Тепловые расчеты агрегатов с вращающимися печами

   

3.ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ АГРЕГАТОВ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ПЕЧАМИ

    Исходные данные для расчета принимаются в соответствии с заданием на проектирование.При необходимости используются данные и зависимости, приведенные в Приложении либо литературном источнике, что оговаривается в примере расчета. Значения теплоемкостей материалов и тепловых эффектов превращений принимаются по табл. П10, П11, теплоемкостей газов - по данным [6]. Все остальные данные и зависимости можно принимать такими же, как в соответствующем примере расчета.

   Все примеры расчета приведены для обжига цементного клинкера.

   3.1. Пример теплового расчета печного агрегата

   Расчет осуществляется для печного агрегата с теплообменной конвейерной решеткой и колосниковым холодильником в соответствии с его схемой (рис.3.1). Особенности при расчете печного агрегата с циклонным теплообменником указаны с пометкой "ц", работающего по мокрому способу с пометкой "м", для обжига извести, глины на шамот, титанатных спеков, доломита (магнезита) - с пометками " и, ш, с, д" соответственно.

   Обозначения по схеме:

   xт - затраты топлива, м3/кгм (кг/кгм ) 

   Объем, м3/кгм: в 

   V_охл - охлаждающего воздуха;

   V^в_перв - первичного воздуха;

   V^в_втор - вторичного воздуха;

   V^в_сбр - сбросного воздуха;

   V^в_подс - воздуха,подсасываемого в горячем конце печи;

   V^в_подс.т              - воздуха, подсасываемого в теплообменник;      

V^пт-г_г    - газов, поступающих из печи в теплообменник;                                        V_о.г              - отходящих газов;                                                                                                                    V^пг_ά·xт           - продуктов горения топлива;                                                                                            V^с_СО2     - СО2, образующегося при декарбонизации сырья.

   Масса, кг/кгм:

   G_вл.с - влажного сырья;

   G_м     - обоженного материала;

   G^п_пу   - уноса из печи;

   G_пу   - безвозвратного уноса(ц:уноса из теплообменника)

   G_возвр   - уноса, возвращаемого в печь(ц:возврата уноса в в печь нет);

   G^т-п_м      - материала,поступающего из теплообменника в печь

   Исходные данные для расчета:

   Производительность агрегата по клинкеру Рч = 110 т/ч.

   Состав газообразного топлива и его температура tт = 15 оC

   Состав клинкера, мас.доли, %: SiO₂ - 22,90;  Al₂O₃ - 5,70;  Fe₂O₃ - 4,15;             СaO - 65,45; MgO - 1,30; SO₃ - 0,50          (S = 22,90 и т.д.).

   Содержание компонентов в сухом сырье (мас.доли), %:

          CaO^с  = 42,25;  MgO^с  = 0,75;  СО₂^с = 34,00;  H₂Oг = 1,20.

   Масса сухой сырьевой шихты, дополнительно вводимой для компенсации пылеуноса: ПУ = 1 % от массы сухого сырья.

   Начальная влажность сырья W_н = 15 %.

   Объемная доля первичного, вторичного воздуха и подсоса

   в горячем конце печи: Δ^в_перв= 0,30; Δ^в_втор= 0,65; Δ^в_подс= 0,05

   Температура:

   сырьевой шихты   t_с = 20 ^оС,

   возвратного уноса         t_возвр =  200 ^оС,

   отходящих газов t_о.г = 100 ^оС,

   окружающего воздуха   t^в  = 20 ^оС,

   материала, выходящего из печи  t^п-х_м  = 1200 ^оС,

   Максимальная температура материала в печи t ^max _м =1500 ^оС

   Насыпная плотность обожженного материала ρ_м = 1500 кг/м3

   Эквивалентный диаметр куска материала на теплообменной

   решетке и в холодильнике d ^т_э = d_э = 10 мм.

   Примечания

   1. При расчете тепловых балансов теплосодержание пыли, уносимой газовыми потоками из холодильника, а также материала, компенсирующего унос пыли вторичным воздухом, не рассматривается. Считаем, что оно учитывается величиной потерь холодильника в окружающее пространство и неучтенных потерь в печи. Пример расчета с его учетом см. в п.3.4.9.

   2. Принято, что пылеунос лишен гидратной влаги. Затраты теплоты на дегидратацию безвозвратного уноса в совместном тепловом балансе печи и теплообменника, а также теплового агрегата в целом считаем включенными  в неучтенные потери (ц: пылеунос из теплообменника не дегидратирован).

   3.Принято, что декарбонизация безвозвратного пылеуноса происходит в печи, а bт относится к теоретически необходимому количеству сухого сырья (ц: bу = 0, возврата уноса в печь нет).

   4. Расчет тепловых эффектов декарбонизации при обжиге клинкера и извести Q^м_о ведется  при допущении, что весь СО₂ в сырье связан с СаО.

   5. Принято, что G^п_пу = G_возвр + G_пу и степень физико-химических превращений пылеуноса из печи, возвращаемого в печь, и безвозвратного одинакова (м: Gпу - масса безвозвратного уноса, ц:  βу = β^пу = 0,3 - 0,6).  

   3.1.1. Расчет процесса горения топлива.

   Выполняется на ЭВМ "Искра - 1256" по методике, изложенной в [6]. Принят коэффициент избытка воздуха длягорения ά^гор = 1,1  [6]. В результате расчета получено:

   V^пг_ά =10,0 м³/мт ,   V^в_ά = 11,0 м³/мт, Q^р_н = 33300 кДж/мт,

   tmin = 47 оС  (обозначения согласно [6]).

   При обжиге титанатных спеков принимать ά^гор = 1,35-1,40

   При использовании пылевидной смеси двух твердых топлив различных составов состав смеси определяется по аддитивности.

   3.1.2. Расчет затрат сырья и выхода продуктов разложения

   1. Теоретические затраты сухого сырья без учета пылеуноса 

    (кг/кг_кл) 

   ПППм - значение потерь при прокаливании обожженного материала,  %  (может учитываться либо не учитываться).

   Для твердого топлива необходимо учитывать присадку золы к материалу. Долю присаживаемой золы Пз принимать в пределах 0,4 - 0,7. Ориентировочное значение затрат топлива хт принимать равным q_уд/Q_н (удельные затраты теплоты на обжиг q_уд - брать по табл. П1, П2 или П3),

   значение А^р_с- по результатам расчета сжигания топлива [6].

   ш: СО^с₂ = 0; Н₂Ог = Г * ПППг/100,

   где Г - мас.доля глины в сухом сырье, %; ПППг - потери при прокаливании глины.

   2. Затраты сухого сырья с учетом пылеуноса 
 

    (кг/кг_кл)

   3. Выход безвозвратно уносимой пыли (ц: пыли, уносимой из теплообменника, при этом

                                     

   Gпу = Gсс * ПУ/100; ш: СО^с₂ = 0; в остальных случаях βу = 0,3 - 0,6). 

    (кг/кг_кл)

   4. Выход СО₂ из сырья (ц: βу = 0; СО₂ = 0)

         (кг/кг_кл)                                                                                                  

    (м³/кг_кл) 

   5. Выход гидратной влаги из сырья (с, д, и: Н2Ог = 0)

    (кг/кг_кл) 

   (ц: ) 

    (м³/кг_кл)

    (ш: Н2О = Г * ПППг /104). 

   6. Затраты влажного сырья 

    (кг/кг_кл) 

   7. Выход физической влаги из сырья

    (кг/кг_кл) 

    (м³/кг_кл) 

   8. Выход СО₂ в теплообменнике (при его отсутствии не расчитывается). Степень декарбонизации сырьевых материалов в теплообменнике βт принимать: ц: 0,05-0,10; д: 0,3-0,5; в остальных случаях 0,15-0,25. 
 

    (кг/кг_кл) 

    (м³/кг_кл) 

   9. Масса пыли, возвращаемой в печь (возвратного уноса)      с,ц: не расчитывается. Массу пыли, уносимой из печи, G^п_пу принимать: м: 0,10-0,15 кг/кгм;

   д: 0,35-0,40 кг/кгм; в остальных случаях 0.25-0,30 кг/кгм

   Gвозвр = G^п_пу - Gпу = 0,25 - 0,012 = 0,238 (кг/кг_кл)

   3.1.3. Расчет минерального состава клинкера и теплового эффекта клинкерообразования при 0 оС

   Под минеральным составом клинкера принимается расчетное содержание С3S, С₂S, С₃A, С₄AF, определяемое исходя из его заданного химического состава.   Содержание в клинкере

   СаО, не связанного с SО₃, обозначено С^/ . 

   С^/  = С - 0,7 * SО₃ = 65,45 - 0.7 * 0.5 = 65,10 % 

   C₃S = 4,07 * С^/ - 7,6 * S - 6,72 * А - 1,43 * F = 4,07 * 65,10 - 7,6 * 22,90 - 6,72 * *5,70 - 1,43 * 4,15 = 46,68 % 

   С2S = 8,6 * S - 3,07 * С^/ + 5,1 А + 1,08 * F = 8,6 * 22,90 - 3,07 * 65,10 + 5,1 * 5,70 + 1,08 * 4,15 = 30,64 % 

   С3А = 2,65 * А - 1,69 * F = 2,65 * 5,70 - 1,69 * 4.15 = 8,091 % 

   С4АF = 3,04 * F = 3,04 * 4,15 = 12,62 % 

   Тепловой эффект клинкерообразования равен количеству теплоты, необходимому для того, чтобы из сухого сырья с температурой 0 оС получить без материальных и тепловых потерь 1 кг клинкера с температурой 0 оС. 

   Расход теплоты 
 

   q^р₁ = Gсс * Н₂Ог * q^дег_о/100 = 1,543 * 1,2 * 6870/100 = 127,2 (кДж/кг_кл) 

   2. На декарбонизацию сырьевых материалов 

    (кДж/кг_кл) 

   Если СаО^с , МgО^с   не заданы: 

     

   где  М_СаО, М_СО2 - молярные массы.

            

   ГМ = А/F = 5,70/4,15 = 1,373 

   Определяем по значению ГМ интерполяцией:

    

   q^р₃ = q_ж.ф = 150 (кДж/кг_кл), (см.табл.П11) 

   Приход теплоты 

     q^п₁ = (527 * С₃S + 716 * C₂S + 61 * C₃А + 109 *С₄АF)/100 = (527 * 46,68 + 716 * *30,64 + 61 * 8,09 + 109 * 12,62)/100 = 484 (кДж/кг_кл) 

   q^п₂= 0,5 * qж.ф = 75 (кДж/кг_кл) 

   Q^кл_о = ∑q^р_i - ∑q^п_i = 127,22 + 2107 + 150 - 484- 75 =1825,5 (кДж/кг_кл)  

   3.1.4. Определение размеров печи и потерь теплоты в окружающее пространство

   При необходимости расчетного определения размеров печи пользуются данными, приведенными в Приложении (табл.П1 - П4). При дипломном проектировании, если размеры печи не заданы, подбирают по табл.П1 - П4 или литературе стандартную печь, производительность которой наиболее близка к заданной и превышает ее; аналогичным образом подбирают холодильник [7].