Пример расчета теплообмена в слое окатышей

Произведем расчет нагрева слоя в зоне подогрева обжиговой машины площадью 408 м². Слой разбивают на элементарные слои толщиной 100 мм. Исходные данные: температура газов над слоем =1100°С; температура элементарного слоя окатышей на входе в зону = 280 °С; скорость фильтрации газов =0,8 м/с; диаметр окатышей d=0,013 м; порозность слоя m = 0,4; длительность прогрева τ =3,90мин; насыпная масса окатышей = 2,0 т/м³. Объемный коэффициент тепло­передачи определяют из следующих выражений:

при Re>200:

(3.7)

при 20<Re <200:

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

(3.12)

Критерии места Y и времени Z определяют из выражений (3.3), (3.4):

,

где 0,777 кДж/(кг·К) – кажущаяся теплоемкость окатышей с _к , которая определяется с учетом физико-химических процессов в слое.

По номограммам Шумана-Будрина в зависимости от критериев места и времени определяют безразмерные температуры окатышей и теплоносителя . При h =0,1 м и мин, т.е. к концу зоны в нижней части элементарного слоя, Y=3,33; Z=5,99, тогда = 0,76, = 0,85.

Температуру окатышей и теплоносителя в этой точке определяют следующим образом:

=280+0,76(1100—280)=900 °С;

=280+0,85(1100—280)=980 °С.

При h =0 м и =3,90 мин, т.е. к концу зоны в верхней части элементарного слоя, Y=0, Z=5,99, тогда = 0,99; = 280+0,99(1100—280) ==1095 °С при h=0,l и =0, т.е. в начале зоны в нижней части элементарного слоя Y=3,33, Z=0, тогда =0,04; =280+0,04(1100—280)=315 °С.

Средняя температура теплоносителя, входящего в последующий элементарный слой окатышей, составит t_г=(980+315)/2=450 °С

Подобным образом рассчитывают следующий элементарный слой. В реальном процессе теплофизические свойства (, , , , ) не остаются постоянными, а изменяются в зависимости от температуры, а также в связи с наличием в слое источников (экзотермические реакции) и стоков (эндотермические реакции) тепла. В программе расчета на ЭВЦМ изменение свойств учитывают не средней кажущей­ся, а истинной теплоемкостью. При этом обычно используют кинети­ческие кривые хода процессов сушки, декарбонизации, окисления магнетита, горения топлива и др.

Контрольные вопросы:

1. Какова цель поверочного теплового расчета обжиговых конвейерных машин и какие при этом используются исходные данные?

2. Какова цель конструктивного теплового расчета и какие при этом используются исходные данные?

3. Каков порядок конструктивного расчета обжиговой конвейерной машины?

4. Какие процессы учитывают при составлении материального баланса процесса обжига железорудных окатышей?

5. Опишите порядок расчета материального баланса процессов окомкования и обжига на примере таблицы 3.1.

6. Опишите порядок расчета материального баланса при окомковании и обжиге на примере таблицы 3.2.

7. Как производится расчет горения топлива в процессе обжига окатышей?

8. В чем сущность итерационного метода расчета температурных полей в слое?

Практическая работа № 4

Расчет аэродинамического сопротивления и схемы

Газопотоков обжиговой машины

Аэродинамическое сопротивление слоя

Аэродинамическое сопротивление собственно слоя и донной постели определяют из выражения

(4.1)

Аэродинамическое сопротивление колосников вычисляют по формуле

(4.2)

где - критерий сопротивления слоя, доли ед.;

- коэффициент сопротивления колосников, доли ед.;

Н – высота слоя, м;

d – диаметр окатышей, м;

- плотность газа, кг/м³;

- скорость газа в пустой трубе, м/с;

g – ускорение силы тяжести;

и - фактическое и нормальное давление;

T и Т ₀ - фактическая и нормальная температура.

Пример расчета аэродинамического сопротивления слоя и колосников приведен в табл. 4.1. Аэродинамическое сопротивление газовоздушных трактов и газоочистных устройств оценивают ориентировочно и уточняют при рабочем проектировании. На основании расчетов определяют общее аэродинамическое сопротивление сети:

(4.3)

Полученные данные используют при выборе тягодутьевых средств.

Схема газовоздушных потоков

Рассмотренные в работе №3 теплотехнические расчеты являются основой для разработки схемы распределения зон и газопотоков (рис. 4.1). Выбранная схема газовоздушных потоков должна обеспечивать: рациональное использование топлива и регулируемых потоков, оптимальное распределение площади обжиговой машины по отдельным зонам, возможность поддержания требуемого теплового режима, максимальную полезную загрузку тягодутьевых средств, надежную работу узлов автоматического регулирования.

Таблица 4.1

Расчет аэродинамического сопротивления слоя и колосников

Разработанная схема характеризуется следующими показателями: расходом топлива; расходами и температурами теплоносителя, воздуха для горения и разбавления; диаметрами газовоздухопроводов; параметрами тягодутьевых средств; параметрами газоочистных устройств; количеством тепла, используемого вне машины.

При разработке схемы газовоздушных потоков следует учитывать, что современные обжиговые машины конвейерного типа имеют, как правило, две зоны охлаждения. Воздух после зоны охлаждения I с температурой 700—900 °С используют для снабжения зоны рекуперации теплоносителем и зон со сжиганием топлива воздухом-разбавителем. Часть этого воздуха может использоваться в зоне сушки II. После зоны охлаждения II с температурой 300—400 °С воздух используют для горения в зонах со сжиганием топлива и в качестве теплоносителя — в зоне сушки. В зонах подогрева и обжига используют основное количество высоко- (800—900 °С) и низкотемпературного (300—400 °С) воздуха для горения. Соотношение количеств воздуха для горения и разбавления, а также их температур обусловливает удельный расход тепла на процесс обжига окатышей. Эти параметры изменяются в зависимости от соотношения площадей зон охлаждения I и II, которое различно для разных машин. Расход топлива является минимальным при сжигании его только в потоке высокотемпературного воздуха без применения воздуха, отходящего из зоны охлаждения II.

Условию минимального расхода топлива соответствует наиболее активная окислительная способность газа-теплоносителя. Сжигание топлива только с использованием одного вида воздуха облегчает управление температурным и газодинамическим режимами обжиговой машины.

Для определения параметров схемы газопотоков, обеспечивающей минимальный расход тепла на обжиг окатышей, рассчитывают распределение температур воздуха и скорость его фильтрации по длине зон охлаждения. Затем устанавливают потребность зоны рекуперации в высокотемпературном теплоносителе и определяют соответствующую часть зоны охлаждения, примыкающую к зоне рекуперации и обеспечивающую эту зону теплоносителем. Зона охлаждения І должна обеспечивать высокотемпературным воздухом зоны, в которых сжигается топливо. Схема циркуляции воздуха из зоны, охлаждения, обеспечивающая минимальный расход топлива, может быть осуществлена при различном соотношении площадей зон охлаждения I и II. Топливосжигающие устройства при этом могут быть расположены как непосредственно на машине (в форкамерах), так и в переточном коллекторе.

Таким образом, оказывается возможным выбор рациональной схемы зон и газопотоков, определение оптимальных режимных параметров обработки окатышей на обжиговой машине, выбор топливосжигающих устройств и тягодутьевых средств, разработка конструкции горнов, определение основных параметров и типоразмеров газоочистных устройств.

Контрольные вопросы:

1. Приведите формулу для расчета аэродинамического сопротивления слоя окатышей и постели.

2. Приведите формулу для расчета аэродинамического сопротивления колосников.

3. Прокомментируйте результаты расчета аэродинамического сопротивления слоя и колосников, приведенные в таблице.

4. Охарактеризуйте схему газопотоков обжиговой конвейерной машины.

5. Как используется воздух из зон охлаждения обжиговой машины?

6. Каков порядок определения параметров схемы газопотоков?

7. Сколько коллекторов включает схема газопотоков обжиговой машины ОК-306 на ФОК СевГОКа, к каким технологическим зонам они подключены и каким тягодутьевым оборудованием обслуживается каждый из коллекторов?

8. Какое пылеулавливающее оборудование используется в схеме газопотоков обжиговой машины ОК-306 на ФОК СевГОКа?

Практическая работа №5

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: