Расчет процесса и печи для обжига цинкового концентрата в кипящем слое

 

 

объем газов:

V_г = q_1* (T_ср.г./Т₀),

V_г  =5,91·(1088/273)= 23,55 м³/сек,

T_ср.г.= t_ср.г+ 273 = 815 + 273 =1088 К,

Т₀ = 273 К;

скорость газа: =5 м/сек;

площадь сечения газохода на этом участке f₁, м²:

f₁ = V_г/,

f₁  = 23,55 / 5 = 4,71 м².

При газоходе прямоугольного сечения и отношении высоты к ширине газохода 0,8 определяем его размеры:

= 0,8; 0,8b² = 4,71 м²

откуда а = 1,94 м  и b = 2,42 м [1].

Проведем ориентировочный  расчет параметров котла-утилизатора при условии, что котел работает на нагретой до 100 °С воде с получением пара 40 ат. Количество тепла, отдаваемого газами котлу, при учете потерь тепла во внешнюю среду 5%:

Q = 0,95c_гV_г() = 0,95·1,42·4,71(800 - 350) = 2 859 кДж/сек или 10 292 400 кДж/час

Определим площадь поверхности  котла:

F = = = 232 м²

принимаем коэффициент  теплопередачи (с учетом обдува   рабочих поверхностей) = 168 кДж/м²·час

Δt_ср= = = 264 °С;

= - = 800 – 249,2 = 550,8 °С;

= -= 350 – 249,2 = 100,8 °С;

=249,2 °С (при P=40 ат).

Определим паропроизводительность котла:

D = = = 4 339 кг/час или 4,3 т/час

Так как котлы-утилизаторы  для печей цветной металлургии  не стандартизированы, выбор их по расчетным  характеристикам затруднителен. К  данным нашего расчёта по характеристике и условиям работы приближается котел-утилизатор типа УККС 8/40 [1].

 

Участок котел-циклон

Средняя температура газов:

t_ср.г.= (t_г^вых.к + t_г^вх.ц.)/2,

t_ср.г.= (330 + 310)/2 = 320 °С;

объем газов:

V_г = q_2* (T_ср.г./Т₀),

V_г = 6,19· (593/ 273) = 13,45 м³/сек;

T_ср.г.= t_ср.г+ 273 = 320 + 273 =593 К,

Т₀ = 273 К;

 

площадь сечения газохода  f₂, м² :

f₂ = V_г/,

f₂ =13,45/5 = 2,69 м²;

диаметр газохода: d = = 1,85 м;

 

 

средняя температура газа в циклоне:

t_ср.г.= (t_г^вх.ц + t_г^вх.ц.)/2

t_ср.г.= (310 + 230) /2 = 270 °С;

объем газов, проходящих через  циклон:

V_г = q_2* (T_ср.г./Т₀),

V_г 6,19·(543/273)=12,31 м³/сек или 44 316 м³/час,

T_ср.г.= t_ср.г + 273 = 270 + 273 = 543 К,

Т₀ = 273 К;

 

По данной производительности выбираем 2 батарейных циклона 

БЦ- 24- 0, работающих параллельно, каждый сопротивлением 50 мм в ст. и  производительностью 25 750 м³/час [1].

Участок циклон - электрофильтр

Средняя температура газов:

t_ср.г.= (t_г^вых.ц + t_г^{вх.эл.ф.})/2,

t_ср.г.= (220 + 200)/2 = 210 °С;

объем газов:

V_г = q_3* (T_ср.г./Т₀),

V_г = 6,19· (483/ 273) = 11,45 м³/сек;

 

 

T_ср.г.= t_ср.г+ 273 = 210 + 273 =483 К,

Т₀ = 273 К;

 

площадь сечения газохода f₃, м³:

f₃ = V_г/,

f₃ =11,45/5 = 2,29 м²;

 

диаметр газохода: d = = 1,71 м;

средняя температура газа в электрофильтре:

t_ср.г.= (t_г^{вх.эл.ф.} + t_г^{вх.эл.ф.})/2

t_ср.г.= (200 + 150) /2 = 270 °С

объем газов, проходящих через  электрофильтр:

V_г = q_3* (T_ср.г./Т₀),

V_г = 6,47· (448/ 273) = 10,62 м³/сек или 38 232 м³/час,

T_ср.г.= t_ср.г+ 273 = 270 + 273 =448 К,

Т₀ = 273 К;

Для этих условий выбираем электрофильтр типа ГК-30 производительностью  до 100 000 м³/час, к которому могут быть подключены 3-4 запроектированные печи [1].

 

 

Участок электрофильтр-дымосос

Средняя температура газов:

t_ср.г.= (t_г^{вых.эл.ф} + t_г^вх.д.)/2,

t_ср.г.= (143 +135)/2 = 139 °С;

объем газов:

V_г = q_4* (T_ср.г./Т₀),

V_г = 6,76· (412/ 273) = 11,45 м³/сек;

 

площадь сечения газохода:

f₄ = V_г/,

f₄ =10,20/5 = 2,04 м²;

диаметр газохода d = = 1,61 м;

количество газов перед  дымососом:

q_u = q_4* (T_ср.г./Т₀),

V_г = 6,47· (408/ 273) = 10,10 м³/сек или 36 360 м³/час.

 

Для выбора дымососа необходимо определить сопротивление (сумму потерь напора) газоходной системы.

Участок печь-котел

1. Определим потери при повороте газа на 90° (при выходе из печи):

= ξγ_t = 1,0· · 0,352 = 0,45 мм вод. ст.

₀= = 1,41 кг/м³

_t = = = 0,352 кг/м³

ξ = 1,0 (резкий поворот под прямым углом).

2. Определим потери при внезапном сужении:

= ξ· ·γ_t = 0,29 · · 0,352 = 0,4 мм. вод. ст

при значении ξ= 0,5·(1 - ) = 0,5·(1 – ) = 0,29  ,

где f₁, f₂ сечение газоходов.

3. Определим потери напора на трение:

= μ·  · γ_t = 0,05· · · 0,354 = 0,08 мм. вод. ст.

μ = 0,05; L = 6 м;

периметр газохода Р = 6,86 м²;

диаметр газохода d = = = 1,71 м;

γ_t = = = 0,354 кг/м³.

4. Определим потери в нишах шиберов до и после котла (имеется обводной газоход):

= 0,3 ·  · 0,354·2 = 0,28 мм. вод. ст.

 ξ = 0,3;

5. Принимаем потери напора в котле: = 40 мм. вод. ст.

 

Участок котёл-циклон

1. Определяем потери напора на трение:

= 0,05·  · · 0,65 = 0,25 мм. вод. ст.

μ = 0,05; L = 10 м; d = 1,67 м;

₀= = 1,41

_t = = = 0,65 кг/м³

2. Потери напора в батарейном циклоне: = 50 мм. вод. ст.

Участок циклон-электрофильтр:

1. Определяем потери напора на трение:

= 0,05·  · · 0,795 = 0,37 мм. вод. ст.

μ = 0,05; L = 10 м; d = 1,35 м;

₀= = 1,4

_t = = = 0,795 кг/м³

2. Определяем потери напора при повороте газа на 90°:

= ξ·γ_t = 0,5· · 0,795 = 0,5 мм вод. ст.

ξ = 0,5 (плавный поворот под прямым углом).

3. Принимаем потери напора в электрофильтре: = 20 мм. вод. ст.

 

Участок электрофильтр-дымосос:

1. Определяем потери напора на трение:

= 0,05·  · · 0,93 = 0,37 мм. вод. ст.

μ = 0,05; L = 8 м; d = 1,28 м;

₀= = 1,4 кг/м³

_t = = = 0,93 кг/м³

2. Определяем потери напора при повороте газа на 90°:

= ξ·γ_t = 0,5· · 0,93 = 0,6 мм вод. ст.

3. Определяем потери при опускании газа после электрофильтра:

= H(γ_возд – γ_газ) = 4·(1,29 – 0,93) = 1,44 мм. вод. ст.

Определим сумму потерь напора:

Σh_пот = 0,45 + 0,4 + 0,08 + 0,28 + 40 + 0,25 + 50 + 0,37 + 0,5 + 20 + 0,37+

+ 0,6 + 1,44 = 114,74 мм. вод. ст.

с учётом запаса напора 50 % Σh_пот=172 мм. вод. ст.

Выбираем центробежный вентилятор среднего давления, имеющий производительность 27 870 м³/час при h = 180 мм. вод. ст.[1] 

 

 

 

 

 

 

2.7 Технические показатели

 

   Ниже приведены  показатели проектируемой печи  для обжига цинковых   

   концентратов  в кипящем слое:

   Внутренний диаметр……………………………………..6,7 м;

   Площадь  подины печи…………………………………...35 м²;

   Высота  печи……………………………………………….8,4 м;

   Высота  «кипящего» слоя………………………………...1,2 м;

   Число  грибообразных сопел в подине…………………...676;

   Производительность  печи по сырому концентрату….....315 т/сутки;

   Удельная  производительность печи…………………….9 т/м²*сутки;

   Расход  воздуха на печь…………………………………..329 м³/мин;

   Давление  воздуха………………………………………....1950 мм вод. ст.

   Удельный  расход воздуха………………………………..1460 м³/т;

   Степень  десульфуризации при обжиге………………….93,8 %;

   Температура  процесса обжига…………………………..900ºС;

   Температура  отходящих газов…………………………..870ºС;

   Поверхность  теплообменников в слое…………………..47 м²;

   Котел-утилизатор  типа УККС 8/40……………………...  –

   Очистка  газов: два циклона БУ-24-0 и электрофильтр 

   ГК-30……………………………………………………….  –

   Дымосос  производительностью 27870 м³/час при

   напоре 180 мм вод. ст……………………………………   –

   Воздуходувка  Хабаровского завода типа 0-360-21-1

   производительностью  360 м³/мин при давлении 2600

   мм вод.  ст……………………………………....................   –

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Контроль и автоматизация производственного процесса

 

Цели автоматизации:

·  уменьшение затрат на энергоресурсы, за счет снижения влияния человеческого фактора на работу оборудования и более рационального использования времени действия;

     ·  оперативная сигнализация и протоколирование хода технологического процесса;

     ·  предупреждение  возникновения аварийных ситуаций;

     ·  автоматизация документооборота отчетной документации.

 

Выбор средств автоматизации.  

Для реализации АСУ используем систему для мониторинга, сбора, архивации и визуализации данных, и систему управления на основе промышленного  контроллера SIMATIC S5-150 для управления ходом технологического процесса и реализации алгоритмов управления терморегуляторами (электронный изодромный РУ-16А, автоматический универсальный ЭАУС-У)  печей.

Были выбраны система, которая обеспечивает оптимальное  сочетание простоты реализации приложения и функциональные возможности, и  контроллер, являющийся оптимальным  соотношением цены и функциональных возможностей. Связь с системой осуществляется по шине PCI, что обеспечивает возможность интеграции в общезаводскую локальную сеть. Управление терморегуляторами происходит по сети через порт контроллера.

 

Функции системы и решаемые задачи. 

Разработанная автоматизированная система управлениями (АСУ) печами обжига кипящего слоя состоит из следующих  компонентов:

     ·    Программных терморегуляторов;

      ·    Щита управления, в котором установлен контроллер и оборудование для связи по сети;

     ·     Автоматизированного рабочего места оператора, которое включает в себя компьютер с установленной на нем системой.

АСУ выполняет следующие функции:

      1) Отслеживание температурного режима печи с архивацией и отображением температуры в виде графиков (трендов). Изменение температуры ухудшают извлечение, неблагоприятно сказываются на производительности печи и стабильности режимов работы последующих агрегатов.

Типы автоматических регуляторов:  термопара хромель-алюмель ТХА-ХШ (2 шт.); нормирующий преобразователь  НП-Т (2 шт.); регулирующий прибор РП1-УП (2 шт); дистанционный задатчик ЗД-1000 (2 шт.); реостат с моторным приводом ПКМ (2 шт.)

 

      2) Стабилизация расхода воздуха поддерживает постоянство количества      дутья. Система состоит из шести одинаковых изодромных регуляторов, работающих независимо каждый на свою топку. Регулятор получает импульс по расходу воздуха на топку и воздействует на заслонку в соответствующем воздуховоде.

Типы автоматических регуляторов:  диафрагма камерная ДКН-10            (6 шт.); диф-манометр расходомер ДМК-РЗ (6 шт.); корректирующий прибор КП1-УП (6 шт.); задатчик дистанционный  ЗД-1000 (12 шт.); регулирующий прибор РШ-УП (6 шт.); указатель положения ДУП-Б (6 шт.); магнитный усилитель  (6 шт.); исполнительный механизм МЭК-ЮБ (6 шт.); поворотно-регулирующая заслонка ПРЗ-150 (6 шт.)

      3) Автоматическое управление запуском/остановкой программ технолога терморегуляторов печей в соответствии с заданным расписанием с целью максимально эффективного использования технологического времени, производится компьютером АСУ SIMATIC S5-150.

Эта возможность позволяет  исключить влияние человеческого  фактора при проведении ночного  обжига и по максимуму использовать дешевый ночной тариф потребления  электроэнергии,