термическим процессом подготовки железорудного сырья к металлургическому переделу, в котором сочетаются потребление дорогостоящего твердого и газообразного топлива. Спекание материала сопровождается процессами нагрева и плавления шихты, горения топлива, разложения гидратов и карбонатов, окисления и восстановления окислов, которые протекают в небольшой по высоте части слоя — зоне горения, которая непрерывно перемещается в направлении колосниковой решетки.
Нагрев шихты в каждом элементарном слое происходит как за счет теплопередачи от вышележащих слоев, так и за счет тепла, выделяющегося при горении частиц твердого топлива и экзотермических реакций
в рассматриваемом единичном объеме слоя. Тепло, аккумулированное в этом объеме, расходуется на нагрев и оплавление частичек шихты, а также на протекание эндотермических реакций (разложение карбонатов и гидратов, восстановление окислов и др.).
Изучение составляющих теплового баланса в единичном объеме, позволит в зависимости от известного содержания топлива и химкомпонентов в рассматриваемом объеме, определить количество выделяемой и поглощаемой энергии по высоте слоя.
В настоящее время, учитывая постоянное подорожание энергетических ресурсов, проблема оптимизации агломерационного процесса, с целью сокращение объемов потребления твердого топлива и повышения производительности агломашин, становится крайне актуальной.
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
Вопросу изучения теплового режима агломерации было посвящено ряд работ. При математическом описании теплофизической модели процесса в основу принимались уравнения теплового баланса (сохранения энергии) и различных видов теплопередачи [1, 2].
В указанных работах, а также в [3] рассматриваемый слой агломерата разбивался послойно на отдельные горизонты, для каждого из которых составлялись системы уравнений. Учитывая, что отечественное развитие агломерационного процесса движется в направлении увеличения высоты спекаемого слоя, применение указанного метода влечет за собой составление десятков систем уравнений, что затрудняет его практическое применение. Также недостатком представленных математических моделей можно считать отсутствие в описании процесса сегрегации топлива и компонентов шихты по высоте и ширине паллеты, что встречается и в более поздних работах [4−6], последнее является основным фактором, влияющим на тепловой режим процесса спекания.
В работах [7, 8] предложены методы моделирования на основе формально-математического описания физико-химических явлений и реализации вычислительного эксперимента. В работе [9] изложены основные этапы разработки комплексной математической модели, отвечающей требованиям максимальной адекватности реальным те-плофизическим и физико-химическим процессам, протекающим в слое при спекании железорудных материалов. Однако, указанные математические модели рассматривают обжиговый агрегат в целом и не рассматривают детально тепловой режим процесса спекания. Для анализа объемов выделения и поглощения теплоты в элементарном объеме слоя материала целесообразно воспользоваться описанием процесса на базе балансового метода с учетом сегрегационных процессов в слое материала.
текающих в агломерируемом слое. Дальнейшее развитие указанный метод получил в работах Шурхала В. А., Сигова А. А., Братчикова С. Г., Вегмана Е. Ф. [1, 2].
В работе предложено использование указанного метода для определения тепловыделения в элементарном объеме материала, представляющего собой единичный расчетный элемент модели [11, 12], базирующейся на методе конечных элементов.
5. Исследование тепловых процессов протекающих в рассматриваемом элементарном объеме шихты
Агломерация протекает с непрерывным выделением и поглощением больших объемов тепловой энергии. Рассмотрим процессы, составляющие приходную и расходную части тепловой энергии, выделяемой в единичном объеме Р некоторого элементарного слоя, представленного на рис. 1.
3. Цель и задачи исследования
В работе [10] проведено исследование химсостава агломерационной шихты комбината МК «Запорож-сталь» и установлена зависимость содержания топлива и химкомпонентов в грануле от среднего диаметра частицы шихты dср.
Целью исследования является получение зависимостей количества внутренней выделяемой и поглощаемой энергии в единичном, расчетном объеме слоя шихты, в зависимости от dср.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
— рассмотреть известные подходы для определения объемов тепловыделения в слое-
— определить расчетную область и ее физико-химические параметры для определения количества тепловыделения.
4. Известные методы определения количества теплоты выделяемой либо поглощаемой в материале
Наиболее распространенным методом для определения количества теплоты, выделяемой либо поглощаемой в рассматриваемом горизонте слоя, является метод зональных тепловых балансов, предложенный Вендеборном Г. для описания тепловых процессов, про-
Рис. 1. Единичный расчетный объем агломерационного слоя
Основную часть тепла, поступающего в рассматриваемый объем, вносит теплота горения коксовой мелочи. По данным [1, 2] примерно 80% углерода топлива шихты сгорает до С02 и до 20% до СО. Таким образом, количество тепла, выделяющегося в результате горения топлива, определим из выражения:
qс = (асосш qco + асо2сш qco2 X1 — е),
(1)
где V — объем расчетного элемента, м3- рш — плотность шихты, кг/м3- асо, асо2 — доля углерода сгорающего до СО и СО2, %- сш — концентрация углерода в шихте, %- qco, qco2 — теплота сгорания углерода до СО и СО2 соответственно 9210 кДж/кг, 32 815 кДж/кг- е — пороз-ность слоя, %.
При агломерации железорудных материалов протекают экзотермические реакции образования силикатов (фаялит, оливины и др.), что составляет до 2% от общего прихода тепла и по данным Е. Ф. Вегмана и Ж. Мишара [1], при спекании офлюсованных шихт, содержащих флюсообразующие (СаО, SiO2, А12О3), приход тепла от химических реакций составляет в среднем:
qф = 170 кДж/кг-
Приход тепла от окисления серы составит [1]:
qS = 133,48 кДж/кг-
Тепло, вносимое шихтой, можно определить следующим образом:
ЯшРш (арс^р +aфCфtф)(1 -е)", (2)
где ар, аф — доля руды и флюса в шихте, %- ср, вф — теплоемкость руды и флюса, кДж/(кг-°С) — tр, tф — температура руды и флюса, °С-" - коэффициент аккумуляции тепловой энергии (0,01-^0,5).
Количество тепла, вносимого воздухом, определим из выражения:
соответствующего гидрата и карбоната кДж/(кг-моль) —
ргидр i — молекулярная масса карбоната, гидрата, кг-моль-ЦкЧ)6 i, Qгидр i — теплота образования карбоната гидрата, кДж/кг.
Таблица 1
Тепловые эффекты диссоциации некоторых карбонатов, гидратов [13]
= $Пюв тес^врв
(3)
где SП — площадь единичной поверхности элемента, м2- юв — скорость воздуха, м/с- т — время нагрева, с- св — теплоемкость воздуха, кДж/(кг-°С) — tв — температура воздуха, °С-рв — плотность воздуха, кг/м3.
Учитывая, что газопроницаемость слоя различна по высоте паллеты, на рис. 2 приведена зависимость скорости перемещения воздуха по высоте слоя [13−15].
Карбонат СаСО3 MgCOз МпСО3 FeCO3
ДН МДж/ (кг-моль) 177,8 117,5 116,6 88,0
Окарб_ь кДж/кг 1778 1395 1015 758
Гидрат Са2+ Мя2+ МпО- А13+ ОН-
ДН кДж/(кг-моль) 1569 1887 247 4548 339
Уравнение для расчета расхода теплоты на диссоциацию Fe2Oз рассчитаем следующим образом:
ЯД.О. =аж (АН2 — АН1) ,
(6)
Рис. 2. Изменение скорости воздуха по высоте слоя
При образовании известкового оливина, двухкаль-циевого силиката и ферритов кальция выделяется тепло. По данным Е. Ф. Вегмана и Ж. Мишара [1], теплоту шлакообразования можно принять равной:
Яшл=3260 кДж /100 кг-
К расходным статьям, связанным с поглощением тепла из элементарного объема шихты, можно отнести теплоту на испарение гигроскопической влаги, которую рассчитаем по уравнению:
где аж — общее содержание железа в спекаемом объеме шихты, кг-АН1, ДН2 — изменение энтальпий при уменьшении степени окисленности железа соответственно до Fe2O3 и FeO.
Значения АН1, ДН2 определены из номограмм [2] степени окисленности железа и соответствующих изменений энтальпий.
Результаты расчетов количества тепла, выделяемого и поглощаемого в единичном объеме шихты Р, а также количество тепла, вносимое топливом и химкомпонентами, в зависимости от расположения расчетного элемента по высоте слоя представлены на рис. 3−5.
яг.в.= wcw (tисп — о + wqи
(4)
где W — количество влаги в шихте, кг- ^ -теплоемкость воды, кДж/(кг-°С)^исп — температура испарения воды, °С^ш — температура шихты, °С-йисп — теплота испарения воды (2284 кДж/кг).
Для расчета теплоты на диссоциацию гидратов и карбонатов используем уравнение:
чг.к. =ха
= ^ акарб_
-АН,
-АН,
карб_
Рис. 3. Суммарное количество тепла, выделяемого и поглощаемого в единичном объеме при использовании различных типов питателей
iQ
карб_

(5)
где акарб_^аг,
содержание соответствующего
гидрата и карбоната, кг- АНi — теплота образования
Зависимости получены для условий МК «Запо-рожсталь», агломашин № 2, 4, загрузка которых осуществляется вибрационным (ВП) и барабанным (БП) питателями соответственно.
Рис. 4. Количество тепла вносимого воздухом и горением серы в единичном объеме при использовании различных типов питателей
Рис. 6. Закономерность изменения dcp по высоте паллет машин № 2, № 4
qc, кДж ЧБЬ кДж
¦ 32 ¦ 31.5 ¦ 31 — 30, Б — 30 ¦ 29.5 — 29

/





1 -*
1000 —
О 0,04- 0,03 0,12 0. 16 0.2 0,24 0. 2 В 0. 32 0,36 0,4- Ь, РД -¦- ЧСВП -цсБП -*-чБ1ВП БП
Рис. 5. Количество тепла вносимого горением топлива и силикатами в единичном объеме при использовании различных типов питателей
6. Обсуждение результатов
Зная зависимость содержания топлива и химических компонентов шихты от dср гранулы [10], можно рассчитать объем выделяемой и поглощаемой энергии в единичном объеме Р рассматриваемого горизонта спекаемого слоя:
а
выд_ВП
3
= -0,13Ш5″ + 34 —
& quot- ср & quot- ср
-403 + 2022 — 469^ р + 3850-
ср ср ср
.= 0,068d4n — 0,9793d3n-
ср ср
О
«ой'-
+3,372d2n — 0,940Мп +1557-
ср ср
Из рис. 6 видно, что применение для загрузки шихты на аглоленту вибрационных питателей ослабляет связи между отдельными частицами в потоке, что в свою очередь, позволяет добиться интенсификации сегрегационных процессов. Последнее обусловливает возможность управления распределением классов крупности материала и как следствие, распределением топлива и химкомпонентов по высоте слоя.
7. Выводы
На базе данных, полученных при анализе химического состава шихты аглофабрики МК «Запорож-сталь» [10], проведено исследование, направленное на получение зависимостей количества выделяемой и поглощаемой внутренней тепловой энергии в рассматриваемом единичном объеме слоя шихты по высоте слоя от среднего диаметра частицы dcp.
Установлено, что тип питателя существенно влияет на интенсивность сегрегационных процессов в слое загружаемого материала, тем самым определяя характер распределения топлива и химкомпонентов.
Полученные результаты позволяют вплотную подойти к вопросу оптимизации теплового режима процесса спекания аглошихты на полученной модели [11, 12], учитывающей внутреннее тепловыделение в единичном объеме, а также установления закономерностей формирования слоя полидисперсной шихты, с целью рационального распределения топлива и химкомпонентов по высоте агломерируемого слоя.
Литература
О
выд_БП
= -0,602d5n + 16,99d4n —
ср ср
-179,7d3n + 8632 — 1728dn + 4263-
ср ср ср
О БП = 0,0193d4n — 0,328d3n +
-^выд^ЬП & quot- ср & quot- ср
+1,55d2n — 2,958dn +1572.
ср ср
Изменение среднего диаметра шихты по высоте паллет агломерационных машин № 2, 4 представлено на рис. 6.
3.
Базилевич, С. В. Агломерация [Текст] / С. В. Ба-зилевич, Е. Ф. Вегман. — М.: Металлургия, 1967. -368 с.
Сигов, А. А. Агломерационный процесс [Текст] / А. А. Сигов, В. А. Шурхал. — Киев: Техника, 1969. -232 с.
Бражников, С. Г. Теплотехника окускования железорудного сырья [Текст] / С. Г. Бражников, Ю. А. Бер-ман, Я. Л. Белоцерковский и др. — М.: Металлургия, 1970. — 343 с.
4. Фролов, Ю. А. Теплотехническое исследование процесса агломерации и совершенствование технологии и техники для производства агломерата [Текст]: автореф. дис. … д. т. н / Ю. А. Фролов. — Екатеринбург, 2005. — 49 с.
5. Дмитриева, Е. Г. Совершенствование технологии и оборудования для производства агломерата в условиях работы на тонких концентратах [Текст] / Е. Г. Дмитриева, А. А. Вяткини др. // Сталь. — 2009. — № 2. — С. 4−6.
6. Вяткин, А. А. Метод прогнозирования прочностных свойств агломерата [Текст] / А. А. Вяткин, Е. Г. Дмитриева, А. В. Мылы-гин и др. // Бюлл. Черная металлургия. — 2008. — № 3. — С. 44−47.
7. Калашников, С. Н. Математическое моделирование тепло-массообменных процессов в металлургических агрегатах на основе объектно-ориентированной технологии [Текст]: дис. … д-ра техн. / С. Н. Калашников. — Новокузнецк, 2002. — 278 с.
8. Елисеев, А. А. Исследование тепло-массообменных процессов при агломерации шихты [Текст]: дис. … канд. техн. наук: / А. А. Елисеев. — Череповец, 2006. — 165 с.
9. Боковиков, Б. А. Математическая модель обжиговой конвейерной машины как инструмент для оптимизации тепловой схемы агрегата [Текст] / Б. А. Боковиков, В. В. Брагин, В. М. Малкин и др. // Сталь. — 2010. — № 9. — С. 84−87.
10. Мных, А. С. Исследование влияния фракционного состава агломерационной шихты на распределение химических компонентов слоя материала для условий комбината «Запорожсталь» [Текст] / А. С. Мных // Теория и практика металлургии. -2014. — № 3 (6). — С. 35−38.
11. Мных, А. С. Решение задачи распределения температуры в единичном объеме агломерационного слоя методом конечных элементов с учетом внутреннего источника тепла [Текст] / А. С. Мных // Збiрник наукових праць ДДТУ (техшчш науки). -2014. — № 2(25). — С. 47−51.
12. Мных, А. С. Синтез трехмерной модели теплового режима процесса спекания агломерационной шихты [Текст] / А. С. Мных // Вюник КрНУ (збiрник наукових праць). — 2014. — № 38 — С. 44−47.
13. Коротич, В. И. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке [Текст] / В. И. Коротич — М.: Металлургия, 1978. — 208 с.
14. Минаков, Н. С. Исследование влияния газодинамического режима на показатели процесса агломерации при спекании шихты в высоком слое [Текст] / Н. С. Минаков, Г. А. Арыков, Б. И. Колокольцев и др. // Сталь. — 1994. — № 6. — С. 6−11.
15. Тарасов, П. В. Основные закономерности сопротивления и газопроницаемости зернистого слоя [Текст] / П. В. Тарасов // Сталь. — 2006. -№ 3. — С. 12−15.
Дослиджено бiологiчнi властивостi води на основi використання методу газорозрядного випромтювання в електромагттному полi. Розглянутий метод забезпечуе експрес-оцтку ттегральних бiологiчних характеристик зразка ридиннофазного об'-екту. Запропоновано методи та алгоритми цифровог обробки зареестрованих зобра-жень газорозрядного випромтювання. Виконано кла-сифжащю води рiзних титв на основi методологи кластерного аналiзу
Ключовi слова: газорозрядне випромтювання, ятсть
води, цифрова обробка зображень, кластерний аналiз ?-?
Исследованы биологические свойства воды на основе использования метода газоразрядного излучения в электромагнитном поле. Рассмотренный метод обеспечивает экспресс-оценку интегральных биологических характеристик образца жидкофазного объекта. Предложены методы и алгоритмы цифровой обработки зарегистрированных изображений газоразрядного излучения. Выполнена классификация воды различных типов на основе методологии кластерного анализа
Ключевые слова: газоразрядное излучение, качество воды, цифровая обработка изображений, кластерный анализ
УДК 546. 212
|DOI: 10. 15 587/1729−4061. 2014. 31 546|
РОЗРОБКА МЕТОДУ ЕКСПРЕС-ОЦ1НКИ Б1ОЛОГ1ЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВОДИ
Н. В. Глухова
Кандидат техычних наук, доцент Кафедра метрологи та шформацтно-вимiрювальних технолопй ДВНЗ «Нацюнальний прничий ушверситет» пр. Карла Маркса, 19, м. Днтропетровськ, УкраТна, 49 027 E-mail: GLNAVI@ukr. net
1. Вступ
Науково-дослщш центри рiзних краш проявля-ють постшний штерес щодо теоретичного та експе-
риментального вивчення аномальних властивостей води, як не можна пояснити спираючись на кла-сичш модель Новi чисельш дослщження шдтвер-джують той факт, що дшсна природа та властивост
g

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой