Взвешенная плавка сульфидных медных концентратов на воздушном дутье

3.5.1 Расчёт рационального состава концентрата

Состав медного концентрата, %: Сu -22,0; Fe – 26,0; S-34,0, CaO-2,0; MgO-2,0; SiO₂-11,0; Al₂O₃-2,0; прочие- 1,0.

Принимаем, что в концентрате Fe, Cu и S представлены минералами CuFeS₂, CuS, FeS₂

Расчёт ведём на 100 кг медного концентрата.        

Обозначим число кг минералов, содержащихся в 100 кг медного концентрата через буквы: x- CuFeS₂, y- CuS и z- FeS₂.    

Тогда масса меди, содержащаяся в CuFeS₂ и CuS, составит; кг:

 

63,54x + 63,54y = 22,0

 

Масса железа, содержащаяся в CuFeS₂ и FeS₂, составит, кг:

 

55,85x + 55,85z =26,0

 

Масса серы, содержащаяся в CuFeS₂, CuS и FeS₂, составит, кг:

   

64,12x + 32,06y + 64,12z = 34,0

 

Таким образом, имеем систему из трёх уравнений:

 

                                         63,54x + 63,54y = 22                           (1)

                                          55,85x + 55,85z =26,0                         (2)

                                    64,12x + 32,06y + 64,12z = 34,0               (3)

 

Решаем уравнения (2) и (3) относительно z

 

                                               

                                55,85x + 55,85z =26,0                 × 64,12   (2)  

                               64,12x + 32,06y + 64,12z = 34,0  × 55,85   (3)     

 

                          64,12∙55,85x + 64,12∙55,85z =64,12∙26               (2)

          55,85∙64,12x + 55,85∙32,06y + 55,85∙64,12z = 55,85∙34,0    (3)   

 

Вычитая из уравнения (3) уравнение (2), получим

 

1790,55 y = 1787,2 -1667,12 = 231,78

 

Откуда получим

y = 0,129

Подставляя значение y в уравнение (1) получим

 

х = 0,217 

 

Подставляя значение x в уравнение (2), получим

 

z = 0,249

 

Таким образом, в 100 кг медного концентрата содержится минералов:

 

CuFeS₂ - 0,217 кМоль, CuS - 0,129 кМоль и FeS₂ – 0,249 кМоль.

 

Тогда в каждом минерале содержится компонентов:

 

CuFeS₂: Cu – 13,79 кг, Fe – 12,12 кг, S- 13,91 кг, CuFeS₂ - 39,82 кг

 

СuS: Cu – 8,19 кг, S – 4,13кг, CuS -12, 32 кг.

 

FeS₂: Fe – 13,91 кг,  S - 15,96 кг, FeS₂ -29,87 кг

 

Полученные данные сводим в таблицу 65.

 

Таблица 65- Рациональный состав сульфидного медного концентрата

 

Минерал Компонент	CuFeS2	CuS	FeS2	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Прочие	Итого
Cu	13,8	8,20							22,0
Fe	12,1		13,9						26,0
S	13,91	4,13	15,96						34,0
CaO				2,0					2,0
MgO					2,0				2,0
SiO2						11,0			11,0
Al2O3							2,0		2,0
Прочие								1,0	1,0
Итого	39,81	12,33	29,86	2,0	2,0	11,0	2,0	1,0	100

 

3.5 2 Расчёт пыли

Принимаем вынос пыли из печи 10%. Расчёт ведём на 100 кг концентрата

Количество СuFeS₂ уносимое отходящими газами составит:

 

39,81∙0,1 = 3,98 кг.

 

В нём содержится:

 

Cu – 13,8∙0,1 = 1,38 кг,

Fe – 12,1∙0,1 = 1,21 кг,

 

S – 13,91∙0,1 = 1,39 кг

 

Количество СuS уносимое отходящими газами составит

 

12,33∙0,1 =1,23 кг.

 

В нём содержится

 

Cu – 8,2∙0,1 = 0,82 кг,

S – 4,13∙0,1 = 0,41 кг.

 

Количество  FeS₂ уносимое отходящими газами составит

 

29,86∙0.1 = 2,99 кг.

В нём содержится

 

Fe – 13,9∙0,1 = 1,39 кг,

 

S – 15,96∙0,1 = 1,60 кг.

 

Другие компоненты концентрата перейдут в пыль в количестве

 

СаО - 2∙0,1 = 0,2 кг, MgО - 2∙0,1 = 0,2 кг, SiO₂ – 11,0∙0,1 = 1,1 кг, Al₂O₃ - 2∙0,1 = 0,2 кг.

 

прочие – 1,0∙0,1 = 0,1 кг.

    

Таблица 66- Количество и состав пыли, образующейся из концентрата

 

Минерал Компонент	CuFeS2	CuS	FeS2	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Прочие	Итого,кг
Cu	1,38	0,82							2,2
Fe	1,21		1,39						2,6
S	1,39	0,41	1,6						3,4
CaO				0,2					0,2
MgO					0,2				0,2
SiO2						1,1			1,1
Al2O3							0,2		0,2
Прочие								0,1	0,1
Итого, кг	3,98	1,23	2,99	0,2	0,2	1,1	0,2	0,1	10

 

   

 

 Рациональный состав концентрата за вычетом пыли представлен в таблице 67.

 

Таблица 67- Рациональный состав сульфидного медного концентрата с учётом пыли

 

Минерал Компонент	CuFeS2	CuS	FeS2	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Прочие	Итого,кг
Cu	12,42	7,38							19,8
Fe	10,89		12,51						23,4
S	12,52	3,72	14,36						30,6
CaO				1,8					1,8
MgO					1,8				1,8
SiO2						9,9			9,9
Al2O3							1,8		1,8
Прочие								0,9	0,9
Итого, кг	35,83	11,1	26,87	1,8	1,8	9,9	1,8	0,9	90

 

 

3.5.3 Расчёт рационального состава штейна

В процессе плавки высшие сульфиды разлагаются по уравнениям

 

                                    2CuFeS₂ = Cu₂S + 2FeS + 0,5S₂

 

При этом образуется

 

Сu₂S -  = 15,54 кг.

 

FeS -  = 17,16 кг

 

S -  = 3,13 кг

 

                                                  2CuS = Cu₂S + 0,5S₂

 

При этом образуется

 

Cu₂S -  = 9,24 кг

 

S - = 1,86 кг.

 

FeS₂ = FeS + 0,5S₂

 

При этом образуется

                            

FeS -  = 19,68 кг

 

S -  = 7,18 кг.

 

Всего образуется в результате диссоциации высших сульфидов

 

Cu₂S – 24,78 кг, FeS -36,84 кг, S – 12,17 кг

Принимаем, что содержание меди в штейне составляет 60,0%, а извлечение меди в штейн 94,5%.

Тогда в штейн перейдёт меди

 

19,8 ∙0,954 = 18,89 кг

 

Масса штейна составит

    

                                                                = 31,48 кг.

 

Содержание меди в штейне по правилу Мостовича составляет 25%. Тогда масса серы в штейне составит

 

31,48∙0,25 = 7,87 кг

 

Медь в штейне находится в виде Cu₂S. Количество серы в штейне связанной с медью составит

= 4,77 кг.

     

Количество Сu₂S в штейне составит

 

18,89 + 4,77 = 23,66 кг  

 

В медном штейне всегда растворён кислород, который cвязан с железом находится в виде Fe₃O₄. количество кислорода в штейне, содержащем 60% меди составляет 1,24%. Масса кислорода в штейне составляет

 

0,0124∙31,48 = 0,39 кг.

 

Количество железа, связанное с кислородом в штейне, составит

 

 = 1,02 кг

Масса магнетита в штейне составит

 

1,02 + 0,39 = 1,41 кг.

 

Принимаем содержание прочих в штейне 1%, что составляет 0,31 кг.

 

Остальная масса штейна будет представлена FeS, количество которого составит

 

31,48 – 23,66 – 1,41 – 0,31= 6,1 кг

 

Количество железа связанное с FeS, составит

 

= 3,88 кг.

 

Количество серы в штейне, связанной в с FeS, составит

 

 = 2,22 кг

Рациональный состав штейна приведён в таблице 68.

Таблица 68 – Рациональный состав штейна

Компонент	Cu2S	FeS	Fe3O4	Прочие	Всего
					кг.	%
Cu	18,89				18,89	60,0
Fe		3,88	1,02		4,9	15,57
S	4,77	2,22			6,99	22,20
O2			0,39		0,39	1,24
Прочие				0,31	0,31	1,0
Итого, кг.	23,66	6,1	1,41	0,31	31,48	100,01

 

3.5.4 Расчёт состава и выхода шлака без добавки флюсов

Количество меди, которое переходит в шлак, составит

 

19,8 -18,89 = 0,91 кг

 

В шлаке медь находится в виде Cu₂S. Количество серы в шлак, связанной с Cu₂S, составит

 

 = 0,23

 

Количество Cu₂S в шлаке составит

 

0,91 + 0,23 = 1,14 кг

                                                                                 

Количество серы, переходящее в газовую фазу составит

 

S_газ. = S_кон.- S_пыль -S_шл..-S_шт.= 34,0 – 3,4 – 0,23 -6,99 = 23,38 кг.

 

 

Количество FeS, окисляющееся до оксидов

 

36,84 -6,1 = 30,74 кг        

 

 В нём содержится железа

 

 

= 19,53 кг

 и серы

 

 = 11,21 кг   

Переходит серы в газовую фазу

 

 

12,17 + 11,21 =23,38 

 

 

Окисление FeS в факеле протекает по уравнению

 

                                                 FeS + 1,5O₂ = FeО + 3SO₂

   

В результате образуется FeО

 

 = 25,12 кг  

 

Часть FeО окисляется до магнетита по уравнению

 

                                                  6FeО + О₂ = 2Fe₃О₄

 

Принимаем, что 30 % FeО окисляется до магнетита., что составит

 

25,12∙0,3 = 7,54 кг FeО

 

Количество образовавшегося магнетита составит

 

= 8,1 кг кг  

 

Из этого количества магнетита 1,41 кг переходит в штейн. Оставшаяся часть магнетита

 

8,1 -1,41 = 6,69 кг

 

 переходит в шлак.

 В нём содержится кислорода

 

 = 1,85 кг.

и железа

 

 = 4,84 кг

 

В шлак также прейдёт FeO в количестве

 

25,12 – 7,54 = 17,58 кг

 

В нём содержится кислорода

 

 = 3,91 кг

 

и железа

 

 = 13,67 кг

 

Состав и количество шлака плавки без добавки флюса приведены в таблице 69.

 

Таблица 69 – Состав и количество шлак без добавки флюсов

 

Компо-нент	Cu	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Прочие	Итого
										кг	%
Cu2S	0,91		0,23							1,14
FeO		13,67		3,91						17,58
Fe3O4		4,84		1,85						6,69
SiO2					9,9					9,9
CaO						1,8				1,8
MgO							1,8			1,8
Al2O3								1,8		1,8
Прочие									0,59	0,59
Итого, кг	0,91	18,51	0,23	5,76	9,9	1,8	1,8	1,8	0,59	41,3
%

 

 

3.5.5 Расчёт количества и состава шлака с добавкой флюсов

Рекомендуемое содержание SiO₂ в шлаке плавки во взвешенном состоянии составляет порядка 30%..

В качестве флюса используется кварцевая руда состава, %: SiO₂- 78,4; FeO- 4,9; MgO 6,0, Al₂O₃  - 6,0 прочие – 4,7

 

3,8∙16/55,85 =1,09 

 

Обозначим через Х массу добавляемой кварцевой руды.

Составляем баланс по кремнезёму, считая, что вся кремневая руда переходит в шлак

 

0,784X + 9,9 = 0,3(41,3 + X)

 

0,784X -0,3X = 12,39 – 9,9

 

0,484X = 2,49

 

X = 5,14 кг

 

Масса шлака составит

 

41,3 + 5,14 = 46,44 кг

 

C кремневой рудой в шлак поступает SiO₂

 

5,14∙0,784 = 4,03 кг

 

C кремневой рудой в шлак поступает FeO

 

5,14∙0,049 = 0,25 кг

 

В нём содержится железа

 

 = 0,19 кг

и кислорода

 

 = 0,06 кг.

C кремниевой рудой в шлак поступает также:

 

MgO - 5,14∙0,06 = 0,31 кг, Al₂O₃  - 5,14∙0,06 = 0,31 кг, прочие – 5,14∙0,047 = 0,24 кг

 

Таким образом, в шлаке будет содержаться оксидов:

 

SiO₂ - 9,9 + 4,03 = 13,93 кг, Fe₃O₄ – 6,69 кг, FeO – 17,58 + 0,25 = 17,83 кг, 

 

(Fe -13,86 кг, О – 3,97 кг)   

 

CaO – 1,8 кг, MgO – 1,8 + 0,31 = 2,11 кг, Al₂O₃ – 1,8 + 0,31 = 2,11 кг, 

 

  прочие – 0,59 + 0,24 = 0,83 кг.  

 

Состав и количество шлака с учётом добавки флюса представлен в таблице 70.

 

Таблица 70 – Состав и количество шлак с учётом добавки флюсов

 

Компо-нент	Cu	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Прочие	Итого
										кг	%
Cu2S	0,91		0,23							1,14	2,45
FeO		13.86		3,97						17,83	38,39
Fe3O4		4,84		1,85						6,69	14,41
SiO2					13,93					13,93	30.0
CaO						1,8				1,8	3,88
MgO							2,11			2,11	4,54
Al2O3								2,11		2,11	4,54
Прочие									0,83	0,83	1,78
Итого, кг	0,91	18,7	0,23	5,82	13,93	1,8	2,11	2,11	0,83	46,44	100
%	1,96	40,27	0,5	12,53	30,0	3,88	4,54	4,54	1,78

 

3.5.6 Расчёт количества и состава пыли

   Считаем, что в пыль переходит 10% кварцевой руды. Тогда в шихту необходимо ввести кварцевого флюса

 

 = 5,71 кг

В пыль переходит

 

5,71 – 5,14 = 0,57

 

кварцевой руды. В ней содержится

 

SiO₂ -0,57∙0,784 = 0,45 кг, FeO - 0,57∙0,049 = 0,03 кг (Fe – 0,02 кг, О – 0,01 кг).

 

MgO – 0,57∙0,06 =0,03 кг, Al₂O₃  – 0,57∙0,06 = 0,03 кг, прочие –0,57∙0,047= 0,03 кг.    

 

Тогда в пыли содержится

 

SiO₂ – 1,1 + 0,45 = 1,55 кг; FeO 0,03 кг (Fe – 0,02 кг, О – 0,01 кг);

 

MgO – 0,2 + 0,03 = 0,23 кг; Al₂O₃  – 0,2 + 0,043 = 0,23 кг; прочие – 0,1 + 0,03 = 0,13 кг

 

Окончательный состав пыли приведён в таблице 71.

 

Таблица 71- Количество и состав пыли

 

Минерал Компонент	CuFeS2	CuS	FeS2	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	FeO	Про- чие	Итого,кг
Cu	1,38	0,82								2,2
Fe	1,21		1,39					0,02		2,62
S	1,39	0,41	1,6							3,4
О								0,01		0,01
CaO				0,2						0,2
MgO					0,23					0,23
SiO2						1,55				1,55
Al2O3							0,23			0,23
Прочие									0,13	0,13
Итого, кг	3,98	1,23	2,99	0,2	0,23	1,55	0,23	0,03	0,13	10,57

     

   3.5.7 Расчёт количества и состава газовой фазы

Считаем, что сера в газовой фазе находится в виде SO₂. Количество серы, перешедшее в газовую фазу, составит

34,0 - 3,4 – 0,23 - 6,99 = 23, 38 кг

 

Тогда степень десульфуризации плавки составит

 

 = 76,4 %.

 

Количество кислорода, затрачиваемое на образование SO₂, составит

 

 = 23,34 кг

   

Количество SO₂ в газовой фазе составит

 

23,38 + 23,34 = 46,72 кг. 

 

Количество кислорода, затрачиваемое на образование FeO за счёт окисления FeS, составит

 

 = 5,59 кг

 

Количество кислорода, затрачиваемое на окисление FeO до Fe₃O₄, составит

 

 = 0,28 кг.

 

Всего затрачивается кислорода

 

23,34 + 5,59 + 0,28 = 29,21 кг

 

Количество подаваемого в печь азота воздуха составит

 

 = 97,79 кг.

Количество затрачиваемого на плавку воздуха составит

 

                                         29,21 + 97,79 = 127 кг.

 

Для плавки во взвешенном состоянии шихта подсушивается до содержания в ней влаги порядка 0,1%. Тогда с шихтой поступает в печь влаги

 

 = 0,11 кг.

       Считая отходящие газы идеальным газом, рассчитаем объём газом по уравнению Менделеева- Клапейрона    

 

                                                     V = ,   

где g – масса газа, кг;

      М – молекурярный вес газа, кг

      22,4 – объём, который занимает 1 кмоль газа, м³;

      V – объём газа, м³.

 

Объём отходящих газов составит:        

 

    SO₂ -   = 16,3 м³; N₂ -   = 78,23 м³; Н₂О -  = 0,14 м³.

 

Количество и состав отходящих газов представлен в таблице 72.

 

Таблица 72 – Количество и состав отходящих газов

 

Газы	кг.	м^3	%(объемные)
SO2	46,72	16,3	17,22
N2	97,79	78,23	82,63
H2O	0,11	0,14	0,15
Итого	144,62	94,67	100

 

3.5.8 Материальный баланс плавки во взвешенном состоянии

На основании выполненных расчётов составляем материальный баланс плавки медных концентратов во взвешенном состоянии. Материальный баланс представлен в таблице 73.

 

Таблица 73 – Материальный баланс плавки

 

	Всего,кг	Cu	Fe	S	O	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	H2O	N2	Прочие
Загружено
К-т	100,11	22,0	26,0	34,0		11,0	2,0	2,0	2,0	0,11		1,0
Руда	5,71		0,21		0,07	4,48		0,34	0,34			0,27
Воздух	127				29,21						97,79
Всего	232,82	22,0	26,21		29,28	15,48	2,0	2,34	2,34	0,11	97,79	1,27
Получено
Штейн	31,48	18,89	4,9	6,99	0,39							0,31
Шлак	46,44	0,91	18.7	0,23	5,82	13,93	1,8	2,11	2,11			0,83
Пыль	10,57	2,2	2,62	3,4	0,01	1,55	0,2	0,23	0,23			0,13
Газы	144,62			23,38	23,34					0,11	97,79
Всего	233,11	22,0	26,22	34	29,56	15,48	2,0	2,35	2,35	0,11	97,79	1,27

 

Невязка составляет

 

 = 0,12%.

 

3.5.9 Расчёт теплового баланса плавки

3.5.9.1 Исходные данные для расчёта

Принимаем величины теплоёмкостей для      

 

С_шт. = 0,941 кДж/(кг∙град.)

   

С_шл.. = 1,42 кДж/(кг∙град.)

 

С_ших. = 0,84 кДж/(кг∙град.)

 

С_пыль. = 0,84 кДж/(кг∙град.)  

 

С_SO2 = 2,298 кДж/(нм³∙град.)

 

С_N2 = 1,423 кДж/(нм³∙град.)

 

С_H2O(газ) = 1,803 кДж/(нм³∙град.)

 

С_H2O(ж) = 4,186 кДж/(кг∙град.)

    

С_воз. = 1,443 кДж/(нм³∙град.)

 

Теплота испарения воды-2300 кДж/кг.

 

Температура поступающих в печь материалов 25^оС.

    

Температура выпускаемого штейна 1180^оС.

 

Температура выпускаемого шлака 1250 ^оС.

   

Температура отходящих газов 1300^оС

 

3.5.9.2 Статьи прихода тепла

3.5.9.2.1 Тепло экзотермических реакций

 

                           FeS + 1,5O₂ = FeO + SO₂  ∆H  = - 461,33 кДж

 

За счёт окисления 30,74 кг FeS выделится тепла

 

 

 = 161316 кДж

 

                                      3FeO + O₂ = Fe₃O₄  ∆H  = - 322,48 кДж

 

  За счёт окисления 7,54 кг FeO выделится тепла

 

 = 11280 кДж

 

                             S₂ + 2O₂ = 2SO₂            ∆H  = - 593,8 кДж

 

За счёт окисления 12,17 кг S₂ выделится тепла

 

 = 117797 кДж

 

                       2FeO + SiO₂ = 2FeO∙SiO₂   ∆H = - 34,3 кДж

 

За счёт реакции ошлакования 17,83 кг FeO выделится тепла

 

 = 4256 кДж.

 

                         СаО + SiO₂ = СаО∙ SiO₂ ∆H  = - 37,54 кДж

 

За счёт реакции ошлакования СаО выделится тепла

 

 = 1339 кДж.

 

За счёт протекания экзотермических реакций выделится тепла

 

 

161316 + 11280 + 117797 + 4256 + 1339 = 295 988 кДж.

 

3.5.9.2.2 Тепло, поступаемое в печь с загружаемыми материалами

Тепло, поступаемое в печь с загружаемыми материалами, рассчитаем по уравнению

 

                                   Q = C _i∙g_i∙t_i                                          (26)

 

где C_i - теплоёмкость 9-того компонента, кДж/(кг∙град.);

     g_i - масса компонента, кг;

     t_i - температура, ^оС

Тепло, поступаемое в печь с шихтой, составит

 

105,82∙25∙0,84 = 2222 кДж    

 

Тепло, поступаемое в печь с воздухом, составит

 

127 ∙ 25∙1,297 = 4118 кДж.

 

Тепло, поступаемое в печь с загружаемыми материалами, составит

 

2222 + 4118 = 6340 кДж

 

3.5.9.3 Расход тепла

3.5.9.3.1 Тепло, расходуемое на разложение высших сульфидов за счёт

 

                     2CuFeS₂=Cu₂S+2FeS+0,5S₂ ∆H = 100,4 кДж

    

За счёт реакции диссоциации 35,83 кг CuFeS₂ поглощается тепла

 

 = 9801 кДж

 

                               2CuS = Cu₂S + 0,5S₂ ∆H  = 53,56 кДж

 

За счёт диссоциации 11,1 кг CuS поглощается тепла

 

 = 3,109 кДж

 

                                   FeS₂ = FeS + 0,5S₂ ∆H  = 71,18 кДж

 

За счёт диссоциации 26,8 кг FeS₂

 

 = 16115 кДж.

Тепло, затрачиваемое на нагрев и испарения влаги, составит

 

4,186∙75∙0,1 + 0,11∙2300 = 288 кДж

 

За счёт протекания эндотермических реакций поглощается тепла

 

9801 + 3109 + 16115 + 288 = 29313 кДж

 

3.5.9.3 Тепло, теряемое выгружаемыми из печи продуктами плавки   

Тепло, теряемое со штейном штейна

 

31,48∙0,941∙1180 = 34955 кДж

 

Тепло шлака, теряемое со шлаком, составит

 

46,44∙1,42∙1250 = 82431 кДж.

 

Тепло, теряемое с пылью, составит

 

10,57∙0,84∙1300 = 11542 кДж    

 

Тепло, теряемое с отходящими газами, составит

 

(16,3∙2,298 + 78,23∙1,423 + 0,14∙1,803)∙1300 = 193739 кДж.

 

 Потери тепла с продуктами плавки составят

 

34955 + 82431 + 11542 + 193739 = 322667 кДж

 

Общие потери тепла составят

 

29313 + 322667 = 351980 кДж.

 

Принимаем, что потери тепла в окружающую среду составят 5% от общих потерь

 

 = 18525 кДж

 Тепловой баланс плавки представлен в таблице 74

 

Таблица 74 - Тепловой баланс процесса плавки

 

	Приход тепла				Расход тепла
	Статья прихода	кДж	%		Статья расхода	кДж	%
1	Тепло, поступаемое с загружаемыми материалами	6340		1	Тепло уносимое штейном	34955
2	Тепло экзотермических реакций	295988		2	Тепло, уносимое шлаком	82431
3				3	Тепло, уносимое отходящими газами	193739
4				4	Тепло эндотермических реакций	29313
5				5	Тепло, уносимое пылью	11542
6					Потери в окружающую среду	18525
	Всего	302328			всего	379505

 

   Дефицит тепла составляет

 

370505 – 302328 = 68187 кДж.

 

Этот дефицит восполняем введением в печь природного газа и его сжиганием. 

Принимаем состав природного газа, % (об.): СН₄ -98,8, СО₂ – 0,8, N₂ – 0,4.

Сгорание природного газа протекает по реакции

 

                                    СН₄ +2О₂ = СО₂ + 2Н₂О  ∆H = - 802,28 кДж

 

В 1м³ природного газа содержится 0,988 м³ СН₄, 0,008 м³ СО₂ и 0,004 м³ N₂.

При сгорании 1м³ природного газа в соответствии со стехиометрией реакции сгорания образования расходуется 

 

0,988∙2 = 1,976 м³ О₂

 

и образуется

 

0,99 м³ СО₂ и 2∙1,98 = 3,96 м³ Н₂О

 

При этом расходуется воздуха

 

 = 9,41 м³

 

Принимаем избыток воздуха при сжигании природного газа α = 1,1.

Фактический расход воздуха составит

 

9,41∙1,1 = 10,35 м³.

 

В нём содержится азота и кислорода

 

 = 8,18 м³ N₂ и  = 2,17 м³ О₂

 

Избыток кислорода в газовой фазе составит

 

2,17 – 1,98 = 0,19 м³.

 

Количество газов, образующихся в результате сгорании 1 м³ природного газа, составит:

 

СО₂ – 0,008 + 0,99 = 0,998 м³; Н₂О – 3,95 м³; N₂ –0,004 + 8,184 м³ и О₂ -0,19 м³.

 

    При сгорании 1м³ природного газа выделяется тепла

 

 = 35386 кДж.

 

Означим через Х м³ количество природного газа для восполнения недостатка тепла. Количество тепла, полученного от сжигания газа, составит

 

35386∙Х кДж

 

Количество тепла, вносимое воздухом для сжигания природного газа, составит

 

10,35∙1,297∙25∙Х = 336∙Х кДж

 

Количество тепла, вносимое природным газом, составит

 

1,568∙25∙Х = 39,2∙Х кДж.

 

Потери тепла с компонентами отходящего газа от сгорания природного газа составит

 

СО₂ – 2,289∙0,998∙1300 = 2970∙Х кДж; N₂ – 1,423∙8,184∙1300 = 15140∙Х кДж;

 

Н₂О – 1,803∙3,96∙1300 = 9283∙Х кДж; О₂ – 1,510∙0,19∙1300 = 373∙Х кДж.

  

Общие потери тепла с отходящим газом от сгорания природного газа составят

 

2970∙Х + 15140∙Х + 9283∙Х + 373∙Х = 27766∙Х

 

Составляем баланс по приходу и расходу тепла от сжигания природного газа

 

35386∙Х + 336∙Х + 39,2∙Х - 27766∙Х = 68187

 

Решая уравнение, получим

 

Х = 8,53 м³

 

Таким образом, для поддержания нормального теплового режима работы печи на

100 кг концентрата необходимо чжигать8,53 м³ природного газа

 

 

3.5.10 Количество и состав отходящих газов с чётом сжиганияприродного газа.

При сжигании 8,53 м³ природного газа образуется газов

   

Н₂О - 3,96∙8,53 = 33,78 м³ (27,14 кг); N₂ –8,184∙8,53 = 69,81 м³ (87,26 кг);

 

СО₂ –0,998∙8,53 = 8,51 м³ (16,72 кг); О₂ – 0,19∙9,53 = 1,62 м³ (2,31 кг)

 

Количество и состав отходящих газов, с учётом сжигания природного газа представлен в таблице 75.

 

Таблица 75 – Количество и состав отходящих газов с учётом сжигания природного газа

 

Газы	кг.	м^3	%(объемные)
SO2	46,72	16,3	7,82
N2	167,6	148,04	71,04
H2O	27,25	33,92	16,28
СО2	16,72	8,51	4,08
О2	2,31	1,62	0,78
Итого	260,6	208,39	100

 

   

3.5.11 Материальный баланс плавки с учётом сжигания природного газа

Количество воздуха, расходуемое на сжигание природного газа, составляет 10,35 м³или

 

10,35∙1,29 = 13,35 кг

 

В нём содержится

 

О₂ – 13,35∙0,23 = 3,07 кг и N₂ 13,35∙0,77 = 10,28 кг.

 

На ликвидацию дефицита тепла в процессе плавки расходуется 8,53 м³ природного газа.

В нём содержится метана

 

8,53∙0,988 = 8,43 м³ или  = 6,02 кг

 

В нём содержится

 

С - = 4,52 кг и Н - = 1,50 кг

 

Количество прочих в природном газе составляет

 

СО₂- 8,53∙0,008 = 0,07 м³ или 0,14 кг и N₂- 8,53∙0,004 = 0,03 м³ или 0,04 кг