Математическое моделирование теплового режима печи кальцинации
Рассмотрение процесса получения глинозема во вращающейся печи. Расчет теплового режима печи кальцинации №5 АО "Алюминий Казахстана" путем моделирования. Изучение этапов вычислений, позволяющих исследовать высокотемпературные технологические процессы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.02.2015 |
| Размер файла | 40,5 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/
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ Моделирование теплового режима печи кальцинации
К.М. Каптур, магистрант, А.С. Никифоров, д.т.н., профессор.
Инновационный Евразийский университет (г. Павлодар)
Осы бапта ?арастырыл?а? глиноземны? айналмалы пеште алу процессі. Осы сапалы? мысалда математикалы? мадулярлы? жылулы? режим пеші №5 кальцилеуді А? "Алюминий ?аза?стана" есеп келтірілген. К?рсетілген негізгі есептеу кезе?і, ж??ар?ы темпрературалы? технологиялы? процесстерді зертейді.
В статье рассмотрен процесс получения глинозема во вращающейся печи. В качестве примера математического моделирования приводится расчет теплового режима печи кальцинации №5 АО «Алюминий Казахстана». Указаны основные этапы вычислений, позволяющие исследовать высокотемпературные технологические процессы.
This article researches a process of alumina production in a revolver furnace. As an example of mathematical modeling there is a calculation of thermal conditions of calcification furnace 5 of joint-stock company "Aluminum of Kazakhstan". Demonstrating of main stages of calculations provides a research of high-temperature technological processes.
Павлодарский алюминиевый завод, вступивший в строй в 1964 году - первенец алюминиевой промышленности и флагман цветной металлургии Казахстана. На АО «Алюминий Казахстана», впервые в отечественной и мировой практике была реализована последовательная комбинированная схема производства глинозема Байер - спекание из низкокачественных (низкосортных) бокситов, имеющих невысокое содержание основного вещества - А12О3. Данный способ обусловлен химическим составом бокситов, поступаемые на переработку.
Участок кальцинации - это подразделение гидрометаллургического цеха, в котором происходит завершающая стадия производства основного вида продукции завода - металлургического глинозема. Основным технологическим оборудованием участка кальцинации являются трубчатые вращающиеся печи, именно в них происходит высокотемпературный процесс кальцинации и прокалки гидрата алюминия.
Для протекания процесса кальцинации (обезвоживание) необходимо затратить определенную, достаточно большую энергию. Фактически это выражается в нагреве гидрата до высокой температуры и выдержке его при этой температуре определенное время во вращающейся печи. Сжигание топлива происходит в одном пространстве с материалом, при этом материал движется на встречу дымовым газом. Кроме непосредственного воздействия с факелом материал контактирует с раскаленными газами и поверхностями печи, нагреваясь от них.
Процесс превращения гидрата в глинозем состоит из четырех основных этапов, которые характеризуются определенными изменениями химического состава и физического состояния материала. Печное пространство, в свою очередь, делится на четыре зоны, каждая из которых соответствует определенному этапу превращения материала. Четких границ между зонами по ряду причин (сложное движение материала, относительная нестабильность теплового режима, параметров и состава топлива и гидрата) не существует, но это деление позволяет легче понять процесс кальцинации. Как показал тепловой расчет печи при уменьшении расхода топлива на печь длина зоны кальцинации печи увеличится, что может свидетельствовать о том, что процесс образования, так называемой, высокотемпературной формы гамма-модификации глинозёма, более устойчивой и менее гигроскопичной начинается именно в конце этой зоны приближающейся к высокотемпературной зоне, которая начинается с некоторого участка излучающего поток энергии факела, а затем переходит на участок непосредственного горения факела [1].
Известно, что интенсивность теплообмена, а, следовательно, и производительность промышленной печи, расход и полнота сгорания топлива и во многих случаях качество продукции зависят от комплекса взаимосвязанных факторов, таких как длина, форма и температура факела, его положение относительно технологического материала, скорость подачи топлива и воздуха, наличие рециркуляционных или застойных зон. В местах повышенного тепловыделения может, вследствие резкого возрастания температуры, снижаться стойкость футеровки или происходить образование экологически вредных компонентов типа оксидов азота. Таким образом, совершенствование тепловой работы промышленных печей является одной из важнейших современных инженерных задач.
Исследование высокотемпературных теплотехнологических процессов возможно методами математического моделирования, предусматривающими численное решение системы дифференциальных уравнений переноса вещества, количества движения и энергии. Математическая модель, как правило, не требует при решении инженерной задачи каких-либо эмпирических зависимостей, кроме уравнений, определяющих физические свойства веществ.
В качестве примера рассмотрим математическую модель участка кальцинации зоны II.
Определяем скорость движения материала в печи , определяем по формуле [2]:
моделирование печь кальцинация технологический
,
где - внутренний диаметр печи, м.
- угол наклона печи. При внутреннем диаметре принимаем, что ;
- число оборотов печи, об/мин. Принимается равным [2].
Коэффициент заполнения печи материалом определяем из формулы:
,
где - среднее количество материала, проходящего через зону, т/ч;
- средняя объемная масса материала в зоне, т/м3 [2].
.
Площадь сегмента , (части печи, заполненной материалом):
,
.
Ширина слоя шихты (хорда) :
,
где - наружный радиус печи, м;
- центральный угол сегмента зоны II, град.
Контактная поверхность (длина дуги) :
,
.
Эффективная длина лучей газового потока , определяется по формуле:
,
где - периметр свободного сечения печи, м;
- площадь свободного сечения печи, м.
Определяем периметр свободного сечения печи:
.
Площадь свободного сечения печи , определяется по формуле:
,
,
.
Полученные значения , , , сводим в таблицу 1.
Таблица 1
Сводные данные
|
Зона |
Коэффициент заполнения печи материалом ц, % |
Ширина слоя шихты (хорды) lx, м |
Контактная поверхность (длина дуги) lд, м |
Эффективная длина лучей газового потока Sэфф, м |
|
|
I |
11,23 |
3,0 |
3,39 |
3,3 |
|
|
II |
9,41 |
2,86 |
3,18 |
3,35 |
|
|
III |
7,4 |
2,66 |
2,91 |
3,4 |
|
|
IV и V |
7,57 |
2,68 |
2,94 |
3,4 |
Данное математическое моделирование позволяет определить коэффициент заполнения печи материалом, ширину слоя шихты (хорды), контактную поверхность (длину дуги) и эффективную длину лучей газового потока, которые характеризуют эффективность работы печи кальцинации.
Список литературы
1. Ходоров Е.И., Шморгуненко Н.С. Техника спекания шихт глиноземной промышленности. М.: Металлургия, 1978. 319 с.
2. Самарянова Л.Б., Лайнер А.И. Технологические расчеты в производстве глинозема: Учебное пособие для техникумов. М.: Металлургия, 1981. 280 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Применение вращающихся печей в глиноземном производстве для спекания бокситов, нефелинов и кальцинации гидроксида алюминия. Металлический барабан как основной элемент вращающейся печи. Переработка полиметаллических отходов металлургического производства.
реферат [927,6 K], добавлен 20.02.2013Характеристика секционных печей. Особенности теплопередачи, нагрева металла. Теплообмен в рабочем пространстве печи. Нагрев труб в секции. Расчет горения топлива, тепловой баланс печи. Результаты расчета теплового баланса. Размеры и параметры печи.
курсовая работа [377,3 K], добавлен 07.08.2013Определение основных параметров процесса сжигания топлива при заданных температурных условиях печи. Режим сжигания, состав и объем продуктов сгорания. Методика и этапы конструирования ограждений печи. Расчет теплового баланса, сожигательного устройства.
курсовая работа [213,9 K], добавлен 22.10.2012Описание работы и конструкции печи. Тепловой расчет нагрева металла в индукционной печи. Конструктивный, теплотехнический и электрический расчеты. Определение охлаждения индуктора. Техническая характеристика печи с учетом рассчитанных показателей.
контрольная работа [68,0 K], добавлен 17.07.2010Рассмотрение технологической схемы теплоутилизационной установки. Расчет печи перегрева водяного пара и котла-утилизатора. Составление теплового баланса воздухоподогревателя, определение коэффициента полезного действия и эксергетическая оценка установки.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 03.10.2014Расчет колпаковой печи: теплообмена под муфелем при нагреве, температурного поля в рулоне, определение числа печей в отделении, составление теплового баланса. Подбор и расчет оборудования для термической обработки продукции стана холодной прокатки.
курсовая работа [68,2 K], добавлен 06.12.2012Краткое описание секционной печи и ее схема. Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи. Тепловой баланс печи по секциям. Расчет горения топлива (состав исходного газа, состав и калориметрическая температура продуктов сгорания). Расчет нагрева труб.
курсовая работа [272,3 K], добавлен 22.01.2013Основные характеристики трубчатых печей. Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива. Выбор типоразмера трубчатой печи. Упрощенный расчет камеры радиации. Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи.
реферат [6,7 M], добавлен 24.11.2012Расчет горения топлива. Определение размеров рабочего пространства печи. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве. Расчет времени нагрева заготовок. Уточнение размеров рабочего пространства печи. Тепловой баланс камерной нагревательной печи.
курсовая работа [126,0 K], добавлен 06.11.2015Технология мокрого способа производства. Основные физико-химические процессы, протекающие при тепловой обработке портландцемента. Расчет горения топлива. Материальный баланс по сырью. Контроль соблюдения и регулирования режима работы вращающейся печи.
курсовая работа [191,3 K], добавлен 12.05.2014Конструкции методических печей. Сухая очистка газов. Применение батарейных циклонов. Определение времени нагрева металла в сварочной зоне. Расчет горения топлива. Приход тепла в рабочее пространство печи. Технико-экономические показатели работы печи.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.04.2014Определение часовой производительности, материального и теплового баланса вращающейся печи, установленной на цементном заводе. Проведение расчета потребления воздуха, электроэнергии и оборотной воды на заводе. Изучение разворота мазутного хозяйства.
курсовая работа [358,0 K], добавлен 18.04.2010Общая характеристика печи методической толкательной с односторонним нагревом металла, анализ этапов расчета горения топлива. Способы определения размеров рабочего пространства печи. Особенности расчета керамического рекуператора для подогрева воздуха.
курсовая работа [669,6 K], добавлен 21.12.2014Литературный и патентный обзор по теме работы. Расчет полного горения топлива. Расчет нагрева металла в печи и основных размеров печи. Тепловой баланс и выбор горелок. Определение высоты кирпичной трубы. Расчёт сечения борова. Тип и размер футеровки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.05.2010Расчет горения топлива. Объёмы компонентов продуктов сгорания, истинная энтальпия. Время нагрева металла в печи с плоскопламенными горелками. Расчет основных размеров печи. Определение расхода топлива. Выбор горелок для нагрева круглых труб в пакетах.
контрольная работа [364,2 K], добавлен 07.08.2013Тепло, идущее на нагрев металла. Тепло, теряемое в окружающее пространство через кладку печи. Потери на нагрев транспортирующих устройств и контролируемой атмосферы. Расчет электрических элементов. Определение коэффициента полезного действия печи.
курсовая работа [300,1 K], добавлен 26.03.2013Определение времени нагрева металла в печи. Предварительное определение основных размеров печи, степени развития кладки, эффективности толщины газового слоя. Расчет времени томления металла. Выбор футеровки. Статьи прихода теплоты, затраченной на нагрев.
курсовая работа [282,4 K], добавлен 19.11.2013Полезная тепловая нагрузка печи. Расчет процесса горения топлива в печи. Коэффициент избытка воздуха. Построение диаграммы продуктов сгорания. Тепловой баланс процесса горения. Подбор котла-утилизатора. Расчет испарительной поверхности, экономайзера.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 03.12.2012Расчет теплового режима блока в герметичном корпусе с внутренним перемешиванием. Средняя скорость перемешивания воздуха в блоке. Коэффициенты, зависящие от атмосферного давления окружающей среды. Определение перегрева нагретой зоны и удельной мощности.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 26.02.2015Понятие микроволн. Приборы для создания микроволн. Назначение микроволновой печи, история ее создания и развития. Особенности процессов создания микроволн в печи, принцип их деятельности при нагревании пищи. Польза и вред микроволн для человека.
презентация [1,3 M], добавлен 07.02.2012
