Проект вращающейся печи для обжига портландцементного клинкера

F: Fe₂O₃ – 3.95

C: CaO – 65.76

M: MgO – 1.55

S: SO₃ – 0.50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчетная часть

3.1 Расчет процесса горения газообразного топлива

Таблица 1 - Состав газообразного топлива

Состав	Содержание, %
СН4	98.5
С2Н6	0.6
C3H8	0.1
CO2	0.1
N2	0.7
Итого	100.0

Температура топлива 1 °С.

Выполняется на ЭВМ "Искра - 1256" по методике, изложенной в [5]. Принят коэффициент избытка воздуха для горения α = 1.2 [5].

В результате расчета получено:

• количество воздуха для горения топлива V^в=11.33 м3/м3т;
• объем продуктов горения с учетом избытка воздуха V^п.г.=12.33 м3/м3т;
• теплотворная способность топлива =35527 кДж/м3т;
• минимально необходимая температура подогрева воздуха

(обозначения согласно [5]).

 

Таблица 2 - Состав рабочего газообразного топлива

Составляющая	, об %	, м3/м3т
СН4 С2Н6 C3H8 N2 Н2O CO2	97.909 0.596 0.099 0.696 0,643 0.099	0,97909 0,00596 0,00099 0,00696 0,00643 0.00099
Итого	100.042	1.00042

 

Таблица 3 – Состав продуктов горения, об.%

H2O	CO2	O2	N2
16.05	8.07	3.22	72.67

3.2 Расчет затрат сырья и выхода продуктов разложения

3.2.1 Теоретические затраты сухого сырья без учета пылеуноса:

G^'_сс=   

G^'_сс= =1.658 (кг/кг_кл)   (1)

3.2.2 Затраты сырья с учетом пылеуноса:

 

G_сс=         G_сс= =1,679 (кг/кг_кл)    (2)

3.2.3 Выход безвозвратно уносимой пыли:

 

     G_ПУ=   =0,017 ( кг/кг_кл) (3)

3.2.4 Выход СО₂ из сырья:

 

= =0.637 (кг/кг_кл) (4)

 

   = =0,322 (м³/кг_кл)    (5)

 

3.2.5 Выход гидратной влаги из сырья:

= 0.025 (кг/кг_кл)    (6)

  

= =0.031 (м³/кг_кл)      (7)

 

3.2.6 Затраты влажного сырья:

     

 

=2.665 (кг/кг_кл)    (8)

3.2.7 Выход  физической влаги:

 

                  

0.986 (кг/кг_кл)    (9)

 

        

 

1.226 (м³/кг_кл)    (10)

 

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

 

G_возвр = G^п_пу – Gпу

 

G_возвр = 0.13 – 0.017 = 0.113 (кг/кг_кл)   (11)

 

3.3 Расчёт минерального состава клинкера и теплового эффекта клинкерообразования при С

 

65.76 - 0.7 ∙ 0.5 = 65.41 %      (12)

 

4.07∙65.41–7.6∙22.7-6,72∙5.54-1,43∙3.95=50.83 %             (13)

8.6∙22.7-3.07∙65.41+5.1∙5.54+1.08∙3.95=26.93% (14)

 

2.65∙5.54-1.69∙3.95=8.006 %     (15)

 

3.04∙3.95=12.008 %       (16)

 

3.3.1 Расход теплоты

На дегидратацию глинистого компонента:

 

/100

 

= 1.658∙1.5∙6870/100=170.9 (кДж/ )  (17)

 

На декарбонизацию известкового компонента:

 

  

 

= = 2563.4 (кДж/ )  (18)

 

На образование жидкой фазы:

ГМ=А/F

ГМ=5.54/3.95=1.403    (19)

 

    (20)

3.3.2 Приход теплоты

За счёт образования клинкерных материалов:

 

(кДж/ ) (21)

 

За счёт стеклообразования:

 

= 0.5∙172.6=86.3 (кДж/ )                          (22)

 

= 170.9+2563.4+172.6-86.3-478.7=2341.9 (кДж/ ) (23)

3.4 Определение размеров печи и потерь теплоты в окружающее пространство

 

По заданному значению (т/ч) принимаем по опытным данным для печей того же типа и близкой производительности:

       (24)

 

       (25)

3.4.1 Площадь  наружной боковой поверхности  печи (по корпусу):

    

 

       

 

(м²)      (26)

3.4.2 Диаметр  печи по корпусу:

=1.95  (м)     (27)

3.4.3 Толщина  футеровки печей:

d=0.200 (м), т.к D_нар=1.95 (м) < 5.2 (м)

Диаметр печи по футеровке:

1.55(м)    (28)

3.4.4 Длина  печи:

72.2 (м)     (29)

 

3.4.5 Размеры зон печи:

 

Средняя скорость движения материала  в печи:

 

(м/ч)    (30)

 

где i – наклон барабана печи по отношению к горизонтали, % i = 4 – 5% , т.к. м.

n– частота вращения печи (1/ч), n = 0.6–1.2 (принимается тем выше, чем меньше значение i).

- угол естественного откоса; = 0.78 – 0.87 (зона спекания), = 0.71 – 0.77 (зона охлаждения).

i = 4.5%; n = 0.7

Длины зон спекания и охлаждения определяем по необходимому времени пребывания в них материала :

(м)      (31)

где = 0.50 – 0.65 ч (зона спекания), = 0.20 – 0.25 ч (зона охлаждения)

Я принимаю = 0.55 для зоны спекания и = 0.23 для зоны охлаждения.

 

Для зоны спекания:

(м/ч)

(м)     (32)

 

Для зоны охлаждения:

 

(м/ч)

(м)     (33)

 

Длина зон декарбонизации и экзотермических  реакций:

 

(м)   (34)

 

= (м)   (35)

 

Для печей мокрого способа ориентировочная  длина цепной зоны:

 

(м)   (36)

 

Суммарная длина первых трёх зон  печи без учёта  :

L^'_1-3 = L – Lохл – Lспек – Lэкз – L^'_ц

L^'_ц = 72.2 – 2.8 – 6.3 – 4.3 – 13.7 = 45.1 (м)  (37)

Определение действительной температуры горения топлива

Объемная энтальпия продуктов  горения топлива с учетом подогрева воздуха до температуры на выходе из зоны охлаждения:

in.г=                  (64)

in.г= (кДж/м³)

Объемная энтальпия продуктов горения с учетом пирометрического КПД процесса горения n_пир=0.8 [4]:

in.г=3200∙0.8=2560 (кДж/м³)    (38)

Действительная температура горения  топлива определяется при α=1,2; определяется по i-t диаграмме [4]:  t_гор=1610 ºC

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

 

Среднее значение диаметра печи:

 

 (м)    (39)

 

Средние значения температур внутренней поверхности футеровки по зонам  определили по данным таблицы [П5] [5]

Таблица 4 - Средние значения температур внутренней поверхности футеровки

 

Зона	Температура,
	Материала		Газов
	Начало зоны	Конец зоны	Начало зоны	Конец зоны
Сушка, декарбонизация	100 (ц.з.)	950	900	1550
Экзотермические реакции	950	1200	1550	1610
Спекание	1300	1300	1610	400
Охлаждение	1300	1170	400	300

 

 

     (40)

Площадь поверхности по зонам:

      (41)

 

Зона декарбонизации:

 

 

 

(м²)

 

Зона экзотермических реакций:

По формуле (40)

По формуле (41)

(м²)

 

Зона спекания:

По формуле (41)

(м²)

 

Зона охлаждения:

По формуле (40)

По формуле (41)

(м²)

 

Исходя из средних температур, выбираем материалы футеровки:

Таблица 5 - Выбор материала футеровки по зонам печи

 

Зона	Материал футеровки	Характеристика материала	Значения коэффициентов уравнения λ=a1+b1t+ b2t2+ b3t3
			a1	b1*103	b2*103	b3*103
Сушка, декарбонизация	ШЦО	Шамот обыкновенный	0.806	-0.523	1.77	-0.867
Экзотермические реакции	ХПЦ	Хромитопериклазовый	2.47	-0.209	-	-
Спекание	ПШЦ	Периклазошпинелидный	3.14	-0.644	-	-
Охлаждение	МКРЦ	Муллитокремнезёмистый	1.34	0.010

 

Потери теплоты и значения внутренних температур футеровки печи считаем  на ЭВМ, получаем:

Таблица 6 - Данные расчета на ЭВМ

 

Зона	Q, Вт	tвн, 0С	tнар, 0С
Сушка, декарбонизация	2094.82	= 875	111
Экзотермические реакции	11601.88	= 1328	318
Спекание	12610.36	= 1298	333
Охлаждение	4176.28	= 793	171

 

Потери теплоты печью:

             (42)

или в расчете на 1кг клинкера:

 

                                                                                                                  

  (43)

 

3.5 Тепловой баланс вращающейся  печи

Составляется на 1 кг клинкера с целью определения затрат топлива Х_Т, (газообразное топливо).

Приходные статьи:

1 Потенциальная  теплота топлива:

 

      (44)

 

2 Теплосодержания топлива:

Этой статьёй мы пренебрегаем так  как топливо подогревается до tт < 100 ⁰С.

3 Теплосодержание поступающего воздуха:

 

 (45)

4 Теплосодержание влажного сырья

t_c=20 ⁰С

 (46)

 

Расходные статьи:

1 Затраты теплоты на физико-химические превращения:

 

2 Затраты теплоты на испарение физической влаги:

             

            (47)

где r₀ – удельная теплота парообразования.

3 Теплосодержание цементного клинкера, выходящего из печи:

  (48)

4 Теплосодержание отходящих газов:

 

              (49)

5 Потери теплоты с безвозвратным уносом:

Принимаем t_пу=t_о.г=180 ºC

              

    (50)

6 Затраты теплоты на декарбонизацию безвозвратного уноса: