Теплотехнический расчет вращающейся печи

Невязка: 3,9 %

Разницу между расходом и приходом материала принимаем как пылеунос.

 

 

 

 

2.4. Тепловой баланс и КПД печи

 

Расход топлива в печах должен обеспечивать получение теплоты для обжига строительных изделий и материалов, а также восполнять тепловые потери, сопровождающие работу печи. Соотношение, связывающее приход с расходом теплоты в печи, называют тепловым балансом. При обжиге сыпучих материалов его составляют на 1 кг готового продукта. Во вращающихся печах четкого разделения по зонам нет, поэтому тепловой баланс составляется полностью на всю печь.

Экономичность работы печей характеризует коэффициент полезного действия установки. Он представляет собой отношение полезно затраченной теплоты к поступающему теплу от горения топлива. Полезно используемая теплота идет на нагрев сырья до температуры обжига и на сам процесс обжига.

Приход тепла:

1. От сгорания топлива

 кДж/кг

где xT= 0,122м3/кг – удельный расход топлива.

2. Вносимого шламом

 кДж/кг

где сМ=0,78 кДж/(м3·оС) – теплоемкость материала, принимаем по таблице П8 [1] при tМ=20 оС – температура материала, поступающего в печь.

3. С присосами воздуха

 кДж/кг

где tнв=30 оС – начальная температура воздуха; Vв – количество воздуха, необходимо для сгорания 1 кг топлива, м3, находят из расчета горения; сВ=1,31 кДж/(м3·оС) – теплоемкость воздуха, находят по табл. П14 [1] в зависимости от tВ=250 оС – температура воздуха, идущего на горение топлива, принимают равной температуре уходящих газов tУ.Г.

 

4. От экзотермических реакций цементного клинкера

 кДж/кг

Расход тепла:

1. На диссоциацию CaCO3:

 кДж/кг

где CaCO3=0,547 кг – доля вещества, содержащаяся в материале;

 кДж/кг – количество теплоты, выделившейся при диссоциации  CaCO3, принимаем по табл. П2 [1]

2. На испарение влаги

 кДж/кг

где rвл=2500 кДж/кг – скрытая теплота парообразования влаги.

3. С уходящими газами

 кДж/кг

где м3/кг – при tУ.Г=250 оС – температура уходящих газов, определяют по характеристике печи; м3 – объем СО2, выделившегося при диссоциации CaCO3; кДж/(м3·оС) – теплоемкость СО2, принимают по табл. П14 [1]

4. На нагрев материала до температуры обжига

 кДж/кг

5. С пылеуносом

 кДж/кг

где n=0,015 кг – доля уноса пыли от общей массы; сП=1,06 кДж/(м3·оС) – теплоемкость уносимой пыли.

 

 

 

6. В окружающую среду

 кДж/кг

где м2 – площадь теплоотдающей поверхности корпуса печи; Вт/(м2·оС) при tНП=40 оС – суммарный коэффициент теплоотдачи для вращающихся печей; tОВ=15 оС – температура окружающей среды.

7. На образование жидкой фазы; по опытным данным, для цементного клинкера

 кДж/кг

Составляем уравнение теплового баланса на 1 кг получаемой продукции и на основе его определяем удельный расход топлива  xТ, м3/кг.

35040· xТ+649,04xТ-4175·xТ+163,1 =

=1739,7+125+1765,3+10,66+209+1401,6·xТ +11,8-33,2+4,2

30112,4· xТ=3691,62

xТ=0,122 м3/кг

Значение расхода топлива подставляем в статьи материального и теплового балансов. Приходы и расходы тепла сводим в общую таблицу теплового баланса (табл. 4)                                                                               Таблица 4               

                             Тепловой баланс печи на 1 кг продукта

Приходные статьи	Количество тепла		Расходные статьи	Количество тепла
	кДж	%		кДж	%
От сгорания топлива	4274,88		На диссоциацию CaCO3	1739,7
Вносимого шламом	33,2		На испарение влаги	125
С присосами воздуха	71,4		С уходящими газами	672,4
От экзотермических реакций цементного клинкера	449		На нагрев материала до температуры обжига	1865,3
			С пылеуносом	4,2
			В окружающую среду	10,66
			На образование жидкой фазы	209
			С химическим и механическим недожогом	171
			На разложение MgCO3	11,8
Итого:	4828,48	100	Итого:	4818,8	100

 

Невязка: , что не превышает 0,5%, значит тепловой баланс печи составлен верно.

Удельный расход условного топлива находят по формуле:

%

Коэффициент полезного действия печи для обжига цементного клинкера будет:

 

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

Для построения кривой температур обжига печь разбиваем на участки и составляем диаграмму Гросмана-Шаргуфа (зависимость энтальпии уходящих газов из тепловых зон IГЗ, кДж/ч, от длины печи L, м, [см прил. Рис 1]). Далее строим график зависимости энтальпии газов покидающих тепловую зону IГЗ, кДж/ч, от температур газов в тепловой зоне , оС, [см прил. Рис 2], которые принимаем произвольно ( =800 и =1500), используя эти значения температур определяем энтальпию газов покидающих тепловую зону IГЗ, кДж/ч, по формуле:

 , кДж/ч

где – температура газов в тепловой зоне, принятая величина, оС; , кДж/(м3·оС) – средняя теплоемкость газов.

 

 

 

 

 

 

Тепловая зона вращающейся печи	Энтальпия газов, кДж/кг
	Обжиг клинкера
	Формула	Расчет
Охлаждения и спекания		35040∙0,122-200- -10,66(2,65/53)=4074,377
Экзотермических реакций		4074,377-833-10,66(5,3/53)= =3240,311
Декарбонизации и подогрева		3240,311-1705- -10,66 (21,2/53)=1531,05
Дегидратации		1531,05-515-10,66(9,54/53)=1014,13 =1546,65
Досушки		1014,13-125-129- -10,66 (10,07/53)=758,22

 

При оС

 кДж/ч.

При оС

 кДж/ч.

 

Находим искомую температуру уходящих газов для построения кривой обжига [см прил. Рис 3], значения температур сводим в таблицу 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

Температуры газов

Технологическая зона	Температура материала, оС			Температура газов, оС
	Начало зоны	Середина зоны	Конец зоны	Начало зоны	Середина зоны	Конец зоны
Досушки	100	175	250	294	350	400
Дегидратации	250	375	500	400	510	589
Декарбонизации и подогрева	500	725	950	589	890	1182
Экзотермических реакций	950	1150	1350	1182	1310	1440
Спекания	1350	1400	1450	1440	1450	1460
Охлаждения	1450	1400	1350	1460

 

 

2.6. Аэродинамический расчет  печи, подбор вспомогательных устройств  и оборудования

Аэродинамический расчет выполняется для создания правильного режима движения газовых потоков, следовательно, для соблюдения заданного температурного режима печи. А также для подбора транспортирующих и обеспыливающих устройств дымовых газов. К оборудованию печей относятся горелочные устройства, которые обеспечивают необходимый расход топлива для обжига строительных изделий и материалов.

 

2.6.1. Выбор тягодутьевого оборудования и обеспыливающих устройств

Для подбора дымососа рассчитывают объемный расход газов на выходе из печи

 м3/ч.

Так как температура газов на выходе из печи снижается за счет подсосов холодного воздуха и потерь в окружающую среду примерно на 10%, то объемный расход газов перед дымососом составит

м3/ч,

где =1,8 и =1,1 – соответственно коэффициент избытка воздуха в дымоходе и печи.

Необходимая подача дымососов с запасом 20%

 м3/ч.

Аэродинамическое сопротивление печи

 Па,

где – коэффициент трения, зависящий от отношения длины печи и её диаметра; – коэффициент сопротивления цепной завесы

.

Скорость газов в холодной части печи

 м/с,

где φ=0,1 - коэффициент заполнения печи.

Плотность газов при температуре уходящих газов

кг/м2.

Для расчета общего гидравлического сопротивления печной установки необходимо учесть гидравлическое сопротивление пыльной камеры 100 Па; газоходов 80 Па к дымососу; 90 Па к трубе; электрофильтров 225 Па.

Следовательно,

 Па,

где – сумма потерь давлений в перечисленных устройствах.

С учетом запаса давления (примерно 20%) общее гидравлическое давление создаваемое дымососом, должно быть

 Па.

В зависимости от объемного расхода VУГД и давления РПУ подбирают дымососы (табл. П15 [1]) и выписывают их характеристики.

Марка дымососа: ДН-24×2-0,62

производительность: 375000 м3/ч;

напор: 3,93 кПа при t=100 оС;

КПД: 84%;

масса без электродвигателя: 18300 кг ;

марка электродвигателя, мощность:ДА302-16-54-8У1 (630 кВт).

Очищенные уходящие газы от вращающейся печи удаляются дымососами через дымовую трубу. Диаметр устья дымовой трубы определяют

м,

где м/с – скорость дымовых газов на выходе из трубы.

Расчетный диаметр =2,6 м и высоту трубы Н=120 м выбираем по табл. П19[1] в соответствии с требованиями СНиП. Диаметр основания трубы рассчитываем

 м,

где i=0,02 – средний уклон внутренних стен трубы.

Для очистки избыточного воздуха от пыли используют циклонные батареи. Принимаем скорость движения воздуха в циклоне vц=5 м/с и рассчитываем площадь сечения циклонов