11. Расчет производительности вращающейся печи и мощности привода.

Производительность вращающейся печи мокрого способа производства

(1.1)

печи сухого способа производства

(1.2)

печи сухого способа с реакторомд-кар6овизатором

(1.3)

где D — диаметр печи, м; L — длина печи, м; q — удельный расход теплоты на обжиг клинкера, кДж/кг.

Для печей с декарбонизаторами в качестве q подставляют то количество удельной теплоты, которое подается непосредственно в печь, без учета подаваемой в декарбонизатор.

Пример расчета производительности печей. Печь 5х185 м мокрого способа производства

.

В технической характеристике печи 1800 т/сут.

Печь сухого способа производства 4,5х50 м (СМЦ-20) с реактором-декарбонизатором

.

В технической характеристике печи = 3000 т/сут.

Время прохождения частиц материала корпуса печи [по данным «Бюро оф Майнз» (США)] (мин)

(1.4)

где L — длина печи, м; — угол естественного откоса сухих материалов, °, можно принять = 40°; - уклон печи, °; — диаметр печи, м; — частота вращения, об/мин; — коэффициент, учитывающий сужение конуса печи, пересыпные и другие устройства, которые сдерживают материал и удлиняют время прохождения частиц материала через корпус вращающейся печи, в этом случае = 2.

Пример расчета для печи 4,5Х80 м сухого способа производства. (см.табл. 2): L = 80 м; = = 6,325; у = 4° или 2,3°; D = 4,5 м; n=0,6 об/мин.

Принимаем F = 1 (для печи с постоянным диаметром корпуса печи). При n = 0,6 об/мин.

при n = 3,44 об/мин.

Как видно из расчета, время прохождения частицами материалов корпуса печи определяется в основном изменением частоты вращения, длиной и углом наклона корпуса печи.

В длинных печах мокрого способа производства общее время пребывания материала составляет около 3 - 3,5 ч, а в печах сухого способа - около 1,5 - 2 ч.

Как указывалось ранее, благодаря сложному теплообмену (термохимическому процессу) материал движется в различных зонах печи с разной скоростью. Это явление подтверждается опытами, проведенными с радиоактивными метками.

Определение мощности потребляемой вращающейся печью.

Мощность двигателя привода вращающейся печи расходуется на преодоление сил трения при перекатывании бандажей по опорным роликам - N_б, преодоление сил трения в радиальных подшипниках опорных роликов – N_п, преодоление сил трения в упорных осевых подшипниках опорных роликов – N_с, перемешивание материала в печи – N_м, а также преодоление сил трения в приводе печи, которые учитываются КПД привода и который обычно принимают = 0,85 0,90.

Затраты мощности на первоначальный подъем материала и передвижение его вдоль печи, преодоление сил трения при обкатывании бандажей по упорным роликам (гидравлических упоров), в подшипниках упорных роликов, в уплотняющих устройствах и др. относительно невелики, и их обычно в расчетах не учитывают.

Общий расход мощности можно представить как сумму затрат

^(1.5)

Для упрощения расчетов определяем N_б, N_п, N_с, считая, что бандажи и опорные ролика, включая их элементы по всем опорам печи, унифицированы и имеют одинаковые размеры. Тогда мощность (кВт), затрачиваемая на преодоление сил трения при перекатывания бандажей по опорным роликам:

^(1.6)

где: G_п - суммарный вес вращающихся частей печи, включая корпус, футеровку, обмазку, обрабатываемый материал, бандажи, зубчатый венец, кН; n_п - частота вращения печи, об/мин; D_б - наружный диаметр бандажей, м; D_р - наружный диаметр опорных роликов, м; - коэффициент трения качения бандажей по опорным роликам, м, обычно м; - угол установки опорных роликов (см. рис. 9), обычно принимают = 30 33°.

Если в формулу подставим значения и , получим

(1.7)

Значения по сравнению с общей мощностью, расходуемой на привод печи, относительно невелики, поэтому часто при расчетах эту составляющую не учитывают.

Затраты мощности для преодоления сил трения в радиальных подшипниках опорных роликов

^(1.8)

где G_р - суммарный вес опорных роликов с осями, кН; d_п - диаметр цапфы под радиальный подшипник опорного ролика, м; f_п - коэффициент трения в радиальном подшипнике опорного ролика, для подшипников качения принимают f_п = 0,008 0,01 для подшипников скольжения f_п = 0,02 0,04.

В уравнении принята арифметическая сумма веса вращающихся частей печи и опорных роликов, было бы правильней принять геометрическую сумму, однако возникающая при этом небольшая погрешность является несущественной.

Затраты мощности на преодоление сил трения в упорных осевых подшипниках качения опорных роликов

^(1.9)

где d_с - диаметр упорного осевого подшипника опорного ролика, м, для подшипников скольжения принимают по средней части упорных буртов вкладышей, для подшипников качения - по оси тел качения; f_б - коэффициент трения скольжения бандажа по опорному ролику при осевом перемещении печи по опорным роликам, f_б = 0,2 0,3; y_п - уклон печи, обычно y_п= =0,025 0,045; f_с - коэффициент трения в осевом упорном подшипнике опорного ролика, для подшипников скольжения f_с = 0,03 0,05, для подшипников качения f_с = 0,002 0,004.

Значения N_с для вращающихся печей, оборудованных подшипниками качения, обычно невелики и ими можно пренебречь. Эти значения могут быть значительными тогда, когда под действием гидроупоров или при температурных удлинениях печь вместе с бандажами проскальзывает в осевом направлении по опорным роликам, увлекает их за собой. В результате сил трения в паре бандажи - опорные ролики эти усилия воспринимаются упорными осевыми подшипниками.

Формулы для расчета N_б, N_п, N_с определены из условий, что бандажи, опорные ролики, оси роликов, подшипники рассчитываемой печи унифицированы; в противном случае при расчете следует рассматривать потребляемую мощность как сумму мощностей по отдельным опорам с подстановкой в формулы вместо G_п, реакции опоры R_i (кН), вместо G_р вес конкретного ролика с осью G_рi (кН), вместо G_б диаметр конкретного бандажа G_бi м и др.:

^(1.10)

^(1.11)

^(1.12)

где i = 1,2, ... m (m - число опор).

Затраты мощности N_м на перемешивание материала наиболее значительны по сравнению с N_б, N_п и N_с от точности ее определения зависит правильность выбора электродвигателя привода печи.

Определение N_м связано с большими затруднениями. Эта мощность расходуется на постоянное поддержание сегмента материала при вращении в печи (рис. 14). Она зависит от плотности материала, угла естественного откоса и площади (или длины хорды ) сегмента материала, а эти параметры непостоянны, они в значительной мере изменяются по длине печи и различны в разных технологических зонах. Также непостоянен и характер перемешивания, пересыпания материала в различных технологических зонах печи при ее вращении.

Рис. 14. Расположение материала во вращающейся печи

Режим перемешивания зависит от фракционного состава материала, а также от его коэффициента внутреннего трения и других факторов.

При перемешивании наблюдаются различные случаи: верхние слои материала скатываются вниз по нижним слоям; весь сегмент материала проскальзывает по поверхности футеровки печи и затем поднимается вверх; также наблюдаются и промежуточные явления. В результате даже в пределах одной технологической зоны угол естественного откоса материала является переменным, циклически изменяющимся (табл. 3).

В действительности между технологическими зонами печи четких границ не наблюдается, поэтому приведенные в таблице данные изменяются не ступенчато, а с плавными переходами на границах зон.

Таблица 3. Техническая характеристика материалов по зонам различных печей

Существуют несколько методик по определению затрат мощности на перемешивание материала в печи.

Методика, применяемая ВНИИцеммашем при определении N_м, заключается в том, что расчет ведется по отдельным зонам печи и выражается следующей формулой:

(1.13)

где L_yi - длина технологической зоны печи, м; - длина хорды сегмента материала в технологической зоне, м; - плотность материала в технологической зоне, кг/м³; - угол естественного откоса материала в зоне,⁰; i= 1, 2,..., n (n - число зон).

В полученную установочную мощность (кВт) электродвигателей печи с учетом принятых допущений и потерь следует ввести следующие поправочные коэффициенты:

одномоторный привод

^(1.14)

двухмоторный привод

^(1.15)

При выборе электродвигателя привода необходимо помимо определения мощности двигателя найти и маховой момент вращающихся масс печи. Этот момент является суммой следующих составляющих, приведенных к оси вращения печи: махового момента собственно печи; махового момента цепной завесы (печи мокрого способа производства); махового момента материала, находящегося в печи махового момента опорных роликов с их осями.

Пример расчета мощности привода печи 4,5Х80 м

Исходные данные: G_п = 15 693 кН; G_р = 176,58 кН; D_б = 5,47 м - бандаж с «плавающей» посадкой на корпус печи; D_р = 1,7 м - наружный диаметр опорного ролика; d_п = 0,56 м; d_с = 0,34 м; см. табл. 1,6; n_п = 3,44 об/мин (максимальная); - коэффициент трения качения, = 0,0005 м; = 32° 30;

f_п = 0,008; f_б = 0,2; f_с = 0,002; y_п= 0,04; значения L_yi, , приведены в табл. 4; n - число зон, n = 3.

1. Затраты мощности на преодоление сил трения при перекатывании бандажей по опорным роликам определяем по формуле. Подставив необходимые данные, получаем

2. Затраты мощности для преодоления сил трения в радиальных подшипниках опорных роликов находим по формуле.

Подставив необходимые данные, определяем

3. Затраты мощности на преодоление сил трения в упорных осевых подшипниках качения вычисляем по формуле. Подставив необходимые данные, получаем

4. Затраты мощностей на перемешивание материала рассчитываем по формуле. Подставив в формулу необходимые значения из табл. 1.6, получим

Мощность однодвигательного привода вращающейся печи 4,5х80 м

Мощность электродвигателя главного привода печи (см. табл. 1.4) 400 кВт.