ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 101
Скачиваний: 0
гоняться при обжиге (например, соединения легких металлов Na, К), необходим полный химический анализ. Кроме того, при значитель ном содержании примесей они, вступая в реакцию с СаО, могут свя зывать различное количество окиси кальция, и тогда необходимо прямое определение содержания свободной СаО. Наконец, для кон троля полноты обжига нужно знать количество остаточной С02 в извести, что также определяют с помощью химического анализа.
топливо
Топливом для обжига карбонатных пород служат кокс, антрацит, мазут и природный газ — для шахтных печей; мазут, природный газ и в некоторых случаях пылевидное топливо — для вращающихся печей.
Кокс — наиболее дефицитное и дорогостоящее топливо. Теплота сгорания — от 6000-4,19 до 7000-4,19 кДж/кг. Ввиду того что при коксовании выделяются практически все летучие вещества, летучие кокса состоят из адсорбированных газов (азот, углекислый газ, следы метана), в составе которых почти отсутствуют горючие компоненты.
Для шахтных печей используют кокс крупностью 30—80 мм. Зольность его должна быть не более 12%, так как зола в про цессе обжига попадает в известь и загрязняет ее. Для обжига изве сти можно применять кокс, который нельзя использовать в метал лургии из-за повышенного содержания серы и фосфора.
Антрациты — угли, в которых процесс обуглероживания расти тельных остатков достиг высшего предела. Они не подвергаются вы ветриванию и хорошо переносят продолжительное хранение. Антра циты содержат летучих веществ меньше, чем все другие ископаемые твердые топлива, однако в состав летучих, в отличие от летучих кок са, входят горючие компоненты — метан и водород. В результате потери теплоты с летучими у антрацита в 4—6 раз больше, чем у кок са. Зола донецких антрацитов переменна по составу и бывает легко плавкой и тугоплавкой. Легкоплавкая зола может вызывать некото рые осложнения в работе шахтной обжиговой печи (особенно при об жиге пород, содержащих повышенное количество примесей).
Для шахтных печей используют чаще всего «крупный» антрацит (АК) — размеры кусков 50—100 мм и «орех» (АО) — 25—50 мм в поперечнике.
Антрацит, как и кокс, является дорогостоящим и дефицитным ви дом топлива. Состав твердых топлив приведен в табл. 3 [10, 11].
Мазут — остаточный продукт, получаемый при перегонке неф ти. Горючая масса мазута очень мало засорена балластом (золы 0,1— 0,3%; влаги 1,0—4,0%). Теплота сгорания от 9200-4,19 до 9800- •4,19 кДж/кг. Мазут классифицируют по маркам в зависимости от вязкости, температур вспышки и застывания (табл. 4).
Перед сжиганием в печах мазут подогревают для снижения его вязкости при транспортировании по мазутопроводам к печи и при распылении его форсунками.
15
|
|
Т а б л и ц а |
3. Состав |
твердых |
топлив |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
|
|
Макси |
|
|
|
|
|
Состав горючей |
массы |
вес. |
Теплота его - . |
мальное |
|||||
|
|
Влага |
Зола |
|
|
|
|
|
|
рания |
содержа |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние, |
% |
||
Наименование |
wp, |
Ас, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
% |
% |
|
сг |
н г |
Nr |
о г |
лг ккал/кг кДж/кг |
wp |
Ас |
||
|
|
|
|
Ч |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Антрацит |
|
|
6,0 |
1,9 |
94,0 |
1,8 |
1,0 |
1,3 |
4 |
7240 |
3124 |
7 |
15 |
АП, АК, АО 4,0 |
|||||||||||||
AM, АС |
5,0 |
14,0 |
2,0 |
93,5 |
1,8 |
1,0 |
1,7 |
4 |
6475 |
2711 |
8 |
27 |
|
АРШ |
|
6,0 |
18,0 |
2,3 |
93,0 |
1,8 |
1,0 |
1,9 |
4 |
6110 |
2558 |
10 |
27 |
Кокс (25 мм) |
4,0 |
11,0 |
1,0 |
96,5 |
0,4 |
1,2 |
0,9 |
1 |
6640 |
2780 |
— |
— |
|
Коксовый |
оре |
15,0 |
13,0 |
1,0 |
95,5 |
0,5 |
1,2 |
1,8 |
4 |
5610 |
2349 |
19 |
17 |
шек |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10—25 мм) |
18,0 |
20,0 |
1,6 |
92,0 |
2,0 |
1,5 |
2,9 |
8 |
5040 |
2110 |
21 |
23 |
|
Коксовая |
ме |
||||||||||||
лочь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 4. |
Характеристика мазутов по |
маркам |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Марки мазута |
|
|
|
||
|
Показатель |
|
|
20 |
|
40 |
|
60 |
|
80 |
100 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Условная вязкость |
при 80 °С . |
2,5—5,0 |
|
Температура застывания, °С |
+5 |
||
Температура вспышки в откры- |
|
||
том тигле, |
° С ....................... |
|
80 |
Плотность, т/м3 |
|
|
|
при 0 °С ................................ |
|
|
0,961 |
при 100 ° С ............................ |
|
0,905 |
|
Коэффициент теплопроводности, |
|
||
ккал/(м-ч-°С), или Вт/(м-К) |
|
||
•при 30 ° С ............................ |
|
|
|
при 70 ° С ............................ |
|
|
|
Теплоемкость |
в интервале |
|
|
20—100 °С, |
ккал/(кг-°С), или |
|
|
Дж/ ( к г - К ) ............................ |
|
|
|
Содержание серы, %, не более |
|
||
малосериистый |
мазут . . |
|
|
сернистый мазут . . . . |
|
||
высокосернистый мазут . . |
|
||
|
0сл 00 о |
00 0 1 |
о |
11,0—13,0 13,0—15,5 |
|
|
1 |
|
|
+20 |
+25 |
+10 |
+ 15 |
|
||
100 |
ПО |
|
120 |
125 |
0,922 |
1,010 |
|
1,058 |
0,962 |
0,938 |
0,962 |
|
1,018 |
0,900 |
0,116 (0,К15)
0,112 (0,К50)
0,45—0,49 (1,884 • 103—2,052• 103)
0,5
1,0
3,5
Состав и теплота сгорания некоторых жидких топлив приведены
з табл. 5.
Природный газ представляет собой смесь предельных углеводоро дов, основным компонентом которой является метан. Содержание метана в природном газе различных месторождений колеблется от 80 до 98%. Помимо метана в смесь входит: от 0,3 до 4,5% этана С2Н 6,
от 0,1—1,7% пропана С3Н8, 0,1—0,8% бутана С4Н10, 0,1—0,3% С02, 0,8—14,5% N2.
16
|
Т а б л и ц а 5. |
Состав |
и теплота |
сгорания |
жидких |
топлив |
|
||
|
|
|
Элементный состав, |
% |
|
Теплота сго |
|||
|
|
|
|
рания |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Топливо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с т |
Нг |
Sr |
N r + O r |
АР |
WP |
ккал/кг кДж/кг |
|
М а з у т -2 0 ....................... |
87,2 |
11,7 |
0,5 |
0,6 |
0,1 |
2,0 |
9 650 |
40 403 |
|
М а зу т -4 0 ....................... |
87,4 |
11,2 |
0,5 |
0,9 |
0,2 |
3,0 |
9 420 |
39 440 |
|
М а зу т -6 0 ....................... |
87,6 |
10,7 |
0,7 |
1,0 |
0,2 |
3,0 |
9 320 |
39 021 |
|
Мазут-80 и 100 . . . . |
87,6 |
10,5 |
0,9 |
1,0 |
0,3 |
4,0 |
9 240 |
39 686 |
|
Мазут |
сернистый-10 . . |
85,2 |
11,6 |
2,5 |
0,7 |
0,1 |
1,0 |
9 620 |
40 277 |
Мазут |
черный-20 . . . |
85,0 |
11,6 |
2,9 |
0,5 |
0,2 |
2,0 |
9 460 |
39 607 |
Мазут |
сернистый-40 . . |
85,0 |
11,4 |
3,2 |
0,4 |
0,3 |
3,0 |
9 280 |
38 854 |
Соляровое масло . . . |
86,5 |
12,8 |
0,4 |
0,3 |
---' |
— |
10 ПО |
42 329 |
|
Теплота сгорания природного газа в зависимости от его состава изменяется от 8080-4,19 до 8760-4,19 кДж/м3.
ИЗВЕСТЬ
Известь — продукт обжига природных карбонатов кальция; бе лого цвета; состоит из окиси кальция СаО и примесей, которые час тично реагируют с СаО в процессе обжига. В состав извести входит также и неразложившийся СаС03. СаО кристаллизуется по типу NaCl — гранецентрированный куб (а = 4,80-10-10 м).
Теплоемкость [в Дж/(кг-К)] СаО:
сСа0 = - ^ - (11,86+ 1,08-10~3 Г — 1,66-105 7'~2)-4 ,19-103 |
(1,4) |
Теплопроводность [в Вт/(м-К)] извести [5, 6]: из мела
kt = (0,79 — 0,49-10-3/) 1,1630 |
(С5) |
из известняка |
|
Яг- = (— 1,011 — 0,66-10-3^+ 1,513 -10-3 Ркаж) -1,1630 |
(1,6) |
|
Гос. публичная |
|
|
научно-техническая |
| |
|
библиотека С С С Р |
|
г - 615 |
ЭКЗЕМПЛЯР |
[ |
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА j
ГЛАВА II
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОБЖИГА КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ
ТЕРМОДИНАМИКА ДИССОЦИАЦИИ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ
Процесс диссоциации карбоната кальция протекает с поглощени' ем тепла:
СаС03 (тв.)-----» СаО (тв.) + С02 (г) + 42,52-4,19 кДж
Изменение энтальпии системы Н или теплового эффекта реакции при постоянном давлении Qp в зависимости от температуры, согласно закону Кирхгоффа, соответствует уравнению
ДЯТ= ДЯ0 + Jг ACpdT |
(11,1) |
о |
|
где АСр — разность теплоемкостей конечных и начальных |
продук |
тов реакции. |
|
Изменение энтальпии системы (в ккал/моль) при температуре Т
будет равно
т
ДЯТ = ДЯ0 + j (2,53 — 8,38-10~? Т — 0,525-105 Г-2) d.T |
(11,2) |
о
ДЯТ = 41 969 +2,537’— 4,19-КГ3 Г2 + 0,525-105 Г-1 |
(11,3) |
при (=900.°С А #1173 = 32,216-4,19 кДж/моль. |
при трех |
Согласно правилу фаз, в системе СаС03 -► СаО + С02 |
фазах и двух компонентах в состоянии равновесия имеется только одна степень свободы.
В качестве независимого |
параметра обычно принимают темпера |
|
туру. Тогда, учитывая, что |
общее давление совпадает с давлением |
|
двуокиси углерода, получаем |
|
|
|
P = Poo2= f( T ) |
(П ,4) |
Ввиду того что диссоциация СаС03 является процессом эндотер мическим, повышение температуры сдвигает равновесие вправо, в сторону увеличения РСОа-
Вид функциональной зависимости РСо2= /^ ) может быть уста новлен следующим образом.
18
Константа равновесия равна
К =
/ с 0 2 «СаО
(11,5)
0СаСО3
где /СОа— фугитивность (летучесть) двуокиси углерода; аСа0, яСаСОа— активность СаО и СаС03. При небольших значениях общего давле ния /сог~ Гсо2>активности конденсированных фаз постоянного со става аСа0 ж оСаСОз = 1, вследствие этого К =« РС02. Отсюда, поль зуясь уравнением (II, 1) и уравнением изобары реакции
|
|
d i n |
К |
Д Я |
(11,6) |
|
|
dT |
~ |
RT2 |
|
|
|
|
|||
получим искомую функцию: |
|
|
0,525-105 |
||
in Рсо, = |
Д Я „ |
2,53 |
|
4,19-10-з |
|
RT + |
R In |
Т — |
R |
2RT* + С (11,7) |
|
где С — константа интегрирования.
Зависимость РСОа от температуры графи чески изображается в ви
де восходящей кривой (рис. 1). Эта кривая представляет собой гео метрическое место точек, отображающих условия равновесного сосу ществования всех трех веществ: СаС03, СаО и С03. Такие значения Рсо3 принято называть давлением диссоциации СаС03.
Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал, «сво бодная энергия») твердых тел представляет собой сумму «объемной свободной энергии» F% и «поверхностной свободной энергии» F°s. Последняя зависит от степени дисперсности вещества и может коле баться в значительных пределах [3]. В том случае, когда препараты высокодисперсны, число частиц, находящихся на поверхности кри сталлов, сравнимо с числом частиц в объеме. Величина F°s в пере счете на одно и то же число частиц становится больше величины F%. В этом случае изменение «свободной энергии» зависит от степени дис персности исходных и конечных продуктов реакции:
дд° = (fCq2+ Fv_Са0 + Fs_Са0) — (Я0>СаСо3 + |
|
+ <CaC03) = - ^ ln^COs |
(И ,8) |
Отсюда следует, что, несмотря на постоянство температуры, ве личина РС02 может меняться в зависимости от степени дисперсности
СаО и СаС03.
Поскольку образование новых фаз в объеме всегда проходит че рез стадии зарождения и первоначального роста частиц, в началь ный период разложения СаС03 в системе присутствует высокодис персная окись кальция. Обладая повышенной свободной энергией, мелкие кристаллы СаО будут стремиться к рекристаллизации (росту крупных кристаллов за счет мелких), в результате чего запас «сво бодной энергии» уменьшится.
Если полученная окись кальция крупнокристаллическая, то ве личиной Fs можно пренебречь, и тогда с ростом Fs,caco3, согласно
2 |
19 |