Вращающаяся печь 5x185м для обжига клинкер по мокрому способу

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:

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