Теплотехнические расчетч цементной вращающейся печи

CaCO₃ = (42,35*100) / 56 = 75,63 %

MgCO₃ = (1,46*84,3) / 40,3 = 3,05 %

CO₂ = (42,35*44) / 56 + (1,46*44) / 40,3 = 34,87 %

 

Количество гидратной  воды в сырьевой смеси:

Н₂О = П.П.П. - CO₂

Н₂О = 35,47 – 34,87 = 0,6 %

 

Материальный баланс по сырью:

приход	кг	расход	кг
Сырьевая смесь Мпw Возврат Мун.в	2,425 0,045	Клинкер Общий унос Мун Выделившиеся из сырья  газы: - углекислый МСО2=(Мтс*СО2)/100 МСО2=(1,55*34,87)/100 - гидратная Н2О МН2О=(Мтс*Н2О)/100 МН2О=(1,55*0,6)/100 - физическая Н2О Мw= Мпw - Мпс Мw = 2,425 – 1,552	1 0,047   0,54   0,01   0,873
Всего	2,47	Всего	2,47

 

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_Н2О*6886

где 6886 тепловой эффект реакции , кДж/кг кл.

q₁ = 0,01*6886 = 68,86 кДж/кг кл.

 

2. Расход тепла на декарбонизацию:

q₂ = M_CaCO3 *1680 + M_MgCO3 *816

M_CaCO3 = (М_т^с * CaCO₃) / 100 = (1,55 * 75,63) / 100 = 1,172 кг/кг кл.

M_MgCO3 = (М_т^с * MgCO₃) / 100 = (1,55 * 3,05) / 100 = 0,047 кг/кг кл.

q₂ = 1,172 *1680 + 0,047 *816 = 2007,31 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 = (55*528 + 22*716 + 8*61 + 12*109) / 100 = 465,88 кДж/кг кл.

 

Теоретическое тепло реакции  клинкеробразования равно:

q_т = q₁ + q₂ + q₃ - q₄ = 68,86 + 2007,31 + 200 – 465,88 = 1810,29 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 = 36160 * 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 + 0,873 * 41,9 = 50,24 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 + 10,08 * 671,2) = 6765,7 * 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)

36160*б + 12*б + 50,24 + 6765,7*б  = 42925,7*б + 50,24

 

Расход тепла:

 

1. Теоретическое тепло  реакции клинкеробразования:

q_т = 1810,29 кДж/кг кл.

 

2. Тепло испарения физической  воды:

q_исп = М^w * q_исп = 0,873 * 2491 = 2174,64 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_H2O * i _H2O + V_N2 * i _N2 + V_O2 * i _O2

V_CO2= V_CO2^т * б + М_CO2 / r_CO2 = 1,019 * б + 0,54 / 1,977 = 1,019 * б + 0,27 м³/кг кл.

V_H2O=V_H2O^т*б+(М_H2O+М^w)/r_H2O=2,157*б+(0,01+0,873)/0,804=2,156*б+1,1 м³/кг кл.

V _N2 = V _N2^т * б = 7,976 * б м³/кг кл.

V _O2 = V _O2^т * б = 0,1 * б м³/кг кл.

q_отх^г =(1,019*б+0,27)*357,6 + (2,157*б+1,1)*304,4 + 7,976*б*260 + 0,1* б* 267,1=

= 3094,76*б + 458,1 кДж/кг кл.

 

5. Тепло, теряемое с  безвозвратным уносом:

q_ун = М_ун * i_ун = 0,047 * 185,9 = 8,74 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 * 36160 * б = 4700,8 * б кДж/кг кл.

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

 

7. Потери тепла от механического  и химического недожога топлива:

q_н = к‘‘ * Q_н^р * б = 0,005 * 36160 * б = 180,8 * б кДж/кг кл.

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

 

Всего расход тепла:

1810,29+2174,64+1114,3+3094,76*б+458,1+8,74+4700,8*б+180,8*б=

= 5566,07 + 7976,36*б

 

Приравнивая приход расходу, определяем удельный расход топлива:

42925,7*б + 50,24 = 7976,36*б + 5566,07

б = 5515,83 / 34949,34 = 0,158 м³/кг кл.

 

Удельный расход тепла  на обжиг клинкера:

q_х = Q_н^р * б = 36160 * 0,158 = 5713,28 кДж/кг кл.

 

Подставляя значение б = 0,158 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 (qx) 2. Физическое тепло топлива  (qф) 3. Физическое тепло сырья  (qфс) 4. Физическое тепло воздуха  (qфв)	5713,28 1,896 50,24 1069	83,60 0,03 0,74 15,64
Всего	6834,416	100
Расход тепла: 1. Теоретическое тепло  реакции клинкеробразования (qт) 2. Тепло испарения физической  воды (qисп) 3. Тепло, теряемое с  клинкером, покидающим печь (qк) 4. Тепло с отходящими  газами (qотхг) 5. Тепло, теряемое с  безвозвратным уносом (qун) 6. Потери в окружающую  среду через футеровку печи (qп) 7. Потери тепла от механического  и химического недожога топлива (qн)	1810,29 2174,64 1114,3 947,07 8,74 742,7 28,57	26,49 31,82 16,30 13,86 0,13 10,87 0,42
Всего Невязка	6826,31 8,106	99,88 0,12

 

Технологический КПД печи:

h_тех = (q_т / q_x) * 100% = (1810,29 / 5713,28) * 100% = 31,7 %

 

Тепловой КПД печи:

h_теп = ((q_т + q_исп) / q_x ) * 100% = ((1810,29 + 2174,64) / 5713,28) * 100% = 69,8 %

 

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 - Мпw 2. Топливо - б 3. Воздух - б * La * rв	2,425 0,158 2,06	52,23 3,40 44,37
Всего	4,643	100
Расход материалов: 1. Клинкер - Мк 2. Безвозвратный унос сырья  - Мпс- Мтс 3. Углекислота сырья - МСО2 4. Влага сырья - МН2О+Мw 5. Отходящие газы от  сгорания топлива - б * Vaт * r0	1 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 * 185 * (0,1 * 185 / 4,6 – 1) = 39,1 м

F_ц = p * D * L_ц * 3,5 = 3,14 * 4,6 * 39,1 * 3,5 = 1976 м²

F_т = 4 * D * L_т * 1,1 = 4 * 4,6 * 15 * 1,1 = 304 м²

F_ф = p * D * L = 3,14 * 4,6 * 185 = 2672 м²

n = (F_ц + F_т + F_ф) / F_ф = (1976 + 304 + 2672) / 2672 = 1,85

 

Производительность печи составит:

П = (5,25 * 1,85 * 4,6^1,5 * 185 * 200^0,25) / (1 + (36 - 35) * 1,6 / 100) = 65615 кг/ч

 

Принимаем производительность рассчитываемой печи 66 т/ч.

 

7. 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_H2O * V _N2 * V _O2 м³/кг кл.

V_отх^г = 0,431 + 1,441 + 1,26 + 0,016 = 3,148 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 + 200)) = 0,712 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 = 3,148 * 66000 * 1,4 * (1 + 200 / 273) = 503971 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 = (0,047 * 66000 * 1000) / 503971 = 6,155 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: