Теплотехнические расчеты вращающейся печи для обжига цементного клинкера по мокрому способу

Характеристика преимуществ и недостатков мокрого способа обжига. Тепловая мощность печи в соответствии с технологическими зонами. Расчет горения топлива. Определение расхода воздуха на горение. Анализ теплового баланса зоны охлаждения и спекания клинкера.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 05.03.2016
Размер файла 210,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цементный клинкер получают в основном из мокрых сырьевых смесей (шламов) с влажностью от 30% до 50% во вращающихся печах, не имеющих запечных теплоутилизаторов. К преимуществам мокрого способа обжига относятся простота приготовления сырьевой смеси, легкость достижения однородности ее состава, сравнительно небольшие энергозатраты и достаточно гигиенические условия труда (отсутствие запыленности). Недостатком мокрого способа является повышенный расход топлива.

Рис.1

Вращающаяся печь диаметром 5 м и длиной 185 м конструкции УЗТМ (рис.1), состоит из цилиндрического корпуса 1, опирающегося через бандажи 2 на опорные ролики 3. Корпус имеет уклон 3,5--4% и вращается со скоростью 0,5--1,2 об/мин. Привод печи двойной и состоит из двух электродвигателей 4, двух редукторов 5, двух подвенцовых шестерен и одного венцового колеса 6.

В середине печи, на одной из ее опор, устанавливается пара роликов (горизонтально) для контроля за смещением печи вдоль оси (вниз или вверх). Вспомогательный привод включается в работу при ремонтах печи, в период розжига и остановки, когда печь должна вращаться медленно. Шлам подается в питательную трубу 7 при помощи ковшовых или объемных дозаторов, находящихся у холодного конца печи. Со стороны головки 8 в печь подается топливо и воздух; в результате сгорания топлива получаются горячие газы, поток которых направлен от горячего конца печи к холодному--навстречу движущемуся материалу. Для улучшения теплопередачи и обеспыливания газов внутри печи в холодном ее конце размещается цепной фильтр-подогреватель 9, создается цепная завеса 10 и устанавливаются теплообменники 11. Пыль, уловленная за печью в результате газоочистки, возвращается обратно в печь. Она транспортируется пневмонасосом в бункер, а из него при помощи периферийного загружателя 12 направляется в полую часть печи, расположенную рядом с цепной завесой со стороны горячего конца. Клинкер охлаждается в колосниково-переталкивающем холодильнике 14. На печах длиной 185 м корпус в зоне спекания оборудован установкой для водяного охлаждения 15 и центральной системой смазки 16.

Целью данного курсового проекта является расчет вращающейся печи для обжига клинкера по мокрому способу.

1. Теплотехнические расчеты цементной вращающейся печи

1.1 Расчет горения топлива

Расчет горения топлива выполнен для 100 кг мазута при нормальных условиях.

Топливо - мазут-80

Таблица 1.1 Состав мазута, %

Cг

Hг

Sг

Nг +Oг

Ap

Wp

Qpн, кДж/кг

?

87,6

10,5

0,8

1,0

0,3

4.0

38690

100

Состав топлива пересчитывают на рабочий, который подлежит сжиганию:

Cр = C ((100- Ap- Wp) / 100)=87,6 ((100-0,3-0,4) / 100)=83,8 %

Hр = Hг ((100- Ap- Wp) / 100)=10,5 ((100-0,3-0,4) / 100)=10,05%

Sр = Sг ((100- Ap- Wp) / 100)=0,8 ((100-0,3-0,4) / 100)=0,77 %

Nр +Oр = (Nг +Oг)* ((100- Ap- Wp) / 100)=1 ((100-0,3-0,4) / 100)=0,96 %

Таблица 1.2 Состав влажного рабочего топлива, %

Cр

Hр

Sр

Nр +Oр

83,8

10,05

0,77

0,96

100

Для расчета теплотворной способности топлива используются тепловые эффекты реакций окисления компонентов. Для жидкого топлива теплота сгорания определяется как сумма произведений тепловых эффектов составляющих на их количество:

Qнр = 339*Cр + 1030*Hр + 108,9* Sр -108,9* Oр - 25* Wp

Qнр = 339*83,8 + 1030*10,05 + 108,9* 0,77 -108,9* 0,48 - 25* 4=38689 [кДж/кг]

Определяем расход воздуха на горение. Теоретический расход воздуха, необходимый для полного окисления всех горючих компонентов топлива, рассчитывается по уравнениям реакций горения. В расчетах принимают следующий состав воздуха: N2 - 79,0% O2 - 21,0%.

Находим теоретически необходимый расход воздуха для горения природного газа:

Lо = 0,0889*Cр +0,265*Hр -0,0333(Oр- Sр)= 0,0889*Cр +0,265*Hр -0,0333(Oр- Sр)

Lо = 0,0889*83,8 +0,265*10,05 -0,0333(0,48- 0,77)=10,11 [нм3/кг]

Принимаем влагосодержание воздуха d=10 [г/(кг сух.воз.)] и находим теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности:

Lо' = (1 + 0,0016*d) Lо

Lо' = 1,016*10,11 = 10,27 [нм3/кг]

Действительный расход атмосферного воздуха при его влагосодержании d составит:

L?` = (1 + 0,0016*d) Lо'= 1,5*10,27 = 15,405 [нм3/кг]

Определяем объем и состав продуктов горения:

VCO2т = 0,01855*C =0,01855*83.8=1,555[нм3/кг]

VH2Oт=0.112*H+0.0124*(W+100*nпар)+0,0016*d*L=

0.112*10,05+0.0124*(4+100*0)+0,0016*10* 15,165 = 1,4178 [нм3/кг]

VN2т = 0.79*L? +0.008*N2 =0.79*15,165 +0.008*0,48=12,019 [нм3/кг]

VO2т = 0.21(? - 1)Lо = 0,21(1,5 - 1)10,11 = 1,062 [нм3/кг]

V so2т =0.07S=0.07*0,77=0,0054 [нм3/кг]

Общее количество продуктов горения:

V?т = 1,555+1,4178+12,019+1,062+0,0054 = 16,06 [нм3/кг]

Процентный состав продуктов горения:

CO2 = (VCO2т *100) / V?т = (1,555*100) / 16,06 = 9,68 %

H2O = 8,8 %

O2 = 6,61 %

N2 = 74,83 %

SO2 = 0.0336%

Таблица 1.3 Материальный баланс горения:

приход

кг

расход

кг

Мазут 80

Воздух

O2 = 21* 15,165*1,429=

N2 = 79*15,165*1,251=

H2O= 0,16*10*15,165*0,804=

100

455,09

1498,7

19,51

Зола

Продукты горения

CO2 = 1,977*100*1,555

H2O = 0,804*100*1,4178

N2 = 1,251*100*12,019

O2 = 1,429*100*1,062

SO2 =2,852*100*0,0054

307,4

113,99

1503,57

151,76

1,54

Всего

1973,3

Всего

Невязка

1973,3

0,05%

Определяем теоретическую температуру горения. Для этого находим теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева воздуха до 200оС

iобщ.=(Qнр/V?т)+(Cв*tв*Lб+Cт*tт./V?т)= (38689/16,06)+(1,3846 *800*15,165+ 2,05*200/16,06)=3480,5 [кДж/нм3]

По i - t диаграмме находим теоретическую температуру горения при ?=1,5: tтеор. = 2075 оС.

Определяем действительную температуру горения при ?n = 0,75.

Расчетное теплосодержание составит:

Iдейст = 3480,5*0,8 = 2784,4 [кДж/нм3], что соответствует действительной температуре 1730°C. Такая температура удовлетворяет технологическому обжигу клинкера.

1.2 Материальный баланс печи

Расчет баланса на 1 кг клинкера

Приход:

Топливо - B, кг

Сырье:

Теоретический расход сухого сырья

Gтс =100/100-?mпрк =100/100-34,6=1,529 кг

Расход сухого сырья с учетом безвозвратного уноса

Gсс = Gтс *100/100 - б'ун =1,529*100/100-0,03=1,529 кг

Расход шлама

Gсw = Gсс*100/100-Wc =1,529*100/100-35=2,35 кг

Расход воздуха на 1 м3 топлива

Теоретический Lо = 10,11 [нм3/кг]

Действительный при б=1,5 : L= 15,165 [нм3/кг]

Gв = 15.165*1.293* B=19.6* B кг

Расход

1. Выход клинкера -1 кг

2. Выход технологической углекислоты:

GCO2с = (Gсс * CO2 )/100=1,529*33,6/100=0,514 кг

VCO2с = GCO2с /CO2 =0,514/1,977=0,26 м3

3. Выход физической воды:

n=Gwф = Gсw -Gсс =2,35-1,529=0,821 кг

V wф = Gwф / ?вп =0,821/0,805= 1,02 м3

Выход гидратной воды сырья:

Gwг = H2O = Gсс *0,35*3,2/100=1,529*0,35*3,2/100=0,0171 кг

V wг = Gwг / ?вп =0,0171/0,805=0,021 м3

Количество уносимой пыли:

Gун = Gсс - GCO2с = 1,529-0,514=0,015 кг

Выход отходящих газов из топлива и материала:

V о.г. = V п.г.т * В + VCO2с + V wф + V wг = =16,06*В+1,555+1,02+0,021=16,06*В + 2,596

Gп.г.т = VCO2m *?CO2 + V H2O m *?H2O +VO2m *O2 +V N2m *?N2 =1,555*1,977+1,4178*0,805+1,062*1,429+12,019*1,251=21 кг на 1 м3 топлива

Gо.г.= Gп.г.т *В + GCO2с + Gwф + Gwг = 21*В+0,514+0,821+0,0171=

=21*В+1,35кг

Материальный баланс печи приведен в табл.1.4

Таблица 1.4 Предварительный материальный баланс печи на 1 кг клинкера

Приход

кг

Расход

кг

Топливо В

Сухое сырье Gсс

Влага сырья

Воздух Gв

В

1,529

0,821

19.6* B

Клинкер

Отходящие

газы Gо.г

Пылеунос Gун

1

21*В+1,35

0,015

Итого

20,6*В+2,35=100%

Итого

21*В+1,4=100%

1.3 Тепловой баланс на 1 кг клинкера

Приход

Тепло от сгорания топлива

Q1п = Qнр *В=38689*В [кДж/кг]

Где В-удельный расход топлива на обжиг 1 кг клинкера, кг

Q2п =(Gсс · сс + Gwф·сн2о)·tв = (1,529*0,875+0,821*4,2) ·15=71,79 [кДж/кг],

где сс -удельная теплоемкость сырьевой смеси [0,875 кДж/кг°C.],

сн2о - удельная теплоемкость воды [4,2 кДж/кг°C.]

С присосанным воздухом

Q3п = L·y ·cв ·tв ·B= 15,165· 0,03·1,2971·15*В=9· В кДж/кг

где cв -теплоемкость воздуха [1,2971кДж/ м3°C]

y - доля присосанного воздуха.

Энтальпия вторичного воздуха при температуре tв.вт.=400 °C

I4 п = L·(1-y) ·cвґ ·tв.вт ·B= 15,165·(1-0,03) ·1,3294·400·В=7822 ·В кДж/кг

где cвґ =теплоемкость воздуха при 400 °C, равная 1,3294 кДж/ м3°C

Тепло от экзотермических реакций клинкера

Q5п= Qэкз =402 кДж на 1 кг клинкера.

Общее количество теплоты, внесенное в печь,

У Qпр =38689·В+71,79+9·В+7822 ·В+402=(46520·В+473,79) кДж/кг

Расход

На диссоциацию CаCO3

Q1р = GCO2с ·100·qx /44 =0.514·100·1658/44=1936 кДж/кг

где qx - удельное количество теплоты на диссоциацию CаCO3, равное 1658 кДж/кг CO2

На испарение влаги

Q2р=2500·n=2500·0.821=2052,5кДж/кг,

где 2500-скрытая теплота парообразования, кДж, на 1 кг влаги.

Удельное количество теплоты, ушедший с отходящими газами

Q3р=[(VCO2т CO2 + V N2т N2 + V H2O т H2O + VO2т O2 + V SO2т SO2 )*B+ VCO2cCO2 + V wф в.п. + V wг в.п. ]* tо.г

Q3р= [(1,555*1,7874+12,019*1,2996+1,4178*1,5224+1,062*1,3352+

+0,0054*1,8883)*В+0,26*1,7874+1,02*1,5224+0,021*1,5224]*200=

=(4397*В+410) кДж/кг

где сCO2 N2 H2O O2 SO2, св.п - удельные объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 200°C, кДж/ нм3°C

Энтальпия клинкера, выходящего из печи,

I4 р = Q4р=1* скл * tкл п =1*1,03*1200=1236 кДж/кг,

где скл =1,03 кДж/ м3°C- средняя удельная теплоемкость клинкера при температуре 1200 °C

Энтальпия пылеуноса

I5 р = Q5р= Gун* сун * tо.г =0,015*1,06*200=3,18 кДж/ кг

где сун - удельная теплоемкость уносимой пыли, кДж/ кг°C;

удельная теплоемкость уноса для цементно-обжигательных печей

сун -1,06 кДж/ кг°C.

Теплота, утерянная в окружающую среду,

Q6р = Sп * ?Q/1000*Gкл , кДж/ кг,

Где Sп - площадь теплоотдающей поверхности корпуса печи

(Sп =р*D*L= р*5*185=2910 м2);

Gкл - производительность печи, т/ч;

?Q- среднее количество теплоты, теряемой в окружающую среду через 1 м2 корпуса печи в 1 ч, при принятых условиях принимаем

?Q=14 650 кДж/ м2

Тогда Q6р = 2910 * 14650/1000*72=592 кДж/кг,

Теплота, затраченная на образование жидкой фазы, по опытным данным равна

Q7р = Qплр =209 кДж/кг

Общее количество теплоты, расходуемое в печи

У Qр = 1936+2052,5+4397*В+410+1236+3,18+592+209=5898,68 +4397*В кДж/кг,

Из уравнения теплового баланса удельный расход топлива составляет

В=5898,68-473,79/46520-4397=0,13 м3 на 1 кг клинкера

Удельный расход воздуха для горения топлива

Vвт =15,165*0,13=1,97 нм3 / нм3

Количество вторичного воздуха

Vв.вт = Vвт ·(1-y)=1,97·(1-0,03)=1,91 м3 / м3 .

Таблица 1.5 Материальный баланс печи на 1 кг клинкера

Приход

Количество

Расход

Количество

кг

%

кг

%

Топливо В

Сухое сырье Gсс

Влага сырья n

Воздух Gв

Невязка

0,13

1,529

0,821

2,5482

-0,0013

2,5530

16,4

50

-0,03

Клинкер

Отходящие

газы Gо.г

Пылеунос Gун

1

4,08

0,015

19,6

80

0,29

Итого

5,1

100

Итого

5,1

100

Удельное количество теплоты, расходуемой на образование 1 кг клинкера:

Q = Qнр *В =38689*0,13=5029,57 кДж/кг

Удельный расход условного топлива

Вусл = Q*100/29300=5029,57*100/29300=17,16%

Таблица 1.6 Сводная таблица теплового баланса печи на 1 кг клинкера

Приходные статьи

Количество

кг

%

От горения топлива Q1п =38689*0,13

Со шламом Q2п

С присосанным воздухом Q3п =9*0,13

От экзотерм.реакций образования клинкера Q5п

Энтальпия вторичного воздуха I4п = 7822 ·0,13

5029,57 40,29

1,17

402

1016,86

77,5

0,62

0,018

6,19

15,67

Итого

6489

100

Расходные статьи

Количество

кг

%

На диссоциацию CаCO3 Q1р

На испарение влаги Q2р

С отходящими газами Q3р=4397*0,13+410

С горячим клинкером Q4р

С пылеуносом Q5р

В окружающую среду Q6р

На образование жидкой фазы Q7р

1936

2052,5

981,6

1236

3,18

592

209

27,8

31,63

13,12

17,04

0,05

7,12

3,22

Итого

6489

100

Тепловой коэффициент полезного действия печи составляет

з1 = (Qх + Q2р)*100/ Q1п + Q2п + Q3п + Q4п = =(1798+2052,5)*100/5029,57+40,29+1,17+1016,86=63,1%

где Qх -расчетный тепловой эффект клинкерообразования, 1798 Дж/кг

Технологический коэффициент полезного действия печи

з2 = Qх*100/ Q = 1798*100/5029,57=35,7 %

1.4 Подбор оборудования

1.4.1 Уточнение размеров печи

Выполним расчет температур на границах технологических зон и построение графика распределения температур по длине печи.

Для расчета и построения кривой температур обжига печь разбиваем на участки, и для каждого участка составляем тепловой баланс, в котором неизвестной величиной является температура газов, поступающих из одной зоны в другую. Эту температуру находим с помощью i-t диаграммы по энтальпии газов, покидающих данную зону печи. При расчете температурной кривой длинные вращающиеся печи разбивают на следующие участки, начиная с участка подачи топлива в печь.

Зона Температура спекания

Охлаждения и спекания 1250-1350-1250°C

Экзотермических реакций 1250-950°C

Декарбонизации 950-750°C

Подогрева 750-500°C

Дегидратации 500-250°C

Досушки 250-100°C

Испарения 100-15°C

Таблица 1.7 Тепловой баланс зоны охлаждения и спекания 1 кг клинкера (температура материала 1250-1350-1250°C)

Приход

Количество кДж

Расход

Количество

кДж

От сжигания топлива Q1п

Энтальпия воздуха, нагретого в холодильнике и печи охлаждающимся клинкером:

Iкл = скл *(1350- tкл )=

1,11*(1350-100)

5029

1387,5

На нагрев материала:

Q1р == скл *(1350- 1250)=

=1,11*100

На образование жидкой фазы Q7р

С избыточным воздухом и выходящим клинкером из холодильника(учтены в приходе)

В окружающую среду Qо.с.

Расчетная энтальпия уходящих газов

111

209

150

I спеко.г

Итого

6416,5

Итого

470+ I спеко.г

Энтальпия газов при выходе из зоны спекания

I спеко.г =6416,5-470=5946 кДж

Расчетную температуру газового потока, соответствующую энтальпии

I спеко.г =5946 кДж, определяем методом подбора. Для этого сначала определим объемный выход газов (м3) в зоне спекания:

VCO2 = VCO2т *В =1,555*0,1134 =0,18 [м3]

VH2O= VH2Oт *В = 1,4178*0,1134 =0,16 [м3]

VO2= VO2т *В=1,062*0,1134 = 0,12 [м3]

VN2 = VN2т *В =12,019*0,1134= 1,36 [м3]

V so2 = V so2т =0,0054*0,1134= 0,0006 [м3]

При tх =2100°C

Iх = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(0,18*2,4360+1,36*1,4893+0,12*1,576+0,16*1,9825+0)*2100=6237,5 кДж

где сCO2 N2 H2O O2 SO2 - средние объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 2100°C, кДж/ м3°C

При tу =2200°C

Iу = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(0,18*2,4486+1,36*1,4952+0,12*1,5831+0,16*2,0010 +0)*2200=6565,57 кДж

где сCO2 N2 H2O O2 SO2 - средние объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 2200°C, кДж/ м3°C

Тогда

tспек расч = tх +( (I спеко.г - I х )/ I у -I х)*( tу -tх)=2100+(5946-6237,5/6565,57-6237,5)*(2200-2100) = 2011 °C

так как продукты горения топлива нагреваются до высоких температур, то происходит частичная диссоциация CO2 и H2O, которая сопровождается поглощением тепла. Поэтому практическая температура tспек прак будет ниже

tспек расч . количество теплоты на диссоциацию определяют по формуле

Iдис = I CO2дис + I H2Oдис

Где

I CO2дис = а* VCO2 * QСО

здесь а-коэффициент диссоциации CO2. При б=1,5 и t=2200 °C а=0,15

QСО -эндотермический тепловой эффект диссоциации СО. При температуре 2200 °C QСО =12326 кДж на 1 м3 СО;

I CO2дис =0,15*0,18*12326=332 кДж

I H2Oдис = b* VH2O * QH2 ,

Где b- коэффициент диссоциации H2O. При б=1,5 и t=2200 °C b=0,021

QH2 - эндотермический тепловой эффект диссоциации Н2. При температуре 2200 °C Q H2 =11080 кДж на 1 м3 H2;

I H2Oдис =0,021*0,16*11080=37,22 кДж

Принимаем удельное количество теплоты, переданной в результате долевого (торцевого) излучения в размере Qизл =840 кДж.

Тогда энтальпия уходящих газов с учетом диссоциации CO2 , H2O и долевого излучения

I спекпр = I спекрасч -I H2Oдис -I СO2 дис - Qизл =5946 -332-37,22-840=4736,78 кДж

Практическую температуру газового потока при выходе из зоны спекания, соответствующую энтальпии Iспекпр =4736,78 кДж на 1 кг клинкера, определяют методом подбора:

При tх =1600°C

Iх = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(0,18*2,3849+1,36*1,4625+0,12*1,5400+0,16*1,8691+0)*1600=4643,4кДж

где сCO2 N2 H2O O2 SO2 - средние объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 1600°C, кДж/ м3°C

При tу =1700°C

Iу = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(0,18*2,4042+1,36*1,4625+0,12*1,5483+0,16*1,8841 +0)*1700=4945,31 кДж

где сCO2 N2 H2O O2 SO2 - средние объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 1700°C, кДж/ м3°C

Тогда

tспек пр = tх +( (I спекпр - I х )/ I у -I х)*( tу -tх)=1600+( 4736,78- 4643,4/4945,31-4643,4)*(1700-1600) = 1631°C

Энтальпия газов при выходе из зоны экзотермических реакций

I экзо.г = 7323-1047,43=6275,57 кДж

Таблица 1.8 Тепловой баланс зоны экзотермических реакция на 1 кг клинкера (температура материала 1250-950°C)

Приход

Количество

кДж

Расход

Количество

кДж

Энтальпия поступивших газов I спеко.г

На образование клинкерных материалов Qэкз энтальпия выделевшигося СО2

из сырья:

I СО2 = VCO2 С *(1-в)* сCO2 *950 = 1,555*(1-0,7)*2,2*950=

в - степень разложения СаСО3 в зоне декарбонизации

5946

402

975

На нагрев материала:

От 950 до 1250°C

Qмр = сс *(1250- 950)=

=1,06*300

На завершение эндотермического процесса декарбонизации:

Qдекр = Gсс * СаОс *29,64*(1-в)= 1,529*42,25*29,64*0,3

Удаленное в окружающую среду Qоср

Энтальпия газов, выходящих из зоны экзотермических реакций

318

574,43

155

I экзо.г

Итого

7323

Итого

1047,43

+ I экзо.г

Определяем количество СО2 в начале зоны экзотермических реакций:

VCO2 = 0,18+ (1-в)* VCO2 С =0,18+(1-0,7)*1,555=0,6465 м3

Расчетную температуру газового потока, соответствующую I экзо.г, определяем следующим образом:

При tх =1800°C

Iх = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =

=(0,6465 *2,4226+1,36*1,4705+0,12*1,5559+0,16*1,9055+0)*1800=7303,8 кДж

где сCO2 N2 H2O O2 SO2 - средние объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 1800°C, кДж/ м3°C

При tу =1900°C

Iу = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(0,6465*2,4393+1,36*1,4780+0,12*1,5638+0,16*1,9252 +0)*1900=7757,3кДж

где сCO2 N2 H2O O2 SO2 - средние объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 1900°C, кДж/ м3°C

Тогда

tспек пр = tх +( (I экзо.г - I х )/ I у -I х)*( tу -tх)=1800+( 6275,57- 7303,8/7757,3-7303,8)*(1900-1800) =1574 °C

Количество теплоты на диссоциацию СО2 составит:

I СО2дис = а* VCO2 * QСО =0,05* 0,18*12326=110,9 кДж

I H2Oдис = b* VH2O * QH2 =0,005*0,16*11080=8,86 кДж

Таблица 1.9 Тепловой баланс зоны декарбонизации на 1 кг клинкера (температура материала 950-500°C)

Приход

Количество кДж

Расход

Количество

кДж

Энтальпия поступивших газов

I экзо.г

На образование метакаолина

Qм = 6,53*Gсс * Al2O3с

=6.53*1.529*3.2

Энтальпия выделившегося СО2

I СО2 = VCO2 С *в* сCO2 *950 = 1,555*0,7*2,192* 950

6275,57

32

2266,7

На нагрев материала:

Q1р = (Gсс - Gwгс *(950- 500)=

=(1,529-0,0171)*1,07*450

На декарбонизацию MgCO3 :

Q2р =17* MgOс * Gсс =

17*0,75*1,529

На декарбонизацию СаCO3 :

Q3р =29,6* СаOс * Gсс *в=

29,6*42,25*1,529*0,7

Удаленное в окружающую среду Qоср

Энтальпия уходящих газов

727,98

19,49

1338,5

250

I деко.г

Итого

8574,26

Итого

2335,97 + I деко.г

Энтальпия газов на выходе из зоны декарбонизации и подогрева

I деко.г =8574,26 -2335,97 =6238,29 кДж

Количество теплоты в результате долевого излучения принимаем

Qизл =420 кДж

I экзпр = 6275,57 -539,76 =5735,81 кДж

Расчетную температуру газового потока с учетом поправки на диссоциацию

При tх =1600°C

Iх = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(0,6465 *2,3556+1,36*1,4529+0,12*1,5379+0,16*1,8762+0)*1600=6373,7кДж

где сCO2 N2 H2O O2 SO2 - средние объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 1600°C, кДж/ м3°C

При tу =1700°C

Iу = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(0,6465*2,3745+1,36*1,4613+0,12*1,5463+0,16*1,8996 +0)*1700=6820 кДж

где сCO2 N2 H2O O2 SO2 - средние объемные теплоемкости газов при температуре tо.г = 1700°C, кДж/ м3°C

Тогда температура газового потока с учетом поправки на диссоциацию:

tэкз пр = tх +( (I экзпр - I х )/ I у -I х)*( tу -tх)=1600+( 5735,81 - 6373,7/6820-6373,7)*(1700-1600) =1457 °C

При tх =1200°C

Iх = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(1,735 *2,2886+1,36*1,4065+0,12*1,5065+0,16*1,7651+0)*1200=7616,1 кДж

где VCO2 =0,6465+0,7*1,555=1,735 м3

При tу =1300°C

Iу = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх = (1,735 *2,3158+1,36*1,4290+0,12*1,5123+0,16*1,7908 +0)*1300=8358,16 кДж

Температура газов, покидающих зону подогрева, составит:

t под = tх +( (I дек о.г- I х )/ I у -I х)*( tу -tх)=1200+( 6238,29 - 7616,1 /8358,16 -7616,1)*(1300-1200) =1014 °C

Таблица 1.10 Тепловой баланс зоны дегидратации на 1 кг клинкера (температура материала 500-250°C)

Приход

Количество

кДж

Расход

Количество

кДж

Энтальпия поступивших газов

I деко.г

Энтальпия гидратной воды:

I в = Vwг* св.п*500 =

0,021*1,5831*500

6238,29

16

На нагрев материала:

Q1р = Gссс *(500- 250)=

=1,529*1,06*250

На дегидратацию каолина

Q2р = 23,78*Gсс * Al2O3 =23,78* 1,529*3,2

Удаленное в окружающую среду Qоср

Энтальпия уходящих газов

405,2

116,35

100

I дего.г

Итого

6254,29

Итого

622+ I дего.г

Энтальпия газов, покидающих зону дегидратации

I дего.г =6254,29-622=5632,29 кДж

При tх =1000°C

Iх = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(1,735 *2,2266+1,36*1,3938+0,12*1,4801+0,181 *1,7133+0)*1000=6246,4 кДж

где VH2O =0,16+Vwг=0,16+0,021=0,181 м3

При tу =1100°C

Iу = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(1,735 *2,2593+1,36*1,4056+0,12*1,4935+0,181 *1,7397 +0)*1100=6958,17 кДж

Температура газов на выходе из зоны дегидратации составит:

t дег о.г = tх +( (I дег о.г- I х )/ I у -I х)*( tу -tх)=1000+( 5632,29- 6246,4 /6958,17 -6246,4)*(1200-1100) =913 °C

Таблица 1.11 Тепловой баланс зоны досушки на 1 кг клинкера (температура материала 250-100°C)

Приход

Количество

кДж

Расход

Количество

кДж

Энтальпия поступивших газов

I дего.г

Энтальпия водяного пара, выделившегося из материала

I в = Gсс /п.в. * (Wост/100- Wост) * св.п*100 =(1,529/0,805)*(4/100-4)*1,5019*100

5632,29

11,88

На нагревание сухого сырья:

Q1р = Gссс *(250- 100)=

=1,529*1,059*150

На испарение остаточной влаги

Q2р = Gсс * (Wост/100- Wост) *2500=1,529*(4/100-4)*2500=

Удаленное в окружающую среду Qоср

Энтальпия уходящих газов

243

160

40

I досо.г

Итого

5644,17

Итого

443 + I досо.г

Энтальпия газов, покидающих зону досушки

I досо.г = 5644,17-443=5201,17 кДж

При tх =800°C

Iх = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(1,735 *2,1517+1,36*1,3683+0,12*1,4529+0,26 *1,6601+0)*800=4960 кДж

VH2O =0,181+ Gсс /п.в. * (Wост/100- Wост) =0,181+(1,529/0,805)*(4/100-4) =0,260 м3

При tу =900°C

Iу = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(1,735 *2,1915+1,36*1,3817+0,12*1,4663+0,26 *1,6865 +0)*900=5666 кДж

Температура газов на выходе из зоны досушки составит:

t дос о.г = tх +( (I дос о.г- I х )/ I у -I х)*( tу -tх)=800+( 5201,17- 4960 /5666 -4960)*(900-800) =834 °C

Таблица 1.12 Тепловой баланс зоны испарения на 1 кг клинкера (температура материала 100-15°C)

Приход

Количество

кДж

Расход

Количество

кДж

Энтальпия поступивших газов

I досо.г

Энтальпия водяного пара, выделившегося из материала

I в = Gсс /п.в. * (Wс/100- Wс - Wост/100- Wост) * св.п*100 =(1,529/0,805)*(36/100-36-4/100-4)*1,5019*100

5201,17

149

На нагревание сухого сырья:

Q1р = Gссс *(250- 100)=

=1,529*1,059*150

На испарение остаточной влаги

Q2р = Gсс * (Wс/100- Wс - Wост/100- Wост) *2500=1,529*(36/100-36-4/100-4)*2500=

Удаленное в окружающую среду Qос

Энтальпия уходящих газов I о.г, выходящих из печи газов

243

1990,9

40

I о.г

Итого

5350,17

Итого

2263,9+I о.г

Составляем тепловой баланс зоны испарения печи:

Qпр = Qр - ?Q

5350=5353-3

Величина погрешности составит

Е= ?Q*100/Q =3*100/5029,57= 0,059 %

Определяем энтальпию отходящих газов по тепловому балансу зоны испарения:

I о.г =5350,17-2263,9 = 3086,27 кДж

При tх =200°C

Iх = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =(1,735*1,8079+1,36*1,3030+0,12*1,3369+1,28 *1,5174+0,0006*1,8883)*200=1402,5 кДж

где

VH2O =0,260 + V wф = 0,26+1,02 = 1,28 м3

При tу =300°C

Iу = (VCO2 * СCO2 + V N2 * С N2 +VO2 * СO2 +VH2O * СH2O +V so2 * С so2 )* tх =1,735 *1,8808+1,36*1,3080+0,12*1,3583+1,28 *1,5379 +0,0006*1,9553)*300=2152,4 кДж

Температура газов на выходе из зоны дегидратации составит:

tо.г = tх +( (I о.г- I х )/ I у -I х)*( tу -tх);

tо.г =200+( 3086,27 - 1402,5 /2152,4 -1402,5)*(300-200) =424 °C

В табл.1.13 приведено распределение температуры материалов и газов в соответствии с технологическими зонами вращающейся печи.

Тепловая мощность печи в среднем составляет

Ф=0,278* Gкл * Q =0,278*72*5029,57=100,671 кВт

Здесь 0,278 кг/с =1 т/ч

Dв = = = 4,3 м принимаем Dв =4,5

Диаметр печи по кожуху при толщине футеровки 230 мм:

Dк =4,5+230*10-3 = 4,73 м.

Принимаем Dк =5 м

Таблица 1.13 Температуры материалов и газов

Технологические зоны

Температура материала

tм, °C

Температура газов

tг, °C

Начало зоны

Среднее значение

Конец зоны

Начало зоны

Среднее значение

Конец зоны

Испарения

15

57

100

424

629

834

Досушки

100

176

250

834

874

913

Дегидратации

250

375

500

913

964

1014

Подогрева и декарбонизации

500

725

950

1014

1236

1457

Экзотермических реакций

950

1100

1250

1457

1516

1574

Спекания

1250-1350

1300-1350

1250

-

1574

-

Охлаждения

1250

1225

1200

-

1125

-

Холодильник

1200

650

100

475

250

15

Длина зоны охлаждения:

Lохл = нм * tм ,

Где нм -скорость продвижения материала в печи, м/ч

нм = 1,88* Dв *,

где i - наклон корпуса печи, % (принимаем i =4%)

n-частота вращения печи: от главного привода 0,01-0,0206 об/с или 0,6-1,24 об/мин. Принимаем 0,8 об/мин и от вспомогательного привода 0,0011 об/с (0,069 об/мин);

в-угол естественного откоса, °С (для зоны охлаждения sinв=0,707-0,766);

tм - время пребывания материала в зоне охлаждения: tм =0,2-0,25 ч.

Тогда

Lохл = 1,88*4,5 *0,25=8,8 м

Определяем длину зоны спекания при sinв=0,766-0,866 tм =0,3-0,5 ч

Lспек = 1,88*4,5 *0,40=12,5 м

Длина зоны экзотермических реакций

Lэкз =,

Где Q1 -количество теплоты, которое должно быть передано материалу в данной зоне, кДж ( из теплового баланса зоны экзотермических реакций (табл.1.8) находим Q1=318+574,43+155-402=645 кДж);

б - коэффициент теплоотдачи от газового потока к материалу в данной зоне. Значение б =114 Вт/м2 *°C ;

S - площадь поверхности футеровки и теплообменного устройства на 1 м длины зоны, м2 ;

S=р* Dв =3,14*4,5=14,13 м2

?t - среднелогарифмическая разность температур газов и материала в зоне;

?t= = = 408,7°C

После подстановки значений получаем:

Lэкз = 19,6 м

Рассчитываем длину зоны декарбонизации и подогрева:

Lдек =,

где Q2 -определяем из теплового баланса зоны (табл.1.9)

Q2=728+ 19,49 +1338,5+250-32= 2303 кДж;

б =90 Вт/м2 *°C

?t = = 510 °C

Тогда

Lдек = 71 м

Длина зоны дегидратации

Lдег =,

где Q3 -определяем из теплового баланса зоны (табл.1.10)

Q3=405,2+116,35+100=621,55 кДж;

б =66,3Вт/м2 *°C

?t = = 585 °C

Отсюда

Lдег = 22,6 м

Длина зоны досушки

Lдос =,

где Q4 -определяем из теплового баланса зоны (табл.1.11)

Q3=160+243=403 кДж;

б =44,4 Вт/м2 *°C

?t = = 692 °C

Отсюда

Lдос = 18,6 м

Длина зоны испарения (зоны цепей)

Lисп =,

где Q5 -количество теплоты, передаваемой от газового потока к материалу в цепной зоне, кДж. Из теплового баланса цепной зоны (табл.1.12)

Qц=243+1990,9+40=2274 кДж;

бц -коэффициент теплоотдачи в зоне цепей, бц = 54,2 Вт/м2 *°C

Sц - суммарная площадь поверхности цепей и футеровки на участке печи длиной 1 м;

Sц=р* Dв *(1+Кц), м2

где Кц - отношение площадей цепей к площади футеровки (Кц =3-4)

Sц=3,14*4,5 *(1+3)=56,52 м2 на 1 м печи;

?t = = 556 °C

Отсюда длина зоны испарения составляет

Lисп = 27 м

Общая длина печи

L=8,8+12,5++19,6+71+22,6+18,6+27=180,1

Таким образом, стандартная длина печи L = 185, диаметр-5,0 м

Определяем время пребывания материала в печи:

t=L/нср

Где нср - скорость движения материала, из формулы:

Gкл =15*р* D 2в *ц*нср *м,

Где ц- коэффициент заполнения печи: ц=0,08-0,10.

Принимаем его равным 0,1;

м -насыпная плотность материала (1,3т/м3).

Тогда

Gкл =15*3,14* 4,5 2 *0,1*нср *1,3=102,4*нср

Отсюда

нср = Gкл /102,4=72/123,99=0,6 м/мин,

или нср =0,7*60=34,8 м/ч

t=L/нср = 185/34,8=5,31 ч

Определяем съем клинкера

Ps = P/ р* Dв * L =72000/3,14*4,5*185=27,5

1.5 Топливосжигающее устройство

Объемный расход топлива

Втопл =1000* Gкл *В =1000*72*0,13=9360 м3

Выбираем газомазутную горелку ВостИО для раздельного сжигания топлива. Параметры работы представлены в табл.1.13

Таблица 1.13 Характеристика работы горелки ВостИО

Объемный расход топлива

2,6 м3

Температура подогрева

90-100 °C

Предел рабочего регулирования расхода мазута

0-3500 кг/ч

2. Специальные тепловые расчеты

2.1 Расчет размеров колосникового холодильника

2.1.1 Подбор холодильника

Выбираем колосниково-переталкивающий холодильник "Волга-75с". Техническая характеристика холодильника:

Производительность - 75 т/ч

Общая площадь решетки - 83,5 м2

Живое сечение решетки - 10%

Тепловой КПД колосникового холодильника - 63%

Проверим тепловой коэффициент полезного действия холодильника.

Приход

Энтальпия клинкера, поступающего в холодильник:

I'кл = Q'кл=1236 кДж/кг

Энтальпия воздуха

I'в = Q'в=( Vв.изб +Vв.вт )* св* tв

I'в = Q'в=( Vв.изб +1,667)*1,279*15=(19,185* Vв.изб +32) кДж

Общее количество теплоты, поступающей в холодильник,

У Qп хол = 1236+19,185* Vв.изб +32=1268+19,185* Vв.изб кДж

Расход

Энтальпия клинкера после холодильника

I''кл = Q''кл= 1* скл* t''кл =1*0.78*100=78 кДж

Энтальпия вторичного воздуха

I''в = Q''в= Q=887,015 кДж

По опытным данным удельное количество теплоты, теряемой в окружающую среду,

Qп.х.=29 кДж.

Количество теплоты, уносимой избыточным воздухом,

Qв.изб.= Vв.изб * св* t''в.изб = Vв.изб *1,3*150=195*Vв.изб кДж

Общее количество теплоты, отводимой их холодильника,

У Qр хол = 78+887,015+29+195*Vв.изб =994,015+195*Vв.изб кДж

Из уравнения теплового баланса Qр хол = Qп хол определяем количество избыточного воздуха:

1268+19,185* Vв.изб =994,015+195*Vв.изб

Таблица 2.1 Сводный тепловой баланс холодильника на 1 кг клинкера

Приходные статьи

Количество

кг

%

С клинкером

С воздухом (19,185* Vв.изб +32)

1236

61,89

95,23

4,77

Итого

1297,89

100

Расходные статьи

Количество

кг

%

С клинкером

С вторичным воздухом

В окружающую среду

С избыточным воздухом (195*Vв.изб )

Невязка

78

887,015

29

303,81

-0,005

...

Подобные документы

  • Характеристика портландцементного клинкера для обжига во вращающейся печи. Анализ процессов, протекающих при тепловой обработке. Устройство и принцип действия теплового агрегата. Расчёт процесса горения природного газа, теплового баланса вращающейся печи.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 25.02.2016

  • Расчет трехкомпонентной сырьевой смеси, а также топлива для установки. Составление материального и теплового баланса цементной вращающейся печи для производства клинкера. Пути рационализации процесса спекания с целью снижения удельного расхода топлива.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 02.07.2014

  • Способы производства клинкера. Расчет горения топлива, выход газообразных продуктов горения. Определение материального баланса печи и теплового баланса холодильника. Технологический коэффициент полезного действия печи, газообразные продукты на выходе.

    курсовая работа [114,7 K], добавлен 26.01.2014

  • Рассмотрение применения вращающейся печи в огнеупорной промышленности для обжига глины на шамот. Характеристика физико-химических процессов, происходящих в печи. Подбор сырья и технологических параметров. Расчет процесса горения газа и тепловой расчёт.

    курсовая работа [939,1 K], добавлен 25.06.2014

  • Расчет тепловой работы методической толкательной печи для нагрева заготовок. Составление теплового баланса работы печи. Определение выхода продуктов сгорания, температур горения топлива, массы заготовки, балансового теплосодержания продуктов сгорания.

    курсовая работа [6,6 M], добавлен 21.11.2012

  • Изучение сухого способа производства цемента. Теплотехнические расчеты цементной вращающейся печи. Определение удельного расхода топлива на обжиг клинкера, размеров циклона. Выбор пылеосадительных устройств. Аэродинамическое сопротивление трубопроводов.

    курсовая работа [1022,4 K], добавлен 26.05.2015

  • Анализ состояния автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера. Требования к автоматизированным системам контроля и управления. Выбор технических средств автоматизации: датчик и регулятор температуры, исполнительный механизм.

    курсовая работа [902,0 K], добавлен 14.10.2009

  • Краткое описание шахтной печи. Расчет температуры и продуктов горения топлива. Тепловой баланс и КПД печи. Расчет температур на границах технологических зон и построение кривой обжига. Аэродинамический расчет печи, подбор вспомогательных устройств.

    курсовая работа [188,0 K], добавлен 12.03.2014

  • Подготовка исходных данных по топливному газу и водяному пару. Расчет процесса горения в печи. Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива. Расчет энергетического КПД тепло-утилизационной установки, эксергетического КПД процесса горения.

    курсовая работа [1017,0 K], добавлен 18.02.2009

  • Расчет горения топлива для определения расхода воздуха, количества и состава продуктов сгорания, температуры горения. Характеристика температурного режима и времени нагрева металла. Вычисление рекуператора и основных размеров печи, понятие ее футеровки.

    курсовая работа [349,4 K], добавлен 30.04.2012

  • Автоматизация процесса обжига извести во вращающейся печи. Спецификация приборов и средств автоматизации. Технико-экономические показатели эффективности внедрения системы автоматизации процесса обжига извести во вращающейся печи в условиях ОАО "МЗСК".

    дипломная работа [263,1 K], добавлен 17.06.2012

  • Определение полезной тепловой нагрузки на выходе из печи. Расчет процесса горения: теплотворной способности топлива, теоретического расхода воздуха, состава продуктов горения. Коэффициент полезного действия печи и топки. Вычисление конвекционной секции.

    курсовая работа [155,1 K], добавлен 10.12.2014

  • Типы клинкерных холодильников. Теплота сгорания топлива, теоретический и действительный объем воздуха, необходимый для горения. Выход продуктов сгорания. Материальный баланс печи. Энтальпия клинкера холодильника на входе. Теплотехнические характеристики.

    курсовая работа [149,5 K], добавлен 10.01.2013

  • Разработка технологии белого и цветного цемента и способов газового отбеливания клинкера и его водного охлаждения. Основные компоненты сырьевой смеси для получения портландцемента. Расчет расхода сырьевых материалов и обжиг смеси во вращающихся печах.

    курсовая работа [112,3 K], добавлен 11.03.2011

  • Главные функции, выполняемые горном доменной печи. Скорость реакции горения топлива, диффузия молекул кислорода в пограничный слой. Количество образующейся окиси углерода, температура и концентрация кислорода в газовой фазе. Окислительные зоны печи.

    контрольная работа [145,7 K], добавлен 11.09.2013

  • Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии; приборы для сжигания топлива. Назначение трубчатых печей, конструкция, теплотехнические показатели. Расчет процесса горения: КПД печи, тепловая нагрузка, расход топлива; расчет камер радиации и конвекции.

    курсовая работа [122,1 K], добавлен 06.06.2012

  • Расчет процесса горения в трубчатой печи пиролиза углеводородов. Конструктивная схема печи. Поверочный расчет радиантной и конвективной камеры. Гидравлический и аэродинамический расчеты. Определение теоретического и практического расхода окислителя.

    курсовая работа [460,1 K], добавлен 13.05.2011

  • Назначение и основные характеристики огневых нагревателей. Расчет процесса горения топлива, расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива, тепловой баланс и выбор типоразмера трубчатой печи. Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы.

    курсовая работа [439,0 K], добавлен 21.06.2010

  • Выполнение расчетов материального баланса горения топлива, теплового баланса и теплообмена рабочей камеры, определение продолжительности термической обработки стальных изделий (путем малоокислительного нагрева) и производительности камерной печи.

    курсовая работа [182,2 K], добавлен 18.04.2010

  • Выполнение расчета горения топлива с целью определения количества необходимого для горения воздуха. Процентный состав продуктов сгорания. Определение размеров рабочего пространства печи. Выбор огнеупорной футеровки и способа утилизации дымовых газов.

    курсовая работа [365,4 K], добавлен 03.05.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.