Тепловые расчеты агрегатов с вращающимися печами

      Состав газообразного топлива и его температура

      Состав клинкера

      Содержание компонентов в сухом сырье, %:

      СаО^с = 42,40; МgО^с = 1,14; ППП^с = 34,83

      Степень декарбонизации СаСО3:

      в печи b_п = 0,15

      в декарбонизаторе b_д = 0,45

      в смесительной камере b_см = 0,40

      Доля подсасываемого воздуха:

      в головке печи  Δ^п_подс = 0,05

      в декарбонизаторе Δ^д_подс = 0,05

      Доля первичного воздуха  Δ^в_перв = 0,10

      Доля сжигаемого топлива:

      в печи  Δ^п_т = 0,4

      в декарбонизаторе Δ^д_т = 0,6, в т.ч. в вихревой горелке D^в.г._т = 0,07

      Объем воздуха, подаваемого в холодильник V^в_охл = 3,0 м3/кг_кл

      Масса уносимой пыли:

      из печи в смесительную камеру G^п-см_пу = 0,0525 кг/кгкл

      с воздухом из холодильника в декарбонизатор G^х-д_пу = 0,015 кг/кг_кл

      со вторичным воздухом из холодильника в печь G^х-п_пу = 0,085 кг/кг_кл

      с воздухом из холодильника в осадительную камеру G^х-ок_пу = 0,06 кг/кг_кл

      со сбросным воздухом из холодильника G^х(сбр)_пу = 0,05 кг/кг_кл

      Коэффициенты полезного действия циклонов hi, где (i - номер ступени теплообменника):

      hI = 0,8; hII = 0,85; hIII = 0,9; hIY = 0,95

      Температура:

      сырья, поступающего в циклонный теплообменник t_c = 60 С

      отходящих газов t_о.г = 350 С;

      топлива t_т = 10 С

      окружающего воздуха t^в_окр = 20 С;

      материала, поступающего из печи в холодильник t^п-х_м = 1350 °С

      Потери теплоты в окружающее пространство, кДж/кг_кл:

      декарбонизатором (со смесительной камерой) 25; трубопроводом горячего воздуха (включая теплосодержание пыли, уловленной в осадительной камере) 70; циклонами I, II, III, IY ступеней соответственно 35; 30; 25; 20.

      Коэффициенты избытка воздуха:

      за печью  α_п = 1,1;

      за декарбонизатором  α^д  = α^гор =  1,05;

      за циклонами I -IY ступеней: α^I  = 1,12;    α^II = 1,17; α^III = 1,22;  α^IV = 1,27.

      Примечания:

      1. При расчете не рассматривается теплосодержание безвозвратного пылеуноса и вводимой для его компенсации сырьевой шихты, т.к. их значения пренебрежимо малы по сравнению с другими статьями тепловых балансов. Принимается, что унос представляет собой сырьевую шихту, не претерпевшую физикохимических превращений.

      2. Потери теплоты в осадительной камере, в том числе с осажденной в ней пылью, включены в потери в окружающее пространство в трубопроводе холодильник-декарбонизатор.

      3. По опытным данным температура материала, осаждаемого в циклоне каждой ступени, приблизительно на 10 °С ниже, чем температура отходящих из этого циклона газов, что может быть учтено при расчете. Однако в примере расчета эти температуры приняты равными, что не вносит существенной погрешности в результаты.

      4. Принято, что степень протекания экзотермических реакций образования С2S, С3А и С4АF в декарбонизаторе составляет 30 %; в циклоне II ступени происходит разложение МgCO3; III ступени - дегидратация (50%), IY ступени - дегидратация (50 %) и испарение.

      5. При необходимости учесть теплосодержание топлива если t ≥ 100 °С) его рассчитывают по формуле:

      q_т = (x_т * C^т_t * V^соп_Н2О * C^Н2О_t ) * t_т,

      где, С^т_t - затраты топлива, кг/кг_кл, и его теплоемкость

      (для угля  С^т_t = 1,05; для мазута 2,05 кДж/(кг * °С);

      V^соп_Н2О,  C^Н2О_t - затраты и теплоемкость сопутствующего водяного пара (может использоваться при сжигании мазута в форсунках;

      V^соп_Н2О = (0.6 - 0.8) * х_т/ρ^Н2О₀ ) 

      3.4.1. Расчет процесса горения топлива на ЭВМ "Искра - 1256"

      или IBM PC AТ. 

      Выполняется по методике, изложенной в [6]. В результате расчета получено:

      V^в_α  = 10 м³/м³_т ; V^п.г._α = 11 м³/м³_т ; Q^р_н = 33500 кДж/м³_т

      Состав продуктов горения (объемные доли u_i):

      СО2 - 0,091; H2O - 0,181; N2 - 0,719; О2 - 0,009.  

      3.4.2. Определение затрат сырья и выхода газообразных

      продуктов его разложения 

      1. Удельные теоретические затраты сухой сырьевой шихты 

       (кг/кг_кл)

      (в случае работы печи на твердом топливе см.п.3.1.2). 

      2. Выход СО2 из сырья

       (кг/кг_кл)

       (кг/кг_кл)

       (м3/кг_кл)

       (м3/кг_кл)

      G^c_CO2 = G^c(Ca)_CO2 + G^c(Mg)_CO2 = 0.512 + 0.013 = 0.525 (кг/кг_кл)

      V^c_CO2 = V^c(Ca)_CO2 + V^c(Mg)_CO2 = 0.26 + 0.0064 = 0.27 (м3/кг_кл) 

      3. Выход гидратной влаги

      G^г_W = G_сс - G^с_СО2 - 1 = 1,54 - 0,525 - 1 = 0,018 (кг/кг_кл)

      V^г_W = G^г_W /ρ^Н2О₀ = 0,018/0,804 = 0,023 (м3/кг_кл) 

      4. Затраты влажного сырья

       (кг/кг_кл) 

      5. Выход физической влаги из сырья

       (кг/кг_кл)

       (м3/кг_кл) 

      6. Выход СО2 из СаСО3 в печи

      G^п_СО2 = b_п * G^c(Ca)_CO2 = 0,15 * 0,512 = 0,23 (кг/кг_кл)

      V^п_CO2 = G^п_СО2 / ρ^СО2₀ = 0,23/1,977 = 0,12 (м3/кг_кл) 

      То же в декарбонизаторе

      G^д_CO2 = b_д * G^c(Ca)_CO2 = 0,45 * 0,512 = 0,231 (кг/кг_кл);

      V^д_CO2 = G^д_СО2 / ρ^СО2₀ = 0,231/1,977 = = 0,117 (м3/кг_кл) 

      То же в смесительной камере

      G^см_CO2 = b_см * G^c(Ca)_CO2 = 0,4 * 0,512 = 0,205 (кг/кг_кл);

      V^см_CO2 = G^см_СО2 / ρ^СО2₀ = 0,205/1,977 = = 0,104 (м3/кг_кл) 

      3.4.3. Расчет минерального состава клинкера и теплового эффекта клинкерообразования при 0 °С. 

      Пример расчета - см. п. 3.1.3. В результате расчета получено:

      C3S = 46,7 %; C2S = 29,6 %; C3А = 8,1 %; C4AF = 12,6 %;

      Q^кл₀ = 1849 кДж/кг_кл  

      3.4.4. Определение объемов воздуха

      1. Затраты воздуха на горение топлива в печи

      V^в_п = Δ^п_т * x_т * V^в_α = 0,4 * x_т * 10 = 4 * x_т м³/кг_кл

      В том числе: подсос через головку в горячем конце печи

      V^в_подс.п = V^в_п * Δ^п_подс = 4 * х_т * 0,05 = 0,2 * х_т

      первичный воздух V^в_перв = V^в_п * Δ^в_перв = 4 * х_т * 0,10 = 0,4 * х_т

      вторичный воздух V^в_втор= V^в_п - V^в_перв - V^в_подс.п = 4 * х_т- 0,4 * х_т - 0,2 * х_т=

      = 3,4 * х_т 

      2. Затраты воздуха на горение топлива в декарбонизаторе

      V^в_д = V^в_α * x_т * Δ^д_т = 10 * x_т * 0,6 = 6* x_т

      В том числе: подсос в декарбонизатор

      V^в_подс.д = V^в_д * Δ^д_подс = 6 * x_т * 0.05 = 0,3 * x_т

      воздух, поступающий из холодильника

      V^в_х-д = V^в_д - V^в_подс.д = 6 * x_т - 0.3 * x_т = 5,7 * x_т 

      3. Объем сбрасываемого из холодильника воздуха

      V^в_сбр = V^в_охл - V^в_перв - V^в_д = 3,0 - 3,4 * х_т - 5,7 * х_т =

      = 3,0 - 9,1 * х_т  

      3.4.5 Определение потерь теплоты в окружающее пространство

      Принимаем толщину футеровки печи d = 0,2 м (см. раздел 4.2). Диаметр внутренней поверхности печи

      D_вн = D_н - 2 * δ = 4,5 - 2 * 0,2 = 4,1 (м)

      Расчетная площадь боковой поверхности печи

      F_расч= L_n * π(D_вн+ D_н)/2 = 80 * 3,14*(2,1 + 2,5)/2 = 578 (м²) При необходимости  определения размеров печи по заданной производительности (см.раздел 3.1.4.)

      Расчет потерь теплоты в окружающее пространство печью выполняется подобно п.3.1.4. В результате расчета получено:

      q^п_пот = 331,3 кДж/кг_кл

      3.4.6. Определение масс пыли

      Поступающей в печь из циклона I ступени

      G^1-п_м = 1 + G^п_СО2 + G^п_пу = 1 + 0,231 + 0,053 = 1,283 (кг/кгкл)

      Поступающей в циклон I ступени

      G^I_м.вх = G^1-п_м /hI = 1,283/0,8 = 1,604 (кг/кг_кл)

      Выходящей из циклона I ступени с газами

      G^I-II_м = G^I_м.вх - G^1-п_м = 1.604 - 1,283 = 0,321

      Поступающей в декарбонизатор из циклона II ступени

      G^I-д_м = G^I_м.вх + G^д_СО2 + G^см_СО2- G^п_пу - G^х-д_пу =

      = 0,321 + 0,231 + 0,205 - 0,053 - 0,015 = 1,972

      Поступающей в циклон II ступени

      G^II_м.вх = G^I-д_м/h2  = 1.972/0.85 = 2,32

      Выходящей из циклона II ступени с газами