Мини-завод по производству цемента. Годовая производительность 30 тыс. т.

 

3.6.7 Расчёт печного агрегата

 

Топливо — природный газ, поступающий из Московского газового кольца. Состав газа: СН₄ - 94,23%; С₂Н₆ - 3,12%; С₃Н₈ -0,89%; С₄Н₁₀-0,49%; СО-0,27%; N₂—1%.

Материальный баланс вращающейся  печи (рассчитываем на 1 кг клинкера):

1. Расход топлива – В_т ; м³⁄кг .
2. Расход сырья:

сухого:

 кг;

сухого с учётом безвозвратного уноса:

 кг;

шлама:

 кг;

3. Расчет горения природного газа Щебелинского месторождения. Состав сухого газа, %: СН₄ - 94,23%; С₂Н₆ - 3,12%; С₃Н₈ -0,89%; С₄Н₁₀-0,49%; СО-0,27%; N₂—1%. Газ сжигается с коэффициентом избытка воздуха 1,0.

Содержание влаги  в газе принимают 1 % и пересчитывают  состав сухого газа на влажный рабочий  газ:

СН₄^ВЛ % .

Другие составляющие газа остаются без изменения.

Состав влажного рабочего газа, %: СН₄^ВЛ — 93,23; С₂Н₆^ВЛ —3,12; С₃Н₈^ВЛ — 0,89; С₄Н₁₀^ВЛ —0,49; С0₂^ВЛ — 0,27; N₂^ВЛ — 0,6; Н₂0— 1.

Теплота горения  газа

= 358СН₄ + 637,5С₂Н₅ + 912,5С₃Н₈ + 1186,5С₄Н₁₀ = 358 · 93,23 + 637,5 · 3,12 + 912,5 · 0,89 + 1186,5 · 0,49 = 36759 кДж/м^З.

Теоретически  необходимое количество сухого воздуха  находят по формуле

l_Q = 0,0476 (2СН₄ + 3,5С₂Н₆ + 5С₃Н₈ + 6,5С₄Н₁₀) = 0,0476 · (2 · 93,23 + 3,5 · 3,12 + 5 · 0,89 + 6,5 · 0,49) = 9,8 м³/м³.  

Принимают влагосодержание  воздуха d=10 г/кг сухого воздуха и находят теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности:

l'₀ = (1 +0,001d) l₀ = 1,01 · 9,8= 9,9 м³/м^З.

Определяют количество, м³/м³, и состав продуктов горения при α=1 по формулам:

Vco₂ = 0,01 (С0₂ + СН₄ + 2С₂Н₆ + ЗС₃Н₈ + 4С₄Н₁₀);

Vн₂о = 0,01 (2СН₄ + ЗС₂Н_б + 4С₃Н₈ + 5С₄Н₁₀ + Н₂0 + 0,16dl₀);

VN₂ = 0,79l´₀ +0,01N₂;

Vo₂ = 0,21 (α — 1)l₀;

Vco₂ = 0,01 (0,27 +93,23 + 2 · 3,12 + 3 · 0,89 + 4 · 0,49) = 1,04;

Vн₂о = 0,01 (2 · 93,23 + 3 · 3,12 + 4 · 0,89 + 5 · 0,49 + 1,0 + 0,16 · 10 · 9,8) = 2,19;

VN₂ = 0,79 · 9,9 + 0,01 · 1 = 7,83;

Общее количество сухих продуктов горения составляет

V_C = 1,04 + 7,83 = 8,87 м³/м³.

Определяем  массу воздуха, водяных паров и сухих продуктов горения, учитывая, что их плотности соответственно равны 1,29; 0,8 и 1,3 кг/м³. Тогда:

G_B = 1,29 · 9,9 = 12,8 кг/м³ газа,

G_В,П = 0,8 · 2,19=1,752 кг/м³,

G_С,Г= 1,3 · 8,87= 11,53 кг/м³.

Находят также  высшую теплоту горения газа по формуле 

= 36759 + 2520 · 1,752 = 4 кДж/кг,

4. Практический расход воздуха при α=1

9,8 · 1,293 = 12,67;

1,293 - плотность воздуха.

5. Расход влаги воздуха:

 где d – влагосодержание воздуха (принимается по справочнику);

;

Сумма приходных статей материального баланса:

+ 1,67 + 1,545 +         + 0,127 = 3,22 + 1,127

Расходные статьи:

1. Выход клинкера – 1 кг;
2. Выход технологической углекислоты:

_{кг, где} 

– содержание химически  связанного углекислого газа в сырьевой смеси, % от массы сухого сырья,

, где ,, - молекулярная масса соответственно диоксида углерода, оксидов кальция и магния;

м³.

3. Выход физической воды сырья:

1,67 – 1,545=0,125 кг;

м³.

4. Выход гидратной воды сырья:

 кг;

 м³, где

 содержание  в сырьевой смеси, % по массе.

5. Выход уноса:

кг; где

β – степень дегидратации уноса.

6. Выход отходящих газов из топлива:

м³/м³;

=кг/м³;

м³/м³;

= кг/м³;

м³/м³;

 кг/м³;

7. Общий выход отходящих газов из топлива на 1 кг топлива:

2,056 + 2,738 + 6,656 = 11,45 кг/м³;

Определив из теплового баланса, найдём невязку материального баланса.

Сумма приходных статей материального баланса:

  

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ УСТАНОВКИ

Расчёт удельного количества теплоты на образование 1 кг клинкера сводится к расчёту  теплового  баланса процесса клинкерообразования, учитывающего эндо- и экзотермические  процессы, происходящие при нагреве  сырья, по формуле:

; где   

- теплота, затрачиваемая  на нагрев сырьевых материалов;

- расход теплоты  на эндотермические процессы;

- расход теплоты  на образование жидкой фазы  при 1400 K;

- теплота, выделяемая  при образовании клинкерных минералов;  - энтальпия клинкера;

- энтальпия газообразных  продуктов реакции декарбонизации.

Составляем тепловой баланс на 1 кг клинкера.

1. Приход теплоты, :

от сгорания топлива: ;

вносимой топливом: =1,68 · 25=42 где

 – теплоёмкость  топлива (для природного газа может быть принят 1,68);

- температура  подогретого топлива.

вносимой сырьевой мукой: =(1,545 · 0,875 + 0,125 · 4,18) · 14 = 26 ; где

=0,875 кДж⁄(кг·К) – теплоёмкость сухой части сырьевой смеси.

Энтальпия первичного (дутьевого) воздуха:

9,9 · 0,25 · 1,297 · 25= 80; где

- количество  воздуха в долях единицы, отнесённое  к общему расходу. Для пылевидного  топлива 0,2…0,3;

- теплоёмкость  воздуха, 1,297 .

Энтальпия  вторичного воздуха:

9,9 · 0,75 · 1,297 · 700=6741.

Общее количество теплоты, внесённое в печь:

 

2. Расход и потери теплоты, :

на тепловой эффект клинкерообразования:

 ;

на испарение  влаги: кДж;

с отходящими газами: ;

Энтальпия клинкера, выходящего из печи:

кДж; где

 = – теплоёмкость клинкера.

Энтальпия пылеуноса:

0,0008 · 1,06 · 250=0,2 кДж; где

=1,06 - удельная теплоёмкость уносимой пыли;

на декарбонизацию и дегидратацию уноса

 кДж;

уходящей в  окружающую среду:

; где

- площадь теплоотдающей  поверхности корпуса печи:

 м²;

количество теплоты, теряемой в окружающую среду 1 м² корпуса печи в 1 ч, при принятых условиях составляет 14650 кДж; - производительность печи, ;

 – угол  наклона свода, .

Тогда

  кДж.

Общее количество теплоты, расходуемой в печи:

∑

Уравнение теплового баланса 

 

откуда  м³⁄кг;

Удельный расход  теплоты:

 .

Суммы статей материального  баланса =2,85; =3,34. Невязка материального баланса - =0,49 или 14%

 

 

 

 

 

Таблица 3.6.7

Сводная таблица теплового  баланса

Статья баланса	Кол-во теплоты
	кДж/кг	%
Приход теплоты:
от сгорания топлива	3676	83,8
вносимой топливом	4,2	0,1
вносимой шихтой	26	0,6
с первичным воздухом	8	0,2
с вторичным воздухом	674,1	15,3
Всего:	4388,3	100
Расход теплоты:
на клинкерообразование	1746	40,3
на испарение  влаги	374	8,7
с отходящими газами	596,6	13,7
с клинкером выходящим  из печи	875,5	20,25
с пылеуносом	0,2	0,004
на декарбонизацию пылеуноса	1,1	0,026
в окружающую среду	737	17,02
Всего:	4331,3	100
Невязка баланса	57	1,2

 

Таблица 3.6.8

Техническая характеристика кольцевой обжиговой печи

Характеристика	Ед. изм.	Значение
Производительность  по клинкеру	т/час	3,5
Вид топлива		природный газ
Расход топлива  на обжиг 1 т клинкера	м3/т	100
Расход воды для  охлаждения печи	м3/час	4-5
Число оборотов пода	об/час	0,75
Мощность электродвигателя	кВт	25
Продолжение таблицы 3.6.8
Габаритные размеры - диаметр; - высота;	м	6 2
Масса	т	100

 

3.6.8 Расчёт помольного агрегата

 

, принимаем 1 помольный  блочно-модульный комплекс КИ 240.3

Таблица 3.6.9

Техническая характеристика блочно-модульного комплекса КИ 240.3

Характеристика	Ед. изм.	Значение
Производительность  по цементу	т/час	4
Тип мельницы		центробежная
Расход воздуха	м3/час	5000
Количество циклонов в батарее	шт.	6
Диаметр циклона	мм	1000
Производительность  батареи	м3/час	7500
Мощность электродвигателей - нагнетателя; - мельницы;	кВт	10 15
Габаритные размеры - длина; - ширина; - высота;	м	12 5,7 3,5
Масса	т	22

 

 

 

 

 

3.6.9 Расчёт пневмонасоса

 

, принимаем 1 пневмокамерного насос К-2305

Таблица 3.6.10

Техническая характеристика пневмокамерного насоса К-2305

Характеристика	Ед. изм.	Значение
Производительность	т/час	12
Число камер	шт.	1
Внутренний диаметр  камеры	мм	1200
Количество циклонов в батарее	шт.	6
Максимальная  дальность транспортирования - по горизонтали; - по вертикали;	м	200 25
Внутренний диаметр  транспортного трубопровода	мм	100
Расход сжатого  воздуха	м3/мин	25
Габаритные размеры - длина; - ширина; - высота;	м	2,4 1,4 2,9
Масса	т	1,7

 

3.6.10 Расчёт ёмкости промежуточных  бункеров

 

Для осуществления непрерывного технологического процесса необходима установка промежуточных расходных  бункеров. Каждый бункер необходимо оснастить  дозатором. В бункерах запас материалов устраивают на час работы предприятия. Определяем объёмы, размеры и количество расходных бункеров:

- для мела:

, где

 – часовой расход материала, м³;

- время хранения, часы;

- коэффициент заполнения бункеров, ;

 м³;

- для глины:

 м³;

- для песка:

 м³;

- для гипса:

 м³;

- для клинкера:

 м³;

- для песка и гипса  после мельницы:

 м³;

- для выдержки цемента  (запас на 1 сут.):

 м³;

Для хранения мела и глины  принимаем бункеры с размерами  соответственно: а=3м(1м); b=1м; h=1м; а₁=0,6м; b₁=0,5м; h₁=0,6м; тогда вместимость бункеров равняется:

;

 м³;

 м³;

Необходимое количество бункеров:

;

, принимаем 1 бункер;

, принимаем 1 бункер;

Для хранения гипса, песка  и их совместного хранения после  помола принимаем размеры бункера: а=1м; b=1м; h=1м; а₁=0,6м; b₁=0,6м; тогда вместимость бункеров равняется: