Расчет вращающейся печи для изготовления керамзита

 

2.4 Расчет теплового баланса  вращающейся печи

Прежде чем приступить к расчету теплового баланса печи, необходимо произвести дополнительные вычисления, результаты которых понадобятся в дальнейшем. В качестве топлива для печей могут использоваться мазут, природный или попутный газ. При расчете процессов горения определяют количество воздуха, необходимого для полного сжигания топлива и количество образующихся продуктов горения. Процесс горения рассчитывают независимо от количества сжигаемого топлива, поэтому количество воздуха, необходимое для горения, и объем дымовых газов, образующихся в результате сжигания топлива, определяют на единицу массы жидкого топлива и на единицу объема газообразного топлива, т.е. выражают в нм³/кг или нм3/нм3 топлива. Рассмотрим примеры расчета жидкого топлива- мазута.

Расчет горения мазута

Задание. Определить теплопроводность, объем воздуха и количество образующихся продуктов горения при сжигании мазута в туннельных печах для обжига кирпича. Мазут имеет горючую массу следующего состава, %:

Cr	Hr	Sr	Nr	Or	∑
87,2	11,7	0,5	0,4	0,2	100

Содержание золы Ar= 0,1%, содержание влаги Wr= 2%.

Произведем пересчет горючей массы топлива на рабочую:

;

 и т. д.;

 

Sp=0,49; Np=0,39; Op=0,19.

Состав рабочего топлива, % по массе:

Cр	Hр	Sр	Nр	Oр	Ар	Wр	∑
85,4	11,45	0,49	0,39	0,19	0,2	2	100

Теплоту сгорания топлива определяем по формуле(1):

Теоретически необходимое для горения количество сухого воздуха при коэффициенте избытка   определяется по формуле:

Где Ср, Нр, Ор, Sр - содержание в рабочем топливе соответствующих элементов, %.

Атмосферный воздух содержит некоторое количество влаги, которое можно выразить влагосодержанием d г/кг сухого воздуха. Поэтому объем влажного атмосферного воздуха будет больше, чем рассчитанный выше. Для подсчета количества влажного атмосферного воздуха со значением d=10 г/кг сухого воздуха воспользуемся формулой:

 

Действительное количество воздуха при коэффициенте избытка в корне факела  :

Сухого воздуха

;

Атмосферного воздуха

Количество и состав продуктов полного горения при коэффициенте  находим по формулам:

Всего сухих газов:

 

Общее количество продуктов горения при  :

Процентный состав продуктов горения при  :

;

;

;

;

.

Сумма продуктов горения 100%.

Таблица 1 Материальный баланс процесса горения мазута

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Топливо-мазут	100	5,84
Воздух:			Продукты горения:
О2=100  12,444  0,21  1,429	373,43	21,7	СО2=100  1,584  1,977	313,16	18,21
N2=100  12,444  0,79  1,251	1229,83	71,53	Н2О=100  1,506  0,804	121,08	7,04
Н2О=100  12,444  0,0016  10 0,804	16	0,93	N2=100  9,834  1,251	1230,23	71,54
			SO2=100  0,00343  2,926	1	0,06
			О2=100  0,379  1,429	54,16	3,15
			Невязка:
			(100 0,37)/1719,63=0,02	0,37	0,02
Итого	1719,26	100	Итого	1719,63	100

 

 

Calculul termotehnic 

Исходные данные

Длина печи 40 м, диаметр 2,5 м; топливо- мазут марки 20, производительность печи  , формовочная влажность глины W=22%, влажность гранул на выходе из сушильного барабана Wc=7,5%, температура сырца при загрузке в печь tc=66◦С, температура керамзита на выходе из печи tк=830 ◦С, температура отходящих газов tог=430◦С, температура воздуха, подаваемого на горение tв=200◦С, насыпная плотность керамзита 450кг/м3, масса сырца, загружаемого в печь Gc=6562,94 кг/ч, химический состав глины, %: СаО- 0,93; MgO- 4; ППП-7,7.

Приход тепла

1.         От горения топлива:

кДж,

где В- часовой расход топлива, м 3 или кг.

2.         Тепло, вносимое топливом:

кДж,

где Ст- удельная теплоемкость топлива, кДж/кг*К; tT- температура топлива, поступающего на горение, ◦С; tT=75 ◦С.

Удельная теплоемкость определяется по формуле:

для мазута

Ст=4,2(0,415+0,0006 tT)=4,2(0,415+0,0006 75)=1,932, кДж/кг*К.

3.         Тепло, вносимое сырцом:

 

кДж,

Где GC- масса сырца:

кДж;

 кг/м3;

СС- удельная теплоемкость сырца, кДж/кг*К:

 кДж/ кг*К.               

4.         Физическая теплота воздуха, подаваемого на горение:

 кДж,

где СВ- удельная теплоемкость воздуха, равная 1,344 кДж/м3*К;

- теоретический объем воздуха, необходимый для горения 1м3 или 1 кг топлива. Принят из расчета горения топлива для  ; tВ- температура воздуха, подаваемого на горение. Принята tВ=200◦С.

5.         Физическая теплота воздуха, подсасываемого через неплотности головки печи:

кДж,

Где  ’- коэффициент избытка воздуха со стороны выгрузки печи, обычно принимают 1,4…1,5.

6.         Физическая теплота вторичного воздуха, поступающего в печь из холодильника:

кДж,

Где  - температура воздуха, выходящего из холодильника, равная 150…180оС.

Расход тепла

1.         На испарение влаги из сырца

кДж,

Где 2499- скрытая теплота парообразования воды при 0 оС, кДж/кг;  - часовая производительность печи по обожженному керамзиту, кг;  - объем воды, выделяющейся при обжиге сырца, приходящегося на 1 кг керамзита, кг.

Определяем  . При насыпной плотности керамзита  =450 кг/м3 и производительности печи 12,66 м3/ч

= 450 12,66=5697 кг/ч,

= ,

Где  - расход абсолютно сухой глины на 1 кг обожженного керамзита.

кг/кг.

 

Расход сырца на 1 кг обожженного керамзита

кг/кг,

Тогда  =1,17-1,083=0,087кг/кг керамзита.

2.         На химические реакции:

2.1. На разложение СаСО3.

кДж,

Где 1587,6- эндотермический эффект декарбонизации СаСО3, кДж/кг.

;  ,

Где СаО- содержание оксида кальция в глине, %;

100 моль СаСО3; СаО- 56.

.

2.2.     Разложение MgCO3:

кДж,

Где 1318,8- эндотермический эффект декарбонизации MgCO3, кДж/кг.

 

;  ,

Где MgО- содержание оксида кальция в глине, %;

84,32- моль MgCO3, 40,32- моль MgO.

.

2.3.     Дегидратация глинистых материалов:

кДж,

Где 6720- эндотермический эффект дегидратации глинистых материалов, кДж/кг;  - расход тепла на дегидратацию глинистых материалов.

,

Где

2.4.     Плавление силикатной массы:

кДж,

 

Где 315 кДж- удельный расход теплоты на образование стекловидной фазы, отнесенной к 1 кг обожженного керамзита.

Общий расход тепла на химические реакции

кДж.

3.         Потери тепла с керамзитом на выходе из печи:

кДж,

Где tK- температура керамзита на выходе из печи, оС, Ск- удельная теплоемкость обожженного керамзита при температуре tK, кДж/кг*К, вычисляется по формуле

 кДж/кг*К.

4.         Потери тепла в окружающую среду

кДж.

Потери тепла в окружающую среду можно принимать в размере 20% от теплоты горения топлива.

5.         Потери тепла с отходящими газами.

5.1. С физической теплотой продуктов  горения

кДж,

 

Где  - объем продуктов горения на 1 м3 или 1 кг топлива при  принимают из расчета горения топлива;

С ог- удельная теплоемкость отходящих газов при их температуре на выходе из печи. Определяют по формуле:

кДж/куб.м*К.

5.2. С физической теплотой водяных  паров гигроскопической и химически  связанной влаги:

кДж,

Где  - удельная теплоемкость водяных паров при температуре отходящих газов принимаем из табл. Приложения.

5.3. С физической теплотой:

кДж,

Где  - расход тепла с летучими органическими веществами. Определяется по формуле:

Где  - удельная теплоемкость метана при температуре отходящих газов.

5.4. С физической теплотой СО2, образовавшегося при разложении  карбонатов:

 

кДж,

Где  - удельная теплоемкость углекислого газа при температуре отходящих газов.

Общие потери тепла с отходящими газами:

6. Потери тепла с химическим  недожогом топлива:

кДж,

Где Х- потери тепла с химическим недожогом топлива.

Общее уравнение теплового баланса вращающейся печи за 1 ч работы:

40726,77В+144,9В+506357,07+3398,44В+130,7В+650,64В=1238601,86+ +3704588,41+5257630,27+8145,35В+7952,99В+1545060,51+407,26В;

28545,85В=11239523,98;

Откуда часовой расход газа В=393,74 м3.

Найденное значение расхода топлива подставляем в те уравнения, где эта величина была неизвестной и пересчитываем их. Затем составляем сводную таблицу теплового баланса, из которой находим удельный расход тепла на обжиг 1 кг керамзитового гравия (табл.2).

 

кДж.

 кДж.

 кДж.

 кДж.

 кДж.

 кДж.

 кДж.

 кДж.

Таблица 2. Сводный тепловой баланс

Приходные статьи	Количество теплоты			Расходные статьи	Количество теплоты
	кДж	кДж на 1 кг керамзита	% к итогу		кДж	кДж на 1 кг керамзита	% к итогу
От горения топлива	16035758,42	2908,23	88,23	На испарение влаги	1238601,86	217,41	6,78
Физическая теплота: топлива	57052,93	10,01	0,31	На химические реакции	3704588,41	650,27	20,3
сырца	506357,07	88,9	2,69	Потери тепла с керамзитом на выходе из печи	5257630,57	922,87	28,82
воздуха, подсасываемого на горение	1338101,76	234,88	7,13	Потери тепла в окружающую среду	3207150,1	562,95	17,57
воздуха, подсасываемого в печь	51461,82	9,03	0,27	Потери тепла с отходящими газами	4676470,79	820,86	25,63
воздуха вторичного, поступающего из холодильника	256182,99	44,97	1,36	Потери тепла с химическим недожогом топлива	160354,55	28,15	0,88
ИТОГО	18244914,99	3296,02	100	ИТОГО	18244796,28	3202,51	100

Невязка баланса 18244914,99-18244796,28= 118,71кДж.

Удельный расход теплоты на обжиг 1 кг керамзита составляет 3296,02 кДж.

 

3. Конструктивная часть

3.1 Устройство и принцип действия  вращающейся печи

Вращающаяся печь 2,5×40.

Применяется на заводах производительностью 100 тыс.м3 керамзита в год.

Корпус 7 печи сварен из листового металла толщиной 18 и 30 мм. Каркас печи состоит из секций, сваренных между собой встык. Секции корпуса, расположенные около опор на длине 2000мм имеют стальные листы толщиной 30 мм с учетом того, что максимальное напряжение корпус испытывает в этих сечениях.

Бандажи 4 крепятся в усиленной части корпуса специальными башмаками, привираемыми к обечайке. Между башмаками бандажи лежат свободно с компенсационным зазором. Положение опорной поверхности бандажа по отношению к корпусу печи регулируются башмаками.

Внутренняя часть печи футерована. Футеровка положена ровно по всей длине внутренней поверхности корпуса за исключением входной его части. На входе футеровка имеет бурт, который уменьшает входное отверстие корпуса и предупреждает просыпание материала и пылеосадительную камеру во время его загрузки в печь.

При работе печи борт, а также часть футеровки при разгрузочном конце печи подвергаются наибольшему изнашиванию. Чтобы предохранить эту часть футеровки от разрушения, на входном конце печи приварена торцовая шайба. Эта шайба используется также для устройства уплотнения между торцом пылеосадительной камеры. Уплотнение создается лабиринтом, образующимся между концентрически расположенными обечайками, приваренными к пылеосадительной камере. Выходной конец печи заканчивается торцевой конической шайбой. Внутренний диаметр шайбы соответствует выходному диаметру печи. Благодаря этому материал, движущейся по футеровке, выходя из печи, истирает металлическую шайбу, срок службы которой значительно выше, чем футеровки.

На концах корпуса печи установлены уплотнения, предохраняющие окружающую атмосферу от загрязнений газами и улучшающие тепловой процесс внутри печи. Уплотнение между печью и пылеосадительной камерой состоит из двух частей. Одна из них по устройству аналогична, описанной конструкции торцовой шайбы, другая представляет собой резиновую прокладку, прижатую к корпусу печи по всей окружности. Уплотнение 3 между корпусом и откатной головкой состоит из четырех концентрически расположенных цилиндрических обечаек. Две обечайки приварены к корпусу печи, две другие к корпусу откатной головки.

Обечайки отличаются одна от другой диаметром, что позволяет как бы вдвинуть одну в другую. Вдвинутые обечайки образуют лабиринт, препятствующий прохождению газов.

Печь опирается на две опоры, состоящие из двух опорных роликов 11. Кроме опорных роликов, на одной из опор установлены два упорных ролика,