Теплотехнические расчетч цементной вращающейся печи

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

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ

 

2.1 Расчет размеров колосникового

холодильника

Зададимся температурой клинкера, поступающего в холодильник t_k’=1100^oC и выходящего из холодильника t_k’’=50^oC.

Холодильник делим на две  камеры. В горячей камере клинкер  охлаждают вторичным воздухом, в  холодной дополнительным воздухом, который  после очистки выбрасывается  в атмосферу или частично используется для других целей.

Рис. Распределение потоков  воздуха и клинкера в колосниковом холодильнике

I – горячая камера холодильника; II – холодная камера

 

В начале горячей камеры устанавливают  зону острого дутья для обеспечения  равномерного распределения клинкера по ширине колосниковой решетки. Расход воздуха на острое дутье принимают 15% от вторичного воздуха. Расчет зоны острого дутья сводится к определению  температуры подогрева воздуха  острого дутья в следующей  последовательности:

 

1. Определяем расход воздуха  на острое дутье:

V_од = 0,15 * L_вт * б м³/кг кл.

V_од = 0,15 * 10,08 * 0,158 = 0,239 м³/кг кл.

 

2. Рассчитаем количество  тепла, отдаваемое клинкером при  охлаждении в этой зоне:

Q_k’ = i_k’ – i_k^iv кДж/кг кл.

где i_k^iv – энтальпия клинкера при температуре в конце зоны острого дутья

t_k^iv = 1000 ^oC, кДж/кг кл.

Q_k’ = 1114,3 – 1000,5 = 113,8 кДж/кг кл.

 

3. Температура воздуха  острого дутья при входе в  печь находим из уравнения  теплового баланса зоны по  полученной энтальпии. Потерями  в окружающую среду на этом  участке пренебрегают:

i_в^x = Q_k’ / V_од + i_в' кДж/м³

где i_в’ – начальная энтальпия воздуха

i_в^x = 113,8 / 0,239 + 13,02 = 489,17 кДж/м³

t_в^х = 300 + ((489,17-397,3)/(535,9-397,3)*100 = 366 ^oC

 

4. Расчет горячей камеры  холодильника ведем исходя из  определенного аэродинамического  сопротивления слоя клинкера  на решетке колосникового холодильника, которое не должно превышать  2 кПа. Уравнение аэродинамического  сопротивления слоя сыпучего  материала имеет следующий вид:

DР = (m * Н * w_в² * r_в) / d Па

где r_в – плотность воздуха в камере при средней действительной

температуре, кг/м³

m - коэффициент аэродинамического сопротивления материала, для

горячей камеры по опытным  данным принимаем 0,043

Н - высота слоя гранул клинкера на решетке, равная 0,15-0,2 м

d – средний диаметр  зерен клинкера, может быть принят  равным 0,01 м

w_в – скорость воздух

DР может быть принята, исходя из опытных данных, равной 1000 Па

Средняя температура воздуха  в камере:

t_в^ср = (t_в’ + t_в^х) / 2 ^oC

где t_в’ – температура окружающего воздуха

t_в^х – принимаем предварительно равной температуре воздуха, нагретого

в зоне острого дутья

t_в^ср = (10 + 366) / 2 = 188 ^oC

 

Определим плотность воздуха  в камере при t_в^ср:

  r_в = r₀ * (273 / (273 + t_в^ср)) = 1,293 * (273 / (273 + 188)) = 0,766 кг/м³

Определяем скорость воздуха:

w_в = ((DР * d) / ( m * Н * r_в ))^0,5 м³/м²с

w_в = ((1000 * 0,01) / (0,043 * 0,2 * 0,766 ))^0,5 = 1,23 м³/м²с

Далее рассчитываем площадь  решетки горячей камеры:

F₁ = ((L_вт*б - V_од)*П*(1+b*t) / (3600*w_в) м²

F₁ = ((10,08*0,158 – 0,239)*75000*(1+188/273) / (3600*1,23) = 38,7 м²

Для холодильников «Волга»  ширина решетки зависит от производительности печи и при П=75 т/ч равна а=4,2 м. Тогда длина составит:

L₁ = F₁ / а = 38,7 / 4,2 = 9,2 м

 

5. Время пребывания клинкера  в горячей камере определяют  по скорости его движения:

w_к = П / ( r_к * а * Н) м/ч

где  r_к – насыпная плотность клинкера, r_к=1550 кг/м³

w_к = 75000 / (1550 * 4,2 * 0,2) = 57,6 м/ч

Отсюда находим время  пребывания клинкера в камере:

t₁ = L₁ / w_к = 9,2 / 57,6 = 0,16 ч (10 мин.)

 

6. Температуру клинкера  в конце горячей камеры ( t_k^‘‘‘ ) определяем из уравнения степени охлаждения клинкера:

w₀ = w_в / ( 1+b*t) = 1,23/(1+188/273) = 0,73 м/ч

(t_k^‘‘‘-t_в’) / (t_k^iv- t_в’) = 1 / exp( К * w₀^0,7 * t₁ + А)

где К и А – коэффициенты, зависящие от средней теплоемкости клинкера,

для горячей камеры принимают  соответственно 9,0 и 0,79

(t_k^‘‘‘- 10) / (1000 - 10) = 1 / exp( 9 * 0,73^0,7 * 0,16 + 0,79)

t_k^‘‘‘ = 152 ^oC

i_k^‘‘‘ = 78,7 + (165,8-78,7) * ((152-100) / (200-100)) = 124 кДж/кг кл.

 

7. Температуру воздуха,  поступающего из горячей камеры  холодильника в печь, находим  из уравнения теплового баланса  камеры, составленного на 1кг клинкера:

i_k^iv – i_k^‘‘‘ =( L_вт * б - V_од)*( i_в’’ – i_в’ ) + q_п’

где i_в’’ - энтальпия воздуха, поступающего из горячей камеры холодильника

в печь, кДж/м³

q_п’ – потери в окружающую среду, принимаем 12,6 кДж/кг кл.

1000,5 – 124 =( 10,08 * 0,158 - 0,239)*( i_в’’ - 13,02 ) + 12,6

i_в’’= 647,9 кДж/м³

t_в’’= 400 + (647,9 – 535,9)/(671,8 – 535,9)*100 = 482 ^oC

 

8. Температуру вторичного  воздуха, поступающего из колосникового  холодильника в печь, вычисляем  как среднее из температуры  воздуха острого дутья и горячей  камеры:

t_в^вт = (V_од*t_в^х + (L_вт*б - V_од)* t_в’’) / (L_вт * б)

t_в^вт = (0,239*366 + (10,08*0,158 – 0,239)*482) / (10,08*0,158) = 465 ^oC

i_в^вт = 535,9 + (671,8-535,9) * ((465-400) / (500-400)) = 624,24 кДж/м³

 

9. Определение размеров  второй холодной камеры холодильника  ведем исходя из температуры  выходящего клинкера t_k’’=50^oC, покидающего печь, и сохраняя скорость воздуха такой же, как в горячей камере. Из уравнения степени охлаждения клинкера определяют время пребывания клинкера в холодной камере, принимая значения К и А соответственно равными 11,2 и 0,99:

(50 - 10) / (152 - 10) = 1 / exp (11,2 * 0,73^0,7 * t₂ + 0,99)

  t₂ = 0,031 ч (2 мин.)

L₂ = w_к * t₂ = 57,6 * 0,031 = 1,8 м

Холодильников длинной 11 м  промышленность не выпускает, поэтому  принимаем стандартный холодильник  длинной 16,6 м, отсюда L₂ = 7,4 м.

 

10. Количество воздуха,  проходящего через вторую камеру  холодильника, рассчитывают по формуле:

V₂ = F₂ * w₀ * 3600 м³/ч

F₂ = L₂ * a = 7,4 * 4,2 = 31,08 м²

V₂ = 31,08 * 0,73 * 3600 = 81678 м³/ч

Далее определим удельный его расход:

V₂^уд = V₂ / П = 81678 / 75000 = 1,09 м³/ч

Температуру воздуха, выходящего из этой камеры и выбрасываемого из холодильника в атмосферу, определяем из уравнения теплового баланса  холодной камеры:

i_k^‘‘‘ - i_k^‘‘ = V₂^уд * ( i_в^х – i_в’ ) + q_п’’

где i_к’’ - энтальпия клинкера выходящего из холодной камеры холодильника

q_п’’ - потери в окружающую среду, принимаем по опытным данным

8,37 кДж/кг кл.

124 – 39,35 = 1,09 * ( i_в^х – 13,02) + 8,37

i_в^х = 83 кДж/м³

t_в^х = 83/130,2*100 = 64 ^oC

 

11.Определяем общие внутренние  размеры холодильника и его  площадь:

Длина 9,2 + 7,4 = 16,6 м

Ширина 4,2 м

Площадь 4,2 * 16,6 = 69,7 м²

 

12.Составляем тепловой  баланс холодильника на 1кг клинкера:

Статьи баланса	кДж/кг кл.	%
Приход тепла: 1. Выходящий клинкер iк’ 2. Охлаждающий воздух (Lвт*б + V2уд)* iв’	1114,3 34,93	96,96 3,04
Всего	1149,23	100
Расход тепла: 1. Вторичный воздух Lвт * б * iввт 2. Выбрасываемый воздух V2уд * iвх 3. Выходящий клинкер ik‘‘ 4. Потери в окружающую  среду qп’ + qп’’	994,19 90,47 39,35 20,97	86,51 7,87 3,42 1,82
Всего Невязка	1144,98 4,25	99,63 0,37

 

Технологический КПД холодильника:

h_тех^х = (L_вт * б * ( i_в’’- i_в') / i_k’ ) * 100%

h_тех^х = (10,08*0,158*(647,9-13,02)/1114,3) * 100% = 90,7 %

 

Тепловой КПД холодильника:

h_теп^х = ((L_вт * б * i_в’’ + V₂^уд * i_в^х) – (L_вт * б + V₂^уд) * i_в’) / i_k’ * 100%

h_теп^х=((10,08*0,158*647,9+1,09*83)–(10,08*0,158+1,09)*13,02)/1114,3*100%

h_теп^х = 97,6 %

Полученная в расчете  холодильника температура вторичного воздуха, поступающего в печь t_в^вт = 465 ^oC и его энтальпия i_в^вт = 624,24 кДж/м³. Температура принятая в начале расчетов при составлении теплового баланса печи t_в^вт = 500 ^oC и его энтальпии i_в^вт = 671,2 кДж/м³. Определим возможное изменение расхода топлива.

Найдем физическое тепло  воздуха подставляя i_в^вт = 624,24 кДж/м³:

q_ф^в = б(0 * 0 + 10,08 * 624,24) = 6292,34 * б кДж/кг

 

Тогда всего приход тепла:

36160*б + 12*б + 50,24 + 6292,34*б  = 42452,34*б + 50,24