Вращающаяся печь 5х185 м для обжига клинкера по мокрому способу

Вращающаяся печь 5х185 м для обжига клинкера по мокрому способу

СОДЕРЖАНИЕ

|ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ |2 |

|ВВЕДЕНИЕ |3 |

|1.|ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЦЕМЕНТНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ | |

| | |5 |

|1|Расчет горения топлива |5 |

|.| | |

|1| | |

|1|Материальный баланс по сырью |8 |

|.| | |

|2| | |

|1|Теоретические затраты тепла на клинкерообразование |9 |

|.| | |

|3| | |

|1|Тепловой баланс печи и определение удельного расхода топлива на | |

|.|обжиг клинкера |10 |

|4| | |

|1|Материальный баланс установки |14 |

|.| | |

|5| | |

|1|Расчет производительности печи |14 |

|.| | |

|6| | |

|1|Выбор пылеосадительных устройств и дымососа |15 |

|.| | |

|7| | |

|1|Топливосжигающее устройство |17 |

|.| | |

|8| | |

|2.|СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ |18 |

|2|Расчет размеров колосникового холодильника |18 |

|.| | |

|1| | |

|2|Подбор дутьевых вентиляторов для колосниковых холодильников и | |

|.|аппаратов для обеспыливания выбрасываемого воздуха |24 |

|2| | |

|БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК |27 |

|ЗАКЛЮЧЕНИЕ |28 |

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1. Тема курсового проекта: Вращающаяся печь 5x185м для обжига клинкер по

мокрому способу. Топливо – газ тюменский.

2. Содержание проекта: а) расчеты горения топлива и печи по методическим

указаниям, спец. расчет – колосниковый холодильник; б) графика – горячий

конец печи с холодильником.

3. Особые дополнительные сведения:

Химический состав сырьевой смеси, %

|ППП |SiO2 |Al2O3 |Fe2O3 |CaO |MgO |прочее |? |

|35,47 |14,1 |3,63 |2,58 |42,35 |1,46 |0,41 |100,0 |

Минералогический состав клинкера, %

|C3S |C2S |C3A |C4AF |прочее |? |

|55 |22 |8 |12 |3 |100 |

Влажность шлама W=36 %

4. При расчете горения топлива принять: ?’1,05 ; WP=1%; подогрева

воздуха 600 OC.

5. Тепловой баланс установки составлять без холодильника, принимая

температуры:

- окружающей среды 10 OC

- клинкера из печи 1100 OC

- воздуха из холодильника 500 OC

(весь воздух через холодильник)

- отходящих газов 200 OC

- потери в окружающую среду 13 OC

ВВЕДЕНИЕ

Цементный клинкер получают в основном из мокрых сырьевых смесей (шламов)

с влажностью от 30% до 50% во вращающихся печах, не имеющих запечных

теплоутилизаторов. К преимуществам мокрого способа обжига относятся

простота приготовления сырьевой смеси, легкость достижения однородности ее

состава, сравнительно небольшие энергозатраты и достаточно гигиенические

условия труда (отсутствие запыленности). Недостатком мокрого способа

является повышенный расход топлива.

Вращающаяся печь диаметром 5 м и длиной 185 м конструкции УЗТМ (рис.),

состоит из цилиндрического корпуса 1, опирающегося через бандажи 2 на

опорные ролики 3. Корпус имеет уклон 3,5—4% и вращается со скоростью

0,5—1,2 об/мин. Привод печи двойной и состоит из двух электродвигателей 4,

двух редукторов 5, двух подвенцовых шестерен и одного венцового колеса 6.

В середине печи, на одной из ее опор, устанавливается пара роликов

(горизонтально) для контроля за смещением печи вдоль оси (вниз или вверх).

Вспомогательный привод включается в работу при ремонтах печи, в период

розжига и остановки, когда печь должна вращаться медленно. Шлам подается в

питательную трубу 7 при помощи ковшовых или объемных дозаторов, находящихся

у холодного конца печи. Со стороны головки 8 в печь подается топливо и

воздух; в результате сгорания топлива получаются горячие газы, поток

которых направлен от горячего конца печи к холодному—навстречу движущемуся

материалу. Для улучшения теплопередачи и обеспыливания газов внутри печи в

холодном ее конце размещается цепной фильтр-подогреватель 9, создается

цепная завеса 10 и устанавливаются теплообменники 11. Пыль, уловленная за

печью в результате газоочистки, возвращается обратно в печь. Она

транспортируется пневмонасосом в бункер, а из него при помощи периферийного

загружателя 12 направляется в полую часть печи, расположенную рядом с

цепной завесой со стороны горячего конца. Клинкер охлаждается в колосниково-

переталкивающем холодильнике 14. На печах длиной 185 м корпус в зоне

спекания оборудован установкой для водяного охлаждения 15 и центральной

системой смазки 16.

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЦЕМЕНТНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ

1.1 Расчет горения топлива.

В справочнике находим состав заданного вида топлива на горючую массу и

влажность рабочей массы топлива (WP).

Топливо – природный газ Тюменское месторождение.

Состав сухого газа, %

|CH4с |C2H6с |C3H8с |C4H10с |C5H12с |N2с |? |

|95,9 |1,9 |0,5 |0,3 |0,1 |1,3 |100 |

Сухое газообразное топливо пересчитывают на влажный газ, который подлежит

сжиганию. Принимаем содержание влаги 1%.

Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

CH4вл= CH4с ((100-Н2О) / 100)=95,9 ((100-1) / 100)=94,94 %

Другие составляющие остаются без изменений.

Состав влажного рабочего газа, %

|CH4вл |C2H6вл |C3H8вл |C4H10вл|C5H12вл|N2вл |Н2О |? |

|94,9 |1,9 |0,5 |0,3 |0,1 |1,3 |1 |100 |

Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха ?=1,05. Воздух, идущий для

горения, подогревается до 600оС. Для газообразного топлива теплота сгорания

определяется как сумма произведений тепловых эффектов составляющих горючих

газов на их количество:

Qнр = 358,3*CH4вл + 634*C2H6вл + 907,5*C3H8вл + 1179,8*C4H10вл +

1452,5*C5H12вл

Qнр = 358,3*94,9 + 634*1,9 + 907,5*0,5 + 1179,8*0,3 + 1452,5*0,1 = 36160

[кДж/м3]

Определяем расход воздуха на горение. В расчетах принимают следующий

состав воздуха: N2 – 79,0% O2 – 21,0%.

Находим теоретически необходимый расход воздуха для горения природного

газа:

Lо = 0,0476 (2*CH4вл + 3,5*C2H6вл + 5*C3H8вл + 6,5*C4H10вл + 8*C5H12вл) =

= 0,0476 (2*94,9 + 3,5*1,9 + 5*0,5 + 6,5*0,3 + 8*0,1) = 9,6 [м3/м3]

Принимаем влагосодержание воздуха d=10 [г/(кг сух.воз.)] и находим

теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его

влажности:

Lо’ = (1 + 0,0016*d) Lо = 1,016*9,6 = 9,75 [м3/м3]

Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода ?=1,05:

L? = ?*Lо = 1,05*9,6 = 10,08 [м3/м3]

Действительный расход атмосферного воздуха при его влагосодержании d

составит:

L?‘ = (1 + 0,0016*d) L? = 1,016*10,08 = 10,24 [м3/м3]

Определяем объем продуктов горения:

VCO2т = 0.01(CH4 + 2*C2H6 + 3*C3H8 + 4*C4H10 + 5*C5H12) =

= 0,01(94,9 + 2*1,9 + 3*0,5 + 4*0,3 + 5*0,1) = 1,019 [м3/м3]

VH2Oт = 0.01(2*CH4 + 3*C2H6 + 4*C3H8 + 5*C4H10 + 6*C5H12 + H2O +

0.16*d*L?) =

= 0,01(2*94,9+3*1,9+4*0,5 + 5*0,3 + 6*0,1 +1+ 0,16*10*10,08) =

2,157 [м3/м3]

VO2т = 0.21(? - 1)Lо = 0,21(1,05 – 1)9,6 = 0,1 [м3/м3]

VN2т = 0.01*N2 + 0.79*L? = 0,01*1,3 + 0,79*10,08 = 7,976 [м3/м3]

Общее количество продуктов горения:

V?т = 1,019 + 2,157 + 0,1 + 7,976 = 11,252 [м3/м3]

Процентный состав продуктов горения:

CO2 = (VCO2т *100) / V?т = (1,019*100) / 11,252 = 9,06 %

H2O = 19,17 %

O2 = 0,89 %

N2 = 70,88 %

Материальный баланс горения:

|приход |кг |расход |кг |

|Природный газ | |Продукты горения | |

|CH4 = 94,9*0,717 |68.04 |CO2 = 1,977*100*1,019 |201,46 |

|C2H6 = 1,9*1,359 |2.58 |H2O = 0,804*100*2,157 |173,42 |

|C3H8 = 0,5*2,02 |1.01 |N2 = 1,251*100*7,976 |997,8 |

|C4H10 = 0,3*2,84 |0.852 |O2 = 1,429*100*0,1 |14,29 |

|C5H12 = 0,1*3,218 |0.322 | | |

|N2 = 1,3*1,251 |1.626 | | |

|H2O = 1*0,804 |0.804 | | |

| | | | |

|Воздух | | | |

|O2 = 10,08*0,21*1,429*100 |302,49 | | |

|N2 = 10,08*0,79*1,251*100 |996,2 | | |

|H2O = 0,16*10*10,08*0,804 |12,97 | | |

|Всего |1386,89 |Всего |1386,97 |

| | |Невязка |0,08 |

| | | |0,006% |

Определяем теоретическую температуру горения. Для этого находим

теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева воздуха до 600оС при

?=1,05.

По i–t диаграмме находим теплоту нагрева атмосферного воздуха

iвоз.=840[кДж/м3]

iобщ.=(Qнр/V?т)+(L?‘ * iвоз./V?т) =

(36160/11,252)+(10,24*840/11,252)=3978 [кДж/м3]

По i – t диаграмме находим теоретическую температуру горения при ?=1,05

: tтеор. = 2200 оС.

Определяем действительную температуру горения при ?n = 0,8.

Расчетное теплосодержание составит:

iобщ.‘ = iобщ.* ?n = 3978*0,8 = 3182 [кДж/м3]

По i – t диаграмме находим действительную температуру горения при ?=1,05

: tд. = 1900оС.

Определим плотность продуктов горения топлива:

?0 = (1,019*1,977 + 2,157*0,804 + 0,1*1,429 + 7,976*1,251) / 11,252 =

1,233 [кг/м3]

1.2 Материальный баланс по сырью

Расход топлива определяют по формуле:

б = q / Qнр

где q – предварительный расход тепла для данного вида печи (6500 кДж/кг)

б – удельный расход топлива м3/кг

б = 6500 / 36160 = 0,18 кг/кг кл.

Теоретический расход сухого сырья на 1 кг клинкера составит:

Мтс = 100 / (100 – П.П.П.) = 100 / (100 – 35,47) = 1,55 кг/кг кл.

Практический расход сухого сырья составит:

Мпс = Мтс (100 / 99,9) = 1,55 (100 / 99,9) = 1,552 кг/кг кл.

Расход влажного сырья составит:

Мпw = Мпс (100 / (100 – W))

Мпw = 1,552(100 / (100 – 36)) = 2,425 кг/кг кл.

Общее количество уноса материала из печи составит:

Мун. = n* Мпс

где n – доля уносимого сырья 2-4%

Мун. = 0,03*1,552 = 0,047 кг/кг кл.

Количество возвратного уноса составит:

Мун.в = ((n – 0,1)Мпс) / 100 кг/кг кл.

Мун.в = ((3 – 0,1)1,552) / 100 = 0,045 кг/кг кл.

По данным химического состава шихты находим содержание в ней карбонатов и

углекислоты, % :

CaCO3 = (CaO*100) / 56 MgCO3 = (MgO*84.3)

/ 40.3

CO2 = (CaO*44) / 56 + (MgO*44) / 40.3

где цифровые величины соответствуют молекулярным массам химических

соединений.

CaCO3 = (42,35*100) / 56 = 75,63 %

MgCO3 = (1,46*84,3) / 40,3 = 3,05 %

CO2 = (42,35*44) / 56 + (1,46*44) / 40,3 = 34,87 %

Количество гидратной воды в сырьевой смеси:

Н2О = П.П.П. - CO2

Н2О = 35,47 – 34,87 = 0,6 %

Материальный баланс по сырью:

|приход |кг |расход |кг |

|Сырьевая смесь Мпw |2,425 |Клинкер |1 |

|Возврат Мун.в |0,045 |Общий унос Мун |0,047 |

| | |Выделившиеся из сырья газы: | |

| | |- углекислый МСО2=(Мтс*СО2)/100 | |

| | |МСО2=(1,55*34,87)/100 |0,54 |

| | |- гидратная Н2О МН2О=(Мтс*Н2О)/100 | |

| | |МН2О=(1,55*0,6)/100 |0,01 |

| | |- физическая Н2О Мw= Мпw - Мпс | |

| | |Мw = 2,425 – 1,552 |0,873 |

|Всего |2,47 |Всего |2,47 |

1.3 Теоретические затраты тепла на

клинкеробразование

Эти затраты слагаются из теплоты эндотермических реакций разложения

исходных сырьевых материалов при нагревании и экзотермических реакций

образования клинкерных минералов при обжиге. Применительно к сырьевой смеси

из природных глинистых и карбонатных материалов теоретический эффект

клинкеробразования вычисляют по следующим затратам:

1. Расход тепла на дегидратацию глинистых материалов:

q1 = МН2О*6886

где 6886 тепловой эффект реакции , кДж/кг кл.

q1 = 0,01*6886 = 68,86 кДж/кг кл.

2. Расход тепла на декарбонизацию:

q2 = MCaCO3 *1680 + MMgCO3 *816

MCaCO3 = (Мтс * CaCO3) / 100 = (1,55 * 75,63) / 100 = 1,172

кг/кг кл.

MMgCO3 = (Мтс * MgCO3) / 100 = (1,55 * 3,05) / 100 = 0,047

кг/кг кл.

q2 = 1,172 *1680 + 0,047 *816 = 2007,31 кДж/кг кл.

3. Расход тепла на образование жидкой фазы (поскольку в химическом

составе сырьевой смеси содержится Fe2O, то жидкая фаза железистая и расход

тепла на её образование 200 кДж/кг кл.):

q3 = 200 кДж/кг кл.

4. Приход тепла от образования клинкерных минералов:

q4 = (C3S*528 + C2S*716 + C3A*61 + C4AF*109) / 100

q4 = (55*528 + 22*716 + 8*61 + 12*109) / 100 = 465,88 кДж/кг

кл.

Теоретическое тепло реакции клинкеробразования равно:

qт = q1 + q2 + q3 - q4 = 68,86 + 2007,31 + 200 – 465,88 =

1810,29 кДж/кг кл.

1.4 Тепловой баланс печи и определение удельного

расхода топлива на обжиг клинкера

Приход тепла:

1. Химическое тепло от сгорания топлива:

qx = Qнр * б

qx = 36160 * б кДж/кг

2. Физическое тепло топлива:

qф = б * iт

где iт – энтальпия топлива в интервале от 0оС до tт (принимаем

tт=10 оС)

qф = 12 * б кДж/кг

3. Физическое тепло сырья:

qфс = Мпс * iс + Мw * iw

где iс – энтальпия сырьевой смеси, кДж/кг

iw – энтальпия воды , кДж/кг

Мw – влажность сырьевой смеси, кг/кг кл.

qфс = 1,552 * 8,8 + 0,873 * 41,9 = 50,24 кДж/кг

4. Физическое тепло воздуха:

qфв = б(Ln * in + Lвт * iвт)

где Ln и Lвт – количество первичного и вторичного воздуха ,

м3/кг

in и iвт – энтальпия первичного и вторичного воздуха

кДж/м3

qфв = б(0 * 0 + 10,08 * 671,2) = 6765,7 * б кДж/кг

Всего приход тепла:

б(Qнр + iт + Ln*in + Lвт*iвт) + (Мпс * iс + Мw * iw)

36160*б + 12*б + 50,24 + 6765,7*б = 42925,7*б + 50,24

Расход тепла:

1. Теоретическое тепло реакции клинкеробразования:

qт = 1810,29 кДж/кг кл.

2. Тепло испарения физической воды:

qисп = Мw * qисп = 0,873 * 2491 = 2174,64 кДж/кг кл.

где qисп – тепло на испарение 1 кг физической воды, равное 2491

кДж/кг кл.

3. Тепло, теряемое с клинкером, покидающим печь:

qк = 1 * iк = 1 * 1114,3 = 1114,3 кДж/кг кл.

где iк – энтальпия клинкера при температуре выхода его из печи,

кДж/кг кл.

4. Тепло с отходящими газами:

qотхг = VCO2 * i CO2 + VH2O * i H2O + VN2 * i N2 + VO2 * i O2

VCO2= VCO2т * б + МCO2 / ?CO2 = 1,019 * б + 0,54 / 1,977 = 1,019 * б +

0,27 м3/кг кл.

VH2O=VH2Oт*б+(МH2O+Мw)/?H2O=2,157*б+(0,01+0,873)/0,804=2,156*б+1,1

м3/кг кл.

V N2 = V N2т * б = 7,976 * б м3/кг кл.

V O2 = V O2т * б = 0,1 * б м3/кг кл.

qотхг =(1,019*б+0,27)*357,6 + (2,157*б+1,1)*304,4 + 7,976*б*260 + 0,1*

б* 267,1=

= 3094,76*б + 458,1 кДж/кг кл.

5. Тепло, теряемое с безвозвратным уносом:

qун = Мун * iун = 0,047 * 185,9 = 8,74 кДж/кг кл.

где iун – энтальпия сырьевой смеси, уносимой из печи, кДж/кг кл.

6. Потери в окружающую среду через футеровку печи:

qп = к‘ * Qнр * б = 0,13 * 36160 * б = 4700,8 * б кДж/кг кл.

где к‘ – принимаем для длинных печей без холодильника 0,13

7. Потери тепла от механического и химического недожога топлива:

qн = к‘‘ * Qнр * б = 0,005 * 36160 * б = 180,8 * б кДж/кг кл.

где к‘‘ – принимаем для газообразного топлива 0,005

Всего расход тепла:

1810,29+2174,64+1114,3+3094,76*б+458,1+8,74+4700,8*б+180,8*б=

= 5566,07 + 7976,36*б

Приравнивая приход расходу, определяем удельный расход топлива:

42925,7*б + 50,24 = 7976,36*б + 5566,07

б = 5515,83 / 34949,34 = 0,158 м3/кг кл.

Удельный расход тепла на обжиг клинкера:

qх = Qнр * б = 36160 * 0,158 = 5713,28 кДж/кг кл.

Подставляя значение б = 0,158 м3/кг кл. в соответствующие уравнения

статей баланса, вычисляем их величины и сводим в таблицу.

Тепловой баланс установки на 1кг клинкера:

|Статьи баланса |кДж/кг кл.|% |

| Приход тепла: | | |

|Химическое тепло от сгорания топлива (qx) |5713,28 |83,60 |

|2. Физическое тепло топлива (qф) |1,896 |0,03 |

|3. Физическое тепло сырья (qфс) |50,24 |0,74 |

|4. Физическое тепло воздуха (qфв) |1069 |15,64 |

| Всего |6834,416 |100 |

| Расход тепла: | | |

|1. Теоретическое тепло реакции клинкеробразования (qт) |1810,29 |26,49 |

|2. Тепло испарения физической воды (qисп) |2174,64 |31,82 |

|3. Тепло, теряемое с клинкером, покидающим печь (qк) |1114,3 |16,30 |

|4. Тепло с отходящими газами (qотхг) |947,07 |13,86 |

|5. Тепло, теряемое с безвозвратным уносом (qун) |8,74 |0,13 |

|6. Потери в окружающую среду через футеровку печи (qп) |742,7 |10,87 |

|7. Потери тепла от механического и химического недожога |28,57 |0,42 |

|топлива (qн) | | |

| Всего |6826,31 |99,88 |

|Невязка |8,106 |0,12 |

Технологический КПД печи:

?тех = (qт / qx) * 100% = (1810,29 / 5713,28) * 100% = 31,7 %

Тепловой КПД печи:

?теп = ((qт + qисп) / qx ) * 100% = ((1810,29 + 2174,64) / 5713,28) *

100% = 69,8 %

1.5 Материальный баланс установки

Материальный баланс установки составляют на 1кг клинкера, данные из

материальных балансов топлива и сырья.

Материальный баланс установки:

|Статьи баланса |кг |% |

|Приход материалов: | | |

|1. Сырьевая смесь - Мпw |2,425 |52,23 |

|2. Топливо - б |0,158 |3,40 |

|3. Воздух - б * L? * ?в |2,06 |44,37 |

|Всего |4,643 |100 |

|Расход материалов: | | |

|1. Клинкер - Мк |1 |21,54 |

|2. Безвозвратный унос сырья - |0,002 |0,04 |

|Мпс- Мтс |0,54 |11,63 |

|3. Углекислота сырья |0,883 |19,02 |

|- МСО2 |2,192 |47,21 |

|4. Влага сырья | | |

|- МН2О+Мw | | |

|5. Отходящие газы от сгорания топлива - б * V?т * | | |

|?0 | | |

|Всего |4,617 |99,44 |

|Невязка |0,026 |0,56 |

Страницы: 1, 2