Випал магнезіального в’яжучого в шахтних печах

Міністерство  освіти і науки України

Національний  університет водного господарства і природокористування 

Кафедра технології будівельних виробів та матеріалознавства

 

 

 

 

 

Курсова робота

з дисципліни:

„Теплотехнічне  обладнання”

на тему:

„Випал магнезіального в’яжучого в шахтних печах”

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

студент ФБА

групи ТБК-31

Рабчун І.В.

Перевірив:

Бордюженко  О.М.

 

 

 

Рівне 2009                                                            

Зміст

Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . 4

1. Опис роботи теплової установки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2. Технологічні параметри і режим роботи установки  . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3. Розрахунок конструктивних розмірів шахтної печі. . . . . . . . . . . . . . . . 11
4. Розрахунок горіння палива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
5. Матеріальний баланс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
6. Тепловий баланс установки по зонам  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
7. Аеродинамічний розрахунок з вибором обладнання . . . . . . . . . . . . . . .21
8. Техніко-економічні показники  . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .26

Список використаної літератури . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

 

 

Вступ

Магнезіальні  матеріали – це повітряні в’яжучі, які слабо опираються дії води, що вимиває з них розчинні солі MgCl₂. Їх можна використовувати тільки на повітрі, з відносною вологістю не більше 60%.

Магнезіальні  в’яжучі отримують в результаті випалу недопікання карбонатних  порід, які містять в собі в  значній кількості вуглекислий  магній (MgCO₃) або доломіт ( CaCO₃∙MgCO₃),що є пороутворюючими матеріалами. Домішками   є глинисті речовини SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, в незначних кількостях вуглекислий кальцій.

Особливості магнезіальних  в’яжучих є:

1. швидкість твердіння ( через одну добу 50% марочної міцності);
2. висока міцність (границя міцності при стиску до 15-20 МПа);
3. нейтральний хімічний склад отриманої суміші( рН=7…8), який дозволяє в якості заповнювача використовувати деревоволокнисті речовини, що зазвичай розкладається, наприклад, в портландцемент них розчинах;
4. при високому вмісті MgO (від 20% і вище) вони замішуються не на воді а на водних розчинах хлористої солі магнію, більш гігроскопічне і менш водостійке, тому інколи на поверхні виробів з’являються висоли. 

Ці особливості  водночас є перевагами магнезіальних в’яжучих над іншими вилами в’яжучих речовин, і є причинами використання і виробництва цього виду в’яжучих.

При застосуванні MgSO₄ міцність в’яжучого і виробів на його основі дещо нижча, та висоли на поверхні не утворюються.

Завдяки високій адгезії  до органічних заповнювачів( тирси, стружки), магнезіальні в’яжучі застосовують в якості в’яжучого для виготовлення ксилоліта, фіброліта і арбаліта.

Фіброліт і арбаліт  за своїми технологічними, економічними та експлуатаційними показниками являються  найбільш перспективними матеріалами для широкого використання в будівництві. Ці матеріали є теплоізоляційними і конструктивно теплоізоляційними. Арбаліт стійкий до біологічного  впливу середовища, є важко спалимим, має добрі звукоізоляційні властивості.   

Каустичний  магнезит використовується давно на відміну від каустичного доломіту, перший завод по виробництву якого був побудований інженером Б.К. Буткевичем у 1930 році в Інварі, біля   станції Волосово Жовтневої залізниці.                                                                      

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Опис роботи теплової установки

У шахтну піч  каустичний доломіт подають зверху через спеціальний завантажувальний пристрій. Повітря, необхідне для спалювання палива, підводять у піч знизу. Піч працює під розрідженням, на вимушеній тязі, що створюється димососом. У нижній частині вентилятором створюють надлишковий тиск.

По висоті піч  умовно можна поділити на окремі зони. Перша – зона підсушування. В ній видаляється фізична волога. В залежності від вологості матеріалу ця зона займає 8...12% пічного простору. За нею розміщена зона нагріву, в якій каустичний доломіт нагрівають до 860...940°С. В даній роботі зони підсушування і нагріву об'єднані і надалі називаються зоною нагріву. Об'єм цієї загальної зони становить близько 25% робочого об'єму печі.

Потім іде зона розкладання вапняку або зона випалу. Випал при малому вмісті в сировині вуглекислого магнію (малодоломітизовані мергелі) ведуть при температурі 900...1150°С. Магнезіальні доломіти випалюють при 800...900°С. Більш висока температура може викликати перевипал Mg, внаслідок чого кінцевий продукт буде нерівномірно змінюватися в об'ємі. Максимальна температура досягається на межі зони випалу і зони охолодження.

При випалі каустичного доломіту відбувається дисоціація вуглекислого кальцію і магнію, при цьому активно проходять твердофазні реакції, такі самі, як і при добуванні гідравлічного вапна. У результаті цього окис кальцію майже цілком зв'язується в силікат кальцію С₂S, алюмосилікат С₂АS, алюмінати кальцію СА і С₅А₃, ферит С₂F і алюмоферит кальцію С₄АF. Також утворюється деяка кількість геленіту та воластоніту.

У зоні охолодження, яка знаходиться після зони випалу, продукція охолоджується повітрям до температури 50°С на виході із печі.

В даній печі паливом є природний газ, Бугурустанського родовища.

За необхідною продуктивністю вибираємо найбільш потужну піч. Її характеристики наведені в таблиці 1.

                                                                                   

 

                                                                                             Таблиця 1

Проектні характеристики шахтної печі, продуктивнісю 150 т/добу,  
що працює на природному газі, конструкції Гіпрострома

Показники	Значення
Висота печі, м робоча будівельна	19 34,3
Внутрішній  діаметр шахти, мм в зоні підігріву в зоні випалу	4,3 3,744 х 3,744
Середня площа поперечного перерізу шахти в зонах підігріву і випалу, м2	13,6
Корисний об'єм шахти, м3	258
Питомий зйом вапняка, т/(м2×добу)	11
Питомий зйом вапняка, т/(м3×добу)	0,58
Питома витрата  умовного палива, кг/т	185
Питома витрата  електроенергії, кВт год/т	15
Витрата оборотної  води на охолодження пальних пристроїв	90
Пальники	2 балки з  форсунками, що охолоджуються водою
Завантажувальний  пристрій	Живильник електровібраційний 185ПТ Скіп з ковшем ємністю 1,5 м3
Вивантажувальний  пристрій	Вивантажувальна решітка Гипромстроя з гідроприводом
Герметизуючий пристрій вивантажувального механізма	Шлюзовий трьохклапанний затвор

 

 

2. Технологічні  параметри та режим роботи  установки

Випал каустичного доломіту в даній курсовій роботі проводиться при максимальній температурі 1000°С. Доломіт, який має початкову температуру 10°С, нагрівається в зоні нагріву до 940°С, охолоджується в зоні охолодження від 940 до 50°С. Початок розкладу доломіту настає при 860°С. Атмосферне повітря, яке поступає в піч, має вихідну температуру 10°С і вологовміст 10 г/кг. Повітря в зоні охолодження матеріалу нагрівається до 700°С, в зоні випалу згоряє і утворює димові гази з температурою 950°С, які, нагріваючи матеріал, охолоджуються до 30°С.

Проведемо розрахунок основних розмірів теплової установки. Спочатку визначимо час перебування матеріалу в кожній зоні печі. Приймаємо, що середній радіус куска доломіту, який завантажується в піч, становить 0,06 м.

Зона нагріву

Для нагріву куска матеріалу  від 10°С до температури розкладання 860°С йому треба надати теплоту

,

де с = 1,87 кДж/(кг×К) – теплоємність мергеля,

 – його маса (2950 кг/м³- густина доломіту), кг.

 

З іншої сторони, за час t_н передається теплота:

,

де  Вт/(м²×К) – коефіцієнт теплопередачі в зоні нагріву, a_Н = 13,96 Вт/(м²×К) – коефіцієнт тепловіддачі від газу до доломіту в зоні нагріву, l = 2,3 Вт/(м×К) – теплопровідність доломіту,

°С – різниця температур,

.

Тоді  . Зрозуміло, що :

год.

Зона випалу

Для розкладу куска  доломіту необхідна теплота

,

де 1782,7 кДж/кг – питома кількість теплоти на дисоціацію карбонату кальцію,

 – маса куска,  кг.

.

А оскільки, в  доломіті міститься 66,03% СаСО₃, то

.

 

З іншої сторони, за час t_в передається теплота:

,

де  Вт/(м²×К) – коефіцієнт теплопередачі в зоні нагріву, a_В = 13,96 Вт/(м²×К) – коефіцієнт тепловіддачі від газу до доломіту в зоні нагріву, Вт/(м×К) – усереднена теплопровідність доломіту,

°С – різниця температур,

.

Тоді  . 

:

год.

Зона охолодження

Для охолодження куска  матеріалу від 940°С до 50°С йому треба віддати теплоту

,

де с = 0,795 кДж/(кг×К) – теплоємність доломіту,

 – маса куска, кг.

 

З іншої сторони, за час t_ох передається теплота:

,

де  Вт/(м²×К) – коефіцієнт теплопередачі в зоні нагріву, a_ох = 11,63 Вт/(м²×К) – коефіцієнт тепловіддачі від газу до доломіту в зоні нагріву, l = 0,62 Вт/(м×К) – теплопровідність доломіту,

°С – різниця температур,

.

Тоді  . Зрозуміло, що :

год.

 

Повний час  перебування доломіту в печі складає:

t = t_Н + t_В + t_ох = 16,28 + 16,5 + 10,0 = 42,78 год.

 

 3.Розрахунок конструктивних розмірів шахтної печі

Корисний об'єм шахти  м³, де Р - продуктивність печі, t - час перебування матеріалу в печі, g - маса 1 м³ доломіту.

Якщо  , то .

 м.

Приймаємо діаметр  шахти 4,8 м, тоді висота 14,3 м, але враховуючи технічні характеристики шахти, маємо висоту 19 м.

Добовий питомий зйом з 1 м³ робочого об'єму шахти:

т/добу або 23,3 кг/год.

Добовий питомий  зйом з 1 м² поперечного перерізу шахти:

т/добу або 354,2 кг/год.

В шахтній печі, яка нормально працює, теплові  зони займають приблизно такі частини  всього об'єма печі: зона нагріву  – 25%, випалу – 50%, охолодження – 25%. Зона нагріву починається приблизно в тій частині, де температура газів складає близько 900°С. З точки зору економічності роботи велике значення має висота цієї зони, оскільки недостатня її висота може спричинити підвищену температуру відхідних газів і, як наслідок, недостатнє використання теплоти. Тому висоту зони підігріву приймаємо 4,75 м.

Зона випалу є зоною  основних хімічних реакцій, що перебігають  в печі. Початок і кінець цієї зони визначаються температурою матеріалу, що випалюється. Висота зони випалу становить 9,5 м.

Зона охолодження починається на тій висоті, де закінчується горіння палива і досягає місця вивантаження готового продукту. Висота її 4,75 м.

 

 

 

 

 

 

 

4. Розрахунок горіння палива

У виносних топках шахтної печі як паливо використовують природний газ Бугулусланського родовища. Його склад наведений в таблиці 2.                                                                                                                                                              

                                                                                              Таблиця 2

Елементарний  склад природного газу Бугурусланського родовища (у %)

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2
82.3	5.0	2.0	1.2	0.6	0.4	8.5