鐵礦石烘干設(shè)備的熱工分析

趙文鵬

中圖分類號：G267文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

2009年，我公司與中鋼公司達成協(xié)議，向米塔爾集團哈薩克斯坦鋼廠所屬阿坦首爾礦區(qū)出口一套礦用轉(zhuǎn)筒干燥設(shè)備。此種設(shè)備采用直接火焰加熱的方式烘干鐵礦石，并使用布袋除塵器對尾氣中的礦粉進行回收。

本次分析通過對加熱過程的熱工分析計算來最終決定本套設(shè)備中最主要的設(shè)備燃燒器的確定。

基本設(shè)計要求和鐵礦石的基本情況

哈薩克斯坦阿坦首爾礦區(qū)位于哈薩克斯坦中部，是典型的露天鐵礦。所產(chǎn)鐵礦石的粒度為0-60mm，密度為4000kg∕m3，堆密度為2700kg∕m3。濕度為8%，0－60mm的顆粒中0－6mm顆粒的含量為30%，粘土含量達到10%。

設(shè)計要求為： 產(chǎn)量達到250噸/小時，濕度從初始物料的8％降到2％，標(biāo)準(zhǔn)工況環(huán)境溫度：20℃。

熱工分析及計算

烘干礦料所消耗的總熱量Q總計包括：Q1有效利用的熱量, 即為對物料加熱烘干所需的熱量；Q2經(jīng)烘干筒壁散失的熱量；Q3經(jīng)煙氣散失的熱量；Q4其他熱損失。Q= Q1+ Q2+ Q3+ Q4

Q1有效利用的熱量

對礦料烘干加熱所需的熱量包括兩部分，一部分為物料中所含水分的預(yù)熱和蒸發(fā)所需熱量（Q水）；一部分為礦料本身的加熱所需熱量（Q礦）。

Q1=Q水 + Q礦

Q水=1000GCsW(T1-T0) + 1000G(W-W1)[R + C2(Ti-T1)]

G ---- 設(shè)計生產(chǎn)能力，T。取250

Cs --- 水的比熱，kJ/kg·℃。取4.81

W --- 礦料烘干前含水量，%。取8

W1 --- 礦料烘干后含水量，%。取2

T1 --- 水分蒸發(fā)溫度，℃。取100

T0 --- 礦料進入滾筒前的環(huán)境溫度, ℃。取20

R ---- 水的汽化熱，kJ/kg·℃。取2269

C2 --- 水蒸汽的比熱，kJ/kg·℃。取1.93

Ti ---- 預(yù)熱并蒸發(fā)完水分后的煙氣溫度，℃。取180

Q水=1000GCsW(T1-T0) + 1000G(W-W1) [R + C2(Ti-T1)]

=1000*250*4.81*8%*(100-20)+1000*250*6%*[2269+1.93(180-100)]

=7696000 + 36351000 = 44047000 kJ

Q礦=1000GCg(1-W)(T2-T0)

G ---- 設(shè)計生產(chǎn)能力，T。取250

Cg --- 礦料的比熱，kJ/kg·℃。取0.75(假定)

W --- 含水量，%。取8

T2 --- 烘干結(jié)束后的礦料溫度，℃。取130

T0 --- 礦料進入滾筒前的環(huán)境溫度, ℃。取20

Q礦=1000GCg(1-W)(T2-T0)

=1000*250*0.75*(1-8%)*(130-20)

=18975000 kJ

則有Q1=Q水 + Q礦

=44047000 + 18975000 = 63022000 kJ

② Q2經(jīng)筒壁保溫層散失的熱量

Q2=3600KS(Tδ-T0)

S ---- 烘干筒的表面積，m2。取82.54

Tδ --- 筒壁的平均溫度，℃。取250

T0 --- 滾筒的環(huán)境溫度, ℃。取20

K ---- 傳熱系數(shù)，kw/m2·℃,

K= 1/{L1/λ1 + L2/λ2 + L3/λ3 + 1/α}

L1 ---- 筒壁的平均厚度, m。取0.013

λ1 ---- 鋼的導(dǎo)熱系數(shù), kw/m·℃。取0.05

L2 ---- 保溫層的平均厚度, m。取0.05

λ2 ---- 保溫層的導(dǎo)熱系數(shù), kw/m·℃。取0.000048

L3 ---- 保溫外壁的平均厚度, m。取0.001

λ3 ---- 鋼的導(dǎo)熱系數(shù), kw/m·℃。取0.05

α ----金屬外壁到空氣的放熱系數(shù)，kw/m2·℃。取0.058

K= 1/{L1/λ1 + L2/λ2 + L3/λ3 + 1/α}

=1/{0.013/0.05 + 0.05/0.000048 + 0.001/0.05 + 1/0.058}

= 0.00094436 kw/m2·℃

Q2=3600KS(Tδ-T0)

=3600*0.00094436*82.54*(250-20)

=64541 kJ

③ Q3經(jīng)煙氣帶走的熱量

經(jīng)煙氣帶走的熱量包括空氣帶走的熱量和燃燒產(chǎn)生的水分帶走的熱量。

Q3=M1Cp(Ti-T0) + M2(J1-J2)

M1 --- 保證充分燃燒和負壓時的空氣質(zhì)量，kg。取63000

Cp --- 在溫度Ti時空氣的平均比熱，kJ/kg·℃。取1.0835

T0 ---- 滾筒的環(huán)境溫度, ℃。取20

Ti ---- 廢氣溫度, ℃。取180

J1 ---- 在Ti溫度時, 1kg水蒸汽的熱能, kJ/kg。取2850

J2 ---- 在20℃時, 1kg水蒸汽的熱能, kJ/kg。取84

M2 --- 最大燃油量燃燒產(chǎn)生的水分質(zhì)量，kg。取1.12M

M ---- 每小時的最大燃油質(zhì)量，kg。取1700

Q3=M1Cp(Ti-T0) + M2(J1-J2)

=63000*1.0835*(180-20) + 1.12*1700*(2850-84)

=16014784 kJ

④ Q4其他熱損失

其他熱損失主要包括在出料筒內(nèi)的熱損失和未被考慮的熱損失，約取總消耗熱量的1%，則有Q4=1%（Q1+ Q2+ Q3）

則有對礦料進行烘干每小時所需的最大熱量為：

Q= Q1+ Q2+ Q3+ Q4

= Q1+ Q2+ Q3+1%（Q1+ Q2+ Q3）

=1.01*(63022000 +64541+16014784)

=79892338 kJ

燃燒器的確定

根據(jù)熱式計算的結(jié)果， 我公司最終選擇了美國豪克SJ360型燃燒器, 它所提供的最大熱量值為82010000kJ/h, 略大于烘干所需的最大熱量，能夠滿足在標(biāo)準(zhǔn)工況時對鐵礦石進行加熱烘干的需要。

該設(shè)備目前已經(jīng)在工地正常運行了2年，產(chǎn)量達到了設(shè)計要求，最終驗定了本次分析計算結(jié)果是基本準(zhǔn)確的。用戶對此套設(shè)備感到很滿意并于次年再次定購了一套用于阿塔蘇礦區(qū)。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。