Випал вапна в обертових печах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовий проект

на тему: «Випал вапна в обертових печах»

Зміст

Вступ

1. Опис роботи теплової установки

2. Технологічні параметри та режим роботи установки

3. Розрахунок горіння палива

4. Матеріальний баланс

5. Тепловий баланс

6. Розрахунок розмірів печі

7. Аеродинамічний розрахунок з вибором обладнання

8. 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;

1 - 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 А^с = 35%; вміст вологи W^P = 8%. Початкова температура повітря: t_пов = 20⁰С. Початкова температура палива: t_пал = 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

3. 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 б=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 б=1.2:

V_б=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 б = 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 (t_т). 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):

V_б=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

19570+6.29*1*20+1*20 = 10.05

Таким чином, маємо квадратне рівняння, розв'язавши яке отримаємо:

t_т = 1915°С.

8. Знайдемо дійсну температуру горіння з врахуванням величини пірометричного коефіцієнту

Для даних умов при t_т = 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+X_ПОВ)*1*20 = 10,05

Звідси Хпов = 4,49 кг/кг палива.

Тоді загальна кількість повітря, що витрачається на горіння:

L^``=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 б_Д=1,69:

V_б=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:

1. Паливо - X кг;

2. Сировина

сухої сировини:

m_c=1/(1-0.353)=1.676 кг

вологого вапняку з вологістю 15%:

m_в=1/(1-0.353)*(100-15)=1,802 кг

3. Повітря

L_б Х = 11.7*X м³/кг

або т_пов= L_б р_пов Х =11.7*1.29*X=15.12 кг/кг.

Прихідна частина:

1. Вихід вапна - 1 кг;

2. Вихід технологічної вуглекислоти:

m(CO2)=(m_c*CO2)/100=1.676*40/100=0.671 кг

V(CO2)=m/с=0.671/1.977=0.339 м³

3. Вихід фізичної води сировини:

m_W^Ф=mв-mс=1,802-1,676=0,126 кг

V_W^Ф=m/с =0.126/0.805=0,157 м³.

4. Вихід гідротехнічної води:

m_W^Г=(0,35*m_c*Al2O3)/100=0.35*1.676*1.94/100=0,011 кг

V_W^Г=m/с =0.011/0.805=0,014 м³.

5.Вихід газів з палива:

V_Д.Г.=12,84*Х кг/кг

V' _Д.Г= V_Д.Г*х+Х_co2+X_W^Г= 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

5. 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 С_с - питома теплоємність сировинної суміші,

3. З присмоктаним повітрям:

11.86*0.03*1.29*15*x= 7* X кДж;

де Сп - теплоємність повітря;

4. 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* m_с *СаСO3 =1658 *1.67* 0.9135 = 2538 кДж,

де 1658 кДж/кг - кількість теплоти на дисоціацію СаСO3;

2. На випаровування вологи:

=2500* m_W^Ф = 2500 0,126 = 315 кДж,

де 2500 кДж/кг - питома теплота пароутворення;

3. 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+

0,15*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;

4. Ентальпія вапна на виході з печі

C_вапна*t_вапна= 0,905 *1100 = 995,5 кДж.

5. 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:

48664. X + 22 = 3597 *X + 5193.5

45067*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:

= 19570 * 0,115 = 19570* 0.115 = 2250 кДж

2. Повітря, нагріте в холодильнику:

С_поа * (700 - 100) = 1,3 * 600 = 780 кДж.

Витратна частина:

1. Втрати в навколишнє середовище (по експериментальним даним [3]):

165 кДж

2. 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

4986= 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:

t=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;

2. Ентальпія СО2 із сировини:

Qсо₂ =^Vсо₂ *в* Cсо₂ *1100 = 0.339*0.7*2.2*1100 = 574кДж;

3. 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;

3.Втрати в навколишнє середовище (по експериментальних даних [3]) 281 кДж;

4. 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

5757 = 2303+І

І= 3454 кДж.

Визначаємо температуру газу методом підбору:

при 1000°С: І = 3035 кДж;

при 1100 І=3373 кДж

Тоді температура газів

t=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:.

2. На випаровування вологи

3. 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:

t=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.;

Q - кількість теплоти на 1 кг вапна, кДж.

Внутрішній діаметр труби:

Зовнішній діаметр печі:

D_ЗОВ= D_ВН +2*д=3.1 + 2*0,23 = 3.56 м,

Приймаємо 3,6м;

д - 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);

в - кут природного укосу;

Зона спікання:



Зона екзотермічної реакції:

Зона декарбонізації:

Q- кількість теплоти, яка передається матеріалу в даній зоні, визначається із теплового балансу зони, Q= 411+ 1610 + 281 = 2302 кДж

б- коефіцієнт тепловіддачі від газового потоку до матеріалу в даній зоні;

S - площа поверхні футеровки і теплообмінників на 1 м довжини печі

S =3.14*2.3 = 7.2 м²

Дt - середньо логарифмічна різниця температур газів даній зоні.

Загальна довжина печі складає:

9 + 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):

L*X*П = 6,29 * 0.115* 14000 = 10127 м³/год., або 2,81 м³/с;

після печі (димових газів):

(V_а * 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 л= 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 ж= 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 л= 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 л = 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:

500-2-600-891-1-666+Р_9-10= Р_9-10-1660

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 л = 0.01, становить:

Швидкість газів в гирлі труби х = 8 м/с.

Діаметр гирла труби

d_г=v(4П)/(рх)=v(4Ч3,9)/(3,14Ч8)=1,1 м

Діаметр основи труби

d₀=1.5d_г=1.5Ч1,1=1,65 м

Середній діаметр труби

d_ср=(d₀+d_г)/2=(1,65+1.1)/2=1,38 м

Швидкість газів в трубі

х=(4П)/(р d_ср²)=(4Ч3,9)/(3,14Ч1,38²)=2,6 м/с

Для викиду відпрацьованих газів в атмосферу приймаємо димову трубу висотою 30 м.

Температура газів в гирлі труби :

t_г=t_осн-HЧ?t=60-30Ч1,5=20 ^оС, де

t_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 :

t_ср=(t_осн+ t_г)/2=(60+20)/2=40 ^оС

Тоді величину розрідження, що створюється димовою трубою, можна знайти з виразу:

?P=P_г-?P_тр-?P_м

?P_тр - втрати тиску на тертя по довжині труби;

?P_м - місцеві втрати при виході газів із труби в атмосферу.

Геометричний напір можна знайти за наведеним нижче виразом, з перерахунком густин газів на дійсну температуру:

P_г=Hg(с_пов^t-с_г^t)

P_г=Hg(с_пов^t-с_г^t)=30Ч9,81Ч(1,29/(1+(20/273))-1,3/(1+(40/273)))=38 Па

Втрати на тертя по довжині труби:

?P_тр=лЧH/ d_срЧх_ср²/2Чс_г^t=5,5 Па

л- коефіцієнт тертя газів об стінки труби, для цегляних труб - 0,035…0,05.

Місцеві втрати при виході газів з труби при 4 м/с:

?P_м=жЧ х_г²/2Чс₀Ч(1+ t_г/273)=1,1Ч4²/2Ч1,3Ч(1+20/273)=12,3 Па

ж - коефіцієнт місцевого опору: ж =1,06…1,15 (верхня межа для менших швидкостей, нижня - для більших).

Величина розрідження становить:

?P=P_г-?P_тр-?P_м=38-5,5-12,3=20,2 Па

Загальний аеродинамічний опір тракту становить:

2+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	0, кг/м3	tг, С			p, Па	p, Па
1		2.8	-	-	-	1.177	20	-	-	-	0
1-2	p1-2	2.8	-	-	-	1.177	20	-		+500	-
2		2.8	-	-	10	1.177	20	-	-	-	500
2-3	p2-3	2.8	577	8	10	1.177	20	0,09	-	-2	-
3		2.8	-	-	10	1.177	20	-	-	-	498
3-4	p3-4	-	-	-	-			0,19		-600	-
4		7.06	-	-	10	1.677	200	-	-	-	-102
4-5	p4-5	7.06	993	6	10	1.677	195	0,02	-	-1	-
5		7.06	-	-	10	1.677	190	-	-	-	-103
5-6	p5-6	7.06	-	-	5	1.677	185	-	105	-891	-
6		7.06	-	-	10	1.677	180	-	-	-	-994
6-7	p6-7	7.06	627	6	10	1.677	175	0,02	-	-1	-
7		7.06	-	-	8	1.677	170	-	-	-	-995
7-8	p7-8	7.06	-	4	1	1.677	165	-		-666	-
8		7.06	-	-	8	1.677	160	-	-	-	-1661
8-9	p8-9	7.06	627	10	15	1.677	155	0,02	-	-3	-
9		7.06	-	-	15	1.677	150	-	-	-	-1664
9-10	p9-10	7.06	-	-	20	1.677	145	-	-	+1700	-
10		7.06	-	-	17	1.677	140	-	-	-	36
10-11	p10-11	7.06	1100	10	15	1.677	135	0,01	-	-3	-
11		7.06	2780	-	8	1.677	130	-	-	-	33
11-12	p11-12	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:

Q =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:

0,115*14000=2016 кг/год.;

* Умовного палива:

0,076*29300=2227 кг/год.

Питомий зйом вапна:

* 3 1 м³ робочого об'єму печі:

14000/880=15,9 кг/(м³*год.)

3 1 м² робочої площі футеровки, кг:

14000 = 12.7кг/(м² *год.).

3.14*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.

4. Роговой М. И. Кондакова М. Н., Сагановский М. Н. Расчеты и задачи по техническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов. - М: Стройиздат, 1976.

5. Перегудов В. В. Роговой М. И Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. - М.: Стройиздат, 1983.

6. А.В. Монастырев, А.В. Александров Печи для производства извести. Справочник.- М.: Металлургия, 1979.

Размещено на Allbest.ru