Проект вращающейся печи для обжига портландцементного клинкера

Кафедра   технологии стекла и общей технологии силикатов

Факультет I   Курс      4   Группа   1183

 

Учебная дисциплина

 

ПЕЧИ И СУШИЛА СИЛИКАТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

Тема: Проект вращающейся  печи для обжига портландцементного клинкера

 

 

 

 

Студент   

Закурдаева О.С.   Личная подпись                        Расшифровка подписи

 

 

Руководитель  

Арсирий А. И.   Личная подпись                       Расшифровка подписи

                       

 

 

Оценка за курсовую работу                                Личная подпись руководителя

 

Санкт-Петербург

2012

 

Содержание

Введение            4

1 Аналитический обзор          6

1.1 Вращающаяся печь          6

1.2 Рекуператорный холодильник         7

1.3 Обжиг портландцементного клинкера во вращающихся печах    8

2 Задание на курсовой проект         9 3 Расчетная часть                    10

3.1 Расчет процесса горения газообразного топлива               10

3.2 Расчет затрат сырья и выхода продуктов разложения              11

3.2.1 Теоретические затраты сухого сырья без учета пылеуноса              11

3.2.2 Затраты сырья с учетом пылеуноса                 11

3.2.3 Выход безвозвратно уносимой пыли                  11

3.2.4 Выход СО₂ из сырья.                   11

3.2.5 Выход  гидратной влаги из сырья                 11

3.2.6 Затраты влажного сырья                  12

3.2.7 Выход  физической влаги из сырья                 12

3.2.8 Масса пыли, возвращаемой в  печь (возвратного уноса)              12

3.3 Расчёт минерального состава клинкера и теплового эффекта клинкерообразования при 0 °С                     13

3.3.1 Расход теплоты                    13

3.3.2 Приход теплоты                    14

3.4 Определение размеров печи и потерь теплоты в окружающее пространство           14

3.4.1 Площадь  наружной боковой поверхности печи по корпусу             14

3.4.2 Диаметр  печи по корпусу                  15

3.4.3 Толщина футеровки печи                  15

3.4.4 Длина печи                    15

3.4.5 Размеры зон печи                   15

3.4.6 Определение средних  температур внутренней поверхности футеровки и площадей поверхности теплопередачи по зонам печи                 17

3.5 Тепловой баланс вращающейся  печи                 20

3.6 Расчёт цепной завесы печи, работающей по мокрому способу             23 3.6.1 Тепловой баланс зоны                   23 3.6.2 Определение размеров цепной зоны                 25

3.7 Расчет рекуператорного холодильника                27 3.7.1 Тепловой баланс холодильника                 27

3.7.2 Определение размеров холодильника                        28

Вывод                      30

Список литературы                    31

 

 

 Введение

В силикатной промышленности, охватывающей цементное, керамическое, стекольное и другие виды производств, основными технологическими процессами являются обжиг, сушка или плавление шихтовых материалов. Промышленные печи относятся к очень важному производственному оборудованию, отличающемуся сложностью тепловых, аэродинамических и химических процессов, происходящих в них.

В современных условиях значительно  возросла мощность заводов силикатной промышленности, а вместе с этим мощность, размеры и производительность печей, оснащенных средствами автоматизации. Значительно усовершенствовались конструкции печей и сушил за счет применения новых теплообменных, топливосжигающих и других устройств и печных элементов. Более сложной стала и эксплуатация таких печей, требующих точного регулирования тепловых процессов, высококвалифицированного обслуживания.

В печах и сушилах силикатной промышленности осуществляются весьма сложные технологические процессы, связанные с сушкой и обжигом материалов и изделий, а также с расплавлением шихтовых материалов, например для получения цементного клинкера.

Промышленная печь как тепловой аппарат отличается тем, что в  ней получают тепловую энергию за счет сжигания топлива (или за счет электрической энергии электропечей) и передают ее материалам или изделиям, подвергаемым тепловой обработке. Основными теплотехническими процессами являются процессы сжигания топлива и теплопередачи, происходящие часто одновременно в рабочем пространстве печи. При этом большую роль играет создание необходимых условий для движения газов (аэродинамика).

Основным принципом проектирования современных печей служит непрерывность  производственных процессов тепловой обработки материалов или изделий и высокая производительность.

При проектировании печей необходимо учитывать, что к ним предъявляются  определенные теплотехнические и технологические  требования:

- достаточно высокая тепловая  мощность, обеспечивающая данную  производительность;

- в рабочем пространстве печи должны быть достигнуты необходимые температуры, соответствующие технологическому режиму производства;

- наиболее эффективное сжигание  подаваемого в печь топлива,  высокий коэффициент использования  топлива, минимальный удельный  расход тепла на обжиг или другой тепловой процесс;

- высокая удельная производительность, высокое качество выпускаемой  продукции при заданной производительности;

- наибольшая экономичность в  эксплуатации, легкость и простота  в обслуживании;

- наибольшая продолжительность работы без ремонтов, т.е. высокая стойкость огнеупорной кладки при воздействии высоких температур;

- печь должна быть автоматизированным  тепловым агрегатом.

При проектировании всегда стремятся  к тому, чтобы печь наиболее полно  удовлетворяла этим требованиям. Однако существующие типы печей почти всегда имеют какие-либо конструктивные и эксплуатационные недостатки. Поэтому непрерывно происходит совершенствование существующих типов печей и разработка принципиально новых конструкций на базе научных исследований и практики работы действующих печных установок. [1] 

В производствах спекаемых материалов – цементного клинкера, шамота, металлургических магнезита и доломита – ведущую  роль играют вращающиеся печи. В  цементной промышленности наиболее распространены вращающиеся печи с внутренними теплообменными устройствами для мокрого способа производства. Современные вращающиеся печи имеют колосниковые холодильники для охлаждения обожженного продукта.

 

1 Аналитический обзор

 

1.1 Вращающаяся печь

Вращающаяся печь представляет собой наклонно расположенный барабан (труба) из толстой листовой стали с внутренней футеровкой огнеупорными материалами. Обжигаемый материал внутри печей перемещается в виде кусков, порошка, гранулированной или брикетированной сырьевой смеси и шлама с влажностью до 40 %. Перемещение материала создается благодаря вращению печи обычно со скоростью от 0,5 до 4,0 об/мин и наклону ее к горизонту 3 – 5 %. Топливо и воздух вводят через нижний конец печи, вблизи которого происходит горение. От 15 до 35 % воздуха, необходимого для горения топлива, подается через форсунку. Остальной воздух поступает из сообщающегося с печью холодильника за счет разрежения, создаваемого дымовой трубой или дымососом. В холодильнике материал охлаждается холодным воздухом.

Таким образом, физико-химические процессы во вращающейся печи происходят под влиянием тепловой энергии, которая выделяется в результате горения топлива и передается обжигаемому материалу при перемещении его навстречу продуктам горения. Отходящие из печи газы проходят через пылеосадительное устройство и затем отводятся в атмосферу. Уловленная пыль подается в специальный сборник и возвращается в печь.

Основными размерами вращающейся  печи является диаметр D и длина L. Для печей, работающих в настоящее время в различных отраслях промышленности, эти размеры колеблются в очень широких пределах. Современные вращающиеся печи для обжига цементного клинкера имеют диаметр до 5,0 м и более, длина печей достигает 230 м. 

К конструктивным элементам вращающейся  печи относятся корпус, опоры, привод, головка, уплотнительные устройства, теплообменные устройства, футеровка и узел питания печи. В качестве теплообменных устройств используются фильтр-подогреватели шлама, цепные завесы, металлические и керамические теплообменники.

В настоящее время вращающаяся печь с цепями и теплообменником является основным агрегатом для получения цементного клинкера при мокром способе производства. Она надёжна в эксплуатации продукции и отличается значительной мощностью, а также высоким качеством продукции и экономичностью.

 

 

1.2 Рекуператорный холодильник

 

После обжига во вращающейся печи клинкер поступает в холодильник, где он охлаждается воздухом, который  затем расходуется в печи на горение  топлива. Применяются барабанные, рекуператорные и колосниковые холодильники.

Рекуператорные холодильники составляют одно целое с печью. Их отличает износостойкость, простота конструкции и сравнительно небольшие размеры. Недостатком рекуператорного холодильника является неполное охлаждение материала. Тепловой КПД рекуператорного холодильника составляет 65-70%. Используются рекуператоры для вращающихся печей 3,6/3,3*150 м и 3,0/2,7*118 м.

Рекуператорный холодильник состоит  из нескольких рекуператоров (от девяти до одиннадцати). Они изготовляются  из листовой стали толщиной 10 мм. Рекуператоры соединены с печью сменными патрубками из жароупорного чугуна. Для облегчения сборки патрубки крепятся с помощью клиньев. Для предотвращения попадания в рекуператоры крупных кусков материала на входе в патрубки установлены решетки. Со стороны торцовых стенок горячего конца установлены бронеплиты с направляющими лопастями из жароупорного чугуна. Остальная часть рекуператоров снабжена пересыпающимися полками. Имеется четыре ряда полок по шесть штук в каждом. Полки в смежных рядах расположены в шахматном порядке. Отверстия для выхода материала из рекуператоров закрыты решетками.

В рекуператор возвращается часть  охлажденного материала. Это предусмотрено  для облегчения работы рекуператоров путем снижения температуры поступающего в них материала.

 

 

1.3 Обжиг цементного клинкера во вращающейся печи

 

Вращающиеся печи, используемые для  получения цементного клинкера, работают по принципу противотока. При мокром способе производства шлам подаётся в печь со стороны её верхнего (холодного) конца, а топливно – воздушная смесь, сгорающая на протяжении 20 – 30 м длины печи, вдувается со стороны нижнего (горячего) конца. Горячие газы движутся навстречу материалу, нагревая его до требуемой температуры.

Вращающуюся печь в зависимости  от характера процессов, протекающих в обжигаемом материале на различных её участках, условно можно разделить на следующие температурные зоны: сушка, подогрев и декарбонизация, зона экзотермических реакций, спекание и охлаждение.

В водной среде облегчается измельчение материалов и улучшается их перемешивание. В результате получается более однородная шихта, что в конечном счете приводит к росту марки цемента, которая определяется прочностью при сжатии. Кроме того, при мокром способе упрощается транспортировка шлама и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Сравнительная простота мокрого способа и возможность получения высокомарочной продукции на сырье пониженного качества обусловили его широкое распространение в цементной промышленности нашей страны. В настоящее время этим способом выпускается около 85 % клинкера. В то же время введение в шлам значительного количества воды (30-50 % массы шлама) требует высоких затрат электроэнергии на ее испарение. В результате расход теплоты при мокром способе (5,8-6,7 МДж/кг) на 30-40 % выше, чем при сухом способе. Кроме того, при мокром способе возрастают габариты и соответственно металлоемкость печей.

 

2 Задание на курсовой проект

Вариант №1

Проект вращающейся печи для  обжига портландцементного клинкера

1. производительность: 8 т/ч
2. затраты сухой сырьевой шихты, дополнительно вводимой для компенсации пылеуноса: 1,25% от массы сухого материала
3. топливо: природный газ
4. содержание в сухом сырье связанного СО₂ – 38.2 %, гидратной влаги 1.5 %
5. начальная влажность сырья: 37 %
6. максимальная температура обжига: 1480 °С
7. температура материала, выходящего из печи: 1170  °С
8. температура отходящих газов: 180 °С
9. тип холодильника: рекуператорный

Химический состав клинкера, мас.доли, %:

S: SiO₂ – 22.70

A: Al₂O₃ – 5.54