Випал вапна в обертових печах
Курсовий
проект
на
тему: «Випал вапна в обертових печах»
Зміст
Вступ
. Опис роботи теплової
установки
. Технологічні параметри та
режим роботи установки
. Розрахунок горіння палива
. Матеріальний баланс
. Тепловий баланс
. Розрахунок розмірів печі
. Аеродинамічний розрахунок з
вибором обладнання
. Техніко-економічні показники
підприємства
Література
Вступ
Повітряним вапном, називається
в’яжуче, що добувається помірним випалюванням (що не доводиться до спікання)
карбонатних порід, які містять до 8% глинистих домішок.
Повітряне вапно буває таких видів:
а) негашене грудкове - продукт
випалювання карбонатних порід;
б) негашене мелене - продукт помелу
грудкового вапна;
в) гідратне гашене вапно -
порошкоподібній продукт гідратації негашеного вапна.
Повітряне вапно забезпечує
тверднення та збереження міцності будівельних розчинів за повітряно-сухих умов.
Сировинні матеріали.
Для виробництва вапна застосовують,
гірські породи, що складаються з карбонату кальцію. Карбонат кальцію
трапляється в природі у вигляд двох кристалічних модифікацій: кальциту та
арагоніту.
Вапнякові породи є осадовими
утвореннями органогенного або хімічного походження.
Колір вапнякових порід залежить від
домішок. Чисті вапняки звичайно мають біле забарвлення. Домішки оксидів заліза
і марганцю забарвлюють їх у жовтуваті, бурі, червонуваті тони, домішки
вуглецевмісних речовин - у сірі і чорні. Найхарактернішими домішками у вапняках
є карбонат магнію, кремнезем, глинисті речовини, гіпс, пірит. У невеликих
кількостях трапляються сполуки фосфору.
Фізичні властивості сировини
(міцність, стиранність) визначають вибір агрегату для випалювання, а хімічний
склад кількість домішок - температуру випалювання.
Основним технологічним процесом під
час добування вапна є випалювання вапняку. Від нього залежать властивості
кінцевого продукту. Тому питання дисоціації карбонату кальцію в науковій
літературі присвячено дуже багато досліджень.
1.
Опис роботи теплової установки
Вибір того чи іншого агрегату для
випалювання вапняку залежить від фізико-механічних властивостей сировини, виду
палива. Під час випалювання щільного вапняку перевагу віддають шахтним, під час
випалювання м’яких порід - обертовим печам. Якщо у вапняку міститься багато
домішок (глинистих або магнезіальних), випалювання найкраще виконувати в печах
з винесеними топками або в обертових печах, де легше регулювати температуру.
Інтенсифікувати роботу шахтних і обертових печей для випалювання вапняку можна,
використовуючи добавки хлоридів. При цьому потужність шахтних печей збільшується
на 10%, а цикл випалювання в обертових печах різко скорочується. Під час
транспортування і зберігання грудкового вапна потрібно оберігати його від
зволоження, оскільки при цьому не тільки погіршується його якість, але й може
статися самозаймання дерев’яних предметів, з якими вони стикаються.
2. Технологічні параметри та режим
роботи установки
Обертові печі дають змогу випалювати
дрібні фракції, а також м’які породи і діставати м’яко випалене вапно. Довжина
таких печей від 30 до 100м. Чим довша піч, тим менша питома витрата палива. Для
поліпшення теплотехнічних показників обертових печей за ними встановлюють
парові котли-утилізатори, оскільки температура відхідних газів досягає
700-800°С. Застосовують також підігрівники вапняку, і тоді матеріал надходить у
піч з температурою 500 - 700 °С. Підігрівники бувають шахтні, циклонні й у
вигляді конвеєрної гратки. Якщо витрата теплоти без додаткових пристроїв
становить 25 - 30%, то в печах з підігрівниками вона знижується до 16-20%. Піч
устаткована барабанними холодильниками для охолодження вапна, що виходить з
неї. Потужність печей 200-500 т/добу. В подальшому впроваджуватимуться печі
потужністю до 1000 т/добу.
Переваги обертових печей полягають у
повній механізації та автоматизації процесів, а також у тому, що в них можна
випалювати м’які породи і шлами, чого не можна зробити у шахтних печах, і
використовувати будь-який вид палива. Основні техніко-економічні показники
обертових печей наведено у табл.1.
Недоліком обертових печей порівняно
з шахтними є підвищена витрата палива, запиленість відхідних газів, що вимагає
встановлення пиловловлювачів, велика витрата металу на 1т потужності, підвищені
капіталовкладення, значна витрата електроенергії.
Обертова піч являє собою стальний
барабан, зварений з окремих частин і футерований всередині вогнетривом. Печі
встановлюють під кутом 2-5° до горизонту.
Таблиця 1. Основні показники роботи
обертових печей
Показники
|
Тип печі
|
|
З внутрішнім теплообмінником
|
З конвеєрною ґраткою
|
З шахтним підігрівом
|
З циклонним теплообмінником
|
З паровим котлом-утилізатором
|
Розмір печі Довжина діаметр корпусу
|
118 3,6
|
50 3,6
|
50 3,6
|
50 2,7
|
75 3,6
|
Потужність, т/год.
|
12,5
|
12,7
|
12,7
|
7,5
|
15,0
|
Витрати умовного палива, кг/т
|
380
|
234
|
204
|
138
|
286
|
Вид сировини
|
Крейдяний шлам
|
крейда
|
Вапняк
|
Карбонати
|
Вапняк
|
Вологість,%
|
40
|
16,5
|
2,0
|
3,0
|
4,0
|
Розмір кусків, мм
|
-
|
10-25 25-50
|
10-20 20-40
|
0,088-0,10
|
25-50
|
Тип холодильника
|
Барабанний 2,3*38м2,5*25м2,5*38м2,5*20м2,5*38
|
Т вапна, що вивантаж.,°С
|
150
|
200
|
200
|
200
|
150
|
Т газів на вих. з тепло об. пристрою,°С
|
250
|
250
|
430
|
145
|
200
|
Сировину подають в один кінець печі
через спеціальний завантажувальний пристрій. Повітря, необхідне для спалювання
палива, підводить у піч з протилежного кінця. Піч працює під дією розрідженням,
на вимушений тязі, що створюється димососом. У нижній частині вентилятором
створюють надлишковий тиск.
По довжині печі умовно можна
поділити на окремі зони. Перша - зона нагріву, що займає до третини довжини
печі. В ній вапняк втрачає залишкову вологу і нагрівається до 850°С.
У зоні декарбонізації і випалу, що
займає близько 20% довжини печі, температура піднімається до1100°С, повністю
виділяється хімічно зв'язана волога і проходить дисоціація СаСОз. Ця зона є
найбільш термічно зв'язана напруженою, оскільки на неї затрачено 1740 кДж
теплоти на 1 кг СаСОз. В наступній зоні охолодження - матеріал охолоджується до
700°С, розплав кристалізується, а для подальшого різкого охолодження
застосуються холодильники.
Таблиця 2. Технічні характеристики
обертової печі
Показники
|
Значення
|
Тип печі
|
III
|
Діаметр барабана, м:
|
|
зовнішній
|
3,6
|
• внутрішній
|
3,2
|
Довжина барабана, м
|
110
|
Робочий об'єм агрегату, м3:
|
|
• загальний
|
880
|
• у тому числі барабана
|
880
|
• підігрівача сировини
|
-
|
Маса агрегату без випалювального матеріалу, т:
|
|
• всього
|
1200
|
• у тому числі металу
|
730
|
• вогнестійкого
|
470
|
Тип теплообмінних пристроїв
|
Навіска жаростійких ланцюгів
|
Частота обертання, хв.
|
0,б...1,2
|
Потужність приводу, кВт
|
125
|
Димосос:
|
|
• подача,м3/с
|
50
|
• тиск, кПа
|
2
|
• потужність, кВт
|
125
|
Система пиловловлюючих газів
|
Горизонтальний електрофільтр
|
Розміри шматків,
|
до 500 мм
|
Продуктивність за виходом вапна
|
|
• агрегатна, кг за 1с • питома, кг/(м3-С)
|
3,9 4,43-10*3
|
При випалі сировини відбувається
дисоціація вуглекислого кальцію і магнію, причому активно проходить
тверднофазні реакції. У результаті цього виділяється оксид кальцію, який
взаємодіє з глинистими і тонко дисперсними піщаними домішками, утворюючи в
результаті низько основні силікати, ферити, алюмінати і алюмоферити кальцію. В
даній печі використовується кам’яне вугілля Львівсько-Волинського басейну. За
необхідною потужністю обираємо обертову піч, технічні характеристики якої
наведені в таблиці 2.
Так як продуктивність однієї печі
14т/год., а потрібна годинна продуктивність 18,5 т/год., приймаємо дві печі.
Шахтний протиточний підігрівач
сировини падаючого шару конструкції ВНИИстром є порожнистою круглою
теплоізольовану шахтою змінного перетину висотою 10 і Внутрішній діаметр трьох
пережимів 1,2 м. Усередині шахти змонтований порожнистий металевий керн
змінного перетину, закритий знизу конусом.
Матеріал фракції 0-3 мм живильником
подається в кільцевий простір шахти зверху. Пічні гази входять в кільцевий
простір підігрівача знизу і піднімаються вгору в протитечії з матеріалом.
Частки матеріалу розміром менше 0,3 мм виносяться газами з теплообмінника в
пилоосаджуючу установку, де виділяються з потоку. Частки більше 0,3 мм
опускаються в кільцевому просторі шахти, підігріваються газами і виділяються у
футерувальному (гарячому) циклоні, розташованому нижче за підігрівач, і з під
нього по тічці поступають в піч.
Рис.1.
Шахтний
протиточний підігрівач сировини конструкції ВНИИстрома;
- вивантажувальний отвір; 2 -
механізм вивантаження; 3 - патрубок, 4 - кільцевий газохід; 5 - керн; 6 -
шахта; 7 - двоклапаний механізм завантаження; 8 - тяга; 9 - клапан; 10 - плита;
11- піч, що обертається; 12 - тічка
3. Розрахунок горіння палива
Розрахувати процес горіння вугілля
такого умовного складу:
Кам'яне вугілля (вугільний пил)
Львівсько-Волинського басейну (ГЖ).
СГ
|
НГ
|
ОГ
|
NГ
|
SГ
|
Сума
|
81,4
|
5,5
|
7,2
|
1,2
|
4,7
|
100.0
|
Спалювання проводиться у печі.
Вміст золи Ас = 35%; вміст вологи WP = 8%. Початкова
температура повітря: tпов = 200С. Початкова температура
палива: tпал = 200С.
Вологовміст повітря: d = 10 г/кг сухого
палива.
1. Визначаємо склад робочого
палива.
Вміст золи в робочому паливі:
Вміст інших елементів в робочому
паливі:
Результати розрахунків
зводимо в таблицю:
2. Визначаємо
значення теплоти згорання робочого палива.
- нижча теплота згорання:
339*48,68+1030*3,3-109*1,2-25*8=
=19570 кДж/кг
. Теоретично необхідна кількість
повітря для горіння:
- сухе повітря:
0,0889*48,68+0,265*3,3-0,0333*1,2=
5,16 м3/кг.
вологе повітря (з врахуванням
вологості атмосферного повітря):
(1+0,0016*10)5,16=5,24 м3/кг;
де d - вологовміст повітря
(приймаємо 10 г /кг сух. пов.).
Горіння палива з теоретичною
кількістю повітря є ідеальним випадком. Па практиці при спалюванні палива в
топках і печах необхідно давати дещо більшу кількість повітря через
недосконалість процесу спалювання.
Відношення дійсної кількості
повітря, що надходить на горіння, до теоретичної називається коефіцієнтом
надлишку повітря:
Коефіцієнт а залежить
від виду та способу спалювання і складає:
- для твердого палива: пилоподібного
1,2...1,25
4. Дійсна кількість повітря
для горіння. Приймаємо коефіцієнт надлишку повітря для горіння =1.2. Тоді
витрати:
· сухого
повітря
1.2*5,16=6,19 м3/кг;
· атмосферного
повітря
1.2*5,24=6,29 м3/кг;
5. Склад і кількість продуктів
згорання при α=1.2:
0,01855*48,68=0,903 м3/кг;
0,112*3,3+0,0124*8+0,0016*10*6,19=0,568
м3/кг;
0,007*2,8=0,0196 м3/кг;
0,79*6,19+0,008*0,72=4,89 м3/кг;
0,79*(0,2)5,16=0,815
Загальна кількість продуктів горіння
при α=1.2:
Vα=0.903+0.568+0.0196+4,89+0.815=
7,195 м3/кг.
6. Складаємо матеріальний баланс
процесу горіння на 100 кг вугілля, при α = 1,2.
Таблиця 3. Матеріальний баланс
процесу горіння
Прихідна частина
|
кг
|
Витратна частина
|
кг
|
Вугілля Повітря: O2=100*6,19*0.21*1.429
N2=100*6,19*0.79*1.251 H2O=100*0.0016*10*6,19*0.804
|
100,0 185,6 611,8 7,96
|
Зола (шлак) АP Продукти згорання:
СO2=100*0.903*1,977 SO2=100*0.0196*2.852 Н2О=100*0.568*0.804
N2=100*4,89*1.251 O2=100*0.815*1.429 Нев'язка
|
32,2 178,5 5,59 45,7 611,74 116,4 -14.71
|
Всього
|
905,36
|
Всього
|
905,36
|
Нев'язка балансу
складає:100*14.71/905,36 = 1,62%.
7. Визначимо калоричну (теоретичну)
температуру горіння (tт). Для цього запишемо рівняння теплового
балансу процесу горіння 1 кг палива:
Дійсні витрати атмосферного повітря
по масі:
кг /кг;
Витрати димових газів за
масою складуть (див. табл. матеріального балансу):
Vα=1.78+0.55+0.45+6.11+1.16=10.05
кг
Для проектних розрахунків можна
користуватись наближеними формулами:
для твердих видів палива і
мазуту [кДж/кг∙°С];
Калоричну температуру можна
визначити методом послідовного наближення (підбору) або шляхом розв'язку квадратного
рівняння.
Якщо прийняти початкову температура
палива та повітря рівною 20°С та підставивши решту відомих значень в рівняння
теплового балансу процесу горіння, отримаємо:
19570+6.29*1*20+1*20 = 10.05
+6.29*1*20+1*20 = 10.05
Таким чином, маємо квадратне
рівняння, розв'язавши яке отримаємо:
tт = 1915°С.
8. Знайдемо дійсну
температуру горіння з врахуванням величини пірометричного коефіцієнту
Для даних умов при tт
= 0.7*1915=1340°С
В пічних установках в зоні випалу
необхідно підтримувати значення температури горіння (а в сушильних установках -
теплоносія), що відповідають технологічним умовам теплової обробки.
Тому задавшись необхідним значенням
температури із рівняння теплового балансу можна визначити додаткову кількість
повітря, що необхідно подати в зону горіння, або для розбавлення димових газів
після топки.
Розраховуємо необхідну кількість
повітря для підтримання в печі 1100°С
- необхідна додаткова кількість
повітря.
= 1.72 [кДж/кг∙°С];
Тоді:
19570+1*20+(6,29+XПОВ)*1*20
= 10,05
Звідси Хпов = 4,49 кг/кг палива.
Тоді загальна кількість повітря, що
витрачається на горіння:``=6,29+4,49= 10,78 кг/кг палива або 8,9 м
/кг палива.
Дійсний коефіцієнт витрати
повітря:
Визначимо загальну кількість
продуктів горіння при новому
0,01855*48,68=0,903 м3/кг;
без змін
0,112*3,3+0,0124*8+0,0016*10*8,9=0,61
м3/кг;
0,007*2,8=0,0196 м3/кг;
без змін
0,79*8,9+0,008*0,74=7,03 м3/кг;
0,79*(0,69)5,16=2,8 м3/кг;
Загальна кількість продуктів горіння
при αД=1,69:α=0,903+0,61+0,0196+7,03+2,8=
11,36 м3/кг.
4. Матеріальний баланс
Розрахунок матеріального балансу
ведеться на 1 кг вапна. Для в’яжучого з однокомпонентної шихти, яким і є вапно,
витрати сировини ведуться з урахуванням фізико-хімічних процесів, які лежать в
основі їх технології. Визначимо витрату вапняку Любомирського родовища на
отримання 1 кг випаленої продукції.
Таблиця 4
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
CaCO3
|
SO3
|
ВПП
|
5,42
|
1,94
|
0,63
|
50,23
|
0,77
|
91,35
|
0,66
|
40,35
|
витратна частина:
. Паливо - X кг;
. Сировина
сухої сировини:c=1/(1-0.353)=1.676
кг
вологого вапняку з вологістю 15%:в=1/(1-0.353)*(100-15)=1,802
кг
3. Повітря
α
Х = 11.7*X м3/кг
або тпов= Lα
рпов Х =11.7*1.29*X=15.12 кг/кг.
Прихідна частина:
1. Вихід вапна - 1 кг;
. Вихід технологічної вуглекислоти:
m(CO2)=(mc*CO2)/100=1.676*40/100=0.671
кг
V(CO2)=m/ρ=0.671/1.977=0.339 м3
. Вихід фізичної води
сировини:
WФ=mв-mс=1,802-1,676=0,126
кгWФ=m/ρ
=0.126/0.805=0,157 м3.
. Вихід гідротехнічної води:
WГ=(0,35*mc*Al2O3)/100=0.35*1.676*1.94/100=0,011
кгWГ=m/ρ
=0.011/0.805=0,014 м3.
.Вихід газів з палива:
Д.Г.=12,84*Х
кг/кг’ Д.Г= VД.Г*х+Хco2+XWГ=
12.847*X+0.339+0.157+0.014= 12.847*X+ 0.51м3
Таблиця 5. Матеріальний баланс
Сировина, що надходить у піч
|
кг
|
Вихід матеріалу
|
Кг
|
Вапно Вихідні гази Вуглекислота Волога фізична
Волога гідратна Димові гази Всього
|
1 0,671 0,126 0,011 12,847+х 12,847*х+1,808
|
Паливо Сировина повітря всього
|
Х 1,802 15,128*х 15,128*х+1,802
|
.
Тепловий баланс
Розрахунок теплового балансу
ведеться на один кілограм вапна.
Спочатку визначаємо загальний
тепловий баланс.
Тепловий баланс печі на 1 кг вапна
Прихідна частина:
1. Від згоряння палива:
19570*Х кДж;
2. Внесемо шламом;
(1.676*0.875+0.126)15=24 кДж,
де Сс - питома
теплоємність сировинної суміші,
. З присмоктаним повітрям:
11.86*0.03*1.29*15*x= 7* X кДж;
де Сп - теплоємність повітря;
. Ентальпія вторинного
повітря при і=400°С:
23,42(1-0,03)*1,32*400*Х=12080*Х
кДж.
Витратна частина:
1. На дисоціацію СаС03:
1658* mс *СаСO3 =1658
*1.67* 0.9135 = 2538 кДж,
де 1658 кДж/кг - кількість
теплоти на дисоціацію СаСO3;
. На випаровування вологи:
=2500* mWФ =
2500 0,126 = 315 кДж,
де 2500 кДж/кг - питома
теплота пароутворення;
. Кількість теплоти з
вихідними газами:
((1,03*1,78+9,22*1,29+2,21*1,52+0,41*1,33)*х+0,339*1,78+
,15*1,52+0,014*1,52)*200=3547*х+173
кДж.
де V - відповідні об'єми, м3,
С - теплоємність продуктів згорання при 1=200°С;
. Ентальпія вапна на виході з печі
Cвапна*tвапна=
0,905 *1100 = 995,5 кДж.
. Втрати в навколишнє
середовище (п=8% від кількості теплоти, що
надійшла в зону охолодження):
де S - площа поверхні печі, м3,
Q- питома витрата теплоти з 1 м3 печі, кДж/м3, П -
продуктивність, т/год.
Таблиця 6. Тепловий баланс обертової
печі на 1 кг вапна
Прихідна частина
|
кДж
|
Витратна частина
|
кДж
|
ВІД згоряння палива Внесено матеріалом З
присмоктаним повітрям З вторинним повітрям
|
19570х 22 7х 12080х
|
На розпад СаС03 На випаровування вологи 3
відхідними газами Ентальпія вапна Втрати в навколишнє середовище
|
2538 315 3597х+173 995,5 1172
|
Всього
|
48664х+22
|
всього
|
3597х+5193,5
|
З балансу отримуємо рівняння:
. X + 22 = 3597 *X + 5193.5
*Х = 5171.5.
На 1 кг вапна йде Х=0,115 м3/кг:
= 19570 • 0,115 = 19570* 0.115 =
2250 кДж теплоти.
Для побудови графіків температури
повітря по довжині печі розбиваємо її на зони і складаємо тепловий баланс
окремо для кожної зони.
Тепловий баланс зони охолодження і
спікання на 1 кг вапна
Прихідна частина:
1. Від охолодження матеріалу:
. Повітря, нагріте в
холодильнику:
Споа • (700 - 100) = 1,3
• 600 = 780 кДж.
Витратна
частина:
1. Втрати в навколишнє
середовище (по експериментальним даним [3]):
кДж
. Ентальпія вихідних газів: І
Таблиця 7. Тепловий баланс зони
охолодження і спікання на 1 кг вапна
Прихідна частина
|
кДж
|
Витратна частина
|
кДж
|
3 матеріалом 3 повітрям
|
2250 780
|
В навколишнє середовище 3 вихідними газами
|
165 І
|
Всього
|
4986
|
Всього
|
165+ І
|
= 165 +І
І=4821 кДж.
Визначаємо температуру газів методом
підбору (при 2000°С):
(0,16*2,4+ 1,43*1,48+ 0,34*1,96+
0,06*1,5)2000 = 6576 кДж
при 2100°С (розраховуємо
аналогічно):
І=6945 кДж
Тоді температура
газів:=2000+(2865-6576/6945-6576)*100=1524 °С
Тепловий баланс зони декарбонізації
(випалу) на 1 кг вапна
Прихідна частина:
1. Ентальпія газів, що надійшли: 977
кДж;
. Ентальпія СО2 із сировини:
со2 =Vсо2
*β* Cсо2
*1100 = 0.339*0.7*2.2*1100 = 574кДж;
. Від згоряння палива: 2250 кДж.
Витратна частина:
1. На нагрівання матеріалу до
1100°С:
2. На декарбонізацію:
=29.64*1.54*50.2*0.7=1611 кДж;
.Втрати в навколишнє
середовище (по експериментальних даних [3]) 281 кДж;
. ентальпія вихідних газів:
Таблиця 8. Тепловий баланс
зони декарбонізації і підігріву на 1 кг вапна
Прихідна частина
|
кДж
|
Витратна частина
|
кДж
|
3 продуктами горіння Ентальпія СО2 з сировини
Від горіння палива
|
977 574 2250
|
На нагрівання матеріалу На завершення
декарбонізації В навколишнє середовище 3 димовими газами і СОг
|
411 1610 281 І
|
Всього
|
5757
|
Всього
|
2303+І
|
= 2303+І
І= 3454 кДж.
Визначаємо температуру газу методом
підбору:
при 1000°С: І = 3035 кДж;
при 1100 І=3373 кДж
Тоді температура
газів=1000+(3454-3035/3373-3035)*100=1223 °С
Тепловий баланс зони нагріву на 1 кг
вапна
Прихідна частина:
1. Ентальпія газів, що
надійшли:3457 кДж
2. Ентальпія водяної пари
Витратна
частина:
1. На нагрівання матеріалу до 8500С:.
. На випаровування вологи
. Втрати в навколишнє середовище (по
експериментальним даним):
45 кДж;
4. Ентальпія вихідних газів (із
загального балансу): 1731кДж.
Таблиця 9. Тепловий баланс зони
нагріву на 1 кг вапна
Прихідна частина
|
кДж
|
Витратна частина
|
кДж
|
3 продуктами горіння 3 водяною парою
|
3451 21,5
|
На нагрівання матеріалу На випаровування В
навколишнє: середовище 3 димовими: газами і СО2 Нев'язка
|
1367 291 45 1731 38,5
|
Всього
|
3472,5
|
Всього
|
3472.5
|
Нев’язка складає
38,5*100/3472,5=1,1%
Визначимо температуру газів методом
підбору:
при 800°С: І= 2376 кДж;
при 900°С: І = 2701 кДж.
Тоді температура
газів:=800+(3472,5-2376/2701-2376)*100=1137 °С
6. Розрахунок розмірів печі
Теплова потужність печі
Ф=0,278*П*Q=0.278*14*2250=16.37 МВт.
де П - годинна продуктивність печі,
т/год.;- кількість теплоти на 1 кг вапна, кДж.
Внутрішній діаметр труби:
Зовнішній діаметр печі:
ЗОВ=
DВН +2*δ=3.1 + 2*0,23 = 3.56 м,
Приймаємо 3,6м;
δ - товщина
футеровки, м.
Зона охолодження:
де t - час перебування
матеріалу в зоні охолодження;
і - нахил корпуса печі (3,5%);
п- частота
обертання печі (1,2 об/хв);
β
- кут природного укосу;
Зона спікання:
Зона екзотермічної реакції:
Зона
декарбонізації:
кількість теплоти, яка
передається матеріалу в даній зоні, визначається із теплового балансу зони, Q=
411+ 1610 + 281 =
2302 кДж
α-
коефіцієнт тепловіддачі від газового потоку до матеріалу в даній зоні;
S - площа поверхні футеровки і
теплообмінників на 1 м довжини печі=3.14*2.3 = 7.2 м2
Δt
- середньо логарифмічна різниця температур газів даній зоні.
Загальна довжина печі складає:
+ 58.6 + 39 = 106.6 м.
Приймаємо стандартну піч 110x3,6 м.
Час перебування матеріалу в печі:
Зйом продукції з 1 м2
площі футеровки:
Зйом продукції з 1 м:
7.
Аеродинамічний розрахунок з вибором обладнання
обертова піч вапняк
вугілля
Витрати газів в аеродинамічному
тракті становить:
до печі (повітря):
*X*П = 6,29 • 0.115• 14000 = 10127 м3/год.,
або 2,81 м3/с;
після печі (димових газів):
(Vа • X +1.838) • П =
(11.36 • 0.115 + 0.51) • 14000 = 25430 м3/год. або 7.06 м3/с.
Визначаємо аеродинамічний опір
труби:
Оскільки піч повинна
працювати під розрідженням, а загальний опір печі 600 Па, приймаємо два
вентилятори ЦП-7-40, які працюють по паралельній схемі, тобто загальний тиск
500 Па і витратою 5000м3/год. кожний.
Таблиця 10
№
|
показник
|
Значення
|
1.
|
Продуктивність, м3/год.
|
5000
|
2.
|
Повний тиск, кПа
|
0,5
|
3.
|
Частота обертання, хв.-1
|
1150
|
4.
|
ККД
|
0,4…0,5
|
5.
|
Температура, 0C
|
200
|
По ділянці повітропроводу між
нагнітаючими вентиляторами і піччю, довжиною 8 м, проходить повітря з
температурою 20°С і швидкістю 10 м/с.
Діаметр труби
Густина повітря при 20°С:
Опір ділянки, при коефіцієнті
тертя λ=
0.09 становить:
Для попереднього очищення
газів при 190°С по продуктивності приймаємо
Мультициклон з 4 елементів
типу ЦП -І, діаметром 2500мм і продуктивністю 30000м3/год. Швидкість
газу в циклонах V = 5 м/с.
Гідравлічний опір одного циклону
ζ=
105.
Опір циклонів:
По ділянці повітропроводу між
піччю і циклонами, довжиною 6м, проходить
Повітря з температурою 200°С
і з швидкістю 10м/с.
Опір ділянки, при коефіцієнті
тертя λ=
0.02 становить:
По ділянці повітропроводу між
циклонами і електрофільтром, довжиною 6м, проходить повітря з температурою
180°С і з швидкістю 10м/с.
Густина газів при 180°С:
Опір ділянки, при коефіцієнті тертя λ
=
0.02 становить:
Для останнього очищення газів при
170°С по продуктивності приймаємо електрофільтр типу УВП-10 з технічними
характеристиками, що наведені в таблиці 11. Опір електрофільтра складає 666 Па
Таблиця 11
Технічні характеристики електрофільтра типу
УВП-10
|
Показники
|
Значення
|
Продуктивність, м3/год.
|
32000
|
Швидкість газів, м/с
|
1
|
Можлива температура, °С
|
80...130
|
Гідравлічний опір, Па
|
666
|
Площа активного перерізу, м2
|
10
|
Кількість секцій (полів)
|
1
|
Тиск перед трубою повинен бути
приблизно рівним атмосферному. Він становить:
-2-600-891-1-666+Р9-10= Р9-10-1660
Димосос повинен створювати тиск
близько 1660 Па. Вибираємо три димососи марки ВД-8, які працюють по паралельній
схемі, щоб забезпечити необхідну продуктивність.
Таблиця 12
№
|
ВД-8
|
Значення
|
1.
|
Продуктивність, м3/с
|
2,8
|
2.
|
Повний тиск, кПа
|
1,7
|
3.
|
Частота обертання, хв.-1
|
730
|
4.
|
ККД
|
0,67
|
5.
|
Температура, 0C
|
200
|
По ділянці повітропроводу між
електрофільтром і димососами, довжиною 10м, проходить повітря з температурою
150°С із швидкістю 158 м/с.
Діаметр труби:
Густина газів при 150°С становить:
Опір ділянки при коефіцієнті тертя л
= 0.02, становить:
По ділянці повітропроводу між
димососами і димовою трубою довжиною 10м, проходить повітря з температурою
140°С і з швидкістю 15м/с
Діаметр труби:
Густина газів при 140°С
становить:
Опір ділянки, при коефіцієнті
тертя λ
= 0.01, становить:
Швидкість газів в гирлі труби υ
= 8 м/с.
Діаметр гирла труби
г=√(4П)/(πυ)=√(4×3,9)/(3,14×8)=1,1
м
Діаметр основи труби
0=1.5dг=1.5×1,1=1,65
м
Середній діаметр труби
ср=(d0+dг)/2=(1,65+1.1)/2=1,38
м
Швидкість газів в трубі
υ=(4П)/(π dср2)=(4×3,9)/(3,14×1,382)=2,6
м/с
Для викиду відпрацьованих газів в атмосферу
приймаємо димову трубу висотою 30 м.
Температура газів в гирлі труби :
г=tосн-H×∆t=60-30×1,5=20 оС,
де
осн -
температура газів на вході в трубу (в основі), оС ; ∆t -
падіння температури по висоті труби (для цегляних труб - 1…1,5 оС/м).
Середня температура газів в трубі :
ср=(tосн+
tг)/2=(60+20)/2=40 оС
Тоді величину розрідження, що створюється
димовою трубою, можна знайти з виразу:
∆P=Pг-∆Pтр-∆Pм
∆Pтр - втрати тиску на тертя по
довжині труби;
∆Pм - місцеві втрати при виході
газів із труби в атмосферу.
Геометричний напір можна знайти за наведеним
нижче виразом, з перерахунком густин газів на дійсну температуру:
г=Hg(ρповt-ρгt)г=Hg(ρповt-ρгt)=30×9,81×(1,29/(1+(20/273))-1,3/(1+(40/273)))=38
Па
Втрати на тертя по довжині труби:
∆Pтр=λ×H/
dср×υср2/2×ρгt=5,5
Па
λ- коефіцієнт тертя газів об стінки
труби, для цегляних труб - 0,035…0,05.
Місцеві втрати при виході газів з труби при 4
м/с:
∆Pм=ζ×
υг2/2×ρ0×(1+
tг/273)=1,1×42/2×1,3×(1+20/273)=12,3
Па
ζ - коефіцієнт місцевого опору: ζ
=1,06…1,15 (верхня
межа для менших швидкостей, нижня - для більших).
Величина розрідження становить:
∆P=Pг-∆Pтр-∆Pм=38-5,5-12,3=20,2
Па
Загальний аеродинамічний опір тракту
становить:
+600+1+891+1+666+3+3=2167
Зведений аеродинамічний розрахунок
наведений в таблиці 13
Таблиця 13. Втрати тиску по
аеродинамічному тракту
№ ділянки (точки)
|
Назва опору
|
V, м3/с
|
d, мм
|
b, м
|
v, м/с
|
r0,
кг/м3
|
tг, °С
|
l
|
x
|
Dp,
Па
|
p, Па
|
1
|
|
2.8
|
-
|
-
|
-
|
1.177
|
20
|
-
|
-
|
-
|
0
|
1-2
|
Dp1-2
|
2.8
|
-
|
-
|
-
|
1.177
|
20
|
-
|
|
+500
|
-
|
2
|
|
2.8
|
-
|
-
|
10
|
1.177
|
20
|
-
|
-
|
-
|
500
|
2-3
|
Dp2-3
|
2.8
|
577
|
8
|
10
|
1.177
|
20
|
0,09
|
-
|
-2
|
-
|
3
|
|
2.8
|
-
|
-
|
10
|
1.177
|
20
|
-
|
-
|
-
|
498
|
3-4
|
Dp3-4
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
|
0,19
|
|
-600
|
-
|
4
|
|
7.06
|
-
|
-
|
10
|
1.677
|
200
|
-
|
-
|
-102
|
4-5
|
Dp4-5
|
7.06
|
993
|
6
|
10
|
1.677
|
195
|
0,02
|
-
|
-1
|
-
|
5
|
|
7.06
|
-
|
-
|
10
|
1.677
|
190
|
-
|
-
|
-
|
-103
|
5-6
|
Dp5-6
|
7.06
|
-
|
-
|
5
|
1.677
|
185
|
-
|
105
|
-891
|
-
|
6
|
|
7.06
|
-
|
-
|
10
|
1.677
|
180
|
-
|
-
|
-
|
-994
|
6-7
|
Dp6-7
|
7.06
|
627
|
6
|
10
|
1.677
|
175
|
0,02
|
-
|
-1
|
-
|
7
|
|
7.06
|
-
|
-
|
8
|
1.677
|
170
|
-
|
-
|
-
|
-995
|
7-8
|
Dp7-8
|
7.06
|
-
|
4
|
1
|
1.677
|
165
|
-
|
|
-666
|
-
|
8
|
|
7.06
|
-
|
-
|
8
|
1.677
|
160
|
-
|
-
|
-
|
-1661
|
8-9
|
Dp8-9
|
7.06
|
627
|
10
|
15
|
1.677
|
155
|
0,02
|
-
|
-3
|
-
|
9
|
|
7.06
|
-
|
-
|
15
|
1.677
|
150
|
-
|
-
|
-
|
-1664
|
9-10
|
Dp9-10
|
7.06
|
-
|
-
|
20
|
1.677
|
145
|
-
|
-
|
+1700
|
-
|
10
|
|
7.06
|
-
|
-
|
17
|
1.677
|
140
|
-
|
-
|
-
|
36
|
10-11
|
Dp10-11
|
7.06
|
1100
|
10
|
15
|
1.677
|
135
|
0,01
|
-
|
-3
|
-
|
11
|
|
7.06
|
2780
|
-
|
8
|
1.677
|
130
|
-
|
-
|
-
|
33
|
11-12
|
Dp11-12
|
7.06
|
2315
|
30
|
3.2
|
1.677
|
105
|
-
|
|
-20
|
-
|
12
|
|
7.06
|
1400
|
-
|
3.2
|
1.677
|
80
|
-
|
-
|
-
|
0
|
8. Техніко-економічні показники
підприємства
Річна продуктивність печі становить
П • 365 = 14 *365 *24 = 123000т/рік,
Де 365*24 год./рік - річний фонд
робочого часу цеху випалу.
Визнаємо питомі витрати на 1 кг
готової продукції:
• Теплової енергії:=19570* 0.145 =
2250 кДж;
• Кам’яного вугілля
Львівсько-Волинського басейну: Х=0,115м3/кг;
• Умовного палива: 2250/29300=0.076
кг/год.
Питомі витрати на 1 годину роботи
печі такі:
• Кам’яного вугілля
Львівсько-Волинського басейну:
,115*14000=2016 кг/год.;
• Умовного палива:
,076*29300=2227 кг/год.
Питомий зйом вапна:
• 3 1 м3 робочого об'єму
печі:
/880=15,9 кг/(м3*год.)
1 м2 робочої площі
футеровки, кг:
14000
= 12.7кг/(м2 *год.).
.14*3.2*110
Зведена техніко-економічні показники
подані в таблиці 14.
Таблиця 14. Техніко-економічні
показники процесу випалу в обертовій печі
Показники
|
Значення
|
1. Річна продуктивність, т/рік
|
123000
|
2. Питомі втрати на 1 кг вапна: • Теплової
енергії, кДж/кг • Кам’яного вугілля Львівсько-Волинського басейну, кг/кг •
Умовного палива, м3/кг
|
2250 0,115 0,076
|
3. Питомі втрати на 1 годину роботи печі: •
Кам’яного вугілля Львівсько-Волинського басейну, кг/кг • Умовного палива,
кг/кг
|
2016 2227
|
4. Питомий зйом вапна: • 3 1м3 робочого об'єму
печі, кг/(м3-год) • 3 1м2 робочого площі футеровки, кг/(м3-год)
|
15,9 12,7
|
5. Загальний аеродинамічний опір тракту, Па
|
1467
|
Література
1. Дворкін
Л.Й, Шестаков В.Л. Проектування підприємств для виготовлення в’яжучих
матеріалів. - Київ: ВІПОЛ, 1996 р.
2. Пащенко
О.О., Сербін В.П. «В’яжучі матеріали» Київ: Вища школа, 1995 р.
3. А.
В. Волженский, Ю. С. Буров, В С. Колокольников. Минеральные вяжущие вещества
(технология и свойства). - М..
Стройиздат, 1966.
. Роговой
М. И. Кондакова М. Н., Сагановский М. Н. Расчеты и задачи по техническому
оборудованию предприятий промышленности строительных материалов. - М:
Стройиздат, 1976.
. Перегудов
В. В. Роговой М. И Тепловые процессы и установки в технологии строительных
изделий и деталей. - М.: Стройиздат, 1983.
. А.В.
Монастырев, А.В. Александров Печи для производства извести. Справочник.- М.:
Металлургия,
1979.