Теплотехнический расчет вращающейся печи диаметром 5х185 м

По i – t  диаграмме находим теоретическую температуру горения при a=1,05 :  t_теор. = 2200 ^оС.

Определяем действительную температуру горения при h_n = 0,8.

Расчетное теплосодержание  составит:

i_общ.^‘ = i_общ.* h_n = 3978*0,8 = 3182  [кДж/м³]

По i – t  диаграмме находим действительную температуру горения при a=1,05 :   t_д. = 1900^оС.

 

Определим плотность  продуктов горения топлива:

r₀ = (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 / Q_н^р

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:

М_т^с = 100 / (100 – П.П.П.) = 100 / (100 – 35,47) = 1,55  кг/кг кл.

 

Практический расход сухого сырья составит:

М_п^с = М_т^с (100 / 99,9) = 1,55 (100 / 99,9) = 1,552  кг/кг кл.

 

Расход влажного сырья  составит:

М_п^w = М_п^с (100 / (100 – W))

М_п^w = 1,552(100 / (100 – 36)) = 2,425  кг/кг кл.

 

Общее количество уноса  материала из печи составит:

М_ун. = n* М_п^с

где n – доля уносимого сырья 2-4%

М_ун. = 0,03*1,552 = 0,047   кг/кг кл.

 

Количество возвратного  уноса составит:

М_ун.^в = ((n – 0,1)М_п^с) / 100   кг/кг кл.

М_ун.^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 = М_Н2О*6886

         где 6886 тепловой эффект реакции , кДж/кг  кл.

         q₁ = 0,01*6886 = 68,86   кДж/кг кл.

 

2. Расход тепла на декарбонизацию:

         q₂ = M_CaCO3 *1680 + M_MgCO3 *816

         M_CaCO3 = (М_т^с * CaCO₃) / 100 = (1,55 * 75,63) / 100 = 1,172   кг/кг кл.

         M_MgCO3 = (М_т^с * 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:

         q_т = 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:

         q_x = Q_н^р * б

         q_x = 36160 * б кДж/кг

 

2. Физическое тепло  топлива:

         q_ф = б * i_т

         где i_т – энтальпия топлива в интервале от 0^оС до t_т (принимаем t_т=10 ^оС)

         q_ф = 12 * б    кДж/кг

 

 

3. Физическое тепло сырья:

         q_ф^с = М_п^с * i_с + М^w * i_w

         где i_с – энтальпия сырьевой смеси, кДж/кг

               i_w – энтальпия воды , кДж/кг

               М^w – влажность сырьевой смеси, кг/кг кл.

         q_ф^с = 1,552 * 8,8 + 0,873 * 41,9 = 50,24  кДж/кг

 

4. Физическое тепло воздуха:

         q_ф^в = б(L_n * i_n + L_вт * i_вт)

         где L_n и L_вт – количество первичного и вторичного воздуха , м³/кг

                i_n и i_вт – энтальпия первичного и вторичного воздуха кДж/м³

         q_ф^в = б(0 * 0 + 10,08 * 671,2) = 6765,7 * б кДж/кг

 

Всего приход тепла:

         б(Q_н^р + i_т + L_n*i_n + L_вт*i_вт) + (М_п^с * i_с + М^w * i_w)

         36160*б + 12*б  + 50,24 + 6765,7*б = 42925,7*б + 50,24

 

 

Расход тепла:

 

1. Теоретическое тепло  реакции клинкеробразования:

         q_т = 1810,29  кДж/кг кл.

 

2. Тепло испарения физической  воды:

         q_исп = М^w * q_исп = 0,873 * 2491 = 2174,64  кДж/кг кл.

         где q_исп – тепло на испарение 1 кг физической воды, равное 2491 кДж/кг кл.

 

3. Тепло, теряемое с клинкером,  покидающим печь:

         q_к = 1 *  i_к = 1 * 1114,3 = 1114,3  кДж/кг кл.

         где i_к – энтальпия клинкера при температуре выхода его из печи, кДж/кг кл.

 

 

4. Тепло с отходящими газами:

  q_отх^г = V_CO2 * i _CO2 + V_H2O * i _H2O + V_N2 * i _N2 + V_O2 * i _O2 

  V_CO2= V_CO2^т * б + М_CO2 / r_CO2 = 1,019 * б + 0,54 / 1,977 = 1,019 * б + 0,27 м³/кг кл.

  V_H2O=V_H2O^т*б+(М_H2O+М^w)/r_H2O=2,157*б+(0,01+0,873)/0,804=2,156*б+1,1  м³/кг кл.

  V _N2 = V _N2^т * б = 7,976 * б   м³/кг кл.

  V _O2 = V _O2^т * б = 0,1 * б   м³/кг кл.

  q_отх^г =(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:

         q_ун = М_ун * i_ун = 0,047 * 185,9 = 8,74  кДж/кг кл.

         где i_ун – энтальпия сырьевой смеси, уносимой из печи, кДж/кг кл.

 

6. Потери в окружающую  среду через футеровку печи:

         q_п = к‘ * Q_н^р * 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:

         q_н = к‘‘ * Q_н^р * 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:

         q_х = Q_н^р * 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:

h_тех = (q_т / q_x) * 100% = (1810,29 / 5713,28) * 100% = 31,7 %

 

Тепловой КПД печи:

h_теп = ((q_т + q_исп) / q_x ) * 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 * La * rв	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 * Vaт * r0	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 * D^1,5 * L * t_ун^0,25) / (1 + (W – 35) * 1,6 / 100)       кг/ч

где  t_ун – 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 (F_ф), цепей (F_ц) и теплообменника (F_т).