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礦熱電石爐內物料的熱平衡、物料分解計算方式及公式

2021-04-19  耐材百科...

礦熱爐熔煉過程復雜,其工藝計算也很麻煩,要根據產品大綱、原料成分、操作工藝特點等具體進行。近期將分別列舉礦熱爐在無渣法、少渣法、有渣法和共生礦冶煉過程的配料、物料平衡和熱平衡等的工藝計算過程。
本文主要內容有電石爐的平衡、熱平衡、碳的平衡、氧化鈣的平衡、碳酸鈣的分解、水分的蒸發及分解的計算方式和計算公式。

電石爐的物料平衡及熱平衡

1、工況測定
A 操作情況
電石爐容量:20MV·A;
平均功率:14500~15000kW;
平均二次電壓:146V;
平均操作電流:64400A;
電極工作長度:1000mm;
平均投料配比:68(加副石灰后為63);
平均出爐時間:60min/爐;
出爐電石量:191.195t/48h(相當標準電石186.096t/48h);
測定時間:48h;
環境溫度(作基準溫度):21℃。
B 物料分析
(1)石灰的總投料量為174734kg,其組成見表1。

表1石灰的組成
(2)焦炭的總投料量為110982kg,其組成見表2。

表2 焦炭的組成
(3)電極糊的總投料量為4129kg,其組成見表3。

表3 電極糊的組成
(4)電石總產量為191195kg,其組成見表4。

表4電石的組成
(5)爐氣的組成見表5。

表5 爐氣的組成
(6)爐氣中粉塵總量11976kg,其組成見表6。

表6 爐氣粉塵的組成
2、體系的劃分及模型
A供入體系的能量
(1)電熱Q0
(2)漏入爐內的空氣與一氧化碳燃燒后供入的熱量Qco.
(3)所有物料均在環境溫度下投入,因此無顯熱供入。
B排出體系的能量
排出體系的能量,共五項:
(1)電石生成熱Q;
(2)電石顯熱Q?;
(3)電石相變熱Q?;
(4)副反應吸熱Q?;
(5)各項損失的熱量Q?~Q?。
C 體系的模型
體系模型如圖1所示。

圖1 電石爐熱平衡的體系模型

物料平衡計算

1、碳的平衡
A 碳元素總收入量
焦炭和電極糊帶入的碳量
110982×84.81%+4129×82.37%=97525kg
B 碳元素總支出量
生成電石消耗碳量(按反應式CaO+3C===CaC2+CO計算):


隨爐氣逸出損失碳量(由爐氣含塵量計算):
11976×26.61%=3187kg
料倉除塵帶走碳量(由一周卸灰量推算):14kg。
電石中含游離碳量:
191195×3.31%=6329kg
碳支出小計:93589kg。
其他副反應消耗碳量(收支相抵后):3936kg。
副產CO氣體:

2、氧化鈣的平衡
A CaO的收入量
(1)由焦炭中吸收:
110982×0.69%=766kg
(2)由電極糊中收入:
4129×0.58%=24kg
(3)由石灰中收人:
174734×88.64%=154884kg
CaO收入合計:l55674kg。
B CaO的支出量
(1)生成電石消耗:

(2)隨爐氣逸出損失:
11976×0.3759=4502kg
(3)料倉除塵帶走損失(由一周用量推算):300kg.
(4)電石中殘余CaO:
191195×0.1052=20114kg
CaO支出合計:155674kg。
3、碳酸鈣的分解
由石灰分析值可知損失量為8.15%,其中2.3%為H?O、5.85%為CO?,折算為石灰中CaCO?的含量為:


則CaCO?總量為174734×13.29%=23223kg。
CaCO?的分解反應有:
CaCO?+C→CaO+2CO①
CaCO?→CaO+CO?②
A 由爐氣中CO?含量計算反應式
用試差法計算,設爐氣流量(標態)為1600m3/h(400m3/t),設爐子密封不嚴,漏入空氣(標態)共36.6m3/h(2.3%),則爐氣中CO?總量為:
1600×2.72%×1.977×48=4130kg
漏入空氣(標態)有20m3/h(55%)氣體中的O?與CO燃燒生成CO?,即:

燃燒反應的O?量為:
20×0.21×1.429×48=288kg
燃燒生成C02的量為:

則有4130-792=3338kgCO?是由CaCO?分解而得的。
消耗CaCO?的量為:

B 計算反應式①
反應式①也可以認為是由反應②形成的CO?被C還原成CO,即:
C0?+C====2C0
由前面計算知,被C還原的CO?量有:

生成CO量為:

多消耗的C量為:

反應①消耗的CaCO?量為:

反應①與反應②共消耗CaCO?量為:
15635+7586=23221kg
由以上計算得知CO?的收支平衡,具體為:收入10218kg,支出10218kg。
4、水分的蒸發和分解
物料收入H?O為:
174734×2.3%+110982×0.42%+4129×0.75%=4513kg
設有60%(2708kg)直接由爐氣排入大氣,40%(1805kg)按下式反應(此比例先按爐氣中H?含量粗算):.
H?O+C→H?+C0
則生成CO量為:

生成H?量為:

消耗C量為:

由以上計算得知水的收支平衡,具體為:收入4513kg,支出4513kg。
明天接著分享揮發分的分解、二氧化硅的還原、爐氣流量、物料收支平衡等計算及計算方式。

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