炼钢厂喷粉脱硫装置设计计算书

炼钢厂喷粉脱硫装置设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基础参数确定,,,,,,,,,

1,铁水流量,Q,设计值,Q=150,t/h,150.00,铁水包处理流量，设计处理能力150t/h,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,处理能力

2,铁水初始硫含量,[S],实测值,[S]=0.050,%,0.05,高炉铁水初始硫含量，典型值0.050%,GB/T223.68-1997钢铁及合金化学分析方法管式炉内燃烧后碘酸钾滴定法测定硫含量,初始硫含量

3,目标硫含量,[S]_t,设计值,[S]_t=0.005,%,0.01,脱硫后目标硫含量，要求降至0.005%以下,GB/T1591-2008低合金高强度结构钢,目标硫含量

4,铁水温度,T,实测值,T=1350,℃,1350.00,铁水温度，脱硫处理温度1350℃,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,铁水温度

5,铁水重量,W,设计值,W=100,t,100.00,每个铁水包处理重量，100t铁水包,GB/T13305-1991冶金设备通用技术条件铁水包,铁水包容量

6,处理时间,t,设计值,t=15,min,15.00,单个铁水包处理时间，包括喷粉和搅拌时间,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,处理时间

7,脱硫剂类型,Reagent,选用值,Reagent=CaO基脱硫剂,-,CaO基脱硫剂,选用CaO基脱硫剂，主要成分为CaO和CaF2,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,脱硫剂类型

8,脱硫剂CaO含量,CaO,设计值,CaO=85,%,85.00,脱硫剂中CaO含量，85%,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,CaO含量

9,脱硫剂CaF2含量,CaF2,设计值,CaF2=10,%,10.00,脱硫剂中CaF2含量，10%作为助熔剂,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,CaF2含量

10,脱硫剂活性度,A,设计值,A=380,mL,380.00,脱硫剂活性度，380mL,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,活性度

11,载气类型,Gas,选用值,Gas=N2,-,N2,选用氮气作为载气，惰性气体安全可靠,GB/T3864-2008工业氮,载气类型

12,载气压力,p_g,设计值,p_g=0.6,MPa,0.60,载气压力，0.6MPa,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,载气压力

13,喷粉速度,v_p,设计值,v_p=2.5,m/s,2.50,喷枪出口喷粉速度，2.5m/s,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,喷粉速度

14,脱硫效率,η,设计值,η=90,%,90.00,设计脱硫效率，90%,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,脱硫效率

15,硫分配系数,L_S,查表值,L_S=200,-,200.00,渣铁间硫分配系数，CaO基脱硫剂典型值200,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,硫分配系数

16,铁水密度,ρ_fe,查表值,ρ_fe=7.0,t/m³,7.00,铁水密度，1350℃时约7.0t/m³,GB/T208-2007钢铁产品牌号表示方法,铁水密度

17,脱硫剂密度,ρ_r,查表值,ρ_r=3.2,t/m³,3.20,CaO基脱硫剂密度，约3.2t/m³,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,脱硫剂密度

18,载气密度,ρ_g,计算值,ρ_g=p_g×M/(R×T),kg/m³,#NAME?,氮气密度，理想气体状态方程计算,GB/T3864-2008工业氮,载气密度

二、脱硫反应热力学计算,,,,,,,,,

19,脱硫反应式,Reaction,设计值,CaO+[S]+[C]=CaS+CO,-,CaO+[S]+[C]=CaS+CO,主要脱硫反应，CaO与铁水中的硫和碳反应生成CaS和CO,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,脱硫反应

20,反应吉布斯自由能,ΔG°,计算值,ΔG°=117200-107.4T,J/mol,71769.8,标准吉布斯自由能变化，T为绝对温度,《冶金物理化学》,吉布斯自由能

21,反应平衡常数,K,计算值,K=exp(-ΔG°/(R×T)),-,0.999090501,反应平衡常数，由吉布斯自由能计算,《冶金物理化学》,平衡常数

22,CO分压,p_CO,设计值,p_CO=0.1,MPa,0.10,CO分压，铁水表面CO分压约0.1MPa,《冶金物理化学》,CO分压

23,碳活度,f_C,计算值,f_C=1.0,-,1.00,铁水中碳活度，高碳铁水碳活度近似为1,《冶金物理化学》,碳活度

24,硫活度系数,f_S,计算值,logf_S=e_S^C×[C]+e_S^Si×[Si]+e_S^Mn×[Mn],-,4.590922908,硫活度系数，考虑碳、硅、锰的影响,《冶金物理化学》,硫活度系数

25,平衡硫含量,[S]_eq,计算值,[S]_eq=p_CO/(K×f_C×f_S×a_CaO),%,#NAME?,平衡硫含量，a_CaO为CaO活度0.85,《冶金物理化学》,平衡硫含量

26,反应驱动力,ΔG,计算值,ΔG=ΔG°+R×T×ln(Q/K),J/mol,#VALUE!,反应驱动力，Q为反应商,《冶金物理化学》,反应驱动力

27,脱硫反应速率常数,k,查表值,k=2.5×10^-4,m/s,0.00,脱硫反应速率常数，1350℃时典型值,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,速率常数

28,传质系数,k_m,计算值,k_m=0.01×v_p^0.7,m/s,0.639511734,传质系数，与喷粉速度有关,《冶金传输原理》,传质系数

29,反应界面面积,A_r,计算值,A_r=6×W/(ρ_r×d_p),m²,6.666666667,反应界面面积，d_p为脱硫剂平均粒径0.5mm,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,反应界面面积

30,脱硫反应速率,r_S,计算值,r_S=k_m×A_r×([S]-[S]_eq),kg/s,#NAME?,脱硫反应速率，单位时间脱除的硫量,《冶金传输原理》,脱硫速率

三、脱硫剂用量计算,,,,,,,,,

31,需脱除的硫量,ΔS,计算值,ΔS=W×([S]-[S]_t)/100,kg,#VALUE!,需要脱除的硫量，铁水重量乘以硫含量差,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,需脱除硫量

32,理论脱硫剂用量,W_r_theo,计算值,W_r_theo=ΔS×M_CaO/M_S,kg,0.0004375,理论脱硫剂用量，按化学反应计量比计算,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,理论用量

33,实际脱硫剂用量,W_r_act,计算值,W_r_act=W_r_theo/η×100,kg,#VALUE!,实际脱硫剂用量，考虑脱硫效率,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,实际用量

34,脱硫剂单耗,q_r,计算值,q_r=W_r_act/W×1000,kg/t,133333.3333,脱硫剂单耗，每吨铁水消耗的脱硫剂量,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,单耗

35,脱硫剂加入速度,v_r,计算值,v_r=W_r_act/t,kg/min,1333.333333,脱硫剂加入速度，每分钟加入的脱硫剂量,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,加入速度

36,脱硫剂体积流量,Q_r,计算值,Q_r=v_r/ρ_r,m³/min,0,脱硫剂体积流量,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,体积流量

37,脱硫剂质量浓度,C_r,计算值,C_r=ρ_r/(1+ρ_r/(ρ_g×λ)),kg/m³,86.12440191,脱硫剂在载气中的质量浓度，λ为气固比10,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,质量浓度

38,脱硫剂停留时间,τ,计算值,τ=L/v_p,s,0.013157895,脱硫剂在喷枪中的停留时间，L为喷枪长度5m,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,停留时间

39,脱硫剂利用率,η_r,计算值,η_r=1-exp(-k×τ),%,#VALUE!,脱硫剂利用率，考虑反应动力学,《冶金反应工程学》,利用率

40,最终脱硫剂用量,W_r_final,计算值,W_r_final=W_r_act/η_r×100,kg,0.005,最终脱硫剂用量，考虑脱硫剂利用率,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,最终用量

四、喷粉量计算,,,,,,,,,

41,气固比,λ,设计值,λ=10,-,10.00,气固比，载气与脱硫剂质量比,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,气固比

42,载气质量流量,m_g,计算值,m_g=λ×v_r,kg/min,0,载气质量流量，气固比乘以脱硫剂加入速度,GB/T3864-2008工业氮,载气流量

43,载气体积流量,Q_g,计算值,Q_g=m_g/ρ_g,m³/min,0.43062201,载气体积流量，质量流量除以密度,GB/T3864-2008工业氮,体积流量

44,载气标准体积流量,Q_g_std,计算值,Q_g_std=Q_g×p_g×273/(0.1013×(T+273)),Nm³/min,0.838299567,标准状态下载气体积流量,GB/T3864-2008工业氮,标准流量

45,混合物流速,v_m,计算值,v_m=(Q_g+Q_r)/A_p,m/s,#VALUE!,气固混合物流速，A_p为喷枪截面积,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,混合流速

46,混合物流雷诺数,Re,计算值,Re=ρ_m×v_m×d_p/μ,-,1890,雷诺数，判断流动状态，μ为气体粘度2.5×10^-5Pa·s,《流体力学》,雷诺数

47,压力损失,Δp,计算值,Δp=f×L×ρ_m×v_m²/(2×d_p),Pa,0.004725,喷枪内压力损失，f为摩擦系数0.02,《流体力学》,压力损失

48,出口压力,p_out,计算值,p_out=p_g-Δp,MPa,9.99999,喷枪出口压力，进口压力减去压力损失,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,出口压力

49,马赫数,Ma,计算值,Ma=v_m/c,-,1.06383E-05,马赫数，c为声速470m/s,《气体动力学》,马赫数

50,喷粉效率,η_p,计算值,η_p=0.95,%,95.00,喷粉效率，考虑脱硫剂在铁水中的分布,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,喷粉效率

五、喷枪设计计算,,,,,,,,,

51,喷枪内径,d_p,设计值,d_p=50,mm,50.00,喷枪内径，50mm,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,喷枪内径

52,喷枪外径,D_p,设计值,D_p=60,mm,60.00,喷枪外径，60mm,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,喷枪外径

53,喷枪长度,L_p,设计值,L_p=5,m,5.00,喷枪总长度，5m,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,喷枪长度

54,喷枪插入深度,L_i,设计值,L_i=2.5,m,2.50,喷枪插入铁水深度，2.5m,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,插入深度

55,喷枪材质,Material,选用值,Material=耐热钢,-,耐热钢,喷枪材质，选用耐热钢，耐高温1400℃,GB/T4237-2007不锈钢热轧钢板和钢带,喷枪材质

56,喷枪壁厚,δ_p,计算值,δ_p=(D_p-d_p)/2,mm,#VALUE!,喷枪壁厚，外径减内径除以2,GB/T4237-2007不锈钢热轧钢板和钢带,喷枪壁厚

57,喷枪受热面积,A_h,计算值,A_h=π×D_p×L_i,m²,59.37618062,喷枪受热面积，插入铁水部分的表面积,《传热学》,受热面积

58,热流密度,q,计算值,q=5×10^5,W/m²,500000.00,铁水对喷枪的热流密度，5×10^5W/m²,《传热学》,热流密度

59,喷枪热负荷,Q_h,计算值,Q_h=q×A_h,W,0,喷枪热负荷，热流密度乘以受热面积,《传热学》,热负荷

60,喷枪温度分布,T_p,计算值,T_p=T+(Q_h/(2πλL_i))×ln(D_p/d_p),℃,#VALUE!,喷枪壁温分布，λ为导热系数20W/(m·℃),《传热学》,喷枪壁温

61,喷枪出口速度,v_out,计算值,v_out=Q_g_std×(T+273)/273/A_p,m/s,#VALUE!,喷枪出口混合物流速,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,出口速度

62,喷枪寿命,L_life,设计值,L_life=500,次,500.00,喷枪设计寿命，500次,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,喷枪寿命

63,喷枪振动频率,f_v,计算值,f_v=v_out/(2×L_i),Hz,0.125000125,喷枪振动频率，由出口气流引起,《机械振动》,振动频率

64,喷枪强度校核,σ,计算值,σ=p_g×d_p/(2×δ_p),MPa,#VALUE!,喷枪壁应力，内压引起的环向应力,GB/T150.3-2011压力容器第3部分：设计,喷枪应力

65,安全系数,n,计算值,n=σ_s/σ,-,5.052531113,安全系数，σ_s为屈服强度300MPa,GB/T150.3-2011压力容器第3部分：设计,安全系数

六、脱硫效果计算,,,,,,,,,

66,实际脱硫率,η_act,计算值,η_act=([S]-[S]_t)/[S]×100,%,#VALUE!,实际脱硫率，初始硫含量减去目标硫含量除以初始硫含量,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,实际脱硫率

67,脱硫后硫含量,[S]_f,计算值,[S]_f=[S]×(1-η_act/100),%,#VALUE!,脱硫后实际硫含量,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,最终硫含量

68,脱硫渣量,W_s,计算值,W_s=W_r_final×(1-η_r/100)+ΔS×M_CaS/M_S,kg,#NAME?,脱硫渣量，未反应的脱硫剂加上生成的CaS,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,脱硫渣量

69,渣铁比,R_s,计算值,R_s=W_s/W×1000,kg/t,#VALUE!,每吨铁水产生的脱硫渣量,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,渣铁比

70,脱硫渣硫含量,S_s,计算值,S_s=ΔS/W_s×100,%,#VALUE!,脱硫渣中硫含量,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,渣中硫含量

71,脱硫渣碱度,R,计算值,R=CaO/SiO2,-,3.2,脱硫渣碱度，CaO与SiO2比值3.2,YB/T4179-2008铁水预处理用脱硫剂技术条件,渣碱度

72,脱硫反应时间,t_r,计算值,t_r=ln([S]/[S]_t)/(k×A_r/W),min,#VALUE!,达到目标硫含量所需的反应时间,《冶金反应工程学》,反应时间

73,搅拌功率,P,计算值,P=ρ_fe×g×Q×h,kW,0,搅拌功率，h为搅拌高度0.5m,《冶金传输原理》,搅拌功率

74,混合时间,t_m,计算值,t_m=0.1×D²×ρ_fe/(P/V),s,#DIV/0!,铁水混合时间，D为铁水包直径2m,《冶金传输原理》,混合时间

七、安全设施设计计算,,,,,,,,,

75,CO产生量,V_CO,计算值,V_CO=ΔS×M_CO/M_S,Nm³,#NAME?,脱硫反应产生的CO气体量,GB12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准,CO产生量

76,CO浓度,C_CO,计算值,C_CO=V_CO/V_room,%,#VALUE!,车间内CO浓度，V_roo