МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Пояснительная записка к

курсовой работе

«Теплоэнергетический расчет

известково-обжигательной печи»

по дисциплине

«Высокотемпературные теплотехнологические

процессы и установки»

БГТУ.140104.СД.2.КР.082115.ПЗ.39

Выполнил студент гр.08-ПТЭ:

Булычева С.В.

Проверил:

доц. Курбатская Н.А.

Брянск 2011

В данном документе приведен теплоэнергетический расчет известково-обжигательной печи, изложены материальные расчеты топочного и технологического процесса обжига известняка, расчет параметров тепловой схемы технологического процесса, определена продолжительность тепловой обработки и найдены основные размеры рабочего пространства шахтной печи, обеспечивающие заданную производительность установки.

содержание

Список использованных обозначений……………………………………..…...…..4

Введение………………………………………………………...…….……….…..…6

Исходные данные………………………………………………………………....…7

1.Материальные расчеты……………………………………………………………8

1.1.Материальный расчет процесса горения………….…….….……….……….…8

1.2.Материальный расчет технологического процесса…..…....….….…..........…11

2. Тепловой расчёт теплотехнологического процесса…………………………...14

2.1. Уравнения тепловых балансов зон…………………….…….……….……....15

2.2. Нахождение составляющих уравнений теплового баланса…...….…..…….18

2.3.Тепловой баланс зоны обжига……….…….…………………………………..22

2.4.Тепловой баланс экономайзерной зоны…………….…..…….………………23

2.5.Тепловой баланс воздухоподогревателя……….…….……..……….……..24

2.6.Тепловой баланс зоны регенеративного охлаждения……………………..…25

3. Материальный баланс теплотехнологического процесса обжига

известняка…………………………………………………………………………..26

4 Тепловой баланс рабочей камеры………………………...……………………..29

5. Определение размеров рабочей камеры шахтной известково-обжигательной печи………………………….………………………………………………………32

Заключение…………………………….……………………………………………37

Список литературы……………………..…………………………………………..39

Список использованных обозначений

- удельный расход топлива, кг/м³ _топ,

- удельный расход воздуха, необходимый для сжигания 1 м³, кг/м³ _топ,

- удельная масса влаги, содержащейся в окислителе и воздухе, кг/м³ _топ,

- удельный выход углекислого газа, образующегося в процессе горения, кг/м³ _топ ,

- удельный выход азота в процессе горения, кг/м³ _топ,

- удельный выход кислорода, выделившегося при процессе горения из подаваемого в установку атмосферного воздуха, кг/м³ _топ,

- удельный выход водяных паров, выделившихся в ходе процесса горения кг/м³ _топ,

масса сухого технологического сырья, кг/кгСаО;

- масса технологического продукта, кг/кгСаО;

- температура технологического сырья на входе в ЗО, ºС;

- температура начала термической диссоциации (начала процесса), ºС;

- Температура технологического продукта,ºС;

- температурный уровень процесса, ºС;

- температура горячего воздуха в ЗРО, ºС;

- температура горячего воздуха в ЗО, ºС;

- низшая теплота сгорания топлива, МДж/м³;

- химическая теплота топлива,кДж/кгСаО;

- теплота химического недожога, кДж/кгСаО;

- потери теплоты через ограждения ЗО,ЗРО,ЭЗ,ВП кДж/кгСаО;

- энтальпия топлива на входе в установку, кДж/кгСаО;

- энтальпия воздуха кДж/кгСаО;

- энтальпия технологического сырья, кДж/кгСаО;

-энтальпия технологического продукта, поступающего в ЗРО кДж/кгСаО;

- энтальпия отходящих газов, кДж/кгСаО;

- энтальпия уходящих газов, кДж/кгСаО;

Введение

Объектом исследования курсовой работы является высокотемпературная установка - известково-обжигательная печь и теплотехнологические процессы, происходящие в ней.

Известково-обжигательная печь представляет собой устройство, предназначенное для тепловой обработки технологических материалов. В установке осуществляется заданные химические и физико-химические превращения исходных веществ под действием температуры.

Высокотемпературные теплотехнологические процессы и высокотемпературные теплотехнологические установки лежат в основе многих процессов, таких, как: плавка металлов, изготовление деталей машин, строительных материалов, производство продуктов химии и нефтехимии, пищевая промышленность. Поэтому требуют к себе повышенного внимания.

Грамотная организация работы высокотемпературной установки требует проведения теплоэнергетического расчёта, который в свою очередь, связан с пониманием особенностей теплотехнологического процесса , таких как: свойства и состав исходных технологических материалов, топлива, число ступеней технологического процесса и их содержание, агрегатное состояние и состав продуктов технологического процесса, термодинамические параметры процесса (температура, давление), участие в технологическом процессе продуктов горения топлива.

В данной работе технологическим продуктом процесса, является известь. Известь - вяжущий материал, получаемый обжигом и последовательной переработкой известняка, мела и других известково-магнезиальных горных пород. Исходным технологическим сырьем для получения извести служат природные карбонатные породы: известняк, мел, мраморная крошка, ракушечник и др. Химический состав данного сырья определяется преимущественно содержанием СаСО₃ (карбоната кальция) с примесями MgCO₃ (карбоната магния) и др. Для того чтобы при обжиге известняка получить известь заданных свойств и качества, необходимо обеспечить в печи определенный тепловой режим.

Основными стадиями технологического процесса обжига известняка являются нагрев технологического сырья до температуры начала термической диссоциации СаСО₃, диссоциирующий обжиг и охлаждение технологического продукта.

Для осуществления данных стадий шахтная печь условно имеет 4 теплотехнологические зоны: воздухоподогреватель (ВП), экономайзерную зону (ЭЗ), зону обжига (ЗО) и зону регенеративного охлаждения. Но процесс обжига реализуется в 3х последних зонах. Зона ВП выступает как дополнительный энергосберегающий элемент.

Целью данной работы является теплоэнергетический расчёт известково-обжигательной печи.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

-составить материальные балансы процесса горения и технологического процессов шахтной печи;

- на основе балансов рассчитать удельные расходы сырья, окислителя и выходы технологического продукта, продуктов горения;

- обосновать выбор тепловой схемы и её рациональность;

-сформировать соответствие заданных температур со структурой размещения зон в технологическом процессе;

-определить недостающие температуры на стыке зон;

- составить уравнение теплового баланса для ЗО и на его основании определить видимый удельный расход топлива;

- определить температуру отходящих, уходящих газов и технологического продукта методом итерации;

- составить уравнения теплового баланса для каждой зоны;

- составить уравнение теплового баланса для рабочей камеры и проверить его выполнение;

-проверить выполнение уравнения материального баланса;

- с помощью данных о видимом удельном расходе топлива рассчитать характеристики шахтной печи, определяющие заданную производительность.

-определить конструктивные размеры рабочей камеры печи заданной конфигурации;

-проанализировать и систематизировать полученные данные.

Детальное рассмотрение теплотехнологического процесса и правильное определение расхода топлива и окислителя (в качестве которого выступает воздух) для исследуемой шахтной печи заданной производительности, позволит оптимально планировать возможные режимы работы, рационально рассчитывать расходы и экономить энергетические ресурсы.

Исходные данные по составу топлива:

МДж/м³

кг/м³

1. Материальные расчеты.

В теплоэнергетическом расчете процесса обжига известняка материальные расчеты процесса горения и технологического процесса целесообразно производить раздельно. В расчете процесса горения, основной целью является нахождение удельного расхода воздуха и продуктов горения природного газа в м³/м³ топлива. В материальном расчете технологического процесса необходимо найти удельные выходы продуктов обжига известняка. В завершении материальных расчетов необходимо проверить балансы этих процессов.

1.1.Материальный расчет процесса горения

При проведении материального расчета процесса горения, как и всех других видов теплоэнергетического расчета, кроме расчета химического недожога, исходят из предположения о том, что в ходе его осуществления происходит полное сгорание топлива-газа.

В материальном расчете процесса горения определяем удельный расход воздуха и удельные выходы продуктов горения природного газа.

Запишем уравнение материального баланса для процесса горения:

- удельный расход топлива, кг/м³ _топ,

- удельный расход воздуха, необходимый для сжигания 1 м³, кг/м³ _топ,

- удельная масса влаги, содержащейся в окислителе и воздухе, кг/м³ _топ,

- удельный выход углекислого газа, образующегося в процессе горения, кг/м³ _топ ,

- удельный выход азота в процессе горения, кг/м³ _топ,

- удельный выход кислорода, выделившегося при процессе горения из подаваемого в установку атмосферного воздуха, кг/м³ _топ,

- удельный выход водяных паров, выделившихся в ходе процесса горения кг/м³ _топ,

В материальном расчете процесса горения определяют удельный расход воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ топлива:

_{м3/м3топ}

где содержание в природном газе углеводородов ( );

- теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м³_топ;

Определяем удельное количество влаги, содержащейся в топливе и воздухе:

м³/м³_топ

где влагосодержание топлива, кг/м³

влагосодержание воздуха, кг/м³;

Удельный выход углекислого газа определяется по формуле:

_{м3/м3топ}

где содержание в природном газе углекислого газа, % объёма;

Удельный выход водяных паров в процессе горения, вследствие испарения влаги, содержащейся в топливе и воздухе, а также их образование при окислительных реакциях горения компонентов природного газа:

м³/м³_топ

где влагосодержание топлива, кг/м³

влагосодержание воздуха, кг/м³;

Удельный выход азота, переходящего в продукты сгорания из воздуха и топлива, определяется по формуле:

м³/м³_топ

где содержание в природном газе азота, % объема.

Удельный выход кислорода, поступающего с воздухом и не участвующего в процессе горения:

м³/м³_топ

_Удельный выход сухих продуктов горения:

м³/м³_топ

где удельный выход углекислого газа;

удельный выход азота;

- удельный выход кислорода, не участвующего в процессе горения;

Удельный выход продуктов горения:

м³/м³_топ

где - удельный выход водяных паров;

Удельный объёмный расход воздуха и удельные выходы продуктов горения позволяют определить удельные массовые выходы и составить уравнение материального баланса.

Проводим проверку материального баланса топочного процесса:

, где:

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

Где , кг/м³_топ

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

Таблица 1