Теплотехнический расчет вращающейся печи диаметром 5х185 м

Длину цепной зоны вычисляют по формуле:

L_ц = 0,07 * L * (0,1 * L / D – 1) = 0,07 * 185 * (0,1 * 185 / 4,6 – 1) = 39,1 м

F_ц = p * D * L_ц * 3,5 = 3,14 * 4,6 * 39,1 * 3,5 = 1976 м²

F_т = 4 * D * L_т * 1,1 = 4 * 4,6 * 15 * 1,1 = 304 м²

F_ф = p * D * L = 3,14 * 4,6 * 185 = 2672 м²

n = (F_ц + F_т + F_ф) / F_ф = (1976 + 304 + 2672) / 2672 = 1,85

 

Производительность печи составит:

П = (5,25 * 1,85 * 4,6^1,5 * 185 * 200^0,25) / (1 + (36 - 35) * 1,6 / 100) = 65615  кг/ч

 

Принимаем производительность рассчитываемой печи 66 т/ч.

 

 

 

7. 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:

V_отх^г = V_CO2 * V_H2O * V _N2 * V _O2   м³/кг кл.

V_отх^г = 0,431 + 1,441 + 1,26 + 0,016 = 3,148  м³/кг кл.

 

Определим плотность  отходящих газов:

r_t = r₀ * (273 / (273 + t_ун))   кг/м³

где r_t – плотность отходящих газов, кг/м³

      r₀ - плотность отходящих газов при н.у., кг/м³

       t_ун – температура отходящих газов, ^оС

r_t = 1,233 * (273 / (273 + 200)) = 0,712  кг/м³

 

Часовой выход отходящих  газов составит:

V_отх = V_отх^г * П * К * (1 + t_ун / 273)   м³/ч

где К – коэффициент  учитывающий подсос воздуха в  установку перед

             пылеулавливающими устройствами

V_отх = 3,148 * 66000 * 1,4 * (1 + 200 / 273) = 503971  м³/ч

 

Определим концентрацию пыли в газах на выходе из печи:

m₁ = (М_ун * П * 1000) / V_отх   г/м³

где  М_ун – общее количества уноса материала из печи, кг/кг кл.

       П – производительность  печи, кг/ч

       V_отх – часовой выход отходящих газов, м³/ч

m₁ = (0,047 * 66000 * 1000) / 503971 = 6,155  г/м³

 

Для улавливания пыли печных газов проектируем жалюзийный пылеуловитель с КПД=0,85 (h^‘) и электрофильтр с КПД=0,95 (h^‘‘). Принимая КПД запроектируемых к последовательной установке обеспыливающих аппаратов, вычисляем концентрацию   пыли  на  выходе  из  электрофильтра,  она   не   должна   превышать

80 мг/м³.

m₂ = m₁*(1 - h^‘)*(1- h^‘‘)*1000   мг/м³

m₂ = 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 = V_отх / (3600 * V_г )   м²

где V_г – скорость движения газов в электрофильтре

S_max = 503971 / (3600 * 1) = 140 м²

S_min = 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 (S_г) и диаметр выходного отверстия (D_г) рассчитывают, исходя из скорости выхода газа w₀ = 300 м/с, по формуле:

S_г = (П * б) / (3600 *  w₀)     м²

D_г = 1,18 * S_г^0,5  м

S_г = (66000 * 0,158) / (3600 * 300) = 0,00966  м²

D_г = 1,18 * 0,00966^0,5 =  0,116  м

 

Потребное давление газа:

Р = (1,2 * w_м² * r_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 t_k’=1100^oC и выходящего из холодильника t_k’’=50^oC.

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:

         V_од = 0,15 * L_вт * б    м³/кг кл.

         V_од = 0,15 * 10,08 * 0,158 = 0,239   м³/кг кл.

 

 

 

 

2. Рассчитаем количество  тепла, отдаваемое клинкером при  охлаждении в этой зоне:

         Q_k’ = i_k’ – i_k^iv    кДж/кг кл.

         где i_k^iv – энтальпия клинкера при температуре в конце зоны острого дутья

                         t_k^iv = 1000 ^oC,   кДж/кг кл.

         Q_k’ = 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:

         i_в^x = Q_k’ / V_од + i_в'     кДж/м³

         где i_в’ – начальная энтальпия воздуха

         i_в^x = 113,8 / 0,239 + 13,02 = 489,17   кДж/м³

         t_в^х = 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:

         DР = (m * Н * w_в² * r_в) / d        Па

         где r_в – плотность воздуха в камере при средней действительной

                       температуре, кг/м³

                m - 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

                w_в – скорость воздух

         DР  может быть принята, исходя из опытных данных, равной 1000 Па

Средняя температура  воздуха в камере:

         t_в^ср = (t_в’ + t_в^х) / 2    ^oC

         где t_в’ – температура окружающего воздуха

                t_в^х – принимаем предварительно равной температуре воздуха, нагретого

                        в зоне острого дутья

         t_в^ср = (10 + 366) / 2 = 188  ^oC

 

 

Определим плотность  воздуха в камере при t_в^ср:

  r_в = r₀ * (273 / (273 + t_в^ср)) = 1,293 * (273 / (273 + 188)) = 0,766   кг/м³

Определяем скорость воздуха:

         w_в = ((DР * d) / ( m * Н * r_в ))^0,5    м³/м²с

         w_в = ((1000 * 0,01) / (0,043 * 0,2 * 0,766 ))^0,5 = 1,23     м³/м²с

Далее рассчитываем площадь решетки горячей камеры:

         F₁ = ((L_вт*б - V_од)*П*(1+b*t) / (3600*w_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:

         w_к = П / ( r_к * а * Н)   м/ч

         где  r_к – насыпная плотность клинкера, r_к=1550 кг/м³

         w_к = 75000 / (1550 * 4,2 * 0,2) = 57,6  м/ч

Отсюда находим время  пребывания клинкера в камере:

         t₁ = L₁ / w_к = 9,2 / 57,6 = 0,16 ч   (10 мин.)

 

6. Температуру клинкера  в конце горячей камеры ( t_k^‘‘‘ ) определяем из уравнения степени охлаждения клинкера:

         w₀ = w_в / ( 1+b*t) = 1,23/(1+188/273) = 0,73 м/ч

         (t_k^‘‘‘-t_в’) / (t_k^iv- t_в’) = 1 / exp( К * w₀^0,7 * t₁ + А)

         где К и А – коэффициенты, зависящие от средней теплоемкости  клинкера,

                             для горячей камеры принимают соответственно 9,0 и 0,79

         (t_k^‘‘‘- 10) / (1000 - 10) = 1 / exp( 9 * 0,73^0,7 * 0,16 + 0,79)

         t_k^‘‘‘ = 152 ^oC

         i_k^‘‘‘ = 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:

         i_k^iv – i_k^‘‘‘ =( L_вт * б - V_од)*( i_в’’ – i_в’ ) + q_п’

         где  i_в’’ - энтальпия воздуха, поступающего из горячей камеры холодильника

                         в печь, кДж/м³

                q_п’ – потери в окружающую среду, принимаем 12,6 кДж/кг кл.

         1000,5 – 124 =( 10,08 * 0,158 - 0,239)*( i_в’’ - 13,02 ) + 12,6

         i_в’’= 647,9 кДж/м³

         t_в’’= 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:

         t_в^вт = (V_од*t_в^х + (L_вт*б - V_од)* t_в’’) / (L_вт * б)

         t_в^вт = (0,239*366 + (10,08*0,158 – 0,239)*482) / (10,08*0,158) = 465 ^oC

         i_в^вт = 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 t_k’’=50^oC, 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 * 0,73^0,7 * t₂ + 0,99)

  t₂ = 0,031 ч    (2 мин.)

         L₂ = w_к * t₂ = 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 * w₀ * 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:

         V₂^уд = 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: