ПЕЧИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
КАРБИДА КАЛЬЦИЯ

ПОКАЗАТЕЛИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

 

 

 

Москва

Стандартинформ

2006

 

 

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения 01.01.89

Настоящий стандарт распространяется на вновь разрабатываемые промышленные полузакрытые и открытые печи для производства карбида кальция из кокса и извести, питаемые от сети переменного тока.

1. Нормы удельного расхода электроэнергии (Е_р) в киловатт-часах на тонну физического карбида кальция для получения карбида кальция на выпуске из печи литражом 300 дм³/кг должны соответствовать указанным в табл. 1 для полузакрытых печей и в табл. 2 для открытых.

Таблица 1

Таблица 2

2. Нормы удельного расхода электроэнергии, приведенные в табл. 1 и 2, действительны при следующих условиях эксплуатации:

2.1. Температура кокса и извести - 0 °С.

2.2. Температура карбида кальция на выпуске - 1900 °С.

2.3. Средняя температура печных газов, выходящих непосредственно из печи:

600 °С - для открытых печей;

900 °С - для полузакрытых с приемом газов изнутри садки.

2.4. Состав сырья - по табл. 3.

Таблица 3

2.5. Электрические потери (Р_е) в мегаваттах составляют 6 % максимальной мощности (Р_{с max}).

2.6. Тепловые потери (Р_т) - по табл. 4.

Таблица 4

МВт

2.7. Коэффициент использования (η_м), учитывающий потери карбида кальция при дроблении, упаковке и хранении, - 0,998.

3. Показатель энергопотребления (Е_Т) для получения товарного карбида кальция вычисляют по формуле

                                                          (1)

где Е_р - показатель энергопотребления по табл. 1 или 2, кВт∙ч/т;

K_p1 - коэффициент, учитывающий потери литража в результате охлаждения, дробления и упаковки карбида кальция, равный 1,03 при охлаждении в изложницах и 1,07 при охлаждении в грануляционном барабане;

η_м - коэффициент использования по п. 2.7.

4. Методика определения показателей энергопотребления приведена в приложении 1. Методика действительна при отклонении характеристик сырья от значений, указанных в табл. 3.

Порядок экспериментального определения показателей энергопотребления приведен в приложении 2.

5. Технологическая схема описана в приложении 3, пример расчета показателей энергопотребления приведен в приложении 4 и термины - в приложении 5.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Обязательное

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

1. Показатели энергопотребления рассчитывают на основе энергетического баланса, учитывающего:

физико-химические данные процесса производства карбида кальция по табл. 5 и 6;

эксплуатационные данные: усреднение показателей расхода, состава сырья и состава карбида кальция; коэффициенты использования времени и мощности;

экспериментальные данные для печи данной системы: тепловые потери печи; активные потери электропечного контура с учетом печного трансформатора при работе в режиме максимальной мощности; коэффициенты, учитывающие потери литража карбида кальция при его охлаждении и дроблении и карбида кальция на утруску при дроблении, хранении и упаковке; коэффициент эффективности рекуперации тепла из газов и карбида кальция.

2. Удельный расход электроэнергии (Е_р) в киловатт-часах на тонну физического карбида кальция при получении карбида кальция на выпуске из печи литражом L_р вычисляют по формуле

                                                                (2)

где Е_х - показатель энергопотребления на нагрев и плавление материалов и химические реакции, кВт∙ч/т;

η_эн - энергетический коэффициент полезного действия печи.

2.1. Удельный расход электроэнергии (E_х) в киловатт-часах на тонну физического карбида кальция на нагрев и плавление материалов и химические реакции вычисляют по формуле

Е_х = Е₁ + Е₂ + Е₃ + Е₄ + Е₅ + Е₆ + Е₇,                                   (3)

где Е₁ - удельный расход энергии на образование карбида кальция при нормальной температуре, кВт ч/т, вычисленный по формуле

Е₁ = 2,688 L_р∙DH_СаC2,                                                 (4)

где L_p - литраж карбида кальция, дм³/кг;

DH_СаС2 - тепловой эффект реакции карбидообразования, кВт ч/кг, по табл. 5;

Е₂ - удельный расход энергии на нагрев карбида кальция до температуры выпуска, кВт ч/т, вычисленный по формуле

Е₂ = 2,688 L_p С_СаC2∙t₁,                                                  (5)

где С_CаC2 ^- средняя теплоемкость карбида кальция при температуре от 0 °С до 1900 °С, кВт ч/кг К, по табл. 5;

Е₃ - удельный расход энергии на нагрев оксида кальция, содержащегося в карбиде кальция, кВт ч/т, вычисленный по формуле

Е₃ = (1000 - 2,688 L_p) С_СаO∙t₁,                                      (6)

где С_CаO - средняя теплоемкость оксида кальция при температуре от 0 °С до 1900 °С, кВт ч/кг К, по табл. 5;

Е₄ - удельный расход энергии на нагрев оксида углерода, выделенной при образовании карбида кальция, кВт ч/т, вычисленный по формуле

Е₄ = 1,175 L_p∙C_CO∙t₂,                                                    (7)

где С_со - средняя теплоемкость оксида углерода при температуре от 0 °С до 600 °С или от 0 °С до 900 °С, кВт ч/кг К, по табл. 5;

t₂ - температура печных газов на выходе из печи, °С;

Е₅ - удельный расход энергии на плавление карбида кальция, кВт ч/т, вычисленный по формуле

E₅ = 2,688 L_р∙λ_CaC2,                                                       (8)

где λ_CаC2 - теплота плавления карбида кальция, кВт ч/кг, по табл. 5;

Е₆ - удельный расход энергии на плавление оксида кальция, содержащегося в карбиде кальция, кВт ч/т, вычисленный по формуле

Е₆ = (1000 - 2,688 L_p)λ_CaCO,                                             (9)

где λ_CaCO - теплота плавления оксида кальция, кВт ч/кг, по табл. 5;

Е₇ - удельный расход энергии на восстановление примесей, содержащихся в извести и коксе, кВт ч/т, вычисленный по формуле

                                 (10)

где DE₁ - удельный расход энергии на восстановление примесей при температуре газов колошника печи, кВт ч/кг, по табл. 6;

z₁, z₂ - показатель расхода извести и кокса физического карбида кальция, кг/т;

a_i, b_i, γ_i, - концентрация примесей соответственно в извести, коксе и карбиде кальция на выпуске из печи, %;

Е_вл - удельный расход энергии на восстановление и испарение воды, кВт ч/т, вычисленный по формулам:

при содержании воды в коксе b_в до 1,5 % включительно:

Е_вл = 0,01∙z₂b_B∙DЕ₆,                                                      (11)

при содержании воды в коксе b_в свыше 1,5 %:

Е_вл = 0,01 z₂[1,5DE₆ + (b_в - 1,5)∙DE₇],                                   (12)

где b_в - концентрация воды, %;

DЕ₆ - удельный расход энергии на восстановление воды, кВт ч/кг, по табл. 6;

DЕ₇ - удельный расход энергии на испарение воды, кВт ч/кг, по табл. 6.

2.2. Энергетический коэффициент полезного действия печи вычисляют по формуле

                                  (13)

где Р_е - электрические потери энергии - по п. 2.5, МВт;

Р_т - тепловые потери энергии - по табл. 4, МВт;

К_м - коэффициент использования мощности печи - по табл. 1;

К_в - коэффициент использования времени - по табл. 1.

Допускается электрические и тепловые потери энергии определять экспериментальным путем, но значения их не должны превышать значений Р_т, приведенных в табл. 4, и P_е, получаемых по п. 2.5.

Расчет P_е и Р_Т ведется при работе печи с максимальной мощностью Р_{с mах}.

При расчете Р_е учитывают потери:

в печном трансформаторе;

в короткой сети с учетом 25 %-ного увеличения сопротивления, рассчитанного для постоянного тока; в контактных соединениях сети, определяемые расчетом сопротивлений участка контакта на постоянном токе с учетом его фактической длины и 50 %-ного увеличения;

Таблица 5

Физико-химические константы производства карбида кальция

Таблица 6

Показатель энергопотребления на восстановление примесей с учетом тепла продуктов (кВт∙ч/кг)

в соединениях контактных щек с электродами, принимая среднее активное сопротивление контактной щеки равным 0,25 МОм;

в электродах при удельной проводимости, равной 150 Ом^-1 см^-1, на длине электрода от конца контактной щеки до поверхности колошника печи.

При расчете Р_т учитывают потери кожуха ванны печи и верхней поверхности садки, а также части электродов, не погруженных в садку.

2.3. Показатель энергопотребления (Е_уc) в киловатт-часах на тонну условного карбида кальция вычисляют по формуле

                                                    (14)

где L_ст - литраж условного карбида кальция, равный 300 дм³/кг.

3. Показатель энергопотребления (Е_т) при получении товарного карбида кальция, кВт ч/т, вычисляют по формуле

                                                    (15)

где Е_р - показатель энергопотребления при получении карбида кальция на выпуске из печи, кВт ч/т;

K_p1 - коэффициент по табл. 5, учитывающий потери литража в результате охлаждения, дробления и упаковки карбида кальция, вычисленный по формуле

                                                           (16)

где L_р, L_T - литраж карбида кальция на выпуске из печи и после упаковки, дм³/кг;

η_м - коэффициент использования, учитывающий потери карбида кальция при дроблении, упаковке и хранении, вычисляют по формуле

                                                           (17)

где G_T, G_p - масса карбида кальция после упаковки и на выпуске из печи, кг.

4. В случае рекуперации тепла охлаждения карбида кальция и печных газов вычисляют приведенный удельный расход энергии на выпуске из печи по формуле

E_z = E_p - (E₂ + E₃ + E₅ + E₆)η_к - E₄,                                        (18)

где E₂, Е₃, Е₄, Е₅, Е₆ - удельный расход энергии, определенный по формулам (4 - 9);

η_к - коэффициент полезного действия системы рекуперации тепла при остывании карбида кальция, определенный по формуле

                                               (19)

где DЕ_к - показатель возвращаемого тепла охлаждения карбида кальция, кВт ч/т;

η_к - коэффициент полезного действия системы рекуперации тепла из печных газов, определенный по формуле

                                                          (20)

где DЕ_В - показатель возвращаемого тепла охлаждения печных газов, кВт ч/т.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обязательное

ПОРЯДОК ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

При экспериментальном определении показателей энергопотребления должны соблюдаться следующие условия:

Отклонения сетевого напряжения не должны превышать ± 10 %. Питание печи электроэнергией должно быть непрерывным.

Расход активной энергии следует измерять с первичной стороны трансформатора при помощи счетчиков энергии для измерения асимметричных нагрузок без учета энергии для вспомогательных целей.

До проведения измерения печь должна работать не менее 72 ч при колебаниях мощности ± 5 % и при такой же средней нагрузке, что и во время испытаний.

Время измерения должно составлять не менее 72 ч, при этом колебания активной мощности не должны превышать ± 3 %.

При проведении измерения через каждые 2 ч отбирают пробы кокса и извести, а химический состав сырья следует анализировать один раз за смену.

Пробы карбида кальция отбирают с каждого слива так, чтобы состав ее был представительным.

Контроль литража проводят не менее одного раза в смену.

Анализ состава карбида кальция проводят не менее одного раза в сутки.

При определении максимальной мощности печи Р_{с mах} печь эксплуатируют с максимальной мощностью не менее одной смены, а затем не менее 24 ч до начала определения с нагрузкой не менее 95 % Р_{с mах}.

Тепловые потери энергии определяют путем снятия теплового баланса по специальным методикам.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Справочное

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

Технологическая схема производства карбида кальция включает:

систему подготовки и питания печи сырьем и электродными материалами;

дуговую печь сопротивления с печным трансформатором;

систему охлаждения карбида кальция в изложницах или грануляционных барабанах с возможной утилизацией тепла;

устройства для дробления кусков карбида кальция и упаковки;

устройство обеспыливания печных газов с возможной утилизацией энергии;

вспомогательные устройства (например холодильные и вентиляционные системы).

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Справочное

ПРИМЕР РАСЧЕТА УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

1. Исходные данные: прямоугольная полузакрытая карбидная печь с максимальной мощностью Р_{с mах} = 43 МВт при непрерывном производстве карбида кальция литражом L_p = 300 дм³/кг, охлаждением в грануляционном барабане средней мощностью Р_ср = 34,4 МВт. Состав извести и кокса указан в табл. 3.

Средние показатели потребления извести и кокса, относящиеся к карбиду кальция на выпуске из печи, составляют z₁ = 891,25 кг/т, z₂ = 556,77 кг/т. Средние концентрации примесей в карбиде кальция на выпуске из печи приведены в табл. 7.

Таблица 7

2. Электрические потери энергии (Р_е) в мегаваттах составляют 6 % Р_{с mах}, т.е.

Р_е = 0,06 Р_{с mах} = 0,06∙43 = 2,58 МВт.

3. Тепловые потери энергии (Р_т) в мегаваттах на основе табл. 4 определяют путем интерполяции

4. Коэффициент использования времени при непрерывной работе печи равен 1.

5. Коэффициент использования мощности вычисляют по формуле

6. Энергетический коэффициент полезного действия печи вычисляют по формуле (13)

7. Удельный расход энергии в киловатт-часах на тонну вычисляют по формулам (4 - 9)

E₁ = 2,688∙300∙2,202 = 1628,9 кВт∙ч/т;

по п. 2.2, t₁ = 1900 °С;

Е₂ = 2,688∙300∙0,34∙10^-3∙1900 = 520,9 кВт∙ч/т;

Е₃ = (1000 - 2,688∙300)∙0,27∙10^-3∙1900 = 99,3 кВт∙ч/т;

по п. 2.3, t₂ = 900 °С;

Е₄ = 1,175∙300∙0,265∙10^-3∙900 = 84,1 кВт∙ч/т;

Е₅ = 2,688∙300∙0,14 = 112,9 кВт∙ч/т;

Е₆ = (1000 - 2,688∙300)∙0,394 = 76,3 кВт∙ч/т.

8. Содержание компонентов в соответствии с табл. 3 в процентах в извести (a_i) и коксе (b_i) приведено в табл. 8.

Таблица 8

В соответствии с табл. 3 концентрация оксидов вида R₂O₃ в извести составляет 1,2 %, которая соответствует отношению 1:5. Концентрация воды в коксе составляет b_в = 1,5 %.

Удельный расход энергии на восстановление и испарение воды (Е_вл) в киловатт-часах на тонну вычисляют по формуле (11)

Е_вл = 0,01∙556,77∙1,5∙9,751 = 81,4 кВт∙ч/т.

Удельный расход энергии в киловатт-часах на тонну на восстановление примесей вычисляют по формуле (10)

Е₇ = 0,01∙[3,818 (891,25∙0,87 + 556,77∙0,224 - 1000∙0,44) + 4,30 (891,25∙0,3 + 556,77∙2,48 - 1000∙0,15) + 3,939 (891,25∙2,1 + 556,77∙4,54) + 1,352 (891,25∙1,0 + 556,77∙1,83) + 2,571 (891,25∙1,6 + 556,77∙0,0)] + 81,4 = 0,01 [1756,7 + 6058,9 + 17329,1 + 2582,5 + 3666,3] + 81,4 = 395,3 кВт∙ч/т.

9. Удельный расход энергии в киловатт-часах на тонну физического карбида кальция на нагрев и плавление материалов и химические реакции вычисляют по формуле (3)

Е_х = 1628,9 + 520,9 + 99,3 + 84,1 + 112,9 + 76,3 + 395,3 = 2917,7 кВт∙ч/т.

10. Удельный расход электроэнергии в киловатт-часах на тонну физического карбида кальция при получении карбида кальция на выпуске из печи вычисляют по формуле (2)

11. Показатель энергопотребления при получении товарного карбида кальция вычисляют по формуле (15) при К_р1 = 1,07 по п. 3 и η_м = 0,998 по п. 2.7.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Справочное

Термины и пояснения

Таблица 9

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

ВНЕСЕН Министерством по производству минеральных удобрений

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26.04.88 № 1141 стандарт Совета Экономической Взаимопомощи «Печи для производства карбида кальция. Показатели энергопотребления» СТ СЭВ 5866-87 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта СССР с 01.01.89

ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2006 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ