Двухбарабанная печь для производства керамзита

                    – материала на выходе из холодильника. t_х=80

                    – воздуха. t_в=15

                    – природного газа. t_г=10

                    – гранул при загрузке в печь. t

6. Производительность двухбарабанной печи: П_г=250 тыс.м³/год; П₂=12842,46575 кг/ч.
7. Насыпная плотность керамзита: ρ_н=450 кг/м³.
8. Безвозвратный пылеунос и технологические потери сырья: i=3%
9. Уклон печи: 3,5 %

1. Оценка  сырья

   Содержание  основных химических составляющих в  глинистом сырье для производства керамзита по ГОСТ 25264 – 82 должно находиться в следующих пределах: SiO – не более 70%; Al2O3 + TiO2 – 10-25%; Fe2O3 + FeO – 2,5-12%; CaO – не более 6%; Mg – не более 4%; сумма соединений серы в пересчете на SO3 – не более 1,5%; Na2O + K2O – 1,5-6%; органическое вещество не более 6%. Пластичное сырье должно иметь число пластичности не менее 10. Температурный интервал вспучивания глинистого сырья без добавок или с их применением должен быть не менее 2.

   Данное  сырье соответствует требованиям  ГОСТ 25264 – 82.

2. Расчет горения природного газа на 100 м³ газа

   Расчет  горения природного газа на 100 м³ газа приведен в таблица 1 (приложение).

   Из  таблицы 1.

1. Теоретический расход воздуха: V_о=10,64 нм³/нм³газа
2. Выход продуктов сгорания при α=1:

   V^г_co2=1,133  нм³/нм³газа,

   V^г_н2о=2,302  нм³/нм³газа,

   V^г_N2=8,27 нм³/нм³газа

   V_тo=11,71 нм³/нм³газа.

3. Фактическая температура горения при температуре вспучивания.

   t^ф_ог= t_всп+(50÷100); при t_всп=1180 ^ОС, t^ф_ог=1250 ^ОС.

   Теоретическая температура горения при избытке  воздуха t^т_г= t^ф_г/η, где η – пирометрический коэффициент печи, учитывающий теплообмен между газом и материалом и потери теплоты в зоне горения через корпус печи; для вращающейся печи η=0,9, тогда t^т_г=1250/0,9=1390 ^ОС.

   Теоретическая температура горения находится  по формуле

   t^т_г= (Q^н_р+ Q_в)/(V_г+C_г); (1)

   где Q^н_р- теплотворность топлива, кДж/нм³, кДж/кг. Q_в – теплосодержание воздуха, входящего в зону горения из холодильника при охлаждении керамзита от 900 ^ОС до 80 ^ОС. Воздух при этом нагревается до 300÷350 ^ОС.

   Q_в= V_о*С_в*t_в, кДж/нм³; (2)

   Q_в=10,64*1,318*300=4207,06 кДж/нм³

   C^’_r – средняя теплоемкость продуктов сгорания:

   C^’_r=(C^’_со2*r_co2+ C^’_н2o*r_н2о+ C^’_N2*r_N2)/ V_г.о; (3)

   C^’_r=1,373 кДж/м³газа

   (36840+4207,04)/((11,71+10,64(α-1))*1,373)=1390, откуда α=1,92

   Принимаем α в зоне вспучивания α₁=1,92 с учетом подсоса на стыках барабанов, в барабане термоподготовки α₂=2,07; в холодильнике α₃=2,22.

4. Действительный расход воздуха:

   В барабане вспучивания (α₁=1,92)

   V^’_в= V_о* α*х^т, нм³/кг; (4)

   V^’_в=10,64*1,92*х^т=20,43х^т нм³/кг,

   В барабане термоподготовки (α₂=2,07)

   V^’’_в=10,64*2,07*х^т=22,02х^т нм³/кг,

   В холодильнике (α₃=2,22)

   V^’’’_в=10,64*2,22*х^т=23,62х^т нм³/кг

5. Общий выход топочных газов при α₂=2,07 (барабан термоподготовки)

   V_т= V_тo+ V_в; нм³/кг; (5)

   V_т=11,71х^т+10,64(2,07-1)х^т=23,09х^т нм³/кг

   При α₁=1,92

   V_т=11,71х^т+10,64(1,92-1)х^т=21,5х^т нм³/кг

3. Расчет материального баланса производства керамзита
1. Удельный расход сырца

   G_с= ρ_н/([(100-W)/100]*[(100-ППП)/100]*[(100-i)/100]); (6)

   G_с=600/([(100-25)/100]*[(100-8)/100]*[(100-3)/100])=896,46 т/м³

   Или G/ρ_н кг/кг керамзита; 896,46/600=1,494 кг/кг кер-та

2. Удельный расход сухого сырца:

   G^с_с= G_с(100-W)/100, кг/кг; (7)

   G^с_с=1,494*0,75=1,12 кг/кг.

3. Выход физической влаги из сырья.

   G^ф_н2о= G_с- G^с_с кг/кг; (8)

   G^ф_н2о=1,494-1.12=0,374 кг/кг

   или V^ф_н2о= G^ф_н2о/ ρ_н2о; (9)

   V^ф_н2о=0,374/0,806=0,465 нм³/кг, где ρ_н2о – плотность водяных паров, м³/кг.

4. Выход химически связанной влаги (гидратной).

   G^х_н2о=0,0035* G^с_с*Al₂O₃; (10)

   G^х_н2о=0,0035* 1,12*22=0,0862, кг/кг

   V^х_н2о= G^х_н2о / ρ_н2о, нм³/кг; (11)

   V^х_н2о= 0,0862/ 0,805=0,107 нм³/кг.

5. Общее количество испаряемой влаги.

   G_н2о= G^ф_н2о+ G^х_н2о; (12)

   G_н2о= 0,374+ 0,0862=0,460 кг/кг

   V_н2о= 0,465+0,107=0,572 нм³/кг.

6. Выход CO₂ из карбоната CaCO₃ и MgCO₃, содержащихся в глине:

   Количество  содержащегося в глине CaCO₃:

   G^c_CaCO3= CaO^c*100/56; (13)

   G^c_CaCO3=2*100/56=3,6 %

   или G^c_CaCO3= G^с_с*CaO^c/56; (14)

     G^c_CaCO3= 1,12*2/56=0,04 кг/кг.

   Количество  содержащегося в глине MgCO₃:

   G^c_MgCO3= MgO^c*84,32/40,32; (15)

   G^c_MgCO3=2*84,32/40,32=4,18 %

   или G^c_MgCO3= G^с_с* MgO^c*84,32/(100*40,32); (16)

   G^c_MgCO3=1,12*2*84,32/(100*40,32)=0,047 кг/кг.

   Количество  СО₂, высвобождающегося из карбонатов глины:

   СО^с₂= G^c_CaCO3- G^c_CaO+ G^c_MgCO3- G^c_MgO; (17)

   СО^с₂=3,6 -2+4,18^-2=3,78 %.

   или СО₂= G^с_с*СО^с₂/100; СО₂; (18)

   СО₂=1,12*3,78/100=0,0423 кг/кг керамзита

   или V^с_СО2= СО^с₂/ ρ_СО2; (19)

   V^с_СО2=0,0423/1,977=0,0214 м³/кг керамзита

4. Расчет теплового баланса обжига керамзита

   Определение теплоты, потребной для обжига 1 кг керамзита,(тепловой эффект керамзитооборудования), кДж/кг керамзита. Термин «тепловой эффект керамзитооборудования» означает расход тепла на образование 1 кг керамзита из абсолютно сухого сырья, поступающего в печь при 0^оС, при отсутствии материальных и тепловых потерь, т.е. в идеальной печи.

1. Расход теплоты на нагрев сухой части сырья от 15 до 450 ^оС

   (предварительный  подогрев сырца в барабане  тепловой подготовки).

   Q^с₁= G^с_с*С(t-t₁); (20)

   Q^с₁=1,121*1,006(450-15)=490,4кДж/кг, где С – массовая теплоемкость сырца, кДж/кгС

2. Расход теплоты на дегидратацию глинистых минералов сырья.

   Q₂=6704*G^x_н2о; (21)

   Q₂=6704*0,0862=578,4 кДж/кг

   Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O=Al₂O₃*2SiO₂ + 2H₂O – 6704 кДж/кг влаги

3. Расход теплоты на нагрев дегидратированного сырья от 450 до 900 ^оС

   Q₃=C(G^с_с- G_н2о)(t₂-t₁); (22)

   Q₃=1,089(1,121-0,0862)(900-450)=506,9 кДж/кг

   С – теплоемкость сырья при температуре 450÷900 ^оС, равна 1,089 кДж/кг* ^оС

4. Расход теплоты на декарбонизацию CaCO₃ и MgCO₃, содержащихся в глине.

   CaCO₃=CaO+CO₂ – 1655 кДж/1кг CaCO₃

   MgCO₃=MgO+CO₂ – 817 кДж/1кг MgCO₃

   Q₄=1655*CaCO₃+817MgCO₃; (23)

   Q₄=1655*0,04+0,047=104 кДж/кг

5. Расход теплоты на нагрев декарбонизированного сырья от 900 до 1180 ^оС

   Q₅=( G^с_с- G^x_н2о- G_со2)*С*(t₂-t₁); (24)

   Q₅=(1,121-0,0862-0,0423)*1,173*(1180-900)=325,8 кДж/кг

6. Расход теплоты на образование жидкой фазы при 900-1180 ^оС.

   Количество  тепла на плавание силикатной массы (стекла) в теплотехнических расчетах обычно принимается равным 90%.

   Поэтому удельный расход тепла на образование  стекловидной фазы (т.е. плавление силикатной массы), отнесенной к 1 кг обожженного  керамзита может быть принят равным

   Q₆=0,9Q₅; (25)

   Q₆=0,9*325,6=293,2 кДж/кг

   Общий расход теплоты для обжига 1 кг керамзита.

   Q_р=; (26)

   Q_р=490,4+578,4+506,9+104+325,8+293,2=2299 кДж/кг

   Приход  теплоты, кДж/кг керамзита

1. Приход теплоты в результате образования соединений железа

   (CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃)

   Q^’₁= 0,0304*Fe₂O₃*108,9; (27)

   Fe₂O₃ – процент содержания оксида железа в сухой глине.

   Тепловой  эффект реакции:4CaO+Al₂O₃=4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃+108,9 кДж/кг

   Q^’₁=0,0304*8*108,9=26,5 кДж/кг

2. Приход теплоты в результате образования алюмосиликатов

   Q^’₂=0,0217*Al₂O₃*301,7; (28)

   Q^’₂=0,0217*22*301,4=144 кДж/кг

   Al₂O₃ – процент глинозема в сухой глине

   Al₂O₃+2SiO₂= Al₂O₃*2SiO₂+301,7 кДж/кг