Тепловые расчеты агрегатов с вращающимися печами

   Плотность воздуха при средней температуре  

   ρ^в_ср=ρ^в₀*Т₀/(Т₀+t_ср) = 1,293*273/(273+137)= 0,862 (кг/м³) 

   Средняя условная скорость воздуха в слое материала  

    (м/с) 

   Гидравлическое сопротивление слоя материала на решетке

    (Н/м2)

    где x - коэффициент сопротивления.  

   3.1.10. Определение размеров и гидравлического сопротивления теплообменной конвейерной решетки

   Ширина решетки

   Шк.р = Dвн = 5,4 м

   Площадь решетки

   Рч* Gсс 110000 * 1,559 
 

    (м2) 

   Значение удельного съема q^р_F принимать в пределах F=350 - 400 кг/(м2* ч)

   Длина решетки

   Lкр = Fкр/Шкр = 429/5,4 = 78,9 (м)

   Средняя высота слоя материалов на решетке g  * tкр 

    (м) 

   Время пребывания материала на решетке τ_кр принимать в пределеах 0,3 - 0,5 ч.

   Средний объем СО2 в газах в теплообменнике

   V^ср_СО2 = [V^с_СО2 + (V^с_СО2 - V^т_СО2)]/2 = V^с_СО2 - V^т _СО2 /2 =

   = 0,267 - 0,053/2 = 0,240 (м³/кг_кл)  

   Температура газовоздушной смеси в горячем конце теплообменника 

    (оС)

   Ориентировочное значение t  для определения теплоемкостей

   принято равным 950 оС. Поскольку найденное значение t отличается от ориентировочного менее чем на 100 оС, оно не уточняется.

   Средняя температура газов в слое материала  

   t^ср_г =(900\+100)/2 = 500 (оС) 

   Средняя условная скорость газов в слое материала при двукратном прососе газов и приблизительно одинаковой площади обеих зон решетки 

    (м/с) 

   Средняя плотность газов в слое материала  

    (кг/м³) 

   Гидравлическое сопротивление слоя материала на решетке

   (д: d^к_э= 0,04-0,07 м; в остальных случаях d^к_э = 0,005-0,020 м)

     (Н/м²)                                                                                                                       

   где x - коэффициент сопротивления

   3.2. Расчет цепной зоны печи, работающей по мокрому способу

   Исходные данные для расчета:

   Влажность материала в конце зоны

   Wкон = 8,3 % (можно принимать в пределах 8-10 %)

   Масса пыли, вносимой в зону

   G^вх_пу = 0,29 кг/кг_кл (можно принимать 0,27-0,32 кг/кг_кл)

   Обозначения остальных используемых величин такие же, как в подразделе 3.1

   3.2.1. Тепловой баланс зоны

   Составляется с целью определения температуры газов, входящих в зону, t^вх_г .

   Расчитываем массу физической влаги, сохраняемой материалом в конце зоны: 
 

     (кг/кг_кл)

   Объем паров воды, входящих в зону

   V^ф(вх)_Н2О = G^кон_Н2О/ρ^Н2О₀ = 0,145/0,804 = 0,18 (м³/кг_кл) 

   Приход

   1. Теплосодерждание влажного сырья

   q^п₁ = (G_сс* C_сс * G^ф_Н2О   * C^ж_Н2О   )* t_с =

   = (1,559 * 0,837 + 0,275 * 4,187) * 20 = 49 (кДж/кг_кл)

   2. Теплосодержание запыленных газов, поступающих в зону 

   q^п₂=[V^п.г_α*xт*C^п.г +(V^г_Н2О +V^ф(вх)_Н2О )*C^Н2О +V^с_СО2*C^СО2 +G^вх_пу*Cу]*t^вх_г =

=[11,0*0,195*1,51 + (0,022 + 0,193)*1,668 + 0,277*2,131 +0,290*1,010] * t^вх_г = =3,55* t^вх_г

   Значение теплоемкостей определены при ориентировочной температуре

   t^/вх_г = 800 оС. Значение С^п.г определено по аддитивности. 

   Qп = ∑q^п_i = 49 + 3,55 * t^вх_г

   Расход:

   1.Теплосодержание выходящего материала с присаженной пылью р вх п кон ж вых

   q^р₁ = [Gсс* Cсс + (G^вх_пу - Gпу) * Cу + G^кон_Н2О* C^ж_Н2О] * t^вых_м =

   =[1,559*0,837 + (0,29 - 0,25)*0,870 + 0,145*4,187]*100 =194,5 кДж/кг 

   2. Теплосодержание запыленных отходящих газов 

   q^р₂ =[V^п.г_α*xт*Cп.г +(V^г_Н2О + V^ф_Н2О)*C^Н2О +V^с_СО2*C^СО2 + G^п_пу*Cу]*tо.г=

   =[11,0*0,125*1,43 + (0,023 + 0,342)*1.5052 + 0,267*1,7 +

   + 0,25*0,87] * 100 =319 кДж/кг 

   3. Затраты теплоты на испарение физической влаги р ф кон

   q^р₃ = rо *(G^ф_Н2О - G^кон_Н2О) = 2490 *(0.275 -0,145) = 325 кДж/кг

   rо - удельная теплота парообразования, кДж/кг Н2О 

   4. Потери теплоты через ограждения

   q^р = 40 кДж/кг (по опытным данным) 

   Qр  =881,5 кДж/кг

   Qп - Qр = 3,55 * t^вх_г - 829 = 4068 кДж/кг

   t^вх_г = 237 оС

   3.2.2. Определение размеров цепной зоны

   Площадь сечения печи в свету

   D_вн = 4,50 м; Fвн = π*D²_вн/ 4 = 23,2 (м²)

   Объем газов, входящих и выходящих в зону

   V^г(вх)₀ = V^п.г_α*xт +V^г_Н2О + V^ф(вх)_Н2О + V^с_СО2 =11*0,125+0,023+0,18+0,267=1,846     

   V^о.г₀ = V^п.г_α * xт + V^г_Н2О + V^ф_H2 + V^с_СО2 = 11*0,125+0,023+0,342+0,267=2,008 

   Средний объем газов по зоне

   Vср0 = V^п.г_α * xт + V^г_Н2О + (V^ф(вх)_Н2О + V^ф_H2O)/2 +V^с_СО2 =

   =11*0,12+0,023+(0,018+0,342)/2+0,267=1,927 (м³/кг_кл) 

   Средняя скорость газов при нормальных условиях, отнесенная к полному сечению печи 

    (м³/(м²* с)) 

   Коэффициент теплоотдачи в цепной зоне по эмпирической зависимости

   α_ц = 16,5 * W^0,7_г =16,5*2,54^0,7=31,7 (Вт/(м²* с))

   Условная поверхность теплообмена на протяжении одного метра длины цепной зоны

   Fц = π*Dвн*(1 + Кц) = 3,14*5,4* (1 + 3) = 68,3 (м²)

   Средняя разность температур между газовым потоком и материалом в цепной зоне 

    (оС) 

   Количество теплоты, переданное материалу в цепной зоне 
 
 

   

   (кДж/кг_кл) 

   Длина цепной зоны 
 

     м 

        Окончательное значение Lц принимать как наибольшее из зна-

   чений L^/_/ц , требуемого по условиям теплообмена, и принятого

   ранее L^/ц (см. п. 3.1.4).  
 
 
 

      3.3. Расчет рекуператорного и барабанного холодильников

      Расчет выполнен на примере рекуператорного холодильника агрегата для обжига клинкера с указанием особенностей для барабанного холодильника

      3.3.1. Тепловой баланс холодильника

      Составляется с целью определения температуры вторичного воздуха t^в_втор 

      Приход:

      1. Теплосодержание поступающего воздуха

      q^п₁ = V^в_α * х_т * Δ^в_втор * С^в_t * t^в_вх = 10 * 0,22 * 0,65 * 1,3 * 20 = 37 (кДж/кг_кл) 

      2. Теплосодержание поступающего материала

      q^п₂ = G_м * С_м * t^п-х_м = 1 * 1,045 * 1200 = 1254 

      Q^п = q^п₁ + q^п₂ = 37 + 1254 = 1291 

      Расход

      1. Теплосодержание вторичного воздуха

      q^р₁ = V^в_α * х_т * Δ^в_втор * i^в_втор = 10 * 0,22 * 0,65 * i^в_втор = 1,43 * i^в_втор 

      2. Теплосодержание выходящего материала

      q^р₂ = G_м * С_м * t^вых_м = 1 * 1,045 * 300 = 261

      Температуру материала t^вых_м принимать по табл.П7. 

      3. Потери теплоты в окружающее пространство

      q^р₃ = 251 (принимается по табл.П7)

      Q^р = q^р₁ + q^р₂ + q^р₃ = 512 + 1,43 * i^в_втор

      Q^п = Q^р; 1291 = 512 + 1,43 * i^в_втор

      i^в_втор = 544,9

      t^в_втор = 400 °С ( по i - t диаграмме [8,с.70])

      Можно определить значение t^в_втор по i^в_втор так же, как в [6,с.24].  

      3.3.2. Определение размеров холодильника 

      Расход воздуха, проходящего через холодильник

      V^в_о = G * x_т * V^в_α * Δ^в_втор /3600 = 15000 * 0,22 * 10 * 0,65/3600 = 5,96 (м³/с)

      Внутренний диаметр рекуператора (для барабанного холодильника - барабана)

      

       (значение скорости воздуха в холодильнике W^в_о и число рекуператоров n приняты согласно табл.П7. Для барабанного холодильника n = 1). 

      Длина рекуператора (или холодильника)

      L = (L/D_вн) * D_вн = 4,5 * 1,52 = 6,83 (м)

      (значение L/D_вн принято согласно табл.П7).

      3.4. Пример теплового расчета печного агрегата с циклонным теплообменником, декарбонизатором и колосниковым холодильником 

      Расчет осуществляется в соответствии со схемой печного агрегата (рис.3.2). Данные для расчета принимать таким же образом, как указано перед п.3.1.

      Исходные данные

      Производительность агрегата по клинкеру Р_ч = 125 т/ч