Теплотехнический расчет вращающейся печи

 

 

 

 

Федеральное агентство по образованию РФ

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Институт экологии

Кафедра электротехники и теплотехники (ЭиТ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теплотехнический расчет вращающейся печи

(пояснительная  записка к курсовому проекту)

 

 

 

 

 

 

Задание на проектирование

Необходимо выполнить технологический и теплотехнический расчеты печи, построить графики теплового режима установки и подобрать необходимое технологическое оборудование.

Исходные данные для расчета печи:

вид печной установки: вращающаяся печь;

выпускаемая продукция и способ производства: цемент, сухой способ, с циклонными теплообменниками;

производительность печи, тыс. т/год: 450;

газопровод: Промысловка-Астрахань

 

Содержание

Введение

1. Описание тепловой установки.

2. Расчетная часть.

2.1. Технологический расчет печей.

2.2. Расчет температуры и продуктов горения топлива.

2.3. Материальный баланс.

2.4 Тепловой баланс и КПД печи.

2.5.Расчет температур на границах технологических зон и построение кривой обжига.

2.6. Аэродинамический расчет печи, подбор вспомогательных устройств и оборудования.

2.6.1. Выбор тягодутьевого оборудования и обеспыливающих устройств.

2.6.2. Выбор газогорелочного устройства.

3. Библиографический список.

4. Приложение.  

 

Введение

Под теплотехнологическим оборудованием понимают устройства, в которых развиваются и проходят тепловые процессы, обусловленные технологией производства. Главной функцией такого оборудования является использование поданной тепловой энергии для технологической обработки материала (нагрева, сушки, обжига, плавления и т.п.). При этом обязательно происходят процессы теплообмена между энергоносителем и материалом либо непосредственно (контактный теплообмен), либо через промежуточную стенку. Поэтому, чтобы теплотехнологическое оборудование выполняло свою функцию, необходимо чтобы температура теплоносителя была эффективной, то есть такой, чтобы обеспечивать действительно существующий в реальных условиях теплообмен.

Все теплотехническое оборудование по потенциалу теплоносителя можно разделить на низкотемпературное, среднетемпературное и высокотемпературное. Наибольший интерес вызывают высокотемпературные установки (t от 1000 °С до 2500 °С), называемые печами, так как они являются главными энергопотребителями. Назначение промышленных печей — тепловая обработка материалов и изделий с целью придания им определенных свойств, необходимых для конечного продукта или для дальнейшей обработки. На современных предприятиях их используют в различных отраслях производства строительных материалов и др.

 

1. Описание тепловой установки

Во вращающихся печах получают преимущественно цементный клинкер путем обжига мокрых сырьевых смесей (шлама) и сухих. К преимуществам мокрого способа обжига относится простота приготовления сырьевой смеси, легкость достижения её состава, малые энергозатраты и гигиенические условия труда. Но главным недостатком этого способа является большой расход топлива. При сухом способе достигается экономия топлива, но вместе с этим усложняется приготовление сырьевой смеси и, следовательно, увеличиваются энергозатраты.

Во вращающихся печах можно обжигать различные материалы: известь, шамот, магнезит, доломит и др. Печи отличаются также разнообразием конфигураций и объемом рабочего пространства, различными конструкциями внутренних теплообменников и запечных теплоутилизаторов. Поэтому вращающиеся печи классифицируются следующим образом.

Первый вид. Вращающиеся печи, работающие по мокрому способу обжига:

а)  мощные печи с отношением L/D≥30 (где L — длина печи, м, D — диаметр печи, м) с внутренними теплообменниками без запечных теплоутилизаторов;

б)  печи с отношением L/D<30, без внутренних теплообменных устройств с запечными теплоутилизаторами;

в)  печи с отношением L/D<30 без запечных утилизаторов тепла с внутренними концентраторами шлама.

Второй вид. Вращающиеся печи, работающие по сухому способу обжига, оборудованные:

а) конвейерными кальцинаторами;

б) циклонными теплоутилизаторами;

в) пневмозмеевиками или винтовыми теплоутилизаторами;

г) вакуум-фильтрами шлама.

Основной частью вращающихся печей является стальной слегка наклонный барабан с приводом (прил.1), облицованный изнутри огнеупором и опирающийся через бандажи на роликоопоры. Вращающийся барабан состоит из отдельных колец (обечаек), изготовленных из стальных листов толщиной от 32 до 120 мм. Обечайки сварены между собой встык кольцевыми швами, каждая обечайка имеет один или два сварочных шва. Наиболее нагружены обечайки, на которые надеты опорные бандажи, — их толщина примерно в два раза больше других. Примерно в середине барабана на него надето венцовое колесо, соединенное через редуктор с электродвигателем. Этот механизм представляет собой привод печи. Опорные устройства вращающихся печей состоят из бандажей и роликов, установленных на фундамент.

Холодный конец печи соединяется через уплотняющее устройство с загрузочной камерой, на которой крепится питательная труба. Загрузочная камера служит также для подогрева материала. Горячий конец печи соединяется с выгрузочной камерой, которая называется откатной головкой. Ее основание имеет колеса (скаты) и по рельсам головку можно откатывать для производства ремонта футеровки корпуса. В головке располагается горелка для сгорания топлива. В днище головки имеется выгрузочное устройство. Места соединения корпуса с пыльной камерой и горячей головкой уплотняются специальными устройствами при помощи лент и тросов. Их назначение – сократить подсосы холодного воздуха до минимума. Загрузочная камера через газоочистительную камеру соединяется с дымососом, направляющим отработанные дымовые газы в дымовую трубу.

Благодаря наклону и вращению печи, смесь перемещается вперед, располагаясь внутри в виде сегмента и непрерывно при этом, пересыпаясь, что обуславливает хорошее перемешивание слоя материала, нагреваемого печными газами. В результате этого движения происходят тепловые и физико–химические преобразования материала, приводящие к образованию цементного клинкера.

К особенностям вращающихся печей относится трудность управления технологическим процессом, вследствие воздействия на него посторонних факторов, искажающих ход обжига. Причем искажения, возникающие в процессе обжига, равны, а часто и превосходят искажения, вызванные органами управления печным агрегатом. Кроме этого, зачастую они становятся неконтролируемыми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Технологический расчет печи

Количество часов работы печи в году :

 час/год

где – коэффициент использования оборудования.

Часовая производительность завода

 кг/ч

Задаемся удельным съемом продукта с одного м3 печи для обжига цемента по сухому способу (с циклонами) gv=40 кг/ч.

Рассчитываем полезный объем печи

м3

Определяем суточную производительность завода

 кг/сут

Принимаем вращающуюся печь II (влажность гранул  3%):

Производительность: 650-720  т/сут

Размеры печи:   диаметр – 3,8 м

                  длина корпуса – 53 м

Уклон – 4 %

Рабочий объем –480 м3

Температура уходящих газов – 200-300 оС

Удельная производительность – 36-39 кг клинкера/м3·ч

Тип холодильника – колосниковый

 

Число печей, подлежащих установке на заводе:   

 

 

Таблица 1

Распределение тепловых зон по длине барабана вращающейся печи

Тепловая зона	Длинные	печи
	%	м
Испарения	-	-
Досушки	19	10,07
Дегидратации	18	9,54
Декарбонизации и подогрева	40	21,2
Экзотермических реакций	10	5,3
Спекания	8	4,24
Охлаждения	5	2,65
Всего	100	53

 

2.2. Расчет температуры и продуктов горения топлива

 

Целью данного расчета является проверка возможности обеспечения требуемой температуры обжига материала. Для выполнения расчета выбираем по табл. П23 [1] вид топлива, его месторождение, выписываем его состав и свойства:

газопровод: Коробки-Волгоград (I нитка)

теплотворная способность топлива: кДж/м3

теоретический объем воздуха: м3/м3

теплоемкость воздуха: кДж/(м3·оС)

теоретический объем дымовых газов:   м3/м3

 м3/м3

 м3/м3

 м3/м3

средняя теплоемкость дымовых газов определяемая из табл. П14 [1] в зависимости от температуры обжига материала tОБЖ=1400 оС:

 кДж/(м3·оС), кДж/(м3·оС), кДж/(м3·оС),

 кДж/(м3·оС), кДж/(м3·оС)

Получение теплоносителя заданной температуры осуществляется путем сжигания топлива и смешения продуктов сгорания с газами, дополнительно вводимыми в зону горения. Таким газом может быть воздух.

Для обжига кусковых и сыпучих материалов коэффициент избытка воздуха в зоне горения топлива рассчитывают

где =0,75 - пирометрический коэффициент; tв=700 оС – температура поданного на горение воздуха

 м3/кг

Результаты расчетов действительных объемов продуктов сгорания сводим в табл. 2. Расчеты ведем на 1 м3 (при нормальных условиях) природного газа.

Таблица 2

Объем продуктов сгорания

Величина и её размерность
Действительный объем воздуха, идущего на горение, м3/кг
Действительный объем водяных паров, м3/кг
Действительный объем дымовых газов, м3/кг
Объемная доля трехатомных газов
Объемная доля водяных паров
Суммарная объемная доля

 

Начальная энтальпия продуктов горения

 

Для определения действительной температуры горения топлива tд по диаграмме (прил., рис. 1 [1]) находим энтальпию продуктов сгорания за вычетом теплоты, теряющейся в окружающей среде:

при этом tд=1750, т.к. действительная температура горения выше, чем необходимая температура обжига, то выбранное топливо пересматривать не надо.

2.3. Материальный баланс

 

Материальный баланс представляет собой соотношение между поступающим материалом в печь и выходящим из печи. Он составляется перед тепловым балансом для определения количества сырья необходимого для получения 1 кг продукта, поэтому расчет ведем на 1 кг готовой продукции. Сначала рассчитываем предварительный материальный баланс, который содержит некоторые неизвестные величины, а затем, после нахождения этих величин из уравнения теплового баланса, получаем окончательные значения статей материального баланса.

Расходные статьи:

1. Расход топлива

0,095кг

где xT=0,122 м3/кг – принимаем из теплового баланса.

2. Теоретический расход сухого сырья

кг

где П=35% – потери при прокаливании; % - коэффициент уноса материала.

3. Расход шлама

кг

где ω=3 % – влажность шлама.

4. Расход воздуха

кг

Приходные статьи:

1. Выход клинкера 1 кг
2. Выход углекислоты

кг

3. Выход влаги сырья

кг

 

4. Выход гидратной воды сырья

кг

где количество Al2O3=3,2% - принимаем по составу шлама.

5. Количество уходящих газов из топки

кг

где ρГ=1,3 кг/м3 – средняя плотность дымовых газов.

Материальный баланс обжига 1 кг цементного клинкера сводим в табл. 3.

Таблица 3

Сводный материальный баланс обжига 1 кг цементного клинкера

Приходные статьи	Количество, кг	Расходные статьи	Количество, кг
Выход клинкера	1	Расход топлива	0,095
Выход углекислоты	0,557	Расход шлама	1,64
Выход влаги сырья	0,05	Расход воздуха	2,29
Выход гидратной воды сырья	0,018
Уходящие газы	3,24
Итого:	3,865	Итого:	4,025