Вращающаяся печь 5x185м для обжига клинкер по мокрому способу

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

 

Приравнивая приход тепла  расходу, определяем удельный расход топлива:

42452,34*б + 50,24 = 7976,36*б + 5566,07

б = 5515,83 / 34475,98 = 0,16 кг/кг кл.

 

Расход топлива может  увеличиться на 0,002 кг/кг кл.

 

2.2 Подбор дутьевых вентиляторов  для колосникового холодильника  и аппаратов для обеспыливания выбрасываемого воздуха

 

1. Острое дутье. По опытным  данным для острого дутья применяем  вентилятор с высоким давлением  5-6 кПа. Производительность вентилятора  острого дутья с учетом запаса 20 % составит:

V₁ = V_од * П * 1,2 * (1 + t_в’ / 273) м³/ч

V₁ = 0,239 * 75000 * 1,2 * (1 + 10 / 273) = 22298 м³/ч

 

Для острого дутья необходим  вентилятор с давлением 5-6 кПа и  производительностью 22298 м³/ч. Таких вентиляторов в справочниках нет, поэтому потребуется изготовление вентилятора по специальному заказу.

 

2. Горячая камера холодильника. Вентилятор для подачи воздуха  под колосники этой камеры  подбираем по полученному в  расчете расходу воздуха. Производительность  вентилятора с запасом 20 % составит:

V₂ = (L_вт * б - V_од) * П * 1,2 * (1 + t_в’ / 273) м³/ч

V₂ = (10,08 * 0,158 – 0,239) * 75000 * 1,2 * (1 + 10 / 273) = 126290 м³/ч

Общее сопротивление колосникового  холодильника складывается из сопротивления  слоя клинкера, колосниковой решетки, трубопроводов, задвижки. Поскольку  основное сопротивление дает слой клинкера, то эту величину, определенную для  первой камеры холодильника (1000 Па), принимаем  за основу, а другие потери 50% от основного (500 Па).

 

Подбираем для установки  вентилятор ВДН-20,5у с характеристиками:

производительность	120000 м3/ч
давление	2600 Па
температура	20 oC
частота вращения	735 об/мин
КПД	84%

 

3. Холодная камера холодильника. Производительность вентилятора  для подачи воздуха в эту  камеру составит:

V₃ = V₂ * 1,2 * (1 + t_в’ / 273) м³/ч

V₃ = 126290 * 1,4 * (1 + 10 / 273) = 183282 м³/ч

Средняя температура воздуха  в этой камере равна:

t_в^ср = (10 + 64) / 2 = 37 ^oC

  r_в = r₀ * (273 / (273 + t_в^ср)) = 1,293 * (273 / (273 + 37)) = 1,139 кг/м³

Аэродинамическое сопротивление  слоя клинкера в этой камере рассчитываем по формуле DР = (m * Н * w_в² * r_в) / d Па, принимая высоту слоя клинкера из-за провала мелочи в 1,3 раза меньше по сравнению с горячей камерой, а средний размер зерен в 1,3 раза больше:

DР = (m * Н * w_в² * r_в) / d = (0,043*0,2*1,23²*1,139)/(1,3*0,01*1,3)= 0,877 кПа

DР увеличиваем в 1,5 раза: 1,5 * 0,877 = 1,316 кПа

 

Подбираем для установки  вентилятор ВДН-18-11 с характеристиками:

производительность	180/135 тыс. м3/ч
давление	3500/2600 Па
температура	30 oC
частота вращения	980/740 об/мин
КПД	83%

 

4. Обеспыливание выбрасываемого воздуха. Для обеспыливания воздуха, выходящего из холодной камеры, подбираем аппарат тонкой пылеочистки – многопольный электрофильтр по выходу воздуха:

 

V₄ = V₂ * 1,2 * (1 + t_в^х / 273) м³/ч

V₄ = 126290 * 1,2 * (1 + 64 / 273) = 187076 м³/ч

Для улавливания пыли печных газов проектируем жалюзийный пылеуловитель  с КПД=0,85 (h^‘) и электрофильтр с КПД=0,99 (h^‘‘). Принимая КПД запроектируемых к последовательной установке обеспыливающих аппаратов, вычисляем концентрацию пыли на выходе из электрофильтра, она не должна превышать

80 мг/м³. Запыленность воздуха примем 30 г/м³.

m₂ = m₁*(1 - h^‘)*(1- h^‘‘)*1000 мг/м³

m₂ = 30*(1 - 0,85)*(1- 0,99)*1000 = 45 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 = 187076 / (3600 * 1) = 52 м²

S_min = 187076 / (3600 * 1,5) = 35 м²

 

Таким образом для улавливания  пыли печных газов необходим электрофильтр  с размером площади активного  сечения от 35 до 52 м².

Подбираем для установки  электрофильтр ЭГА 1-20-9-6-4 с характеристиками:

Число газовых проходов, шт.	20
Активная высота электродов, м	9
Активная длина поля, м	3,84
Число полей, шт.	3
Площадь активного сечения, м2	49
Общая площадь осаждения, м2	4240

 

Для просасывания воздуха  через обеспыливающий аппарат подбираем  дымосос соответствующей производительности, взятой из характеристики обеспыливающего  аппарата с запасом 30 %.

 

187076 * 1,3 = 243200 м³/ч

 

подбираем дымосос Д-208х2 с характеристиками:

производительность	245000 м3/ч
давление	4000 Па
температура	200 oC
частота вращения	730 об/мин
КПД	70%

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данном курсовом проекте  были сделаны теплотехнические расчеты  вращающейся печи 5х185м для обжига цементного клинкера по мокрому способу. В качестве топлива использован  газ тюменский. Теоретическое тепло  реакции клинкерообразования 1810,29 кДж/кг кл. Удельный расход топлива на обжиг клинкера 0,158 м³/кг кл. Удельный расход тепла на обжиг клинкера 5713,28 кДж/кг кл. Технологический КПД печи 31,7 %. Тепловой КПД печи 69,8 %.

На выходе из печи концентрация пыли в газах 46,163 мг/м³, что не превышает допустимых 80 мг/м³.

 

В специальном тепловом расчете  был сделан расчет размеров колосникового  холодильника: длина 16,6 м; ширина 4,2 м; площадь 69,7 м². Технологический КПД холодильника 90,7 %. Тепловой КПД холодильника 97,6 %. Полученная в расчете холодильника температура вторичного воздуха поступающего в печь 465 ^oC меньше температуры принятой в начале расчетов при составлении теплового баланса печи 500 ^oC, что может привести к увеличению расхода топлива на 0,02 м³/кг кл.

Концентрация пыли на выходе из холодной камеры после обеспыливающих аппаратов 45 мг/м³, что не превышает допустимых 80 мг/м³.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Вдоченко В.С., Мартынов М.И. Энергетическое топливо СССР. М.:Энергоатомиздат, 1990. 126с.

 

2. Пьячев В.А., Капустин Ф.Л. Тепловые и технологические расчеты вращающихся печей для обжига цементного клинкера. Екатеринбург:УПИ, 1992. 34с.

 

3. Печенкин С.И. Руководство по курсовому проектированию печей и сушил силикатной промышленности. Часть 1. Расчет горения топлива. Аэродинамические расчеты. Свердловск:УПИ, 1980. 52с.

 

4. Печные агрегаты цементной промышленности / С.Г. Силенок, Ю.С. Гризак, В.Н. Лямин и др. М.:Машиностроение. 1984. 168с.

 

5. Строительные материалы. Справочник / А.С. Болдырев, П.П. Золотов, А.Н. Люсов и др. М.: Стройиздат, 1989. 567с.