Шахтная печь для обжига известняка

 

 

 

 

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

по дисциплине: «Научные основы проектирования тепломассообменных аппаратов»

на тему: «Шахтная печь для обжига известняка»

 

 

 

Липецк 2013 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

1 Основы реализации эффективных  теплотехнических и конструктивных  схем теплообменного аппарата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2   Критерии совершенства теплотехнической установки. . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3 Критерии эффективности и оптимизация теплотехнических принципов и конструктивных схем тепломассообменного аппарата. . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Основы реализации  эффективных теплотехнических и  конструктивных схем теплообменного  аппарата

Шахтная печь предназначена для обжига известняка. Известь, вяжущий материал, получаемый обжигом и последующей переработкой известняка, мела и других известково-магнезиальных горных пород. Воздушную известь получают обжигом главным образом известняка при 1100-1300 °С в шахтных обжиговых печах. Воздушную известь применяют для изготовления вяжущих строительных растворов, предназначенных для наземной кладки кирпича, искусственных камней и штукатурки, а также при получении известково-шлаковых, известково-пуццолановых и других смешанных вяжущих. В смеси с красителями известь используется в качестве декоративного материала.

 Шахтные печи надежны  в эксплуатации, позволяют использовать  местные виды топлива и требуют  меньшего по сравнению с другими  печами расхода топлива.  В  качестве топлива используется  природный газ, который отличается  высоким содержанием горючих  составных частей. При обжиге  в шахтных печах на природном  газе повышается качество извести, увеличивается производительность  печи, улучшаются условия труда.

Основными элементами шахтной печи являются: шахта или рабочая камера печи, загрузочное устройство; выгрузочный механизм; устройство для ввода и сжигания топлива; воздухоподводящие аппараты; газоотводящие аппараты. Обжигаемый известняк не лежит в печи неподвижно, а медленно опускается вниз по шахте, сначала подогревается, затем обжигается и, наконец, в нижней части шахты охлаждается. Диаметр кусков известняка составляет 60 мм. При меньшем размере в обычных шахтных печах создается весьма большое сопротивление движению газов и ухудшается тяга. При обжиге крупных кусков известняка поверхностные слои дольше подвергаются воздействию высоких температур, чем внутренние, и, следовательно, они будут более уплотнены. Шахтные известеобжигательные печи работают непрерывно через определенные, небольшие промежутки времени в верхнюю часть шахты загружают известняк, а, из нижней части выгружают готовую известь. На верхней границе зоны охлаждения устанавливаются диффузионные горелки нижнего уровня, представляющие собой полые водоохлаждаемые балки с отверстиями, подающие газ и атмосферный воздух в центральную часть печи. Необходимый для охлаждения извести воздух поступает снизу с помощью воздухоподводящих аппаратов, охлаждает известь и подается в зону обжига подогретым. Получающиеся в результате горения дымовые газы вследствие отсоса в верхней части шахты поступают в дымовую трубу, отдавая по пути свое тепло загружаемому в печь известняку и испаряя содёржащуюся в нем влагу.

В зоне сушки и подогрева влага испаряется из известняка. Кроме того, известняк в этой зоне нагревается до температуры начала диссоциации, а топливо до температуры воспламенения. Температура печного пространства здесь не выше 850 °С.  Основным процессом при производстве извести является обжиг, при котором известняк декарбонизируется и превращается в известь по следующей реакции: Основная масса топлива сгорает в среднем поясе зоны обжига, где условия для горения с точки зрения подачи воздуха и температуры нагрева его являются оптимальными. Поэтому здесь имеет место максимальная теплоотдача от горящего топлива и газов материалу, тогда как в нижней части зоны обжига топливо отдает тепло и материалу, и воздуху, избыток которого весьма значителен. Температура обжигаемого материала изменяется от 850 до 1200 °С. В зоне охлаждения известь начинает отдавать содержащееся в ней тепло воздуху, поступающему снизу и омывающему куски извести.  Известь охлаждается до 50-100 °С.  

 

 

2 Критерии совершенства  теплотехнической установки

Основные размеры печи: диаметр D=8 м, высота H=32 м; режимные параметры: расход топлива В=0,10 м³/кг, удельное количество воздуха и удельное количество продуктов горения технико-экономические показатели: расход условного топлива на 1 т готового продукта коэффициент полезного действия и коэффициент использования топлива  

Известно, что подогрев воздуха горения в различных топливосжигающих устройствах и агрегатах является эффективным мероприятием, направленным на экономию топлива.

Однако эта эффективность будет различна в зависимости от конкретного технологического режима и конструкции устройства или агрегата.

Из теплового баланса горения топлива

                  

                 (1)

где - теплоемкость продуктов сгорания при их температуре , кДж/(м³·ºС);

- теплоемкость топлива  при его температуре  , кДж/(м³·ºС);

следует, что при увеличении температуры воздуха горения  коэффициент расхода воздуха α будет увеличиваться в соответствии с зависимостью, непосредственно вытекающей из (1) при сохранении температуры продуктов сгорания;

                                      

                                     (2)

Это изменение коэффициента α приводит, в свою очередь, к изменению химического состава и удельного объема продуктов сгорания по соотношениям:

                                                    

                                             (3)

                                                 

                                         (4)

                                                  

                                         (5)

Очевидно, что изменение объема и состава продуктов сгорания даже при неизменной температуре приведет к изменению интенсивности теплообмена как за счет конвективного так и за счет лучистого теплового потока. К тому же, излучение каждого из этих потоков по-разному влияет на результирующий теплообмен в рабочем пространстве печи, агрегата и т.п.

В частности, в слоевых или низкотемпературных печах и агрегатах, где эффективная длина луча мала, влияние химического состава газа на интенсивность теплообмена мала, т.к. конвективная составляющая много больше лучистой.

И наоборот, в устройствах, где имеет место большая эффективная длина луча и высокая температура, влияние интенсивности лучистого теплообмена способно сильно повлиять на эффективность теплообмена в целом.

Исследование влияния подогрева воздуха горения на эффективность технологического процесса термообработки материала выполнен на примере шахтной печи, температура воздуха варьируется в диапазоне от 10 до 70 ºС.

Через зону охлаждения шахтных печей, отапливаемых природным газом, экономически выгодно пропускать только часть расходуемого на сжигание топлива воздуха. Остальная часть воздуха (при α=1), подогретой теплотой отходящих газов рекуператоре, подается через горелки в зону обжига.

Для того чтобы калориметрическая температура горения осталась прежней необходимо увеличить удельное количество вторичного воздуха, т.е. увеличить коэффициент расхода вторичного воздуха, поступающего в зону охлаждения.

Таблица 1. Результат расчета и

	10	40	70
	0,20	0,22	0,23
, м³/ м³	11,48	11,64	11,76

 

Уравнение теплового баланса подогрева вторичного воздуха:

                                          

                                     (6)

где - расход вторичного воздуха, м³/кг

- температура, окружающей  среды, ºС;

- температура поступающего  в печь материала, ºС;

- температура выходящего  из печи материала, ºС.

Из (6) следует, что с увеличением расхода вторичного воздуха, его температура снижается

Расход продуктов сгорания:

                                                          

                                                  (7)

При постоянном расходе топлива, расход продуктов сгорания будет возрастать, при этом неизменный расход продуктов сгорания приведет к снижению расхода топлива.

Таблица 2. Результат расчета В

	10	40	70
В, м³/ кг	0,100	0,099	0,098

Уменьшение расхода топлива привет к изменению теплового баланса.

Приходные статьи теплового баланса по количеству теплоты:

- от сгорания топлива;

- вносимое исходным сырьем;

- энтальпия первичного  воздуха, подающегося через горелки;

- энтальпия вторичного  воздуха, подающегося воздухоподводящими  аппаратами.

Расходные статьи теплового баланса по количеству теплоты:

- на испарение влаги;

- на диссоциацию ;

- с отходящими газами;

- с известью, выходящей  из печи;

- с пылеуносом;

- потери в окружающую  среду.

Таблица 3. Тепловой баланс печи на 1 кг извести при

Приходные статьи			Расходные статьи
Наименования	Количество		Наименования	Количество
	кДж	%		кДж	%
	2954,56	98,51		25,05	0,84
	31,20	1,04		2363,64	78,80
	11,26	0,38		443,64	14,78
	2,25	0,08		90,00	3,00

Окончание таблицы 3

				1,84	0,06
				73,10	2,44
Итого	2999,27	100	Итого	2999,27	100

 

Таблица 4. Тепловой баланс печи на 1кг извести при

Приходные статьи			Расходные статьи
Наименования	Количество		Наименования	Количество
	кДж	%		кДж	%
	2925,01	97,40		25,00	0,85
	31,20	1,04		2363,64	80,64
	44,68	1,49		449,53	12,94
	2,22	0,07		90,00	3,07
				1,84	0,06
				73,10	2,44
Итого	3003,12	100	Итого	3003,12	100

 

Таблица 5. Тепловой баланс печи на 1кг извести при

Приходные статьи			Расходные статьи
Наименования	Количество		Наименования	Количество
	кДж	%		кДж	%
	2895,46	96,31		25,00	0,83
	31,20	1,04		2363,64	78,62
	77,59	2,58		452,87	15,06
	2,20	0,07		90,00	2,99

 

Окончание таблицы 5.

				1,84	0,06
				73,10	2,44
Итого	3006,45	100	Итого	3006,45	100