Вращающаяся печь для обжига портландцемента по мокрому способу

Определим количество и состав продуктов горения при α = 1,14 по формулам:

                    VС02 = 0,01 ∙(СО2+СН4+2С2Н6+3С3Н8+4С4Н10).                    (4)

VС02=0,01∙(0,05+97,18+2∙0,69+3+0,22+4∙0,05) = 0,995 м³/м³         

            VН2О=0,01∙(Н20+2∙СН4+3∙С2Н6+4∙С3Н8+5∙С4Н10+0,16∙d∙Lα),     (5)

где d – влагосодержание атмосферного воздуха, d=10г/кгс.в.

VН2О=0,01∙(1+2∙97,18+3∙0,69+4∙0,22+5∙0,05+0,16∙10∙10,72)=2,166м³/м³

                                      VN2=0,79∙Lα+0,01∙N2.                                                    (6)

VN2 = 0,79 ∙ 10,72 + 0,01 ∙ 0,81 =8,48 м³/м³

                                   VO2 = 0,21 ∙ (α – 1) ∙ Lтеор.                                                (7)

VO2  = 0,21 ∙ (1,14 – 1) ∙ 9,4 = 0,276 м³/м³

Общее количество продуктов горения составляет:

Vα = 0,995 + 2,166 + 8,48 +0,276 = 11,917 м³/м³

Находим процентный состав продуктов горения по формулам:

          СО2 = (100 ∙ VСO2)/ Vα.                                                  (8)

СО2 = (100 ∙ 0,955)/ 11,917 = 8,3%;

                                            Н2О = (100 ∙ VН2О)/ Vα.                                              (9)

Н2О = (100 ∙ 2,166)/11,917 = 18,2 %;

                                         N2  = (100 ∙ VN2)/ Vα.                                                     (10)

N2 = (100 ∙ 8,48)/ 11,917 = 71,2 %

                                  О2 =  100∙VО2)/ Vα∙ L.                                            (11)

О2 = (100 ∙ 0,276)/ 11,917 = 2,3 %

Всего: 100 %

Составляем материальный баланс процесса горения (таблица 4). Он необходим для определения количества воздуха, пошедшего на горение, и продуктов сгорания в результате горения.

Таблица 4 – Материальный баланс процесса горения

Приход	кг	Расход	кг
природный газ: СН4 = 97,18 ∙ 0,717 С2Н6 = 0,69 ∙1,356 С3Н8 = 0,22 ∙ 2,020 С4Н10 = 0,05 ∙ 2,840 СО2 = 0,05 ∙ 1,977 Н2О = 1,0 ∙ 0,804 Воздух: О2 =9,43 ∙ 21 ∙1,14 ∙1,429	69,678 0,936 0,444 0,142 0,099 0,804   322,603	продукт горения: СО2 = 0,995 ∙ 100∙ ∙1,977 Н2О = 2,166 ∙ 100∙ ∙0,804 N2 = 8,48 ∙100 ∙1.251 O2 = 0,276 ∙100 ∙1,429 Невязка:	196,711   174,146   1060,848 39,440 -0,191
N2 = 198.03 ∙ 1,14 ∙3,762∙ ∙1,251 Н2О = 0,16 ∙ 10∙10,72 ∙0,804	1062,458   13,790
Итого:	1470,954	Итого:	1470,954

 

Невязка баланса составляет: (100∙0,191):1470,954 = 0,013 %

Определим теоретическую температуру горения. Для этого находим теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева воздуха до температуры 700°С при α = 1,14.

По i-t-диаграмме находим теплоту нагрева атмосферного воздуха, iвозд = 960 кДж/м³.

Тогда iобщ  = Qн/ Vα+Lα∙iвозд/Vα = 35509,84/11,917 + 10,887*960/11,917 = 3856,79 кДж/м³

По i-t-диаграмме при а = 1,14 теоретическая температура горения 1теор = 2120°С, а калориметрическая температура горения tк = 2308°С.

Определим калометрическую температуру горения с помощью таблиц энтальпий , для этого задаемся температурами t1 = 2200°С и t2 = 2300°С. Теплота продуктов горения для температур t1 и t2 определяется с помощью приложения.

При T1 = 2200°С:                                             При T2 = 2300°С:

СО2 = 0,080∙5387,0 = 430,96;                           СО2 = 0,080∙5658,7 = 452,70;

Н2О = 0,172∙4402,2 = 757,18;                           Н2О = 0,172∙4643,8 - 798,73;

N2 = 0,716∙3289,3 = 2355,14;                           N2 = 0,716∙3452,6 = 2472,06;

О2 = 0,032∙3482,7 = 111,45;      О2 = 0,032∙3656,5 = 117,01;

il = 3654,73 кДж/м3.        i2 = 3840,5 кДж/м3.

   Следовательно, 3840,5> iобщ <3654,73

3856,79-3654,73 = 200,54

∆t = 200,54∙100/186 = 108, следовательно, tК = 2200+108 = 2308°С

Определим действительную температуру горения при коэффициенте η=0,8:

iдейст = iобщ∙η = 3856,79∙0,8 = 3084,2 кДж/м³

Действительная температура горения по i-t-диаграмме при α = 1,14 с учетом диссоциации равна 1810°С.

 

2.2 Материальный  баланс по сырью

 

1. Выход  продукции из вращающейся печи  с учетом безвозвратных потерь  при транспортировке:

Q1 = Qгод · ,                                      (12)

где q1 – процент безвозвратных потерь при транспортировке;

Qгод – годовой объем выпуска продукции, т/год.

Q1 = 50000· = 50100 т/год

Масса безвозвратных потерь при транспортировке:

q'1 = Q1 – Qгод .                                                                                              (13)

q'1 = 50000 – 50100 = 100 т/год

Q2 =  ,                                      (14)

где Δmпрк – потери при прокаливании, %.

2. Подача  сырья в печь с учетом потерь при прокаливании:

Q2 =  = 51649 т/год

Масса потерь при прокаливании:

q'2 = Q2 – Q1.                                                                                            (15)

q'2 = 51649 – 50100 = 1549 т/год

3. Подача  сырья в печь с учетом пылеуноса:

                                                                                             Q3 = Q2 · ,                                       (16)

где q3 – процент всей уносимой пыли.

  Q3 = 51649 · = 68865 т/год                                

Масса уносимой пыли:

q'3 = Q3 – Q2.                                                                                            (17)

q'3 = 68865 – 51649= 17216 т/год

Масса уловленной пыли:

q''3 = q'3 · ,                                                                                            (18)

где k – коэффициент полезного действия пылеулавливающего устройства.

q''3 = 17216 · = 16872 т/год

Масса безвозвратно уносимой пыли:

q'''3 = q'3 – q''3.                                                                                            (19)

q'''3 = 17216– 16872= 344 т/год

4. Подача  сырья в печь с учетом возврата  пыли:

Q4 = Q3 – q''3.                                                                                          (20)

Q4 = 68865– 16872 = 51993 т/год

5. Подача  сырья в печь с учетом влажности:                                                                                           

                                                                                             Q5 = Q4 · , где                                      (21)

где q5 – влажность сырья, %.

Q5 = 51993 · = 86655 т/год

Масса воды, испаряемой в печах:

q'5 = Q5 – Q4.                                                                                           (22)

q'5 = 86655– 51993 = 34662 т/год

Обобщенные данные сведем в таблицу 5.

Таблица 5 – Материальный баланс сырья

Приход	т/год	Расход	т/год
Q5	86655	Qгод	50000
		q'1	100
		q'2	1549
		q'''3	344
		q'5	34662
Итого:	86655	Итого:	86655

 

Невязка баланса составляет: (100∙0):86665 = 0%

 

2.3 Расчет  теплового баланса вращающейся  печи

 

ПРИХОД ТЕПЛА:

1. Тепло  от горения топлива:

                                           Qг = · B,                                                         (23)

где - тепло сгорания топлива, кДж/м³;

 В - расход  топлива, м³/с.

Qг = 35509,84· B кВт

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом:

                                        Qвозд = Lα · iвозд · B,                                                  (24)

где Lα - действительное количество воздуха, подаваемое для горения топлива, м³ /м³ ;

iвозд - теплосодержание воздуха, кДж/м³.

Считаем, что весь воздух, необходимый для горения поступает в печь из холодильника с температурой 700°С.

По расчету горения топлива Lα = 10,887 м³/м³, iвозд  = 960 кДж/м3, тогда

Qвозд = 10,887·960·В = 10451,52·В кВт

Физическое тепло холодного природного газа не учитывается.

3. Приход  тепла:

Qприх = Qг + Qвоз (25)

Qприх = 35509,84· B + 10451,52·В = 45961,36 · В кВт

РАСХОД ТЕПЛА:

1.  Тепло, затраченное на нагрев обжигаемого  материала:

Qм = P · Сk · tk – Pc· Сн ·tн  ,                                       (26)

где Р - производительность печи по сухому (обожженному) материалу, кг/с;

Рс - расход сухих шихтовых материалов, кг/с;

Ck, tk - энтальпия (теплосодержание) материала в конце нагрева до конечной температуры обжига, кДж/кг;

Cн,tн - теплосодержание материала в начале нагрева при начальной температуре tн кДж/кг.

Рс = ·Р,                                (27)

где ∆mпрк – потер массы при прокаливании.

Р = = 2,6 кг/с                                    

Рс = ·2,6 = 2,7 кг/с

Qм = 2,6 · 1730 · 1,31 – 2,7· 10 ·0,912 = 5867,8 кВт

2.Расход  тепла на испарение физической  влаги, содержащейся в материале:

Qисп = (2500 - 4,2· tн + )·Wвл ,                             (28)

где Wвл - количество влаги, испаряемой из материала, кг/с;

0,804 - удельная  масса водных паров, кг/м³;

2500 - скрытая  теплота парообразования, кДж/кг;

tн - температура влажных материалов, поступающих в печь, °С;

iуг - теплосодержание водяных паров при iуг = 600°С, кДж/м³.

                                      Wвл = Рс ·                                              (29)

Wвл = 2,7 · =1,8 кг/с

Qисп = (2500 - 4,2· 10 + )·1,8 = 4627,2 кВт

3. Расход  тепла на химические реакции:

                            Qхим= qхим · G,                                                     (30)

где qхим - теплота, расходуемая на физико-химические процессы 1 кг исходного химического вещества в необожженном продукте, кДж/кг;

G -  количество исходного химического вещества в материале, загружаемом в печь.

G = 0,01 · n · Рс , (31)

где n – процентное содержание исходного химического вещества в сухой массе материала, %;

Рс – количество сухого материала, поступающего в печь, кг/с.

G = 0,01 · 2,7 = 0,027

Теплота диссоциации: МgСО3 - 1310 кДж/кг, СаСО3 - 1780 кДж/кг

Qхим = 1310·50,64·0,027 + 1780·15,17·0,027 = 2520 кВт

4. Потери  с уходящими продуктами разложения:

Qдис = 0,01·Рс· (0,4 · СаО+0,553·МgО) · iСО2,                   (32)

где МgО и СаО - содержание оксидов в обожженном продукте, %

iСО2 - теплосодержание СO2 при tух = 600°С, iСО2 = 814,4 кДж/м

 МgО = 75,0 %, СаО = 14,7 %.

Qдис = 0,01·2,7·(0,4·14,7+0,553·75)·814,4= 1041,4 кВт

5. Потери  тепла с уносом:

Принимаем общий унос сухого материала 25%, степень теплоты декарбонизации безвозвратного уноса β = 0,3...0,6; принимаем β=0,5.

Общий унос тепла определяется по формуле:

                Gун = Рс · · (1 - · β),                                     (33)

где G'ун - количество уносимой из печи сырьевой пыли, (процент от расхода сухого сырья);

 β  -   степень  полноты  декарбонизации  безвозвратного  уноса  для вращающихся печей.

Gун = 2,7· · (1 - · 0,5) = 0,66 кг/с

Определим потери тепла с пылью, уносимой с продуктами горения в атмосферу:

Qун = Gун · Сун · tух, (34)

где Cун - теплоемкость уносимой пыли, Cун = 1,6 кДж/кг∙град;

tух - температура уходящих газов, °С.

Qун = 0,66 · 1,6· 600 = 633,6 кВт

Расход тепла на декарбонизацию и дегазацию уноса, выбрасываемого в атмосферу, определяется по формуле:

          = · (29,64 · СаО + 17,0 · МgО),                    (35)

где СаО и МgО - содержание оксидов в составе шихты, %;

- количество  сухих и сырьевых материалов  в безвозвратном уносе, кг/с.

= 0,66·(29,64· 14,7+17,0·75,0) = 1129,1 кВт