Вращающаяся печь 5х185 м для обжига клинкера по мокрому способу
СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ |
2 |
||
ВВЕДЕНИЕ |
3 |
||
1. |
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЦЕМЕНТНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ |
5 |
|
1.1 |
Расчет горения топлива |
5 |
|
1.2 |
Материальный баланс по сырью |
8 |
|
1.3 |
Теоретические затраты тепла на клинкерообразование |
9 |
|
1.4 |
Тепловой баланс печи и определение удельного расхода топлива на обжиг клинкера |
10 |
|
1.5 |
Материальный баланс установки |
14 |
|
1.6 |
Расчет производительности печи |
14 |
|
1.7 |
Выбор пылеосадительных устройств и дымососа |
15 |
|
1.8 |
Топливосжигающее устройство |
17 |
|
2. |
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ |
18 |
|
2.1 |
Расчет размеров колосникового холодильника |
18 |
|
2.2 |
Подбор дутьевых вентиляторов для колосниковых холодильников и аппаратов для обеспыливания выбрасываемого воздуха |
24 |
|
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: 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:
Vт = 1,019 + 2,157 + 0,1 + 7,976 = 11,252 [м3/м3]
Процентный состав продуктов горения:
CO2 = (VCO2т *100) / Vт = (1,019*100) / 11,252 = 9,06 %
H2O = 19,17 %
O2 = 0,89 %
N2 = 70,88 %
Материальный баланс горения:
приход |
кг |
расход |
кг |
Природный газCH4 = 94,9*0,717 C2H6 = 1,9*1,359 C3H8 = 0,5*2,02 C4H10 = 0,3*2,84 C5H12 = 0,1*3,218 N2 = 1,3*1,251 H2O = 1*0,804 ВоздухO2 = 10,08*0,21*1,429*100 N2 = 10,08*0,79*1,251*100 H2O = 0,16*10*10,08*0,804 |
68.04 2.58 1.01 0.852 0.322 1.626 0.804 302,49 996,2 12,97 |
Продукты горенияCO2 = 1,977*100*1,019 H2O = 0,804*100*2,157 N2 = 1,251*100*7,976 O2 = 1,429*100*0,1 |
201,46 173,42 997,8 14,29 |
Всего |
1386,89 |
ВсегоНевязка |
1386,97 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/Vт)+(L‘ * iвоз./Vт) = (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:
= (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 Возврат Мун.в |
2,425 0,045 |
Клинкер Общий унос Мун Выделившиеся из сырья газы: - углекислый МСО2=(Мтс*СО2)/100 МСО2=(1,55*34,87)/100 - гидратная Н2О МН2О=(Мтс*Н2О)/100 МН2О=(1,55*0,6)/100 - физическая Н2О Мw= Мпw - Мпс Мw = 2,425 – 1,552 |
1 0,047 0,54 0,01 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:
2. Физическое тепло топлива (qф) 3. Физическое тепло сырья (qфс) 4. Физическое тепло воздуха (qфв) |
5713,28 1,896 50,24 1069 |
83,60 0,03 0,74 15,64 |
Всего |
6834,416 |
100 |
Расход тепла: 1. Теоретическое тепло реакции клинкеробразования (qт) 2. Тепло испарения физической воды (qисп) 3. Тепло, теряемое с клинкером, покидающим печь (qк) 4. Тепло с отходящими газами (qотхг) 5. Тепло, теряемое с безвозвратным уносом (qун) 6. Потери в окружающую среду через футеровку печи (qп) 7. Потери тепла от механического и химического недожога топлива (qн) |
1810,29 2174,64 1114,3 947,07 8,74 742,7 28,57 |
26,49 31,82 16,30 13,86 0,13 10,87 0,42 |
Всего Невязка |
6826,31 8,106 |
99,88 0,12 |
Технологический КПД печи:
тех = (qт / qx) * 100% = (1810,29 / 5713,28) * 100% = 31,7 %
Тепловой КПД печи:
теп = ((qт + qисп) /