Двухбарабанная печь для производства керамзита

3. Теплосодержание керамзита при температуре вспучивания.

   Q^’₃=С_кер*t_всп; (29)

   Q^’₃=0,964*1180=1137,2 кДж/кг

   С_кер – теплоемкость керамзита, равная 0,863 кДж/кг ^оС

4. Теплосодержание углекислого газа при 900 ^оС.

   Q^’₄=V_co2*C^’_co2*t; (30)

   Q^’₄=0,0214*2,169*900=41,82 кДж/кг

   C^’_co2 – объемная теплоемкость СО₂, кДж/м^{3 о}С

5. Теплосодержание химически связанной влаги при 450 ^оС.

   Q^’₅=G^x_н2о(2493+1,97*t); (31)

   Q^’₅=0,0862*(2493+1,97*450)=291,59 кДж/кг

   Общий приход теплоты: Q_n=

   Q_n=26,5 + 144 + 1137,2 + 41,82 + 291,59=1641,12 кДж/кг

   Тепловой  эффект керамзитооборудования:

   Q_k.o=Q_p-Q_n; (32)

   Q_k.o=2299-1641,12=657,6 кДж/кг

5. Расчет потерь теплоты в окружающую среду

   Потери  теплоты в окружающую среду рассчитывают по следующей формуле:

   Q_o.c=(t₁-t₂)*f/(1/α₁+δ/λ+1/ α₂); (33)

   Где t₁ и t₂ – температура соответственно газовой среды и окружающего вохдуха;

   f – удельная поверхность теплопередачи f=πDL/G, где D и L диаметр и длина корпуса печи, G – производительность печи, кг/ч.

   α₁ – коэффициент теплоотдачи от газовой среды к футеровке;

   α₂ – коэффициент теплоотдачи от корпуса печи в окружающую среду;

   λ – теплопроводность шамота, Вт/(м ^оС);

   δ – толщина шамотной футеровки, принимаем  δ=0,2 м.

   Так как теплопроводность металла очень  высока, то при расчете пренебрегаем потерями теплоты через металлический корпус трубы.

   Для определения конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи от газов  к футеровки α_к пользуемся критериальным уравнением для конвективного теплообмена в трубах:

   Nu=0,023*Re^0,8*Pr^0,4; (34)

   Nu= αd/ λ; (35)

   Re=Wd/ρ; (36)

   Коэффициент теплоотдачи излучением находится  по формуле:

   α _u=С[((t_r^cp+273)/100)⁴-((t_ср+273)/100)⁴]/( t_r^cp-t_n); (37)

   Коэффициент теплоотдачи от корпуса печи в  окружающую среду можно определить по эмпирической формуле:

   α ₂=3,5+0,062*t_к; (38)

   где t_к – температура корпуса печи.

1. Зона вспучивания: Принимаем ориентировочные размеры барабана Д=4,5 м, L=24 м, среднюю температуру корпуса печи t_к=200 ^оС. Средняя температура газовой среды t_r^cp=1000 ^оС, а футеровки – 850 ^оС. Для средней температуры газов основные физические параметры

    - кинематическая вязкость ν=174,3*10^-6 м²/с;

    - теплопроводность λ=0,1090 Вт/м^оС;

    - скорость газов V=1,35 м/с, тогда Re=VД/v

              Re=1,35*4,5/(174,3*10^-6)= 3,48*10⁴; отсюда находится Re^0,8

   Расчет  потерь теплоты в окружающую среду приведены в таблице 2 (приложение).

   Из  таблицы 2.

   Суммарные потери теплоты корпусом печи составляют:

   Qⁿ_о.с=99,39549 ккал/кг или 416,1689 кДж/кг

   Потери  теплоты в холодильнике определяются аналогично. Величина их по предварительным расчетам составляет 20 – 25 % от потерь теплоты корпусом печи.

   Q^x_o.c=0,22*Qⁿ_o.c; (39)

   Q^x_o.c=0,22*416,1689=91,55716 кДж/кг керамзита

   Общие потери теплоты в окружающую среду:

   Q_o.c=Qⁿ_o.c+Q^к_o.c; (40)

   Q_o.c=416,1689+91,55716=507,7261кДж/кг керамзита 
 
 

6. Общий тепловой баланс

   вращающейся печи с холодильником

   Приход  теплоты, кДж/кг:

1. Приход теплоты в результате горения топлива

   Q_т=Q^p_н*x_т; (41)

   Q_т=36840* x_т

   x_т – расход топлива на 1 кг керамзита.

2. Физическая теплота топлива (t_т=10^оС)

   Q^ф_т=С^’_r*t_т* x_т; (42)

   Q^ф_т=1,676*10* x_т =16,76*x_т

   С^’_r – объемная теплоемкость природного газа, кДж/м^{3 о}С

   t_т – температура топлива при поступлении в печь.

3. Физическая теплота воздуха (α=1,92, t_в=15 ^оС)

   Q^ф_в=V_o*α*C^’_в* t_в* x_т; Q^ф_в; (43)

   Q^ф_в =10,64*1,92*1,297*15* x_т =397,8633 x_т

   C^’_в – объемная теплоемкость воздуха, кДж/м^{3 о}С

4. Физическая теплота материала (t_м=10 ^оС)

   Q^ф_с=(G^c_c*C_c+G^ф_н2о) t_м; (44)

   Q^ф_с=(1,121*0,24*4,19+0,374*4,19)*10=26,91917 кДж/кг

   G^c_c и C_c – соответственно расход и теплоемкость абсолютно сухой массы сырцовых гранул;

   G_w – физическая влага в сырье, кг/кг керамзита

   Общий приход тепла:

   ΣQ_n=Q_т+Q^ф_т+Q^ф_в+Q^ф_с (45)

   ΣQ_n=36840*x_т+16,76* x_т+397,8633* x_т+26,91917=37254,62* x_т+26,91917

   Расход  теплоты , кДж/кг

1. Расход теплоты на испарение влаги из сырца

   Q^c_н2о=G^ф_н2о*q_исп; (46)

   Q^c_н2о=0,374*2500=933,8114

   q_исп – расход теплоты на испарение 1 кг влаги.

2. Тепловой эффект керамзитооборудования

   Q_к.о=655,9    

3. Потери теплоты с отходящими газами

   Q_ог=[V_co2*C_co2+ V_н2о*C_н2о+ V_N2*C_N2+V_o(α-1)*C_в]*х_т*t_ог+( V_н2о*C_н2о+ V_co2*C_co2)t_ог; (47)

   Q_ог=[1,133*1,825+2,302*1,532+8,277*1,303+10,64(1,92-1)*1,312]*250 x_т+(0,57119*1,532+0,02143*1,825)*250=7310,951x_т+228,5414

4. Потери теплоты с керамзитом на выходе из холодильника с учетом ввода опудривающей добавки (8%G^c)

   Q_к=1,08*G_к*C*t_к; (48)

   Q_к=1,08*1*0,78*80=67,392 кДж/кг

5. Потери теплоты в окружающую среду

   Q_о.с=507,7261

6. Потери теплоты с воздухом, выбрасываемым в атмосферу из холодильника

   Q_в=G_в*С_в*t_в; (49)

   Q_в=2,5*1,3177*300=988,275 кДж/кг

   t_в – температура воздуха после холодильника, ^оС (t_в=300 ^оС);

   G_в – расход воздуха для охлаждения керамзита составляет 1,9+2,5 м³/кг керамзита;

   С_в – теплоемкость воздуха при температуре 300 ^оС.

   Общий расход теплоты:

   ΣQ_p= Q^c_н2о+ Q_к.о+ Q_ог+ Q_к+ Q_о.с+ Q_в; (50)

   ΣQ_p=7310,951*x_т+933,8114+655,9+228,5414+67,392+528,8813+988,275=7310,951*x_т+ +3381,646

   Расход  топлива на 1 кг керамзита:

   37254,62* x_т+26,91917=7310,951* x_т+3381,646

   29943,669* x_т=3354,7269

   x_т=0,112035 м³/кг керамзита или x_т*Q^н_р/Q_усл=0,112035*36840/29300=0,140865 кг усл. топлива/кг керамзита

   Q^н_р и Q_усл – соответственно теплотворность натурального и условного топлива кДж/м³

   Расход  теплоты на 1 кг керамзита:

   q_т= x_т* Q^н_р; (51)

   q_т=0,112035*36840=4127,354кДж/кг

   Количество  газов, отходящих из печи, м³/кг в таблице 3 (приложение)

   Количество  газов, отходящих из барабана термоподготовки за час работы печи:

   V_r=V_г*П_r; (52)

   V_r=3,31018*12842,46575=42510,87 м³/ч

   Запыленность  газов, отходящих из пыльной камеры ~60 г/м³

   Тепловой  баланс холодильника приведен в таблице 4 (приложение)

   Температура воздуха на выходе из холодильника определяется из уравнения:

   ΣQ^x_n=ΣQ^x_p; (53)

   879,57481=3,4701076* t^x_в +165,1572, откуда t^x_в=205,8777 ^оС

   Тепловой  баланс зоны вспучивания приведен в  таблице 5 (приложение)

   Температура газов на выходе из зоны вспучивания  определяется из уравнения:

   ΣQ_n^всп=ΣQ_p^всп; (54)

   5759,5388=4,54363*t_х+2026,303, откуда t_х=821,6416 ^оС

   Тепловой  баланс зоны подогрева приведен в  таблице 6 (приложение)

   Температура газов на выходе из зоны подогрева  определяется из уравнения:

   ΣQ_n^под=ΣQ_p^под; (55)

   3293,81=4,61798*t_х+813,1936, откуда t_х=537,1648

   Тепловой баланс зоны испарения и тепловой баланс двухбарабанной вращающейся печи приведены в таблице 7 (приложение) и в таблице 8 (приложение) соответственно.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Охрана  труда и окружающей среды

   На  рабочем месте должны быть предусмотрены меры защиты от возможного воздействия опасных и вредных факторов производства. Уровни этих факторов не должны превышать предельных значений, оговоренных правовыми, техническими и санитарно-техническими нормами. Эти нормативные документы обязывают к созданию на рабочем месте условий труда, при которых влияние опасных и вредных факторов на работающих либо устранено совсем, либо находится в допустимых пределах.