Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Теплотехнические расчеты цементной вращающейся печи

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1. Тема курсового проекта: Вращающаяся печь 3,6x60м для обжига клинкер по мокрому способу. Топливо – газ.

2. Содержание проекта: а) расчеты горения топлива и печи по методическим указаниям.

3. Особые дополнительные сведения:

Химический состав сырьевой смеси, %

Минералогический состав клинкера, %

Влажность шлама W=40 %

4. При расчете горения топлива принять: a=1,05 ; W^P=1%; подогрева воздуха 600 ^OC.

5. Тепловой баланс установки составлять без холодильника, принимая температуры:

окружающей среды 10 ^OC
клинкера из печи 1100 ^OC
воздуха из холодильника 500^OC

(весь воздух через холодильник)

отходящих газов 360^OC
потери в окружающую среду 13^OC

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЦЕМЕНТНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ

1.1 Расчет горения топлива.

В справочнике находим состав заданного вида топлива на горючую массу и влажность рабочей массы топлива (W^P).

Топливо – природный газ Тюменское месторождение.

Состав сухого газа, %

Сухое газообразное топливо пересчитывают на влажный газ, который подлежит сжиганию. Принимаем содержание влаги 1%.

Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

CH₄^вл= CH₄^с((100-Н₂О) / 100)=95,9 ((100-1) / 100)=94,94 %

Другие составляющие остаются без изменений.

Состав влажного рабочего газа, %

Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха a=1,05. Воздух, идущий для горения, подогревается до 600^оС. Для газообразного топлива теплота сгорания определяется как сумма произведений тепловых эффектов составляющих горючих газов на их количество:

Q_н^р = 358,3*CH₄^вл + 634*C₂H₆^вл + 907,5*C₃H₈^вл + 1179,8*C₄H₁₀^вл

Q_н^р = 358,3*93,2 + 634*1,2 + 907,5*0,7 + 1179,8*0,4 = 35262 [кДж/м³]

Определяем расход воздуха на горение. В расчетах принимают следующий состав воздуха: N₂ – 79,0% O₂ – 21,0%.

Находим теоретически необходимый расход воздуха для горения природного газа:

L_о = 0,0476 (2*CH₄^вл + 3,5*C₂H₆^вл + 5*C₃H₈^вл + 6,5*C₄H₁₀^вл) =

= 0,0476 (2*93,2 + 3,5*1,2 + 5*0,7 + 6,5*0,4) = 9,363 [м³/м³]

Принимаем влагосодержание воздуха d=10 [г/(кг сух.воз.)] и находим теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности:

L_о^’ = (1 + 0,0016*d) L_о = 1,016*9,363 = 9,51 [м³/м³]

Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода a=1,05:

L_a = a*L_о = 1,05*9,363 = 9,83 [м³/м³]

Действительный расход атмосферного воздуха при его влагосодержании d составит:

L_a^‘ = (1 + 0,0016*d) L_a = 1,016*9,83 = 9,988 [м³/м³]

Определяем объем продуктов горения:

V_CO₂^т = 0.01(CH₄ + 2*C₂H₆ + 3*C₃H₈ + 4*C₄H₁₀) =

= 0,01(93,2 + 2*1,2 + 3*0,7 + 4*0,4 + 5*0,3) = 1,008 [м³/м³]

V_H₂_O^т = 0.01(2*CH₄ + 3*C₂H₆ + 4*C₃H₈ + 5*C₄H₁₀+ H₂O + 0.16*d*L_a) =

= 0,01(2*93,2+3*1,2+4*0,7 + 5*0,4+1+ 0,16*10*9,83) = 2,115 [м³/м³]

V_O₂^т = 0.21(a - 1)L_о = 0,21(1,05 – 1)9,363 = 0,098 [м³/м³]

V_N₂^т = 0.01*N₂ + 0.79*L_a = 0,01*3,3 + 0,79*9,83 = 7,798 [м³/м³]

Общее количество продуктов горения:

V_a^т = 1,008 + 2,115 + 0,098 + 7,798 = 11,019 [м³/м³]

Процентный состав продуктов горения:

CO₂ = (V_CO₂^т *100) / V_a^т = (1,008*100) / 11,019 = 9,15 %

H₂O = 19,19 %

O₂ = 0,89 %

N₂ = 70,77 %

Материальный баланс горения:

приход

кг

расход

кг

Природный газ

CH₄ = 93,2*0,717

C₂H₆ = 1,2*1,359

C₃H₈ = 0,7*2,02

C₄H₁₀ = 0,4*2,84

N₂ = 3,3*1,251

H₂O = 1*0,804

Воздух

O₂ = 9,83*0,21*1,429*100

N₂ = 9,83*0,79*1,251*100

H₂O = 0,16*10*9,83*0,804

66.82

1.63

1.01

1.414

4.128

0.804

294,99

971,49

12,64

Продукты горения

CO₂ = 1,977*100*1,008

H₂O = 0,804*100*2,115

N₂ = 1,251*100*7,798

O₂ = 1,429*100*0,098

199,28

170,046

975,53

14,004

Всего

1354,926

Всего

Невязка

1358,86

0,3%

Определим плотность продуктов горения топлива:

r₀ = (1,008*1,977 + 2,115*0,804 + 0,098*1,429 + 7,798*1,251) / 11,019 = 1,233 [кг/м³]

1.2 Материальный баланс по сырью

Расход топлива определяют по формуле:

б = q / Q_н^р

где q – предварительный расход тепла для данного вида печи (6500 кДж/кг)

б – удельный расход топлива м³/кг

б = 6500 / 35262 = 0,184 кг/кг кл.

Теоретический расход сухого сырья на 1 кг клинкера составит:

М_т^с = 100 / (100 – П.П.П.) = 100 / (100 – 35,5) = 1,55 кг/кг кл.

Практический расход сухого сырья составит:

М_п^с = М_т^с (100 / 99,9) = 1,55 (100 / 99,9) = 1,552 кг/кг кл.

Расход влажного сырья составит:

М_п^w = М_п^с (100 / (100 – W))

М_п^w = 1,552(100 / (100 – 40)) = 2,587 кг/кг кл.

Общее количество уноса материала из печи составит:

М_ун. = n* М_п^с

где n – доля уносимого сырья 5%

М_ун. = 0,05*1,552 = 0,0776 кг/кг кл.

Количество возвратного уноса составит:

М_ун.^в = ((n – 0,1)М_п^с) / 100 кг/кг кл.

М_ун.^в = ((5 – 0,1)1,552) / 100 = 0,076 кг/кг кл.

По данным химического состава шихты находим содержание в ней карбонатов и углекислоты, % :

CaCO₃ = (CaO*100) / 56 MgCO₃ = (MgO*84.3) / 40.3

CO₂ = (CaO*44) / 56 + (MgO*44) / 40.3

где цифровые величины соответствуют молекулярным массам химических

соединений.

CaCO₃ = (42,9*100) / 56 = 76,61 %

MgCO₃ = (0,86*84,3) / 40,3 = 1,798 %

CO₂ = (42,9*44) / 56 + (0,86*44) / 40,3 = 34,65 %

Количество гидратной воды в сырьевой смеси:

Н₂О = П.П.П. - CO₂

Н₂О = 35,5 – 34,65 = 0,85 %

Материальный баланс по сырью:

приход

кг

расход

кг

Сырьевая смесь М_п^w

Возврат М_ун.^в

2,587

0,076

Клинкер

Общий унос М_ун

Выделившиеся из сырья газы:

- углекислый М_СО₂=(М_т^с*СО₂)/100

М_СО₂=(1,55*34,87)/100

- гидратная Н₂О М_Н₂_О=(М_т^с*Н₂О)/100

М_Н₂_О=(1,55*0,85)/100

- физическая Н₂О М^w= М_п^w - М_п^с

М^w = 2,587 – 1,552

0,0776

0,54

0,013

1,035

Всего

2,663

Всего

2,665

1.3 Теоретические затраты тепла на

клинкеробразование

Эти затраты слагаются из теплоты эндотермических реакций разложения исходных сырьевых материалов при нагревании и экзотермических реакций образования клинкерных минералов при обжиге. Применительно к сырьевой смеси из природных глинистых и карбонатных материалов теоретический эффект клинкеробразования вычисляют по следующим затратам:

1. Расход тепла на дегидратацию глинистых материалов:

q₁ = М_Н₂_О*6886

где 6886 тепловой эффект реакции , кДж/кг кл.

q₁ = 0,013*6886 = 89,52 кДж/кг кл.

2. Расход тепла на декарбонизацию:

q₂ = M_CaCO₃ *1680 + M_MgCO₃ *816

M_CaCO₃ = (М_т^с * CaCO₃) / 100 = (1,55 * 76,61) / 100 = 1,187 кг/кг кл.

M_MgCO₃ = (М_т^с * MgCO₃) / 100 = (1,55 * 1,798) / 100 = 0,028 кг/кг кл.

q₂ = 1,187 *1680 + 0,028 *816 = 2017,00 кДж/кг кл.

3. Расход тепла на образование жидкой фазы (поскольку в химическом составе сырьевой смеси содержится Fe₂O, то жидкая фаза железистая и расход тепла на её образование 200 кДж/кг кл.):

q₃ = 200 кДж/кг кл.

4. Приход тепла от образования клинкерных минералов:

q₄ = (C₃S*528 + C₂S*716 + C₃A*61 + C₄AF*109) / 100

q₄ = (60,6*528 + 19,5*716 + 5,9*61 + 11,9*109) / 100 = 476,158 кДж/кг кл.

Теоретическое тепло реакции клинкеробразования равно:

q_т = q₁ + q₂ + q₃ - q₄ = 89,52 + 2017,00 + 200 – 476,158 = 1830,362 кДж/кг кл.

1.4 Тепловой баланс печи и определение удельного

расхода топлива на обжиг клинкера

Приход тепла:

1. Химическое тепло от сгорания топлива:

q_x = Q_н^р * б

q_x = 35262 * б кДж/кг

2. Физическое тепло топлива:

q_ф = б * i_т

где i_т – энтальпия топлива в интервале от 0^оС до t_т (принимаем t_т=10^оС)

q_ф = 12 * б кДж/кг

3. Физическое тепло сырья:

q_ф^с = М_п^с * i_с + М^w * i_w

где i_с – энтальпия сырьевой смеси, кДж/кг

i_w – энтальпия воды , кДж/кг

М^w – влажность сырьевой смеси, кг/кг кл.

q_ф^с = 1,552 * 8,8 + 1,035 * 41,9 = 57,024 кДж/кг

4. Физическое тепло воздуха:

q_ф^в = б(L_n * i_n + L_вт * i_вт)

где L_n и L_вт – количество первичного и вторичного воздуха , м³/кг

i_n и i_вт – энтальпия первичного и вторичного воздуха кДж/м³

q_ф^в = б(0 * 0 + 9,83 * 671,2) = 6597,89 * б кДж/кг

Всего приход тепла:

б(Q_н^р + i_т + L_n*i_n + L_вт*i_вт) + (М_п^с * i_с + М^w * i_w)

35262*б + 12*б + 57,024 + 6597,89*б = 41871,89*б + 57,024

Расход тепла:

1. Теоретическое тепло реакции клинкеробразования:

q_т = 1830,362 кДж/кг кл.

2. Тепло испарения физической воды:

q_исп = М^w * q_исп = 1,035 * 2491 = 2578,19 кДж/кг кл.

где q_исп – тепло на испарение 1 кг физической воды, равное 2491 кДж/кг кл.

3. Тепло, теряемое с клинкером, покидающим печь:

q_к = 1 * i_к = 1 * 1114,3 = 1114,3 кДж/кг кл.

где i_к – энтальпия клинкера при температуре выхода его из печи, кДж/кг кл.

4. Тепло с отходящими газами:

q_отх^г = V_CO₂ * i_CO₂+ V_H₂_O * i_H₂_O + V_N₂ * i_N₂ + V_O₂ * i_O₂

V_CO₂= V_CO₂^т * б + М_CO₂ / r_CO₂ = 1,008 * б + 0,54 / 1,977 = 1,008 * б + 0,27 м³/кг кл.

V_H₂_O=V_H₂_O^т*б+(М_H₂_O+М^w)/r_H₂_O=2,115*б+(0,013+1,035)/0,804=2,115*б+1,303 м³/кг кл.

V_N₂ = V_N₂^т * б = 7,798 * б м³/кг кл.

V_O₂ = V_O₂^т * б = 0,098 * б м³/кг кл.

q_отх^г =(1,008*б+0,27)*357,6+ (2,115*б+1,303)*304,4 + (7,798*б*260) + (0,098* б* 267,1) = 3057,92*б + 493,18 кДж/кг кл.

5. Тепло, теряемое с безвозвратным уносом:

q_ун = М_ун * i_ун = 0,0776 * 185,9 = 14,426 кДж/кг кл.

где i_ун – энтальпия сырьевой смеси, уносимой из печи, кДж/кг кл.

6. Потери в окружающую среду через футеровку печи:

q_п = к‘ * Q_н^р * б = 0,13 * 35262 * б = 4584,06 * б кДж/кг кл.

где к‘ – принимаем для печей без холодильника 0,13

7. Потери тепла от механического и химического недожога топлива:

q_н = к‘‘ * Q_н^р * б = 0,005 * 35262 * б = 176,31* б кДж/кг кл.

где к‘‘ – принимаем для газообразного топлива 0,005

Всего расход тепла:

1830,362+2578,19+1114,3+3057,92*б + 493,18+14,426+4584,06*б +176,31*б = = 6030,458 + 7818,29*б

Приравнивая приход расходу, определяем удельный расход топлива:

41871,89*б + 57,024 = 6030,458 + 7818,29*б

б = 5973,434 / 34053,6 = 0,175 м³/кг кл.

Удельный расход тепла на обжиг клинкера:

q_х = Q_н^р * б = 35262 * 0,175 = 6170,85 кДж/кг кл.

Подставляя значение б = 0,175 м³/кг кл. в соответствующие уравнения статей баланса, вычисляем их величины и сводим в таблицу.

Тепловой баланс установки на 1кг клинкера:

Статьи баланса

кДж/кг кл.

Приход тепла:

Химическое тепло от сгорания топлива (q_x)

2. Физическое тепло топлива (q_ф)

3. Физическое тепло сырья (q_ф^с)

4. Физическое тепло воздуха (q_ф^в)

6170,85

2,1

57,024

1154,63

83,56

0,028

0,772

15,64

Всего

7384,604

100

Расход тепла:

1. Теоретическое тепло реакции клинкеробразования (q_т)

2. Тепло испарения физической воды (q_исп)

3. Тепло, теряемое с клинкером, покидающим печь (q_к)

4. Тепло с отходящими газами (q_отх^г)

5. Тепло, теряемое с безвозвратным уносом (q_ун)

6. Потери в окружающую среду через футеровку печи (q_п)

7. Потери тепла от механического и химического недожога

топлива (q_н)

1830,362

2578,19

1114,3

1028,316

14,426

802,211

30,854

24,786

34,913

15,089

13,925

0,195

10,863

0,418

Всего

Невязка

7398,659

14,055

99,88

0,2 %

Технологический КПД печи:

h_тех = (q_т / q_x)*100% = (1830,362/6170,85)*100% = 29,7 %

Тепловой КПД печи:

h_теп = ((q_т + q_исп) / q_x ) * 100% = ((1830,362+ 2578,19) / 6170,85) * 100% = 71,4 %

1.5 Материальный баланс установки

Материальный баланс установки составляют на 1кг клинкера, данные из материальных балансов топлива и сырья.

Материальный баланс установки:

Статьи баланса

кг

Приход материалов:

1. Сырьевая смесь - М_п^w

2. Топливо - б

3. Воздух - б * L_a * r_в

2,425

0,158

2,06

52,23

3,40

44,37

Всего

4,643

100

Расход материалов:

1. Клинкер - М_к

2. Безвозвратный унос сырья - М_п^с- М_т^с

3. Углекислота сырья - М_СО₂

4. Влага сырья - М_Н₂_О+М^w

5. Отходящие газы от сгорания топлива - б * V_a^т * r₀

0,002

0,54

0,883

2,192

21,54

0,04

11,63

19,02

47,21

Всего

Невязка

4,617

0,026

99,44

0,56

1.6 Расчет производительности печи

Часовую производительность длинных печей мокрого способа производства определяют по уравнению:

П = (5,25 * n * D^1,5 * L * t_ун^0,25) / (1 + (W – 35) * 1,6 / 100) кг/ч

где t_ун – температура отходящих газов, ^оС

W – влажность шлама, %

n – коэффициент, равный отношению полной поверхности теплообмена к

внутренней поверхности футеровки

Для вычисления n определяют общую поверхность футеровки печи (F_ф), цепей (F_ц) и теплообменника (F_т).

Длину цепной зоны вычисляют по формуле:

L_ц = 0,07 * L * (0,1 * L / D – 1) = 0,07 * 60 * (0,1 * 60 / 3,2 – 1) = 11,45 м

F_ц = p * D * L_ц * 3,5 = 3,14 * 3,2 * 11,45 * 3,5 = 402,67 м²

F_ф = p * D * L = 3,14 * 3,2 * 60 = 602,88 м²

n = (F_ц + F_ф) / F_ф = (402,67 + 602,88) / 602,88 = 1,668

Производительность печи составит:

П = (5,25 * 1,668 * 3,2^1,5 * 60 * 360^0,25) / (1 + (40 - 35) * 1,6 / 100) = 12130,63 кг/ч

Принимаем производительность рассчитываемой печи 12,5 т/ч.

Выбор пылеосадительных устройств и дымососа

Определим выход газов на 1кг клинкера при н.у., используя данные статьи 4 в расходной части теплового баланса. Он составит:

V_отх^г = V_CO₂ * V_H₂_O * V_N₂ * V_O₂ м³/кг кл.

V_отх^г = 0,446 + 1,673 + 1,365 + 0,017 = 3,501 м³/кг кл.

Определим плотность отходящих газов:

r_t = r₀ * (273 / (273 + t_ун)) кг/м³

где r_t – плотность отходящих газов, кг/м³

r₀ - плотность отходящих газов при н.у., кг/м³

t_ун – температура отходящих газов, ^оС

r_t = 1,233 * (273 / (273 + 360)) = 0,532 кг/м³

Часовой выход отходящих газов составит:

V_отх = V_отх^г * П * К * (1 + t_ун / 273) м³/ч

где К – коэффициент учитывающий подсос воздуха в установку перед

пылеулавливающими устройствами

V_отх = 3,501 * 12130,63 * 1,4 * (1 + 360 / 273) = 78622,72 м³/ч

Определим концентрацию пыли в газах на выходе из печи:

m₁ = (М_ун * П * 1000) / V_отх г/м³

где М_ун – общее количества уноса материала из печи, кг/кг кл.

П – производительность печи, кг/ч

V_отх – часовой выход отходящих газов, м³/ч

m₁ = (0,0776 * 12130,63 * 1000) / 78622,72 = 11,97 г/м³

Для улавливания пыли печных газов проектируем жалюзийный пылеуловитель с КПД=0,85 (h^‘) и электрофильтр с КПД=0,95 (h^‘‘). Принимая КПД запроектируемых к последовательной установке обеспыливающих аппаратов, вычисляем концентрацию пыли на выходе из электрофильтра, она не должна превышать

80 мг/м³.

m₂ = m₁*(1 - h^‘)*(1- h^‘‘)*1000 мг/м³

m₂ = 6,155*(1 - 0,85)*(1- 0,95)*1000 = 46,163 мг/м³

Учитывая, что скорость движения в электрофильтре 1 – 1,5 м/с рассчитаем по часовому объему отходящих газов размер площади активного сечения электрофильтра:

S = V_отх / (3600 * V_г ) м²

где V_г – скорость движения газов в электрофильтре

S_max = 503971 / (3600 * 1) = 140 м²

S_min = 503971 / (3600 * 1,5) = 93 м²

Таким образом для улавливания пыли печных газов необходим электрофильтр с размером площади активного сечения от 93 до 140 м². Подбираем для установки электрофильтр ЭГА 1-40-12-6-3 с характеристиками:

Число газовых проходов, шт.	40
Активная высота электродов, м	12
Активная длина поля, м	3,84
Число полей, шт.	3
Площадь активного сечения, м²	129,8
Общая площадь осаждения, м²	11250

Для данной печи подбираем 2 дымососа Д-208х2 с характеристиками:

производительность	245000 м³/ч
давление	4000 Па
температура	200 ^oC
частота вращения	730 об/мин
КПД	70%

1.8 Топливосжигающее устройство

При использовании газообразного топлива выбирают регулируемую газовую горелку. Основные её параметры – сечение (S_г) и диаметр выходного отверстия (D_г) рассчитывают, исходя из скорости выхода газа w₀ = 300 м/с, по формуле:

S_г = (П * б) / (3600 * w₀) м²

D_г = 1,18 * S_г^0,5 м

S_г = (66000 * 0,158) / (3600 * 300) = 0,00966 м²

D_г = 1,18 * 0,00966^0,5 = 0,116 м

Потребное давление газа:

Р = (1,2 * w_м² * r_м ) / 2 = (1,2*300²*0,58)/2 = 31,3 кПа

Обеспыливание выбрасываемого воздуха. Для обеспыливания воздуха, выходящего из холодной камеры, подбираем аппарат тонкой пылеочистки – многопольный электрофильтр по выходу воздуха:

V₄ = V₂ * 1,2 * (1 + t_в^х / 273) м³/ч

V₄ = 126290 * 1,2 * (1 + 64 / 273) = 187076 м³/ч

Для улавливания пыли печных газов проектируем жалюзийный пылеуловитель с КПД=0,85 (h^‘) и электрофильтр с КПД=0,99 (h^‘‘). Принимая КПД запроектируемых к последовательной установке обеспыливающих аппаратов, вычисляем концентрацию пыли на выходе из электрофильтра, она не должна превышать

80 мг/м³. Запыленность воздуха примем 30 г/м³.

m₂ = m₁*(1 - h^‘)*(1- h^‘‘)*1000 мг/м³

m₂ = 30*(1 - 0,85)*(1- 0,99)*1000 = 45 мг/м³

S = V_отх / (3600 * V_г) м²

где V_г – скорость движения газов в электрофильтре

S_max = 187076 / (3600 * 1) = 52 м²

S_min = 187076 / (3600 * 1,5) = 35 м²

Таким образом для улавливания пыли печных газов необходим электрофильтр с размером площади активного сечения от 35 до 52 м².

Подбираем для установки электрофильтр ЭГА 1-20-9-6-4 с характеристиками:

Число газовых проходов, шт.	20
Активная высота электродов, м	9
Активная длина поля, м	3,84
Число полей, шт.	3
Площадь активного сечения, м²	49
Общая площадь осаждения, м²	4240

Для просасывания воздуха через обеспыливающий аппарат подбираем дымосос соответствующей производительности, взятой из характеристики обеспыливающего аппарата с запасом 30 %.

187076 * 1,3 = 243200 м³/ч

подбираем дымосос Д-208х2 с характеристиками:

производительность	245000 м³/ч
давление	4000 Па
температура	200 ^oC
частота вращения	730 об/мин
КПД	70%

Теплотехнические расчеты цементной вращающейся печи 📙 Реферат → 🆔 277991