Головна |
природне паливо - Це деревне паливо і всі види викопного твердого палива.
- Торф;
- буре вугілля;
- кам'яне вугілля;
- Антрацит;
- Горючі сланці.
деревне паливо
В даний час в промисловості не використовується.
Викопне паливо
Викопне паливо утворилося з продуктів розкладання рослинних залишків і різниться за хімічним складом (він визначається ступенем мінералізації вихідного матеріалу).
Чим «старше» паливо, тим більше в ньому С, менше Про2 менше вихід летких і нижче гігроскопічність.
торф
(Наймолодше викопне паливо)
Важливість свежедобитого торфу дуже велика, 80 - 90%. Зональність торфу 3 - 14%, містить S незначно (не більше 2%) торф використовується як сировина для газифікації і як паливо на дрібних підприємствах.
Буре вугілля
Важливість свежедобитих вугілля також велика (до 60%). Зональність в межах 0,5 - 50% від сухої маси, вміст S до 5%. Мають механічну міцність.
Буре вугілля використовуються як місцеве паливо на електростанціях і сировину для газифікації.
Кам'яне вугілля
- Являє собою продукт подальшої мінералізації органічних залишків.
Кам'яне вугілля має велику міцність і щільність, невеликий важливістю і малим вмістом летких. Спікливість вугілля обумовлена ??присутністю органічних сполук, які при нагріванні розкладаються з утворенням газів і плавких смолообразующіх речовин - бітумів.
Зональність в середньому становить 10 - 12%. Зміст S лежить в межах 0,6 - 3%. Кам'яне вугілля є найціннішим видом природного твердого палива, тому що з нього отримують кокс.
антрациту
(Найдавніше паливо)
- Мають найбільший ступінь мінералізації. Для них характерна блискуча чорна поверхня шматків. Важко спалахують і горять без полум'я (мала термостійкість)
Використовуються для газифікації і в котельних установках. У деяких випадках ними замінюють металургійний кокс.
горючі сланці
- Містять Н2 в горючій масі (до 90%) і А (?60%), високий вихід летючих (до 81%), є цінною сировиною для хімічної промисловості.
штучне паливо
- Кокс, вугільний пил, деревне вугілля
Сортування вугілля по крупності шматків має велике значення при спалюванні кускового палива і його газифікації.
збагачення - Це відділення від вугілля мінеральних домішок.
брикетування - Застосовується для паливної дрібниці. Проводиться із застосуванням в'яжучих речовин в кількості 6 - 9%.
пилепріготовленія - Подрібнення вугілля до пилоподібних стану, що забезпечує повне згоряння палива з отриманням високих температур.
Для отримання пилу, вугілля подрібнюють і розмелюють на кульових млинах з одночасною сушкою повітрям температурою 250 - 3500С. процес в млині налагоджують так, щоб температура на виході не перевищувала 70 - 1000З метою уникнення самозаймання. Тому приготовлену пил в суміші з повітрям повинна бути використана в міру отримання. Пил подають до бункерів, потім пил надходить до пальників на спалювання.
коксування - Основний метод фізико-хімічної переробки твердого палива.
Одержуваний металургійний кокс має велику механічну міцність і велику міцність на стирання. Коксування здійснюється в спеціальних печах. При коксуванні подрібнений кам'яне вугілля нагрівають до температури 900 -11000З без доступу повітря. Вихід коксу залежить від сумарний вміст летких і зазвичай становить 70 - 80%.
При коксуванні вугілля зазнає змін:
а) - при нагріванні до 100-1500З відбувається випаровування гігроскопічної вологи палива;
б) - при нагріванні до 2000З виділяється вуглекислота, адсорбована вугіллям, і починається процес взаємодії елементів, що входять до складу вугілля (C, H, O) з утворенням H2O і CO2; при подальшому нагріванні починається виділення смоли;
в) - при температурі 400 -5000З вугілля переходить в пластичний стан, смола також виділяється, збільшується вихід газів, у складі яких міститься Н2, СН4, Важкі вуглеводні, N2;
г) - при температурі вище 5000З пластини маса знову твердне, виділення смоли припиняється, виділяються гази містять Н2, СН4, N2;
д) - при температурі 11000З процес виділення летючих закінчується, отриманий пористий залишок - кокс - при повторному нагріванні в пластичне стан не переходить.
Спалювання твердого палива
Кусковое паливо для нагріву в металургійних печах не застосовується, тому що воно використовується для нагріву печей невеликої потужності.
Широко використовується пиловидне паливо. Пиловидне паливо зазвичай спалюється в робочому просторі печі, коли небажана висока температура, спалювання проводиться в спеціальній камері. Пилоповітряна суміш вдувається через пальник в камеру або робочий простір печі з таким розрахунком, щоб горіння частки повністю закінчилося в підвішеному стані. Швидкість пилоповітряної потоку на виході з пальника повинно перевищувати швидкості займання щоб уникнути втягування полум'я в пальник. Часто вона дорівнює 15-20 м / с. Швидкість займання вугільного пилу 1-13 м / с. Для аерірованія пилу досить невеликої кількості повітря (25-50% від загальної кількості), іншої повітря, підігрітий до температури 300 - 4000З метою прискорення займання, зі швидкістю не менше 30 м / с.
найпростіша пальник застосовується при дуже тонкому помелі (розмір частки ? 50 мкм) і палива з високим вмістом летких (35%).
ще існує вихрова пальник конструкції Гинцветмет. Ця пальник дає більш короткий факел і підвищує продуктивність.
рідке паливо
природне паливо
нафта - Єдине природне рідке паливо органічного походження.
Вона утворилася в місцях скупчення рослинних і тваринних залишків. Нафта являє собою суміш різних вуглеводнів з невеликою домішкою кисневих, азотистих і сірчистих органічних сполук.
Собівартість видобутку нафти нижче собівартості видобутку кам'яного вугілля в кілька разів.
штучне паливо
- Бензин, гас, мазут, солярка, кам'яновугільна смола.
Крекінг-процес - Переробка мазуту під тиском з нагрівом до 7000С.
Цей процес дозволяє збільшити видих найбільш цінних світлих фракцій нафти до 40-70%. Залишок (гас, мазут) використовується як паливо.
мазут - Є поширеним паливом для металургійних печей. Склад мазуту близький до складу сирої нафти, проте W мазуту може коливатися в широких межах:
Wp = 0,5 - 10%
= 36000 - 40800кДж / кг
За змістом S мазути підрозділяються на 3 групи:
- Малосірчисті (Sr ? 0,5%)
- Сірчисті (Sr = 0,5 - 1,0%)
- Високосірчисті (Sr ? 1%)
Присутність сірки погіршує якість металу, що нагрівається, застосування сірчистих і високосірчистих мазутів обмежена. Експлуатаційними характеристиками мазуту є в'язкість і температури спалаху і застигання.
в'язкість - Або внутрішнє тертя, вимірюється вискозиметрами.
Залежить від складу мазуту і температури. Для полегшення транспортування по трубах і кращого розпилення мазуту його підігрівають до 70 - 80?С
Температура спалаху нафтового палива - це температура, при якій пари його з повітрям дають спалах по зіткненні з полум'ям.
Ця температура значно нижча за температуру займання.
Температура застигання - Температура, при якій нафтове паливо втрачає свою рухливість і переходить в твердий стан.
Температура застигання тим вище, чим більше в паливі парафіну, і лежить в межах 5-36?С.
Спалювання рідкого палива
Спалювання рідкого палива відбувається врозпиленому стані, вигляді дрібних крапель. Розпилення здійснюється за допомогою форсунок, в яких для розпилення палива використовується подається під тиском повітря і водяну пару.
За характером розпилення форсунки діляться на дві групи:
1. Форсунки низького тиску - Працюють при малих швидкостях розпилення (70 - 75 м / с) і великій його обсязі.
2. Форсунки високого тиску, В яких в якості розпилювача використовується водяна пара під надлишковим тиском 600 - 2500кПа або компресорний повітря під надлишковим тиском 600 - 800 кПа.
Найбільш поширеною у форсунках високого тиску є форсунка В. Г. Шухова. У цій форсунки швидкість витікання розпилювача не перевищує швидкості звуку, тобто 330 м / с. Форсунки Шухова характеризуються вузьким і довгим факелом, що обмежує їх застосування в печах довжиною більше 4-5 м.
Більшою продуктивністю володіють форсунки Дніпровського металургійного інституту. Швидкість витікання розпилювача в даному випадку перевищує швидкість звуку, досягаючи 750 - 1000 м / с. Це забезпечує хорошу розпорошення.
газоподібне паливо
природне паливо
Природний газ - Добувається на багатьох газових родовищах, а також при видобутку нафти, як супутній.
Склад природного газу різний для різних родовищ, проте завжди в його складі переважає СН4 (Більше 90%).
Походження природного газу в даний час розглядається як результат бактеріального розкладання органічних залишків в товщі осадових порід.
штучне паливо
Коксовий і доменний гази - Є побічним продуктом відповідних процесів і як паливо використовується у місць їх отримання.
генераторний газ - Виходить в результаті перетворення горючої маси твердого палива в газоподібному стані під впливом Про2. Процес газифікації відбувається в спеціальних установках - газогенераторах.
повітряний газ - Отримують при дуття повітрям. Процес газифікації в кінцевому підсумку представляє реакцію:
2С + О2 + 3,76N2 = 2CO + 3,76 N2 + 246450кДж
Теплота згоряння повітряного газу невелика
= 4,39МДж / м3
водяний газ - Виходить при пропущенні водяної пари через розпечений кокс.
Водяна пара взаємодіє з вуглецем коксу по реакції:
H2O + C = CO + H2 - 118827 кДж
Над шаром палива виходить газ складається з 50% окису С і 50% H2, Теплота згоряння якого 11,7 МДж / м3.
змішаний газ - Має найбільше застосування виходить при одночасному введенні під колоски повітря і водяної пари.
Теплота спалювання змішаного газу вище, ніж теплота згоряння повітряного газу, оскільки в ньому менше зміст N2, Тому що частина необхідного для горіння Про2 надходить з водяною парою.
Спалювання газоподібного палива
Для спалювання газоподібного палива використовують пальники. Вони діляться на три типи:
1) Пальники з повним попереднім змішуванням;
2) Пальники з частковим попереднім змішуванням;
3) Пальники з зовнішнім змішуванням.
Пальники з повним попереднім змішуванням
У пальниках такого типу змішання газу з повітрям забезпечується до виходу його в піч при малому коефіцієнті надлишку повітря. Ці пальники також називають беспламенного. Такі пальники з успіхом використовуються для спалювання низькокалорійного палива.
Пальники з частковим попереднім змішуванням
У пальниках цього типу процес перемішування газу з повітрям здійснюється в робочому просторі печі. Ці пальники також називають полум'яними. Поширені два типи полум'яних пальників:
- «Труба в трубі»
- Турбулентні.
Пальники типу «труба в трубі» можуть працювати на всіх видах газоподібного палива при невеликому тиску газу. Вони можуть працювати при підігрітому газі і повітрі. У таких пальниках змішання газу з повітрям недостатнє, і факел виходить довгим.
Турбулентні пальника відрізняються від інших тим, що повітря надходить тангенціально по відношенню до газовому струмені. Турбулентні пальника широко застосовуються в нагрівальних та термічних печах.
Тема 1.4 ГОРІННЯ ПАЛИВА ТА ЙОГО РОЗРАХУНОК
горіння - Це процес взаємодії з окислювачем, що супроводжується виділенням тепла.
Процес горіння складається з двох стадій:
1. Змішання палива з повітрям;
2. Горіння палива в повітряної суміші.
Будь-яке горіння починається з займання; температура займання залежить від складу палива. Інертні домішки підвищують температуру займання (W, A, CO2, N2)
температура займання - Це температура, при якій утворюється суміш, здатна горіти при зіткненні з відкритим полум'ям.
Температура займання:
для газоподібного палива:
t?воспл. = 500 - 600?С;
для твердого палива:
t?воспл. = 700?С;
для рідкого палива:
t?воспл. = 500 - 700?С
(При температурі вище точки кипіння).
Розрізняють калориметричну, теоретичну і дійсну температури.
Калориметрична температура - Це температура, яку б мали димові гази при повному згорянні палива і відсутності теплообміну з навколишнім середовищем.
теоретична температура - Це температура, яка враховує втрати тепла, пов'язані з дисоціацією молекул CO2 і Н2Про при температурі згоряння.
дійсна температура - Завжди нижче теоретичної, тому що тепло від димових газів переходить до стінок топки та різноманітних конструкцій печі.
розрізняють гомогенне і гетерогенне горіння.
гомогенне горіння - Це горіння, коли паливо і повітря знаходяться в одному агрегатному стані.
гетерогенне горіння - Це горіння, коли паливо і повітря знаходяться в різних агрегатних станах.
При спалюванні твердого та рідкого палива протікають наступні реакції горіння:
C + O2 = CO2 + 34070кДж / кг;
H2 + ?O2 = H2O + 14311кДж / кг
і т.д.
температура горіння - Це температура, яку купують продукти горіння, в результаті передачі їм тепла, що утворюється в результаті згоряння палива.
Тема 1.3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ НАГРЕВ печей
Електричні печі широко застосовуються в багатьох галузях промисловості, особливо в металургії і машинобудуванні.
Електричний нагрів використовується для:
- Розплавлення металу і сплавів;
- Відновлення металу з руд;
- Для нагріву різних виробів і заготовок з метою термічної обробки або подальшої пластичної деформації (кування, прокат).
основні переваги
(В порівнянні з паливним нагріванням)
1) отримання необмежено високої температури в об'ємі печі (в паливних 2000 ° С - межа);
2) легкість регулювання теплового режиму (в тому числі і автоматично);
3) мінімальний чад дорогих легуючих елементів;
4) проведення процесів нагріву в будь-якому середовищі і в вакуумі;
5) більш високий ККД печей через відсутність димових газів і втрат тепла з ними;
6) кращі умови праці.
Недоліки електричного нагріву:
1) більш висока вартість електричної енергії в порівнянні з паливом;
2) менш надійний, довговічний і менш ремонтопридатний.
Класифікація методів перетворення електричної енергії в теплову:
1) за способом теплогенерації, тобто за способом перетворення електричної енергії в теплову:
a) нагрів провідного тіла при проходженні через нього електричного струму (індукційні, печі опору);
b) нагрівання газового середовища в електричній дузі і у її електродів (плазмові та дугові печі);
c) нагрів тіла при бомбардуванні його потоком електронів з великою швидкістю (електроннопроменеві печі).
2) за способом передачі теплової енергії нагрівається металу:
а) печі прямого нагрівання (перетворення електричної енергії в теплову відбувається в нагрівається тілі);
b) печі непрямого нагріву (перетворення електричної енергії в теплову відбувається поза тіла, що нагрівається);
с) печі змішаного нагріву.
Тема 1.3.1. ПРЯМИЙ І НЕПРЯМІ НАГРЕВ У ПЕЧАХ ОПОРУ
печі опору - Це печі, в яких використовується нагрів провідників при проходженні через них електричного струму, який визначається згідно із законом Джоуля - Ленца:
де Q - кількість тепла, що виділяється в провіднику, Дж;
I - сила струму, А;
R - опір провідника, Ом;
t - час, сек.
Розглянемо печі опору прямого і непрямого нагріву.
ПЕЧІ ПРЯМОГО НАГРІВУ:
|
|
1 - нагрівається матеріал;
2 - вимикач або магнітний пускач;
|
4 - контактні пристрої.
|
|
|
ПЕЧІ непрямого нагріву:
|
|
|
|
2 - вимикач або магнітний пускач;
5 - електронагрівальний елемент.
Найбільш поширені печі. Всередині печі розташовані нагрівальні елементи, за якими проходить струм. Тепло від нагрівачів передається випромінюванням і конвекцією.
Переваги печей:
- Простота регулювання температури;
- Високий ККД;
- Угар;
- Мале насичення металу газами.
Тема 1.3.2 Металевих і неметалевих НАГРІВАЛЬНІ ЕЛЕМЕНТИ
Матеріал для виготовлення нагрівальних елементів повинен мати наступні властивості:
u високим коефіцієнтом електроопору;
u малим температурним коефіцієнтом питомого електроопору;
u високою температурою плавлення і жаростійкістю;
u стійкістю до хімічного впливу атмосфери печі;
u низькою вартістю.
Металеві нагрівальні елементи виготовляються із сплавів опору: нікельхромовие (ніхром), ЖЕЛЕЗОХРОМОНІКЕЛЕВИЕ; ЖЕЛЕЗОХРОМОАЛЮМІНІВИЕ (фехраль), і з тугоплавких металів і сплавів (молібден, вольфрам, тантал), але всі вони окислюються на повітрі і вартість їх висока.
Сплави опору використовуються у вигляді:
u дроту холоднонатянутой і гарячекатаної;
u у вигляді стрічки.
З дроту нагрівачі роблять у вигляді циліндричної спіралі або зигзагів. З стрічки - звивисті нагрівачі. Доцільно навішувати спіралі на керамічні трубки.
Кріплення нагрівачів здійснюється:
- На вертикальних стінках (підвіска на металевих гачках, укладка на керамічних поличках);
- Над подом (укладання на керамічних гребінках або на спеціальній фасонної кераміці);
- Під склепінням (підвіска на металевих гачках або на керамічних трубках).
Неметалеві нагрівальні елементи виготовляються у вигляді спеціальних нагрівальних елементів з:
1) карбіду кремнію (карборунд);
2) дисциліцид молібдену, з графіту, з вугільної крихти (кріптол);
3) у вигляді рідких нагрівальних елементів (розплав солей).
Тема 1.3.3 ІНДУКЦІЙНИЙ НАГРЕВ У ПЕЧАХ із залізною серцевиною І В тигельна ПЕЧАХ (БЕЗ залізний сердечник)
Принцип дії індукційних печей полягає у виділенні джоулева тепла при протіканні по провіднику индуктированного (наведеного) в ньому струму.
Індукційні печі можна розглядати як трансформатор (або повітряний - тигельний, або із залізним сердечником). Його первинної обмоткою є індуктор, всередині якого вміщено нагрівається або розплавляється метал, який грає роль вторинної обмотки і одночасно навантаження. Через індуктор пропускають змінний струм, що створює змінне магнітне поле. Це поле наводить (індукує) в внагрівається металі вихрові струми, внаслідок чого в ньому виділяється тепло.
переваги:
- На відміну від дугового печі, відсутні такі джерела забруднення, як електроди;
- Можна здійснювати нагрів металу на будь-яку глибину, а також здійснювати місцеве нагрівання деталей;
- Висока продуктивність, внаслідок невеликої тривалості нагріву;
-індукціонние печі можуть бути повністю автоматизовані.
недоліки:
- Висока вартість печей;
- Низька температура шлаку, що утрудняє процес рафінування металу в печі.
КАНАЛЬНІ ПЕЧІ
канальні печі з залізним сердечником застосовуються для плавки кольорових важких і легких металів і сплавів з низькою температурою плавлення.
У цих печах навколо індуктора із замкнутим магнітопроводом (сердечником) викладають концентричний вузький кільцевий канал з вогнетривкого матеріалу. Канал повинен бути заповнений розплавленим металом, щоб утворити замкнутий електропровідне кільце. Сердечник забезпечує великий магнітний потік, що дозволяє на таких печах працювати з промисловою частотою 50 Гц.
печі тиглів
тигельні печі без сердечника. Розплавляється або підігрівається метал знаходиться в керамічному тиглі, вміщеному всередині багатовитковому циліндричного індуктора. В цьому випадку застосовувати сердечник неможливо, Що збільшує магнітний потік і вимагає відповідного збільшення частоти електромагнітного поля, тому ці печі працюють на токах високої частоти до 440 тис. Гц, що здорожує пічну установку.
Ці індукційні печі застосовуються для плавки легованих і низьколегованих сталей і чавунів. Ємність від 6 кг по сталі і до 600 т по чавуну.
Тема 1.3.4 Дугових і плазмового нагріву
У дугових і плазмових електричних печах джерелом тепла є електрична дуга, що представляє собою один з видів газоподібного розряду. Необхідна умова виникнення і горіння дуги - часткова іонізація газу в просторі між електродами.
У дугових печах застосовують електроди наступного типу: вугільні обпалені, вугільні самоспекающіеся, графітові, вольфрамові.
плазма - Це електропровідний середа через суміші електронів, нейтральних і іонізованих атомів і молекул газу, що утворюється в проміжку між електродами, в зоні дуги.
Основна характеристика плазми - ступінь її іонізації, Тобто відношення числа заряджених частинок до їх загальної кількості. Залежно від ступеня іонізації розрізняють:
- «Холодну» (Низькотемпературну. Застосовується в дугових печах і для нагріву з температурою до 50000 К) плазму зі ступенем іонізації близько 1%;
- «Гарячу» (Високотемпературну. Температура плазми становить сотні тисяч градусів) плазму зі ступенем іонізації близькою до 100%.
У плазмових установках використовують різного типу плазматрони, в яких нагрівається газ проходить через проміжок між електродами і перетворюється в плазму. Плазма з високою температурою використовується для плавлення металів і для здійснення хімічних реакцій (відновлення, окислення).
Тема 1.3.5. електронно-променевою НАГРЕВ
При електронно-променевою нагріванні потужний спрямований пучок електронів, що випромінюється спеціальної електронної гарматою, розігнаний в вакуумі до великій швидкості, бомбардує нагрівається метал. При зіткненні з металом кінетична енергія електронів перетворюється на теплову.
Електронно-променевою нагрів - порівняно новий вид нагріву. Він застосовується для плавки високореакційних, тугоплавких металів. Електронно-променевою нагрів створює також всі умови для отримання високочистих металів. У електроннопроменевих печах необхідно підтримувати вакуум 10-2 Па.
електронні гармати
1. Радіальні гармати.
Для прискорення електронів використовують окремий електрод - анод, що не з'єднується з нагрівається металом. Перевага: катод може бути віддалений від нагрівається металу, що дозволяє збільшити термін його служби.
2. Аксіанальние гармати.
У верхній камері гармати розміщений катод, нагрів якого в гарматах великої потужності може здійснюватися за допомогою допоміжного електронно-променевого нагрівача. Аксіанальная гармата може працювати при залишковому тиск в робочій камері печі 0,1 - 0,5 Па, що особливо цінно при плавці кольорових і рідкісних металів з великою пружністю пара і великим газовиділення.
3. Магнетронниє гармати.
Магнетронниє гармати використовують накладенням магнітного поля на потік електронів, що призводить до руху електрона по спіралі.
4. Кільцеві гармати.
Кільцеві печі є найпростішим пристроєм. Мають високий ККД. Застосовуються для плавки злитка металу і нагрівання металу перед кристалізацією.
Тема 1.4. АВТОГЕННИЙ НАГРЕВ печей
автогенні процеси - Це технологічні процеси, які здійснюється повністю за рахунок внутрішніх енергетичних ресурсів, без витрат сторонніх джерел теплової енергії.
Плавці в автогеном режимі піддається залізовмісні сульфідні сировина.
Основна частка тепла в автогенних процесах виділяється при окисленні сульфіду заліза. Як окислювач можуть використовувати повітря (збагачене киснем - дуття) або технологічний кисень (98 - 99% Про2).
ОСНОВНИЙ вимоги до сировини:
- Наявність в ньому компонентів, сумарною реакцією яких при взаємодії кисню (дуття), виділяють тепло, достатнє для розплавлення продуктів плавки.
ОСНОВНИЙ УМОВА автогеном:
- Тепло, що виділяється при окисленні сульфідів, має бути більше тепла, що витрачається на нагрів і плавлення продуктів реакції:
Все автогенні процеси є суміщеними. Вони об'єднують в одному металургійному агрегаті випал, плавку на штейн і часткове або повне конвертування. Це дозволяє найбільш раціонально переводити сірку з вихідної шихти в гази (поступово).
Технологічно ці процеси розрізняються методом спалювання сульфідів, який проводиться в факелі (в підвішеному стані) і в розплаві.
ОБЛАДНАННЯ (в розплаві):
- За методом фірми «Норанда» (Канада);
- За методом «Міцубісі» (Японія);
- Печі Ванюкова - найбільш продуктивні (Росія).
залік
ВСТУП | Основні види пірометалургійних процесів | РОЗДІЛ 1 ДЖЕРЕЛА ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ | технічний аналіз | Рівняння нерозривності. рівняння Бернуллі | критерій Рейнольдса | ТЕПЛООБМІН ЗА НАЯВНОСТІ ЕКРАНУ | РОЗДІЛ 3. ВОГНЕСТІЙКІ МАТЕРІАЛИ І ВИРОБИ |