Випал магнезіального в’яжучого в шахтних печах

 

Розрахунок  ведемо на 1м³ природного газу.

 

1. Визначаємо нижчу теплоту згорання газу:

          Q_H=358∙CH₄+638∙C₂H₆+913∙C₃H₈+1187∙C₄H₁₀+1461∙C₅H₁₂=358∙82.3+638∙5.0+913∙2.0+1187∙1.2+1461∙0.6=30195.1 кДж/м³.

 

2. Визначаємо вищу теплоту згорання газу:

    Q_B=398∙CH₄+695∙C₂H₆+993∙C₃H₈+1286∙C₄H₁₀+1580∙C₅H₁₂=398∙82.3+695∙5.0+993∙2.0+1286∙1.2+1580∙0.6= 40707.6 кДж/м³.

 

3. Визначаємо теоретично необхідну кількість сухого повітря:

 

L₀=0.0476∙(2∙ CH₄+3.5∙ C₂H₆+5∙ C₃H₈+6.5∙ C₄H₁₀+8∙ C₅H₁₂)= 0.0476∙(2∙ 82.3+3.5∙ 5.0+5∙ 2.0+6.5∙ 1.2+8∙0.6)=9.74 м³/м³.

 

4. Приймаємо вологовміст атмосферного повітря d=10 г/кг сухого повітря

    і знаходимо  теоретично необхідну кількість  атмосферного повітря з

    врахуванням його  вологості:

L₀´= (1+0,0016∙d)∙ L₀=(1+0.0016∙10)∙9.74=9.89 м³/м³.

 

5. Приймаємо коефіцієнт залишку повітря для горіння α=1,2. Тоді 

    витрати:

• сухого повітря: L_a=1,2∙9,74=11,6 м³/м³;
• атмосферного повітря: L_a^’=1,2∙9,85=11,86 м³/м³.

6. Визначаємо кількість і склад продуктів горіння при α=1,2:

V_CO2=0.01∙(CO₂+CH₄+2∙C₂H₆+3∙C₃H₈+4∙C₄H₁₀+5∙C₅H₁₂) =0.01∙(0.4+82.3+2∙5.30+3∙2.0+4∙1.2+5∙0.6)=1.07 м³/м³.

 

V_H2O=0.01∙(2∙CH₄+3∙C₂H₆+4∙C₃H₈+5∙C₄H₁₀+6∙C₅H₁₂+0.16∙d∙L_a)=0.01∙(2∙82.3+3∙5.0+4∙2.0+5∙1.2+6∙0.6+0.16∙10∙11.628)=2.148 м³/м³.

 

V_N2=0.79∙ L_a +0.01∙ N₂=0.79∙11.628+0.01∙8.5=9.271м³/м³.

 

V_O2=0.21∙ ( α -1)∙ L₀=0.21∙(1.2-1)∙9.74=0.409 м³/м³.

7. Визначаємо кількість продуктів горіння:

        V_a =1.07+2.148+9.271+0.409=12.898 м³/м³.

8. Складаємо матеріальний  баланс процесу горіння на 100 м³ газу,

    приведеного  до нормальних умов, при α=1,2.                                                                                   

                                                                                                                                                                                                     Таблиця 3

Матеріальний  баланс процесу горіння

Прихідна частина	м3	Витратна частина	м3
Природний газ   CH4   C2H6   C3H8   C4H10   C5H12    CO2   N2   Повітря  O2   N2   H2O	82.3 5.0 2.0 1.2 0,6 0,4 8.5     244,286 919 18,6	Продукти горіння    CO2    H2O   N2   O2     Нев’язка	107 214,8 927,1 40,9     -7
Всього	1281.88	Всього	1289.8

 

 

9. Визначаємо теоретичну температуру горіння. Для цього запишемо рівняння теплового балансу, процесу горіння на 1 м³ палива:

  

де С_пов – теплоємність повітря при t_пов;

    Нехай  температура повітря t_пов=20°С, тоді С_пов=1,3 кДж/м³∙°С.

    С_пл – теплоємність палива при температурі t_пл . Для природного газу можна прийняти С_пл=1,6 кДж/м³∙°С., при t_пл=20°С.

    С_Д.Г. – теплоємність димових газів при t_г .

    Для природного  газу існує залежність С_Д.Г.=1,355+0,000075∙t_г,

    де t_г – температура димових газів, °С.

То теоретичну температуру  можна однозначно визначити з  рівняння теплового балансу:

    .

Звідки t_г=1913,9°С.

Обраховуючи пірометричний коефіцієнт, який для шахтної печі :

°С.

10. Розрахуємо додаткову кількість повітря, яка йде на підтримання в печі 1000°С.

За тепловим балансом:

   

де Х_пов – додаткова маса повітря.

    30195.1+1,6∙20+(11,86+Х_пов)∙1,3∙20=12,898∙1429∙1,46+1,455∙1429∙ Х_пов

звідки Х_пов=5.20 м³/м³.

11. Загальна кількість повітря:

  м³/м³ чи 12,92 м³/кг палива.

12. Визначаємо дійсний коефіцієнт витрати повітря:

    .

13. Визначаємо загальну кількість продуктів горіння при α=1,41:

    м³/м³;      м³/м³

   м³/м³

     м³/м³

  м³/м³

  14. Визначаємо густину димових газів:

    кг/ м³.

15. Визначаємо ентальпію для даних газів:

    

16. Визначаємо вологовміст димових газів:

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Матеріальний баланс

Розрахунок  матеріального балансу ведеться на один кілограм доломіту. Для в'яжучого з однокомпонентної шихти, яким і є доломіт, витрату сировини ведуть з урахуванням фізико-хімічних процесів, які лежать в основі їх технології.

Визначимо витрату  доломіту на отримання 1 кг випаленої продукції.

                                                                                                                                     Таблиця 4

Хімічний склад  каустичного доломіту

CaO	29.5%	Fe2O3	0,4%
MgO	15.5%	ВПП	40,85%
Al2O3	1%	СНО	9,75%

Вологість каустичного  доломіту складає 7%, тоді маса сухого доломіту буде:

г

Домішки складають 11,15%.

Маса домішок  становить 103,695г.

Маса сухого чистого доломіту 826.3г.

Вміст СаО і MgO визначається із хімічних рівнянь і становить:

           MgO=180,7г; СаО=251,1г.

З врахуванням  домішок з 1 кг каустичного доломіту отримано 535,5г магнезіального в’яжучого.

 

Витратна  частина:

1. Паливо – Х кг;
2. Сировина

сухої сировини:

  кг;

вологого вапняку з вологістю 7%:

  кг.

3. Повітря м³/кг

або  кг/кг.

 

Прихідна  частина:

1. Вихід вапна – 1 кг;
2. Вихід технологічної вуглекислоти:

 кг;

    м³.

3. Вихід фізичної води сировини:

кг

    м³.

4. Вихід гідротехнічної води:

 кг,

    м³.

5. Вихід вихідних газів з палива:

кг/кг,

       

сухого мергелю 

вологого мергелю, з вологістю 7%

Таблиця 5

Матеріальний баланс на 100 кг доломіту

Прихідна частина	кг	Витратна частина	кг
Доломіт:		Магнезіальне  в’яжуче:
СаСO3+MgСO3	81,85	СаO+MgO	45
Глинисті домішки Al2O3+SiO2	1,0	Глинисті домішки Al2O3	1
Інші домішки Fe2O3+SO3	10,15	Інші домішки	10,15
Фізична волога	7,00	Газ:
		Фізична волога	7,00
		Гідратна волога	0,061
		СО2 із СаСO3 і MgСO3	35,79
Всього	100,00	Всього	100,00

 

 

6. Тепловий баланс установки по зонам

Розрахунок  матеріального балансу ведеться на один кілограм магнезіального в’яжучого. Всю шахтну піч розбиваємо на три зони: нагріву, випалу і охолодження. Для кожної зони окремо розраховуємо тепловий баланс, зводимо загальний баланс, визначаємо витрату палива в шахтній печі на 1 кг готової продукції.

Тепловий баланс зони охолодження на 1кг магнезіального в’яжучого

Прихідна  частина

1. З в’яжучого, нагрітим в зоні випалу до 940°C:

 кДж,

де с_м.в. = 0,930 кДж/(кг×К) - теплоємність магнезіального в’яжучого при 940°C.

2. З повітрям, що надходить в зону охолодження:

 кДж,

де i_пов = 13,02 кДж/м³ – ентальпія повітря при 10°C.

Витратна  частина

1. З магнезіальним в’яжучим, охолодженим до 50°C:

 кДж,

де с_м.в. = 0,78 кДж/(кг×К) - теплоємність магнезіального в’яжучого  при 50°C.

2. З повітрям, що надходить в зону випалу:

 кДж,

де i_пов = 963,0 кДж/м³- ентальпія повітря при 700°C.

3. Втрати в навколишнє середовище (n₁ = 8% від кількості теплоти, що надійшла в зону охолодження):   кДж.

Таблиця 6

Тепловий баланс зони охолодження на 1 кг магнезіального в’яжучого 

Прихідна частина	кДж	Витратна частина	кДж
1. З магнезіальним в’яжучим  при 940°С	874,2	1. З магнезіальним в’яжучим  при 50°С	39,00
2. З повітрям  при 10°С	222.1х	2. З повітрям  при 700°С	16428.7х
		3. Втрати в  навколишнє середовище (8%)	17,768+ 69,93х
Всього	222.1х +874,2	Всього	16498.63х +56,768

Тепловий баланс зони випалу на 1кг магнезіального вяжучого

Прихідна  частина

1. Від горіння палива:  кДж.
2. З повітрям, що надходить в зону випалу (див. зону охолодження):

 кДж.

3. З доломітом, із зони нагріву, нагрітим до 940°C:

 кДж,

де с_дол = 1,11 кДж/(кг×К) - теплоємність доломіта при 940°C.

 

Витратна  частина

1. З магнезіальним в’яжучого  , нагрітим до 940°C (див. зону охолодження):