Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf

Тепловой баланс удобнее сводить по отношению к единице веса перерабатываемого сырья.

Тепло, уносимое с дымовыми газами Q2, различно в зависимости

от рассмотренных выше вариантов конструктивного оформления цик­ лонного агрегата.

Когда компонуется циклонная камера с отстойником, темпера­ тура газов, уходящих из циклона, должна выбираться с таким расче­ том, чтобы на выходе из отстойника (с учетом потерь через его ограж­ дающие поверхности) примерно на 100° превышала температуру вы­ пускаемого расплава.

При использовании электротермической печи температура газов на выходе из циклона должна рассчитываться таким образом, чтобы она покрывала потери тепла в камере разделения и была на 100° выше температуры расплава, поступающего в электротермическую часть агрегата.

В случае отсутствия копильника температура газов в устье диа­ фрагмы или горловины (для циклона с верхним выводом газов) должна превышать на 100—150° температуру расплава, вытекающего из циклона.

Поддерживаемая температура расплава, выпускаемого из агре­ гата, обычно определяется его жидкотекучестью. Как показал опыт работы промышленных установок, для надежного удаления расплава его вязкость цСр должна быть не выше 100 пз.

Вусловиях металлургического производства шихта составляется

сучетом получения шлака (расплава) оптимального состава по его физико-химическим свойствам, а также вязкостным характеристи­ кам. Таким образом, эти величины определяются составом перера­ батываемой шихты. Решение задачи о скорости течения шлаковой пленки по стенке циклонной камеры и возможной температуре ее поверхности позволяет найти величину средней температуры распла-

278

ва, вытекающего из циклона, и соответственно вязкость вытекаемого расплава [3—126]

где

to — температура Ликвидуса (перехода расплава в истинно жид­ кое состояние);

цо — вязкость расплава при температуре t0 (определяемая экспе­ риментально) ;

|Аср — вязкость расплава на выходе из циклона;

I — характеристика величины температурного интервала, в ко­ тором происходит расплавление шлака от пластического до истинно жидкого состояния: для «коротких» шлаков

Z= 0,04, для «длинных» — 0,01-7-0,02 [13].

Температура выпускаемого расплава выбирается в каждом от­ дельном случае в зависимости от его химического состава и вязкост­ ных характеристик, по выбранной температуре определяется значение Qe — тепло, уносимое с расплавом.

Величина химического недожога Qo при проведении окислитель­ ных процессов принимается равной нулю.

При возгоночных процессах химический недожог определяется по заданному составу газов, отнесенных к выходу из циклонной каме­ ры. Обычно содержание окиси углерода принимается 2—4% и по этой величине рассчитывают Q3.

Как указывалось, циклонный метод плавки характеризуется не­ значительным пылевыносом. Поэтому механический недожог Qi не­ велик (2—4%). Несколько большая величина может приниматься для возгоночных процессов.

При расчете тепла Qi, уносимого с возгонами, к количеству воз­ гонов, которые получаются за счет сублимации и возгонки летучих металлов и соединений, находящихся в шихте, необходимо добавлять 4 —6 % механического выноса. Температуру выносимого материала (частиц и возгонов) следует принимать примерно на 1 0 0 ° ниже тем­

пературы газов, выходящих из циклона.

Тепло эндо- и экзотермических реакций Qs и Qg, а также тепло на испарение влаги рассчитываются по общепринятым методикам и нормам.

Для расчета потерь тепла через водоохлаждаемые, не изолиро­ ванные кирпичом кессоны копильника и камеры разделения наибо­ лее оптимальный удельный тепловой поток 40—50 тыс. ккал/м2 ■час.

Наибольшие трудности возникают при расчетах величин тепло-

279

восприятия поверхностей циклонной камеры и, следовательно, потерь тепла с водой, охлаждающей стенки циклона.

Как было показано, конвективная составляющая в циклонной камере достигает 30% и более от общего теплообмена между факелом и стенкой. Поэтому тепловой поток от воздушного вихря к ограждаю­ щим поверхностям циклона необходимо рассчитывать как сумму кон­ вективного и лучистого теплообмена.

Удельный тепловой поток к стенкам циклонной камеры за счет конвекции определяется по зависимости

£эф— эффективная температура в циклоне; taф= ]' Т т• Твых —

-273;

Т т— теоретическая температура горения, °К; Nu4— рассчитывается по уравнению (3.107).

Расчет лучистого теплового потока можно вести методом, пред­

тепловой эффективности і}> ошипованных стен циклона, учитываю­ щий обратное излучение поверхности жидкой пленки:

По величине принятого избытка воздуха а находится коэффици­ ент ß, учитывающий замену эффективной температуры излучателя теоретической ß= 0,2 + 0,7а; по температуре газов на выходе из цик­ лона ТВЬІХ — коэффициент ослабления

твых

* = 1,6 0,5. (4.10)

1000

Длина светового луча в камере [21]

Оф = л г ( 1 — е ~ к Р 1 ) ,

280

где тп— коэффициент заполнения камеры факелом, который для циклонных камер можно принять равным единице;

Р — давление в камере.

Степень черноты камеры находят по (4.9) и (4.11):

аф

'"г Оф+(1— Оф)4

По формулам (4.9)—(4.12) и величине теоретической темпера­ туры горения Т,г рассчитывается удельное тепловосприятие стен цик­ лона за счет лучистого теплового потока

В исследованиях по переработке различного сырья на стендовых полупромышленных и опытно-промышленных циклонных установках нами изучался также тепловой баланс при отоплении твердым и жид­ ким топливом в условиях различных тепловых форсировок камер. Установлено, что удельное восприятие ошипованной поверхности цик­ лона находится в пределах (80—120) ■103 ккалім2 ■час, что хорошо согласуется с суммарным тепловым потоком, рассчитанным для кон­ вективного и лучистого теплообмена. Поэтому в пределах указанных величин значение Q5 может быть рекомендовано для расчета. Верх­ ний предел следует принимать при переработке тугоплавких мате­ риалов, когда температура газов, уходящих из циклона, должна под­ держиваться на уровне 1500—1550°.

ботки руд Центрального Казахстана. Тр. Карагандинской сессии АН КазССР. Алма-

Ата, т. 4, 1959.

3. Т о н к о н о г и й А. В. Циклонный процесс сжигания измельченных топлив и плавки мелких руд и концентратов. Тр. Института энергетики АН КазССР, т. 2,

281