Вращающаяся печь 5x185м для обжига клинкер по мокрому способу

СОДЕРЖАНИЕ

 

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ			2
ВВЕДЕНИЕ			3
1.	ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ  ЦЕМЕНТНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ		5
	1.1	Расчет горения топлива	5
	1.2	Материальный баланс по сырью	8
	1.3	Теоретические затраты тепла  на клинкерообразование	9
	1.4	Тепловой баланс печи и  определение удельного расхода  топлива на обжиг клинкера	10
	1.5	Материальный баланс установки	14
	1.6	Расчет производительности печи	14
	1.7	Выбор пылеосадительных устройств и дымососа	15
	1.8	Топливосжигающее устройство	17
2.	СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ		18
	2.1	Расчет размеров колосникового  холодильника	18
	2.2	Подбор дутьевых вентиляторов для колосниковых холодильников  и аппаратов для обеспыливания выбрасываемого воздуха	24
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК			27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ			28

 

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1. Тема курсового проекта:  Вращающаяся печь 5x185м для обжига  клинкер по мокрому способу.  Топливо – газ тюменский.

2. Содержание проекта:  а) расчеты горения топлива  и печи по методическим указаниям,  спец. расчет – колосниковый холодильник; б) графика – горячий конец печи с холодильником.

3. Особые дополнительные  сведения:

Химический состав сырьевой смеси, %

ППП	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	прочее	S
35,47	14,1	3,63	2,58	42,35	1,46	0,41	100,0

 

Минералогический состав клинкера, %

C3S	C2S	C3A	C4AF	прочее	S
55	22	8	12	3	100

Влажность шлама W=36 %

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 200 ^OC
• потери в окружающую среду 13 ^OC

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цементный клинкер получают в основном из мокрых сырьевых смесей (шламов) с влажностью от 30% до 50% во вращающихся печах, не имеющих запечных теплоутилизаторов. К преимуществам мокрого способа обжига относятся простота приготовления сырьевой смеси, легкость достижения однородности ее состава, сравнительно небольшие энергозатраты и достаточно гигиенические условия труда (отсутствие запыленности). Недостатком мокрого способа является повышенный расход топлива.

 

Вращающаяся печь диаметром 5 м и длиной 185 м конструкции  УЗТМ (рис.), состоит из цилиндрического  корпуса 1, опирающегося через бандажи 2 на опорные ролики 3. Корпус имеет уклон 3,5—4% и вращается со скоростью 0,5—1,2 об/мин. Привод печи двойной и состоит из двух электродвигателей 4, двух редукторов 5, двух подвенцовых шестерен и одного венцового колеса 6.

В середине печи, на одной  из ее опор, устанавливается пара роликов (горизонтально) для контроля за смещением печи вдоль оси (вниз или вверх). Вспомогательный привод включается в работу при ремонтах печи, в период розжига и остановки, когда печь должна вращаться медленно. Шлам подается в питательную трубу 7 при помощи ковшовых или объемных дозаторов, находящихся у холодного конца печи. Со стороны головки 8 в печь подается топливо и воздух; в результате сгорания топлива получаются горячие газы, поток которых направлен от горячего конца печи к холодному—навстречу движущемуся материалу. Для улучшения теплопередачи и обеспыливания газов внутри печи в холодном ее конце размещается цепной фильтр-подогреватель 9, создается цепная завеса 10 и устанавливаются теплообменники 11. Пыль, уловленная за печью в результате газоочистки, возвращается обратно в печь. Она транспортируется пневмонасосом в бункер, а из него при помощи периферийного загружателя 12 направляется в полую часть печи, расположенную рядом с цепной завесой со стороны горячего конца. Клинкер охлаждается в колосниково-переталкивающем холодильнике 14. На печах длиной 185 м корпус в зоне спекания оборудован установкой для водяного охлаждения 15 и центральной системой смазки 16.

 

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, %

CH4с	C2H6с	C3H8с	C4H10с	C5H12с	N2с	S
95,9	1,9	0,5	0,3	0,1	1,3	100

 

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, %

CH4вл	C2H6вл	C3H8вл	C4H10вл	C5H12вл	N2вл	Н2О	S
94,9	1,9	0,5	0,3	0,1	1,3	1	100

 

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 + 1452,5*C₅H₁₂^вл

Q_н^р = 358,3*94,9 + 634*1,9 + 907,5*0,5 + 1179,8*0,3 + 1452,5*0,1 = 36160 [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 + 8*C₅H₁₂^вл) =

= 0,0476 (2*94,9 + 3,5*1,9 + 5*0,5 + 6,5*0,3 + 8*0,1) = 9,6 [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*9,6 = 9,75 [м³/м³]

 

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

L_a = a*L_о = 1,05*9,6 = 10,08 [м³/м³]

 

Действительный расход атмосферного воздуха при его влагосодержании  d составит:

L_a^‘ = (1 + 0,0016*d) L_a = 1,016*10,08 = 10,24 [м³/м³]

 

Определяем объем продуктов  горения:

V_CO2^т = 0.01(CH₄ + 2*C₂H₆ + 3*C₃H₈ + 4*C₄H₁₀ + 5*C₅H₁₂) =

= 0,01(94,9 + 2*1,9 + 3*0,5 + 4*0,3 + 5*0,1) = 1,019 [м³/м³]

V_H2O^т = 0.01(2*CH₄ + 3*C₂H₆ + 4*C₃H₈ + 5*C₄H₁₀ + 6*C₅H₁₂ + H₂O + 0.16*d*L_a) =

= 0,01(2*94,9+3*1,9+4*0,5 + 5*0,3 + 6*0,1 +1+ 0,16*10*10,08) = 2,157 [м³/м³]

V_O2^т = 0.21(a - 1)L_о = 0,21(1,05 – 1)9,6 = 0,1 [м³/м³]

V_N2^т = 0.01*N₂ + 0.79*L_a = 0,01*1,3 + 0,79*10,08 = 7,976 [м³/м³]

 

Общее количество продуктов  горения:

V_a^т = 1,019 + 2,157 + 0,1 + 7,976 = 11,252 [м³/м³]

 

Процентный состав продуктов  горения:

CO₂ = (V_CO2^т *100) / V_a^т = (1,019*100) / 11,252 = 9,06 %

H₂O = 19,17 %

O₂ = 0,89 %

N₂ = 70,88 %

Материальный баланс горения:

приход	кг	расход	кг
Природный газ CH4 = 94,9*0,717 C2H6 = 1,9*1,359 C3H8 = 0,5*2,02 C4H10 = 0,3*2,84 C5H12 = 0,1*3,218 N2 = 1,3*1,251 H2O = 1*0,804 Воздух O2 = 10,08*0,21*1,429*100 N2 = 10,08*0,79*1,251*100 H2O = 0,16*10*10,08*0,804	68.04 2.58 1.01 0.852 0.322 1.626 0.804   302,49 996,2 12,97	Продукты горения CO2 = 1,977*100*1,019 H2O = 0,804*100*2,157 N2 = 1,251*100*7,976 O2 = 1,429*100*0,1	201,46 173,42 997,8 14,29
Всего	1386,89	Всего Невязка	1386,97 0,08 0,006%

Определяем теоретическую  температуру горения. Для этого  находим теплосодержание продуктов  горения с учетом подогрева воздуха  до 600^оС при a=1,05.

По i–t диаграмме находим теплоту нагрева атмосферного воздуха i_воз.=840[кДж/м³]

i_общ.=(Q_н^р/V_a^т)+(L_a^‘ * i_воз./V_a^т) = (36160/11,252)+(10,24*840/11,252)=3978 [кДж/м³]

По i – t диаграмме находим теоретическую температуру горения при a=1,05 : t_теор. = 2200 ^оС.

Определяем действительную температуру горения при h_n = 0,8.

Расчетное теплосодержание  составит:

i_общ.^‘ = i_общ.* h_n = 3978*0,8 = 3182 [кДж/м³]

По i – t диаграмме находим действительную температуру горения при a=1,05 : t_д. = 1900^оС.

 

Определим плотность продуктов  горения топлива:

r₀ = (1,019*1,977 + 2,157*0,804 + 0,1*1,429 + 7,976*1,251) / 11,252 = 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 / 36160 = 0,18 кг/кг кл.

 

Теоретический расход сухого сырья на 1 кг клинкера составит:

М_т^с = 100 / (100 – П.П.П.) = 100 / (100 – 35,47) = 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 – 36)) = 2,425 кг/кг кл.

 

Общее количество уноса материала  из печи составит:

М_ун. = n* М_п^с

где n – доля уносимого сырья 2-4%

М_ун. = 0,03*1,552 = 0,047 кг/кг кл.

 

Количество возвратного  уноса составит:

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

М_ун.^в = ((3 – 0,1)1,552) / 100 = 0,045 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 = (42,35*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.