4烧结（球团）生产过程计算.ppt

第四章,烧结（球团）生产过程计算,4、烧结（球团）生产过程计算,概述4.1计算的目的、内容及原则4.2配料计算4.3烧结物料平衡与热平衡4.4竖炉球团物料平衡与热平衡4.5链篦机回转窑球团物料平衡与热平衡思考题,概述,重点：（1）掌握配料计算方法；（2）掌握物料平衡计算方法；（3）掌握热平衡计算方法。难点：热平衡计算目的和要求：掌握各种配料计算方法和物热平衡计算方法，为课程设计、毕业设计的生产过程计算以及毕业论文的烧结配料计算奠定基础。授课特点：以生产数据为基础，进行配料计算、物料平衡计算和热平衡计算，介绍各种参数选取方法，同时介绍课程设计、毕业设计以及烧结试验过程（配料计算）中经常出现的问题，从而帮助学生掌握各种计算方法。,4.1.1目的（1）保证产品质量；(烧结矿化学成分：配料计算、水分、焦炭)（质量：R;燃料FeO强度、还原性）（2）合理选择设备（配料计算、物料平衡计算、热平衡计算是设备选择的基础）（3）了解和控制生产操作过程热平衡：了解热量消耗，便于节能配料计算：了解产品质量、成本等物料平衡：原料需要量（4）核算经济效益：烧结矿成本,4.1计算的目的、内容及原则,4.1.2内容：配料计算物料平衡计算热平衡计算（1）配料计算：以原料化学成分、年供应量及产品质量的要求为依据进行原料配比计算。作用：保证产品化学成分稳定（R、TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3等）；管理生产的需要（原料供应量、原料成本等）；其它计算的基础；（物料平衡、热平衡、设备选择计算等）,（2）物料平衡计算：遵循物质不灭定律，即进入烧结过程的物料总重要必须等于该过程排出的各种产物的总重量。作用确定各工序处理的物料量；（熔剂燃料破碎、各配料量、混合料、烧结矿等）中间物料的组成；产品及“三废”物质的数量及组成（废气-烟气SO2浓度、废水、废渣）（3）热平衡计算根据能量导恒定律，进入烧结机系统的热量应等于烧结机支出的热量。研究热量的供应和分配状况。作用：评价烧结机的热效率水平；（从热耗角度，煤应供应多少，通过考察热利用水平，改进烧结机热工操作制度与设备结构）热工设备结构的设计和改造；（点火炉煤气耗热量、带冷机带走热量、固体燃耗）使热工设备在最佳条件，达到高产优质。,4.1.3原则（1）热平衡计算时，基准温度为0；（2）以单位质量成品矿需要的物料和热量为单位，如kg/t.s，KJ/t.s(hg/100kg.s)（3）固体或气体燃料发热值，使用低位发热值；固体或点火用气体、液体燃料：应用基低位发热值；煤气：湿煤气低位发热量（应用什么样的燃料，就采用它的值）（4）国际统一单位（质量：kg、t；力：N；压力：Pa；热量：JKJNJGJ）,4.2配料计算,4.2.1依据和原则（1）依据原料化学成分烧结矿质量要求（TFe、R、P、S）原料供应情况或试验结果经济效益（成本最低）（2）原则原料除烧损、90%S（脱S率为90%）外，其余全部进入烧结矿；燃料的灰分进入烧结矿；TFe、CaO、SiO2、MgO、Al2O3在烧结过程中不变化（质量）；不考虑机械损失；（FeO氧化，MnO发生反应）,4.2.2计算的项目及公式（1）碱度的确定与计算1）碱度的确定烧结矿碱度是根据高炉冶炼时规定的炉渣碱度来确定的。高碱度烧结矿+块矿高炉炉料结构高碱度烧结矿+酸性球团矿*自熔性烧结矿（100%）酸性球团矿+石灰石注：a.块矿还原性不如酸性球团矿（R=0.80.9）b.自熔性烧结矿（R=1.21.3）强度差2）表示方法二元碱度：R=CaO/SiO2三元碱度：R=(CaO+MgO)/SiO2四元碱度：R=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)因为我国烧结厂原料中MgO、Al2O3含量较稳定，一般考虑二元碱度。,用白云石、轻烧氧化镁，如何计算？,3）计算思路含铁：Fe矿，%混合矿CaO：CaO矿，%SiO2：SiO2矿，%焦炭灰分CaO：CaO焦，%SiO2：SiO2焦，%生铁铁：Fe铁，%Si：Si铁，%高炉炉渣R=1.2焦比K-Kg/100kg生铁计算：高炉炉料R（100%自熔性烧结矿）不考虑生铁带走Si（从炉渣中带走）考虑生铁带走Si,混合矿碱度：,中和焦炭灰分中的酸性造渣物需补充的CaO,求：烧结矿R（不考虑生铁带走Si）（通过此例，使掌握烧结矿、球团矿碱度的确定方法）,4.2.3计算方法（1）经验配料法现场1）特点快误差大（经验）2）思路设置配料比（根据原料种类和化学成分、烧结矿化学成分指标）例：铁矿72%，生石灰1.5%石灰石10%白云石7%焦粉5.7%验证（烧结矿化学成分化验结果）调整(上一个班的生产情况、现在的生产情况、再估计一个配料比进行验算,调整）确准（当验算结果与烧结矿质量指标相符合，确定为最终的配料比）,（2）简单理论配料计算1）特点准确快适用于少量原料种类（3）2）步骤假设生产100kg烧结矿需要的各种原料用量铁矿：xkg铁矿；ykg石灰石；zkg高炉灰；mkg生石灰；nkg焦炭原料的烧残率，%列平衡方程a.铁平衡方程,b.碱度平衡方程,c.氧平衡方程,失氧：,得氧：,注意：如何编程序？,（3）线性规划法1）定义线性规划法：在满足一组约束条件下，寻求一组变量x1，x2，xn的值，使目标函数达到极大值（或极小值）。如果约束条件和目标函数都是线性，则称为线性规划。线性规划数学模型由三部分构成：,变量：也称为未知数，用x1，x2xn表示（非负）约束条件：实现系统目标的限制因素，它涉及到企业内部条件和外部环境（、=）如：资源的限制、计划指标、产品质量要求、市场销售状况等。目标函数：是决策者要达到的最优目标与变量之间关系的数学模型，是一个极值问题。2）特点快；准确考虑了经济技术指标适合于各原料种类有利于自动化3）计算原则把要配入的几种原料的配入量设为待求变量；xj配矿量，kg/100kg-s,用这几种原料中分别含有的TFe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等化学成分及铁氧化物在烧结过程中的氧平衡方程构成的约束条件系数矩阵将烧结矿成份的要求值作为约束条件左端限制常数向量以配料成本最低来衡量方案优劣。这样，便可取这几种原料的价格作为目标函数的价格系数向量,表1烧结矿成分要求/%,4）配料计算,满足于,表2原料化学成分/%,SiO2CaOMgOAl2O3SX130X310目标函数：,X1300kg/t-sX3100kg/t-sX1+X2+X3700kg/t-sX4=3050kg/t-sX760kg/t-sX10=5070kg/t-s约束方程,配比,计算结果成本：317.08元/t,元/t-s,元/100kg-s,5）烧结矿化学成分烧结矿产量计算*简易法，即不考虑在烧结过程中FeO的变化式中：Ig某种原料的烧损，%；S某种原料的含S量，%*考虑FeO变化,*FeO与烧结过程氧化还原反应有关，所以不能简单计算,烧结矿化学成分预算*Fe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3,不变,4.3.1物料平衡4.3.2热平衡,4.3烧结物料平衡与热平衡,成品烧结矿返矿量支出部分铺底料量废气量（点火、烧结、分解）机械损失,各种原料用量返矿量铺底料量收入部分混合料水分点火煤气量点火空气量烧结空气量（包括漏风）,4.3.1物料平衡,（1）收入部分1）各种原料用量通过配料计算得到单位质量烧结矿所需各种原料量G料=1162.20kg/t-s,2）返矿量G返f返矿配比，%，根据生产实践或烧结试验确定，一般为30%35%左右，外配40%(返矿的作用？),3）铺底料G铺一般为成品烧结矿的10%15%，厚料层烧结时取低值。（铺底料高度一般为20-40mm）,0.104Lcox1X1=0.104m3b.H2燃烧需氧量LH2和产生水量y1,6）点火空气量G点空以1m3煤气为单位计算化学反应所需空气量a.CO燃烧需氧量LCO和产生的CO2量X1,0.53LH2y1c.CH4燃烧需气量LCH4和产生的CO2量X2和水量y2,点火所需空气量G点空,点火烟气组CO2CO、CH4、C2H2+煤气中CO2H2OH2、CH4、C2H2+煤气中的H2O,N2O2a.二氧化碳,7）烧结过程所需空气量,固定碳燃烧所需氧量及CO2量,123244x1,焦粉工业分析和元素分析,12032641kgxyx=0.7331kgFeS2氧化需氧0.733kgy=1.6071kgFeS2氧化产生SO21.067kg,8）烧结过程漏入空气量G漏风漏风率为30%40%，取40%,其中：O2量N2量,9）碳酸盐分解产生的CO2,10056441kgxx=0.7857kg,8440441kgy,7456181kgx,10）消石灰分解产生H2O,11）烧结废气组成计算a点火烟气;b烧结过程产生气体;c漏入空气,烧结物料平衡表,a.C+O2CO2固定碳燃烧化学热b.点火煤气燃烧热c.化学反应热：FeOFe2O3FeSFe2O3热收入a.混合料带入热量（预热5060）b.点火煤气带入热量物理热c.点火空气带入热量d.烧结空气带入热量e.铺底料带入热量,4.3.2热平衡,（1）热收入1）混合料带入的物理热（以混合料预热50为准）,7）点火热量Q7（点火燃料的化学热）,设计过程中单位烧结矿点火热量根据烧结试验或同类型烧结厂的生产数据决定,8）烧结过程空气带入的物理热,6）点火助燃空气带入的物理热Q3,.,成渣化学热a.有矿相鉴定：,Hi-生成i种矿物的放热量，KJ/kgPi-生成i种矿物的质量百分比，%b.无矿相鉴定时：,（3）热平衡表,4.4竖炉球团物料平衡与热平衡,成品球团矿烧损水蒸汽球团返矿,干混合料收入部分生球水分FeO增重,4.4.1物料平衡,支出部分,原料用量及配比,球团返矿为球团成品矿的9%，送烧结车间。竖炉排放的球团矿温度为500，FeO为1.5%，脱硫量为95%，煤气消耗量210m3/t，助燃空气150m3/t，冷却空气762m3/t，冷却水4093kg/t，排出水的温度36.7，每吨球团废气量2600m3/t，废气温度100,（1）物料收入部分干混合料成品球团矿收入水支出烧损FeO氧化增重水蒸汽球团返矿,1）干混合料2）生球含水量：适宜水份为干混合料9.5%,注：以1t成品球团进行计算！原料以干基计算,3）FeO氧化增重：,物料总收入,（2）物料支出部分1）成品球团矿2）烧损3）水蒸汽4）球团返矿物料支出,竖炉球团物料平衡表,（1）热收入1）煤气燃烧放热Q1,煤气低（位）热值，q=3720.2KJ/m32）空气带入热量Q2,Ck空气比热，1.3KJ/m3.t空气温度，25,3）生球带入的物理热Q3,4）FeO氧化放热Q45）硫氧化放热Q56）成渣热Q6：假定成渣热为总热量的2%,热收入,（2）热支出1）球团矿带走热量：2）废气带走的热量：,KJ/kg.,3）水蒸发：4）冷却水带走热量5）炉壳散热：K炉壳传热系数，71.06KJ/m3h，外界温度为25，流动速度3.6m/s，炉壳为8mm钢板制成。F外壳散热面积，7.5m2h/t,从热平衡结果可见，竖炉生产要求FeO20%。,4.5链蓖机-回转窑球团物料平衡和热平衡,链篦机回转窑的优点：根据球团在升温焙烧过程中强度变化的特点，把热工工艺制度分别置于三个设备上来进行。容易实现既定的热工制度；能适当降低设备总体材质的耐高温性能要求。原料适应性更强。燃料适应性强。产品的质量高且更为均匀。实现了球团生产的大型化,链篦机回转窑工艺的缺点工艺和设备布置显得不够紧凑，占地面积也较大；设备总吨位也较重，工艺和设备设计都较复杂。由于物料的运动，窑内粉末量可能增多，在窑内温度过高的情况下