Вращающаяся печь 5х185 м для обжига клинкера по мокрому способу
СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
2
ВВЕДЕНИЕ
3
1.
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЦЕМЕНТНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ
5
1.1
Расчет горения топлива
5
1.2
Материальный баланс по сырью
8
1.3
Теоретические затраты тепла на клинкерообразование
9
1.4
Тепловой баланс печи и определение удельного расхода топлива на обжиг клинкера
10
1.5
Материальный баланс установки
14
1.6
Расчет производительности печи
14
1.7
Выбор пылеосадительных устройств и дымососа
15
1.8
Топливосжигающее устройство
17
2.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ
18
2.1
Расчет размеров колосникового холодильника
18
2.2
Подбор дутьевых вентиляторов для колосниковых холодильников и аппаратов для обеспыливания выбрасываемого воздуха
24
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
28
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
1. Тема курсового проекта Вращающаяся печь 5×185м для обжига клинкер по мокрому способу. Топливо – газ тюменский.
2. Содержание проекта а) расчеты горения топлива и печи по методическим указаниям, спец. расчет – колосниковый холодильник; б) графика – горячий конец печи с холодильником.
3. Особые дополнительные сведения
Химический состав сырьевой смеси, %
ППП
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
прочее
35,47
14,1
3,63
2,58
42,35
1,46
0,41
100,0
Минералогический состав клинкера, %
C3S
C2S
C3A
C4AF
прочее
55
22
8
12
3
100
Влажность шлама W=36 %
4. При расчете горения топлива принять WP=1%; подогрева воздуха 600 OC.
5. Тепловой баланс установки составлять без холодильника, принимая температуры
окружающей среды 10 OC
клинкера из печи 1100 OC
воздуха из холодильника 500 OC
(весь воздух через холодильник)
отходящих газов 200 OC
потери в окружающую среду 13 OC
ВВЕДЕНИЕ
Цементный клинкер получают в основном из мокрых сырьевых смесей (шламов) с влажностью от 30% до 50% во вращающихся печах, не имеющих запечных теплоутилизаторов. К преимуществам мокрого способа обжига относятся простота приготовления сырьевой смеси, легкость достижения однородности ее состава, сравнительно небольшие энергозатраты и достаточно гигиенические условия труда (отсутствие запыленности). Недостатком мокрого способа является повышенный расход топлива.
Вращающаяся печь диаметром 5 м и длиной 185 м конструкции УЗТМ (рис.), состоит из цилиндрического корпуса 1, опирающегося через бандажи 2 на опорные ролики 3. Корпус имеет уклон 3,5—4% и вращается со скоростью 0,5—1,2 об/мин. Привод печи двойной и состоит из двух электродвигателей 4, двух редукторов 5, двух подвенцовых шестерен и одного венцового колеса 6.
В середине печи, на одной из ее опор, устанавливается пара роликов (горизонтально) для контроля за смещением печи вдоль оси (вниз или вверх). Вспомогательный привод включается в работу при ремонтах печи, в период розжига и остановки, когда печь должна вращаться медленно. Шлам подается в питательную трубу 7 при помощи ковшовых или объемных дозаторов, находящихся у холодного конца печи. Со стороны головки 8 в печь подается топливо и воздух; в результате сгорания топлива получаются горячие газы, поток которых направлен от горячего конца печи к холодному—навстречу движущемуся материалу. Для улучшения теплопередачи и обеспыливания газов внутри печи в холодном ее конце размещается цепной фильтр-подогреватель 9, создается цепная завеса 10 и устанавливаются теплообменники 11. Пыль, уловленная за печью в результате газоочистки, возвращается обратно в печь. Она транспортируется пневмонасосом в бункер, а из него при помощи периферийного загружателя 12 направляется в полую часть печи, расположенную рядом с цепной завесой со стороны горячего конца. Клинкер охлаждается в колосниково-переталкивающем холодильнике 14. На печах длиной 185 м корпус в зоне спекания оборудован установкой для водяного охлаждения 15 и центральной системой смазки 16.
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЦЕМЕНТНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ
1.1 Расчет горения топлива.
В справочнике находим состав заданного вида топлива на горючую массу и влажность рабочей массы топлива (WP).
Топливо – природный газ Тюменское месторождение.
Состав сухого газа, %
CH4с
C2H6с
C3H8с
C4H10с
C5H12с
N2с
95,9
1,9
0,5
0,3
0,1
1,3
100
Сухое газообразное топливо пересчитывают на влажный газ, который подлежит сжиганию. Принимаем содержание влаги 1%.
Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ
CH4вл= CH4с ((100-Н2О) / 100)=95,9 ((100-1) / 100)=94,94 %
Другие составляющие остаются без изменений.
Состав влажного рабочего газа, %
CH4вл
C2H6вл
C3H8вл
C4H10вл
C5H12вл
N2вл
Н2О
94,9
1,9
0,5
0,3
0,1
1,3
1
100
Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха =1,05. Воздух, идущий для горения, подогревается до 600оС. Для газообразного топлива теплота сгорания определяется как сумма произведений тепловых эффектов составляющих горючих газов на их количество
Qнр = 358,3*CH4вл + 634*C2H6вл + 907,5*C3H8вл + 1179,8*C4H10вл + 1452,5*C5H12вл
Qнр = 358,3*94,9 + 634*1,9 + 907,5*0,5 + 1179,8*0,3 + 1452,5*0,1 = 36160 [кДж/м3]
Определяем расход воздуха на горение. В расчетах принимают следующий состав воздуха N2 – 79,0% O2 – 21,0%.
Находим теоретически необходимый расход воздуха для горения природного газа
Lо = 0,0476 (2*CH4вл + 3,5*C2H6вл + 5*C3H8вл + 6,5*C4H10вл + 8*C5H12вл) =
= 0,0476 (2*94,9 + 3,5*1,9 + 5*0,5 + 6,5*0,3 + 8*0,1) = 9,6 [м3/м3]
Принимаем влагосодержание воздуха d=10 [г/(кг сух.воз.)] и находим теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности
Lо’ = (1 + 0,0016*d) Lо = 1,016*9,6 = 9,75 [м3/м3]
Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода =1,05
L= *Lо = 1,05*9,6 = 10,08 [м3/м3]
Действительный расход атмосферного воздуха при его влагосодержании d составит
L‘ = (1 + 0,0016*d) L = 1,016*10,08 = 10,24 [м3/м3]
Определяем объем продуктов горения
VCO2т = 0.01(CH4 + 2*C2H6 + 3*C3H8 + 4*C4H10 + 5*C5H12) =
= 0,01(94,9 + 2*1,9 + 3*0,5 + 4*0,3 + 5*0,1) = 1,019 [м3/м3]
VH2Oт = 0.01(2*CH4 + 3*C2H6 + 4*C3H8 + 5*C4H10 + 6*C5H12 + H2O + 0.16*d*L) =
= 0,01(2*94,9+3*1,9+4*0,5 + 5*0,3 + 6*0,1 +1+ 0,16*10*10,08) = 2,157 [м3/м3]
VO2т = 0.21( — 1)Lо = 0,21(1,05 – 1)9,6 = 0,1 [м3/м3]
VN2т = 0.01*N2 + 0.79*L = 0,01*1,3 + 0,79*10,08 = 7,976 [м3/м3]
Общее количество продуктов горения
Vт = 1,019 + 2,157 + 0,1 + 7,976 = 11,252 [м3/м3]
Процентный состав продуктов горения
CO2 = (VCO2т *100) / Vт = (1,019*100) / 11,252 = 9,06 %
H2O = 19,17 %
O2 = 0,89 %
N2 = 70,88 %
Материальный баланс горения
приход
кг
расход
кг
Природный газ CH4 = 94,9*0,717 C2H6 = 1,9*1,359 C3H8 = 0,5*2,02 C4H10 = 0,3*2,84 C5H12 = 0,1*3,218 N2 = 1,3*1,251 H2O = 1*0,804 Воздух O2 = 10,08*0,21*1,429*100 N2 = 10,08*0,79*1,251*100 H2O = 0,16*10*10,08*0,804
68.04 2.58 1.01 0.852 0.322 1.626 0.804 302,49 996,2 12,97
Продукты горения CO2 = 1,977*100*1,019 H2O = 0,804*100*2,157 N2 = 1,251*100*7,976 O2 = 1,429*100*0,1
201,46 173,42 997,8 14,29
Всего
1386,89
Всего Невязка
1386,97 0,08 0,006%
Определяем теоретическую температуру горения. Для этого находим теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева воздуха до 600оС при =1,05.
По i–t диаграмме находим теплоту нагрева атмосферного воздуха iвоз.=840[кДж/м3]
iобщ.=(Qнр/Vт)+(L‘ * iвоз./Vт) = (36160/11,252)+(10,24*840/11,252)=3978 [кДж/м3]
По i – t диаграмме находим теоретическую температуру горения при =1,05 tтеор. = 2200 оС.
Определяем действительную температуру горения при n = 0,8.
Расчетное теплосодержание составит
iобщ.‘ = iобщ.*n = 3978*0,8 = 3182 [кДж/м3]
По i – t диаграмме находим действительную температуру горения при =1,05 tд. = 1900оС.
Определим плотность продуктов горения топлива
= (1,019*1,977 + 2,157*0,804 + 0,1*1,429 + 7,976*1,251) / 11,252 = 1,233 [кг/м3]
1.2 Материальный баланс по сырью
Расход топлива определяют по формуле
б = q / Qнр
где q – предварительный расход тепла для данного вида печи (6500 кДж/кг)
б – удельный расход топлива м3/кг
б = 6500 / 36160 = 0,18 кг/кг кл.
Теоретический расход сухого сырья на 1 кг клинкера составит
Мтс = 100 / (100 – П.П.П.) = 100 / (100 – 35,47) = 1,55 кг/кг кл.
Практический расход сухого сырья составит
Мпс = Мтс (100 / 99,9) = 1,55 (100 / 99,9) = 1,552 кг/кг кл.
Расход влажного сырья составит
Мпw = Мпс (100 / (100 – W))
Мпw = 1,552(100 / (100 – 36)) = 2,425 кг/кг кл.
Общее количество уноса материала из печи составит
Мун. = n* Мпс
где n – доля уносимого сырья 2-4%
Мун. = 0,03*1,552 = 0,047 кг/кг кл.
Количество возвратного уноса составит
Мун.в = ((n – 0,1)Мпс) / 100 кг/кг кл.
Мун.в = ((3 – 0,1)1,552) / 100 = 0,045 кг/кг кл.
По данным химического состава шихты находим содержание в ней карбонатов и углекислоты, %
CaCO3 = (CaO*100) / 56 MgCO3 = (MgO*84.3) / 40.3
CO2 = (CaO*44) / 56 + (MgO*44) / 40.3
где цифровые величины соответствуют молекулярным массам химических
соединений.
CaCO3 = (42,35*100) / 56 = 75,63 %
MgCO3 = (1,46*84,3) / 40,3 = 3,05 %
CO2 = (42,35*44) / 56 + (1,46*44) / 40,3 = 34,87 %
Количество гидратной воды в сырьевой смеси
Н2О = П.П.П. — CO2
Н2О = 35,47 – 34,87 = 0,6 %
Материальный баланс по сырью
приход
кг
расход
кг
Сырьевая смесь Мпw Возврат Мун.в
2,425 0,045
Клинкер Общий унос Мун Выделившиеся из сырья газы — углекислый МСО2=(Мтс*СО2)/100 МСО2=(1,55*34,87)/100 — гидратная Н2О МН2О=(Мтс*Н2О)/100 МН2О=(1,55*0,6)/100 — физическая Н2О Мw= Мпw — Мпс Мw = 2,425 – 1,552
1 0,047 0,54 0,01 0,873
Всего
2,47
Всего
2,47
1.3 Теоретические затраты тепла на
клинкеробразование
Эти затраты слагаются из теплоты эндотермических реакций разложения исходных сырьевых материалов при нагревании и экзотермических реакций образования клинкерных минералов при обжиге. Применительно к сырьевой смеси из природных глинистых и карбонатных материалов теоретический эффект клинкеробразования вычисляют по следующим затратам
1. Расход тепла на дегидратацию глинистых материалов
q1 = МН2О*6886
где 6886 тепловой эффект реакции , кДж/кг кл.
q1 = 0,01*6886 = 68,86 кДж/кг кл.
2. Расход тепла на декарбонизацию
q2 = MCaCO3 *1680 + MMgCO3 *816
MCaCO3 = (Мтс * CaCO3) / 100 = (1,55 * 75,63) / 100 = 1,172 кг/кг кл.
MMgCO3 = (Мтс * 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
qт = 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
qx = Qнр * б
qx = 36160 * б кДж/кг
2. Физическое тепло топлива
qф = б * iт
где iт – энтальпия топлива в интервале от 0оС до tт (принимаем tт=10 оС)
qф = 12 * б кДж/кг
3. Физическое тепло сырья
qфс = Мпс * iс + Мw * iw
где iс – энтальпия сырьевой смеси, кДж/кг
iw – энтальпия воды , кДж/кг
Мw – влажность сырьевой смеси, кг/кг кл.
qфс = 1,552 * 8,8 + 0,873 * 41,9 = 50,24 кДж/кг
4. Физическое тепло воздуха
qфв = б(Ln * in + Lвт * iвт)
где Ln и Lвт – количество первичного и вторичного воздуха , м3/кг
in и iвт – энтальпия первичного и вторичного воздуха кДж/м3
qфв = б(0 * 0 + 10,08 * 671,2) = 6765,7 * б кДж/кг
Всего приход тепла
б(Qнр + iт + Ln*in + Lвт*iвт) + (Мпс * iс + Мw * iw)
36160*б + 12*б + 50,24 + 6765,7*б = 42925,7*б + 50,24
Расход тепла
1. Теоретическое тепло реакции клинкеробразования
qт = 1810,29 кДж/кг кл.
2. Тепло испарения физической воды
qисп = Мw * qисп = 0,873 * 2491 = 2174,64 кДж/кг кл.
где qисп – тепло на испарение 1 кг физической воды, равное 2491 кДж/кг кл.
3. Тепло, теряемое с клинкером, покидающим печь
qк = 1 * iк = 1 * 1114,3 = 1114,3 кДж/кг кл.
где iк – энтальпия клинкера при температуре выхода его из печи, кДж/кг кл.
4. Тепло с отходящими газами
qотхг = VCO2 * i CO2 + VH2O * i H2O + VN2 * i N2 + VO2 * i O2
VCO2= VCO2т * б + МCO2 / CO2 = 1,019 * б + 0,54 / 1,977 = 1,019 * б + 0,27 м3/кг кл.
VH2O=VH2Oт*б+(МH2O+Мw)/H2O=2,157*б+(0,01+0,873)/0,804=2,156*б+1,1 м3/кг кл.
V N2 = V N2т * б = 7,976 * б м3/кг кл.
V O2 = V O2т * б = 0,1 * б м3/кг кл.
qотхг =(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
qун = Мун * iун = 0,047 * 185,9 = 8,74 кДж/кг кл.
где iун – энтальпия сырьевой смеси, уносимой из печи, кДж/кг кл.
6. Потери в окружающую среду через футеровку печи
qп = к‘ * Qнр * 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
qн = к‘‘ * Qнр * 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
qх = Qнр * 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
тех = (qт / qx) * 100% = (1810,29 / 5713,28) * 100% = 31,7 %
Тепловой КПД печи
теп = ((qт + qисп) / qx ) * 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 * L * в
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 * Vт * 0
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 * D1,5 * L * tун0,25) / (1 + (W – 35) * 1,6 / 100) кг/ч
где tун – 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 (Fф), цепей (Fц) и теплообменника (Fт).
Длину цепной зоны вычисляют по формуле
Lц = 0,07 * L * (0,1 * L / D – 1) = 0,07 * 185 * (0,1 * 185 / 4,6 – 1) = 39,1 м
Fц = * D * Lц * 3,5 = 3,14 * 4,6 * 39,1 * 3,5 = 1976 м2
Fт = 4 * D * Lт * 1,1 = 4 * 4,6 * 15 * 1,1 = 304 м2
Fф = * D * L = 3,14 * 4,6 * 185 = 2672 м2
n = (Fц + Fт + Fф) / Fф = (1976 + 304 + 2672) / 2672 = 1,85
Производительность печи составит
П = (5,25 * 1,85 * 4,61,5 * 185 * 2000,25) / (1 + (36 — 35) * 1,6 / 100) = 65615 кг/ч
Принимаем производительность рассчитываемой печи 66 т/ч.
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
Vотхг = VCO2 * VH2O * V N2 * V O2 м3/кг кл.
Vотхг = 0,431 + 1,441 + 1,26 + 0,016 = 3,148 м3/кг кл.
Определим плотность отходящих газов
t = * (273 / (273 + tун)) кг/м3
где t – плотность отходящих газов, кг/м3
— плотность отходящих газов при н.у., кг/м3
tун – температура отходящих газов, оС
t = * (273 / (273 + 200)) = 0,712 кг/м3
Часовой выход отходящих газов составит
Vотх = Vотхг * П * К * (1 + tун / 273) м3/ч
где К – коэффициент учитывающий подсос воздуха в установку перед
пылеулавливающими устройствами
Vотх = 3,148 * 66000 * 1,4 * (1 + 200 / 273) = 503971 м3/ч
Определим концентрацию пыли в газах на выходе из печи
1 = (Мун * П * 1000) / Vотх г/м3
где Мун – общее количества уноса материала из печи, кг/кг кл.
П – производительность печи, кг/ч
Vотх – часовой выход отходящих газов, м3/ч
1 = (0,047 * 66000 * 1000) / 503971 = 6,155 г/м3
Для улавливания пыли печных газов проектируем жалюзийный пылеуловитель с КПД=0,85 (‘) и электрофильтр с КПД=0,95 (‘‘). Принимая КПД запроектируемых к последовательной установке обеспыливающих аппаратов, вычисляем концентрацию пыли на выходе из электрофильтра, она не должна превышать
80 мг/м3.
2 = 1*(1 — ‘)*(1- ‘‘)*1000 мг/м3
2 = 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 = Vотх / (3600 * Vг ) м2
где Vг – скорость движения газов в электрофильтре
Smax = 503971 / (3600 * 1) = 140 м2
Smin = 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 (Sг) и диаметр выходного отверстия (Dг) рассчитывают, исходя из скорости выхода газа 0 = 300 м/с, по формуле
Sг = (П * б) / (3600 * 0) м2
Dг = 1,18 * Sг0,5 м
Sг = (66000 * 0,158) / (3600 * 300) = 0,00966 м2
Dг = 1,18 * 0,009660,5 = 0,116 м
Потребное давление газа
Р = (1,2 * м2 * 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 tk’=1100oC и выходящего из холодильника tk’’=50oC.
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
Vод = 0,15 * Lвт * б м3/кг кл.
Vод = 0,15 * 10,08 * 0,158 = 0,239 м3/кг кл.
2. Рассчитаем количество тепла, отдаваемое клинкером при охлаждении в этой зоне
Qk’ = ik’ – ikiv кДж/кг кл.
где ikiv – энтальпия клинкера при температуре в конце зоны острого дутья
tkiv = 1000 oC, кДж/кг кл.
Qk’ = 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
iвx = Qk’ / Vод + iв’ кДж/м3
где iв’ – начальная энтальпия воздуха
iвx = 113,8 / 0,239 + 13,02 = 489,17 кДж/м3
tвх = 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
Р = ( * Н * в2 * в) / d Па
где в – плотность воздуха в камере при средней действительной
температуре, кг/м3
— коэффициент аэродинамического сопротивления материала, для
горячей камеры по опытным данным принимаем 0,043
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
в – скорость воздух
Р может быть принята, исходя из опытных данных, равной 1000 Па
Средняя температура воздуха в камере
tвср = (tв’ + tвх) / 2 oC
где tв’ – температура окружающего воздуха
tвх – принимаем предварительно равной температуре воздуха, нагретого
в зоне острого дутья
tвср = (10 + 366) / 2 = 188 oC
Определим плотность воздуха в камере при tвср
в = * (273 / (273 + tвср)) = * (273 / (273 + 188)) = 0,766 кг/м3
Определяем скорость воздуха
в = ((Р * d) / ( * Н * в ))0,5 м3/м2с
в = ((1000 * 0,01) / (0,043 * 0,2 * ))0,5 = 1,23 м3/м2с
Далее рассчитываем площадь решетки горячей камеры
F1 = ((Lвт*б — Vод)*П*(1+*t) / (3600*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
к = П / (к * а * Н) м/ч
где к – насыпная плотность клинкера, к=1550 кг/м3
к = 75000 / (1550 * 4,2 * 0,2) = 57,6 м/ч
Отсюда находим время пребывания клинкера в камере
1 = L1 / к = 9,2 / 57,6 = 0,16 ч (10 мин.)
6. Температуру клинкера в конце горячей камеры ( tk‘‘‘ ) определяем из уравнения степени охлаждения клинкера
0 = в / (1+*t) = 1,23/(1+188/273) = 0,73 м/ч
(tk‘‘‘-tв’) / (tkiv- tв’) = 1 / exp( К * 00,7 * 1 + А)
где К и А – коэффициенты, зависящие от средней теплоемкости клинкера,
для горячей камеры принимают соответственно 9,0 и 0,79
(tk‘‘‘- 10) / (1000 — 10) = 1 / exp( 9 * 0,730,7 * 0,16 + 0,79)
tk‘‘‘ = 152 oC
ik‘‘‘ = 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
ikiv – ik‘‘‘ =( Lвт * б — Vод)*( iв’’ – iв’ ) + qп’
где iв’’ — энтальпия воздуха, поступающего из горячей камеры холодильника
в печь, кДж/м3
qп’ – потери в окружающую среду, принимаем 12,6 кДж/кг кл.
1000,5 – 124 =( 10,08 * 0,158 — 0,239)*( iв’’ — 13,02 ) + 12,6
iв’’= 647,9 кДж/м3
tв’’= 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
tввт = (Vод*tвх + (Lвт*б — Vод)* tв’’) / (Lвт * б)
tввт = (0,239*366 + (10,08*0,158 – 0,239)*482) / (10,08*0,158) = 465 oC
iввт = 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 tk’’=50oC, 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 * 0,730,7 * 2 + 0,99)
2 = 0,031 ч (2 мин.)
L2 = к * 2 = 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 * 0 * 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
V2уд = 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
ik‘‘‘ — ik‘‘ = V2уд * ( iвх – iв’ ) + qп’’
где iк’’ — энтальпия клинкера выходящего из холодной камеры холодильника
qп’’ — потери в окружающую среду, принимаем по опытным данным
8,37 кДж/кг кл.
124 – 39,35 = 1,09 * ( iвх – 13,02) + 8,37
iвх = 83 кДж/м3
tвх = 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
техх = (Lвт * б * ( iв’’- iв’) / ik’ ) * 100%
техх = (10,08*0,158*(647,9-13,02)/1114,3) * 100% = 90,7 %
Тепловой КПД холодильника
тепх = ((Lвт * б * iв’’ + V2уд * iвх) – (Lвт * б + V2уд) * iв’) / ik’ * 100%
тепх=((10,08*0,158*647,9+1,09*83)–(10,08*0,158+1,09)*13,02)/1114,3*100%
тепх = 97,6 %
Полученная в расчете холодильника температура вторичного воздуха, поступающего в печь tввт = 465 oC и его энтальпия iввт = 624,24 кДж/м3. Температура принятая в начале расчетов при составлении теплового баланса печи tввт = 500 oC и его энтальпии iввт = 671,2 кДж/м3. Определим возможное изменение расхода топлива.
Найдем физическое тепло воздуха подставляя iввт = 624,24 кДж/м3
qфв = 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 = Vод * П * 1,2 * (1 + tв’ / 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 = (Lвт * б — Vод) * П * 1,2 * (1 + tв’ / 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 + tв’ / 273) м3/ч
V3 = 126290 * 1,4 * (1 + 10 / 273) = 183282 м3/ч
Средняя температура воздуха в этой камере равна
tвср = (10 + 64) / 2 = 37 oC
в = * (273 / (273 + tвср)) = * (273 / (273 + 37)) = 1,139 кг/м3
Аэродинамическое сопротивление слоя клинкера в этой камере рассчитываем по формуле Р = ( * Н * в2 * 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
Р = ( * Н * в2 * в) / d = (0,043*0,2*1,232*1,139)/(1,3*0,01*1,3)= 0,877 кПа
Р 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 + tвх / 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 (‘) и электрофильтр с КПД=0,99 (‘‘). 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.
2 = 1*(1 — ‘)*(1- ‘‘)*1000 мг/м3
2 = 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 = Vотх / (3600 * Vг) м2
где Vг – скорость движения газов в электрофильтре
Smax = 187076 / (3600 * 1) = 52 м2
Smin = 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
Вдоченко В.С., Мартынов М.И. Энергетическое топливо СССР. М. Энергоатомиздат, 1990. 126с.
Пьячев В.А., Капустин Ф.Л. Тепловые и технологические расчеты вращающихся печей для обжига цементного клинкера. Екатеринбург УПИ, 1992. 34с.
Печенкин С.И. Руководство по курсовому проектированию печей и сушил силикатной промышленности. Часть 1. Расчет горения топлива. Аэродинамические расчеты. Свердловск УПИ, 1980. 52с.
Печные агрегаты цементной промышленности / С.Г. Силенок, Ю.С. Гризак, В.Н. Лямин и др. М. Машиностроение. 1984. 168с.
Строительные материалы. Справочник / А.С. Болдырев, П.П. Золотов, А.Н. Люсов и др. М. Стройиздат, 1989. 567с.
Стандарт предприятия. Комплексная система управления качеством подготовки специалистов. Общие требования и правила оформления дипломных и курсовых проектов СТП УПИ 1-90. Свердловск УПИ, 1990. 33с.
Министерство образования РФ
Уральский Государственный Технический Университет – УПИ
Факультет Строительного Материаловедения
Кафедра «Технология цемента»
Оценка проекта
Члены комиссии
Вращающаяся печь 5х185 м для обжига клинкера по мокрому способу
Курсовой проект
Пояснительная записка
2508 666 904 001 ПЗ
Руководитель
Студент
2001г.