Расчетный анализ тепловой работы охладителя
Расчетно-теоретический анализ процесса охлаждения проводился для двух высот слоя: 1,5 и 1,2 м на двух типах тележек – с поддонами и без них. Результаты расчетно-теоретического анализа были представлены в отчете по результатам теплотехнических и газодинамических исследований режимов работы узла стабилизации аглофабрики №3.
При расчетах были заданы следующие начальные условия:
1. По результатам замеров было установлено, что на тележках с поддонами располагаемый напор под слоем составляет 460 мм в.ст., на тележках без поддонов – 560 мм в.ст. при высоте слоя 1,5 м. Согласно имеющейся рабочей характеристике вентилятора, при снижении высоты слоя до 1,2 м напор составит 440 и 530мм в. ст., соответственно.
2. Измерения скорости фильтрации показали, что в средней части охладителя она в два раза ниже, чем у внешнего борта охладителя, следовательно, и гранулометрический состав агломерата также должен отличаться – у внешнего борта больше крупной фракции, в середине – больше мелочи.
3. Анализ работы охладителя проведен для производительности 500-750 т/ч и содержании класса –5 мм в поступающем агломерате от 15 до 50%.
Общие исходные данные для расчетов приведены в таблице 2.21.
Таблица 2.21
| Параметр | Значение |
| Ширина полотна В, м | 4,5 |
| Средний диаметр полотна D, м | |
| Общая площадь охладителя, м2 | |
| Эффективная площадь охлаждения F, м2 | |
| Температура агломерата на загрузке tа', °С | |
| Плотность агломерата, кг/м3: | |
| насыпная, ρн | |
| кажущаяся, ρк | |
| истинная, ρи | |
| Порозность слоя ε | 0,4 |
| Температура воздуха на охлаждение агломерата tв', °С | |
| Барометрическое давление р, мм рт. ст. |
Расчеты показали, что процесс охлаждения на тележках с поддонами протекает хуже, чем на тележках без поддонов. В первую очередь, это обусловлено разностью располагаемого напора под тележками (460 и 560 мм в.ст. соответственно) и, следовательно, разным расходом воздуха на охлаждение, а слой агломерата охлаждается до требуемой величины среднемассовой температуры (100°С) при высоте слоя 1,5 м, если производительность охладителя не превышает 550 т/ч на тележках без поддонов и 500 т/ч на тележках с поддонами. При высоте слоя 1,2 м эти величины составляют 600 и 550 т/ч соответственно.
При повышении производительности происходит закономерное повышение температуры агломерата. Так, при максимально заданной производительности охладителя 750 т/ч, среднемассовая температура агломерата при высоте слоя 1,5 м составит 200°С на тележках без поддонов и 230°С на тележках с поддонами, при высоте слоя 1,2 м 150 и 200°С соответственно, а температура поверхности будет 350 – 300°С, что значительно превышает требуемую.
Анализ показал, что на тележках без поддонов влияние производительности на процесс охлаждения более мелкофракционного агломерата (центральная часть тележки) выражен сильнее, чем на тележках с поддонами. Так, например, разница между максимальной и минимальной температурами в точке 2,25 м на тележках без поддонов составляет ~250°С, а на тележках с поддонами ~130°С.
Кроме того, расчеты подтвердили, что даже при неравномерной укладке агломерата на тележки понижение слоя до 1,2 м обеспечивает снижение средних температур охлажденного агломерата ~ на 50°С. Зависимость конечной среднемассовой температуры от содержания класса –5 мм в агломерате носит экспоненциальный характер: до определенного значения (30 – 35%) рост количества мелкой фракции в агломерате практически не оказывает влияния на температуру, при дальнейшем повышении содержания класса –5 мм происходит резкий рост температуры, причем, чем выше производительность охладителя, тем раньше наступает перелом на температурной кривой.
При увеличении производительности на тележках без поддонов происходит более резкий рост конечной температуры агломерата, чем на тележках с поддонами, но ее абсолютное значение будет ниже.
По результатам проведенного расчетно-теоретического анализа процесса были сделаны следующие выводы:
1. Процесс охлаждения на тележках без поддонов протекает более интенсивно, чем на тележках с поддонами, так как на них обеспечены более высокие скорости фильтрации воздуха через слой. В результате, значения максимальной (поверхностной) и среднемассовой температуры на них на 50 – 70°С меньше, чем на тележках с поддонами.
2. Во всех расчетных вариантах уменьшение высоты слоя с 1,5 м до 1,2 м приводит к снижению конечных температур агломерата.
3. Установлено, что при высоте слоя 1,5 м максимально допустимая производительность охладителя по условиям охлаждения составляет 550 т/ч, при высоте слоя 1,2 м – 600 т/ч.
4. Зависимость среднемассовой конечной температуры агломерата от количества в нем класса –5 мм носит экспоненциальный характер. Анализ температурных кривых показал, что содержания мелочи в загружаемом агломерате для обеспечения эффективного охлаждения не должно превышать 35% при равномерной укладке и 20-25% при сохранении неравномерной укладке слоя на тележки.
В результате обследования работы узлов стабилизации аглофабрик №3 и 2 установлено следующее:
По УСА №3:
1. Охладитель не обеспечивает гарантированного охлаждения материала до требуемой температуры 100оС.
Установлено, что низкая эффективность охлаждения обусловлена следующими факторами:
- низкой напорной характеристикой вентиляторов, не позволяющей обеспечить номинальный расход охлаждающего воздуха;
- неравномерной по ширине укладкой агломерата на решетку охладителя, приводящей к нерациональному использованию охлаждающего воздуха;
- повышенной весовой нагрузкой на охладитель, вызванной большим расходом возвратного продукта.
2. Разделение кусков агломерата по крупности по ширине тележек вызвано неправильно организованной загрузкой: поскольку для заполнения внешней стороны кольца охладителя необходимо большее количество материала, уровень его в бункере наклонен под углом естественного откоса к внешней стороне и крупные фракции скатываются к внешнему борту тележек.
3. Догорание кокса не является причиной неудовлетворительной работы охладителя, поскольку уровень кислорода в отходящем воздухе непосредственно за загрузкой близок к нормальной концентрации.
4. Утечки воздуха через неплотности тракта составляют менее 10% от производительности вентиляторов и не оказывают существенного влияния на эффективность охлаждения.
5. Потери напора вентиляторов в дутьевой камере не существенны. Напор расходуется в основном на преодоление сопротивления слоя агломерата, что дает возможность увеличения расхода воздуха при понижении слоя.
6. Аэродинамическое сопротивление на обтекание поддонов для сбора просыпи, расположенных под тележками составляет ~ 1 кПа (20% от напора вентиляторов).
7. Догорание кокса не является причиной неудовлетворительной работы охладителя, поскольку уровень кислорода в отходящем воздухе непосредственно за загрузкой близок к нормальной концентрации.
8. Вторичное обследование УСА №3 3-5 июля 2007 г. показало, что при работе на пониженном слое охладитель по-прежнему не обеспечивает гарантированного охлаждения материала до требуемой температуры 100оС. Производительность вентиляторов за счет понижения слоя увеличилась на 9%. Характеристика вентиляторов соответствует паспортной.
По УСА №2:
1. Охладитель не обеспечивает стабильного охлаждения материала до требуемой температуры. При работе агломашин со средней скоростью выше 1,6 м/мин температура агломерата на разгрузке охладителя превышает 100°С.
2. Работа вентиляторов соответствует паспортной характеристике, построенной для соответствующей степени открытия жалюзийных заслонок. Однако, при открытии жалюзийных заслонок на 100% фактический расход воздуха составлял ~ 360 м3/ч против номинального расхода – 540 м3/ч, что обусловлено несоответствием их напорной характеристики сопротивлению тракта охладителя.
3. Поле температур по ширине охладителя неравномерно из-за разделения кусков агломерата по крупности по ширине тележек. Это вызвано неправильно организованной загрузкой: поскольку для заполнения внешней стороны кольца охладителя необходимо большее количество материала, уровень его в бункере наклонен под углом естественного откоса к внешней стороне и крупные фракции скатываются к внешнему борту тележек.
4. Обнаружено догорание углерода под укрытием охладителя – уровень кислорода в отходящем воздухе непосредственно за загрузкой был ниже нормальной концентрации на 1,5%, содержание СО составляло 0,15%.
5. Потери напора вентиляторов в дутьевой камере не существенны. Напор расходуется в основном на преодоление сопротивления слоя агломерата, что дает возможность увеличения расхода воздуха при понижении слоя
Выявлены следующие недостатки технологии спекания, вызванные переходом на работу с узлом стабилизации:
- Существующая технология подготовки шихты приводит к образованию недопека на агломашинах и повышению температуры агломерата на разгрузке охладителя. Требуется обследование работы тракта шихтоподачи на агломашины.
- Установлено, что движение фронта спекания по ширине тележки неравномерно, высокотемпературная зона растянута по высоте вследствие сегрегации шихты в загрузочном бункере агломашины. В результате более крупные частицы руды и возврата скатываются к внешней части тележки, а мелкие фракции (кокса, известняк и концентраты) скапливаются в средней части. Требуется исследование качество загрузки шихты на агломашины.
- Выявлено, что качество зажигания не вполне удовлетворяет требованиям технологии спекания. Высокая скорость фильтрации в горне приводит к перерасходу газа на зажигание и ухудшению качества поверхностного слоя. Требуется детальное обследование горна и отладка режимов зажигания.
- Агломерационные тележки аглофабрики работают в благоприятных условиях; возникающие температурные напряжения по высоте и ширине подколосниковой балки минимальны, технологический регламент работы соблюдается.
По результатам проведенных лабораторных исследований и расчетно-теоретического анализа процесса охлаждения установлено:
1. Процесс охлаждения на тележках без поддонов протекает более интенсивно, чем на тележках с поддонами, так как на них обеспечены более высокие скорости фильтрации воздуха через слой. В результате, значения максимальной (поверхностной) и среднемассовой температуры на них на 50 – 70°С меньше, чем на тележках с поддонами.
2. Во всех расчетных вариантах уменьшение высоты слоя с 1,5 м до 1,2 м приводит к снижению конечных температур агломерата.
3. Установлено, что при высоте слоя 1,5 м максимально допустимая производительность охладителя по условиям охлаждения составляет 550 т/ч, при высоте слоя 1,2 м – 600 т/ч.
4. Содержания мелочи в загружаемом агломерате для обеспечения эффективного охлаждения не должно превышать 35% при равномерной укладке и 20-25% при сохранении неравномерной укладке слоя на тележки.
5. Исследования процесса загрузки агломерата на ленту на модели загрузочного устройства показали, что равномерная загрузка агломерата по ширине тележки охладителя может быть достигнута за счет установки косого верхнего желоба. Разработана конструкция желоба.
На основе полученных результатов были выданы следующие рекомендации по повышению эффективности работы узла стабилизации:
1. Проведение исследований и отработка режимов спекания в новых шихтовых условиях.
2.Разработка мероприятий по адаптации оборудования (реконструкция узла смешивания и окомкования и системы увлажнения шихты, модернизация оборудования узла загрузки шихты на машину) с целью снижения выхода класса –5мм.
3. Понижение высоты слоя на охладителе до 1200 мм.
4. Модернизация загрузочного узла охладителя для обеспечения равномерной укладки агломерата по ширине тележки охладителя и повышения надежности с установкой косого верхнего желоба и усилением нижнего желоба (литая конструкция).