Тепловые расчеты агрегатов с вращающимися печами

   Если задана годовая производительность печного агрегата, определяют его часовую производительность: 

   Рч = 1000 * Р/(365 * 24 * Кисп) (кг/ч), 

   где Рч - годовая производительность, т;

   Кисп - коэффициент использования (табл.П1)

   По заданному значению Рч =110 т/ч принимаем по опытным данным для печей того же типа и близкой производительности:

   q^н_F = 63 кг/(м² * ч); L/Dнар = 16,0 (табл.П3).

   Площадь наружной боковой поверхности печи (поверхности по корпусу)          

   F^н_s.п = Рч / q^н_F  = 110000/63 = 1746 (м² ) 

   Диаметр печи по корпусу  

     (м ) 

   Аналогичным образом можно определить площадь боковой поверхности и диаметр печи по футеровке F^gн_б.п и Dвн , если задаться значениями поверхностного удельного съема (удельной производительности) q^gн_F   и отношения L/Dвн.

   Можно воспользоваться также значениями объемного удельного  съема  по корпусу или по футеровке q^н_v., тогда объем печи V = Рч/q^н_v.

   Толщину футеровки печей δ принимают равной 0,230 м при Dнар ≥5,2 и 0,200 м - при Dнар < 5,2 м. Можно дополнительно использовать теплоизоляционный слой толщиной до 0,04 м из теплоизоляционных материалов (исключение - зона спекания печей для обжига цементного клинкера). Печи для обжига глины на шамот имеют футеровку из шамота ШЦО толщиной 0,113 м, для мало-габаритных  вращающихся   печей для обжига титанатных спеков (сырье в виде шлама) толщина футеровки из шамота δ = 0,113 м с наружным теплоизоляционным слоем из асбеста толщиной 0,015 м. 

   В нашем случае

   Dнар = 5,89 > 5,2 м; δ = 0,230 м

   Dвн = Dнар - 2 * d = 5,89 - 2 * 0,230 = 5,43 (м) 

   Длина печи

   L = Dнар * (L/Dнар) = 5,89 * 16,0 = 94,3 (м)

   Определим размеры зон печи:

   а) печи для обжига цементного клинкера (зоны перечислены в табл.П5)

   Средняя скорость движения материала в печи

   Wм = 1,88 * Dвн * i * n/sinb (м/ч),

   где i - наклон барабана печи по отношению к горизонтали , %

   i = 3-4 % при Dвн > 3,4 м; i = 4-5 % при Dвн < 3,4 м;

   n - частота вращения печи 1/ч; n = 0,6-1,2 (принимается тем выше, чем меньше значение i)

   β - угол естественного откоса; sin β = 0,78 - 0,87 (зона спекания); sin β = 0,71 - 0,77 (зона охлаждения). 

   Принимаем i = 3,5 %; n = 0,9. 

   Длины зон спекания и охлаждения Lз определяем по необходимому времени пребывания в них материала tз: Lз = t_з * Wм (м),

   где t_з = 0,50 - 0,65 ч (зона спекания); t_з = 0,20 - 0,25 ч (зона охлаждения).

   Для зоны спекания 

    (м/ч) 

   Lспек = 0,50 * 41.3 = 20.6 (м) 

   Для зоны охлаждения 

    (м/ч) 

   Lохл = 0,22 * 44,1 = 9,7 (м) 

   Длины зон декарбонизации и экзотермических реакций

   Lэкз = (0,05 - 0,07)L (мокрый способ);

   Lэкз = (0,12 - 0,15)L (сухой способ)

   Lэкз = 0,14 * 94.3 = 13,2 (м)

   Lдек = L - Lохл - Lспек - Lэкз = 94,3 - 9,7 - 20,6 - 13,2 = 50,8 (м) 

   Для печей с декарбонизатором зоны 1 - 3 отсутствуют; Lэкз = L - Lохл - Lспек

   Для печей мокрого способа ориентировочная длина цепной зоны

   L^/_ц = 0,07 * L * (0,1 * L/Dнар - 1) (м) 

                                                  

   Суммарная длина первых трех зон цепи без учета L^/_ц

   L^/_1-3 = L - Lохл - Lспек - Lэкз - L^/_ц 

   б) печи для обжига извести, магнезита, доломита, глины на шамот, титанатных спеков:

   Длины зон определяются по данным табл.П6.

   Определение действительной температуры горения топлива

   Объемная энтальпия продуктов горения с учетом подогрева воздуха до температуры на выходе из зоны охлаждения,

   в

   принимаемой согласно табл.П5 равной (tвтор + 100) оС

   i_п.г =  [Q^р_н + V^в_α  * Δ^в_втор * с^в_t * (t_втор + 100)] / V^п.г_α =

                                                                        

   =  [33300 + 10 * 0,65 * 1,371 *(600 + 100)]/11= 3594 (кДж/м³) 

   Энтальпией первичного и подсосанного воздуха при t = 20 оС пренебрегаем. 

   Объемная энтальпия продуктов горения с учетом пирометрического  к.п.д.  процесса горения ηпир = 0.75 [6]:

   i^/_п.г = 3594* 0,75 = 2696 (кДж/м³)

   Действительная температыра горения при α^гор = 1,1 с учетом диссоциации, определенная по i-t диаграмме [8,с.70]

   t_гор = 1770 оС

   Определение средних температур внутренней поверхности футеровки и площадей поверхности теплопередачи по зонам печи

   Среднее значение диаметра печи

   Dср = (Dвн + Dнар)/2 = (5,43+5,89)/2=5.66 (м)

   Средние значения температур внутренней поверхности футеровки по зонам определяются по данным таблицы П5 или П6 (для зоны спекания см. примечание к табл.П5!)

           t^ср_вн = (t^нач_м + t^кон_м + t^нач_г + t^кон_г     )/4,

   при этом температура вторичного воздуха t^в_втор принимается по данным табл.П7. 

   Зона декарбонизации:

   Температура выходящих из печи газов t^п-т_г ориентировочно принята равной 1000 оС.

   t^ср_вн = (800 + 950 + 1000 + 1550)/4 = 1075  (оС)

   Fдек = π * Dср * Lдек = 3,14 * 5,66 * 50,8 = 903 (м²) 

   Зона экзотермических реакций:

   t^ср_вн = (950 + 1300 + 1550 + 1770)/4 = 1393 (оС)

   Fэкз = 3,14 * 5,66 * 13,2 = 235 (м2) 

   Зона спекания:

   t^ср_вн = (1500 + 1770 + 600 + 1800)/4 = 1417 (оС)

   Fспек = 3,14 * 5,66 * 20,6 = 367 (м2) 

   Зона охлаждения:

   t^ср_вн = (1300 + 1200 + 600 + 100 + 600)/4 = 950 (оС)

   Fохл = 3,14 * 5,66 *9,7 = 173 (м²) 

   Материалы футеровки по зонам подбираем по табл.П5 или П6, значение коэффициентов уравнений λ = f(t) - по табл.П8

   Для асбеста λ = 0,157 + 0,221 * 10-3 * t, Вт/(м * оС)

   В результате расчета потерь теплоты и температур корпуса печи на ЭВМ  получаем:

     

   Определим потери теплоты в зоне спекания при использовании водяного охлаждения. Футеровочный материал - ПШЦ, δ = 230 мм. Температуру внутренней поверхности футеровки вследствие образования обмазки принимаем:

               t_вн   =    t^ср_{вн(спек)} - 100== 1317 оС,

   температуру наружной поверхности t_нар = 300 оС.

   λ_ср = 3,14 - 0,644 * 10^-3 * (t_вн + t_нар)/2 = 3,14 - 0,644 * 10^-3 * (1317 + 300)/2 = 2,62 Вт/(м * оС)

   Q^/_спек = Fспек * (t_вн - t_нар ) * λ_ср/δ = 367* (1317 - 300) * 2.62/0,230 = 4,25 * 10⁶ (Вт) 
 

   Потери теплоты печью

     Q^/_пот = Qдек + Qэкз + Q^/_спек + Qохл = 1,11 * 10⁷ (Вт) или в расчете на 1 кг клинкера: 

   q^пот_огр.п= Qпот* 3,6/Рч= 1,11 *10⁷* 3,6/110000 = 363(кДж/кг_кл)  

   Для печей мокрого способа производства для обжига цементного клинкера к суммарным потерям теплоты на футерованных участках печи добавляем потери в цепной зоне по опытным данным: Qц = 40 кДж/кг  

3.1.5Совместный тепловой баланс вращающейся печи и теплообменника (для вариантов с,м: тепловой баланс печи)

   Составляется на 1 кг готовой продукции (клинкера) с целью определения затрат топлива хт, м³_т/кг_кл (газообразное топливо) или кг_т/кг_кл (твердое или жидкое). Теплоемкости материалов приняты по данным табл.П10,газов - по данным [6].

   Приходные статьи 

1.Потенциальная теплота топлива

   q^п₁ = Q^р_н * хт = 33300 * хт (кДж/кг_кл) 

   2. Теплосодержание топлива

   q₂ = хт * Ст * tт

   Если топливо не подогревается или подогревается до tт < 100 оС, этой статьей пренебрегаем, т.к. она мала по сравнению с другими. В нашем случае tт = 15 оС.   Если tт >100 оС,то для угля ст=1,05; для мазута 2,05 Кдж/(кг оС) 

3.Теплосодержание поступающего воздуха 

   q^п₃ = хт * V^в_α*(С^в_перв* t^в_перв * Δ^в_перв + С^в_втор* t^в_втор*Δ^в_втор+С^в_подс*t^в_подс * Δ^в_подс) + V^в_подс.т * С^в_{подс.т *} t^в_подс.т = хт * 10 * (1,298 * 20 * 0,30 + 1,367 * *600 * 0,65 +1,298 * 20 * 0,05) + 0,2 * 1,298 * 20 = 5422 * хт + 5(кДж/кг_кл) 

   Примечания к статье  q^п₃:

   1) Значение t^в_втор принимать такое же, как и при расчете потерь теплоты через ограждения.

   2) Объем воздуха, подсасываемого в теплообменник  

   V^в_подс.т = (0,1 - 0,3) м³/кгм (м,с: Vподс.т нет!) 

   4.Теплосодержание влажного сырья: 

   t_c=20 оС ; t_c=40-60 оС в случае ц.

   C^ж_H2O=4,19 кДж/кг* оС  

   q^п₄=(Gсс*Ссс+G^ф_Н2О*C^ж_H2O)*t_c=(1,559*0,837+0,275*4,19)*20=49 (кДж/кг_кл) 
 
 
 

   Расходные статьи: 

   1. Затраты теплоты на физико-химические превращния:

   q^р₁ = (расчетное значение Q^кл₀ )

   Если значение Q^кл₀ не рассчитывается, принимают Qо=(1800 - 2100) кДж/кг_кл; д, и, с: см.табл. П11; ш: q^р₁=Gсс * Г * Аl₂O₃ * q^{дег(Аl2O3)}_о /100, где Аl₂О₃ - мас.доля Аl₂O₃ в глине, %; q^{дег(Аl2O3)}_о- см.табл. П11.

   q^р₂ = G^ф_Н2О * r_о = 0,275*2490 = 685(кДж/кг_кл)