2. Расчет теплового баланса вращающейся печи

2.1 Устройство вращающейся печи для обжига керамзитового гравия

Керамзитовый гравий в большинстве случаев обжигают в однобарабанных вращающихся печах. Корпус печи выполнен в виде цилиндра из листового металла, который установлен на роликовых опорах под определенным углом к горизонту. Изнутри корпус печи футерован огнеупорными материалами. Во вращательное движение печь приводится при помощи электродвигателя и редуктора посредством пары шестерен, подвенцовой и венцовой, последняя из которых насажена на корпус печи.

Печь имеет загрузочные и разгрузочные устройства. Она загружается сырцом через загрузочный лоток, который смонтирован на корпусе осадительной камеры вместе с механизмом очистки. Разгрузочная часть печи имеет специальную откатную головку, предназначенную для уплотнения выходного торца печи и для установки форсунки или горелки, а также приема готового материала. Охлаждение обожженного керамзита осуществляется в холодильнике до температуры 60-80 °С, который соединяется с откатной головкой печи.

2.2 Сырье для производства керамзитового гравия

В производстве керамзита используют легкоплавкие глинистые породы, которые способны при быстром обжиге вспучиваться. Содержание отдельных оксидов в хорошо вспучивающемся глинистом сырье находится в следующих пределах, %:

SiO2 50... 55; Аl2О3 15...25; Fe203+FeO 6,5... 10; СаО до 3; MgO до 4; Na20+K20 3,5...5.

Температура вспучивания должна быть не более 1250 °С, а интервал вспучивания - не менее 50 °С.

2.3 Методика составления теплового баланса вращающейся печи

Тепловой баланс вращающейся печи для обжига керамзита составляют по следующей схеме.

Приходные статьи баланса:

1.Теплота от горения топлива.

2.Физическая теплота, вносимая топливом.

З. Теплота, вносимая сырцом.

4.Физическая теплота первичного воздуха, подаваемого к топливосжигающему устройству.

5.Физическая теплота вторичного воздуха, поступающего в печь из холодильника.

6.Физическая теплота воздуха, подсасываемого через неплотности головки печи.

Расходные статьи баланса

1.Расход тепла на испарение влаги.

2.Расход тепла на химические реакции.

З.Потери тепла с керамзитом на выходе из печи.

4Лотери тепла в окружающую среду.

5.Потери тепла с отходящими газами.

6.Потери тепла с химическим недожогом.

Конечной целью расчета теплового баланса является определение расхода топлива, сжигаемого за 1 час работы печи, и его удельного расхода на 1 кг полученного керамзитового гравия. Для этого на основании статей прихода и расхода тепла составляют общее уравнение теплового баланса, из которого находят искомые величины.

2.4 Расчет теплового баланса вращающейся печи

Прежде чем приступить к расчету теплового баланса печи, необходимо произвести дополнительные вычисления, результаты которых понадобятся в дальнейшем. В качестве топлива для печей могут использоваться мазут, природный или попутный газ. При расчете процессов горения определяют количество воздуха, необходимого для полного сжигания топлива и количество образующихся продуктов горения. Процесс горения рассчитывают независимо от количества сжигаемого топлива, поэтому количество воздуха, необходимое для горения, и объем дымовых газов, образующихся в результате сжигания топлива, определяют на единицу массы жидкого топлива и на единицу объема газообразного топлива, т.е. выражают в нм³/кг или нм3/нм3 топлива. Рассмотрим примеры расчета жидкого топлива- мазута.

Расчет горения мазута

Задание: Определить объем воздуха и количество образующихся продуктов горения мазута , имеющего горючую массу следующего состава , % :

Содержание золы A^p=0,2 % , содержание влаги W^p=3 % /

Произведем пересчет горючей массы топлива на рабочую:

C^p = C^r× = 87.6× ;

H^P = 10.7× ;

S^P = 0.7 × = 0.68 % ;

N^P = 0.6 × = 0.58 % ;

O^P = 0.4 ×

Состав рабочего топлива , % по массе:

Теоретически необходимое для горения количество сухого воздуха при его коэффициенте избытка α =1 определяют по формуле:

= 0,0889 × Ср + 0,265 × Нр - 0,0333(O^P - S^P) нм³/кг,

= 0,0889 × 84,8 % + 0,265 × 10,36 % - 0,0333 (0,39% – 0,68%) =

= 7,54 +2,75 – (-0,0027) = 10,3 %

где С^P,Н^P,S^P,О^P - содержание в рабочем топливе соответсвующих элементов , %.

Количество атмосферного воздуха содержащего влагу будет равно:

= 1.016 × = 1.016 × 10.46 нм³ / кг.

Количество атмосферного воздуха в корне факела при коэффициенте избытка α₁=1,2:

Сухого воздуха:

= × α₁ = 10,3 % × 1,2 = 12,36 нм³/кг.

Влажного воздуха :

= × α₁ = 10,46 % × 1,2 = 12,552 нм³/кг

Количество и состав продуктов полного горения при коэффициенте

избытка α₁ =1,2:

V_СO2 = 0,01855 × C^P = 0,01855 × 84,8= 1,573 нм³/ г;

V_SO2 = 0,007× S^P = 0,07 × 0,68= 0.0048 нм³/ г;

V_N2 = 0,79 × N^P = 0,79 × +0,008 × N^P =

= 0,79 × 12,36 + 0,008 × 0,58 =

= 9,764 +0,00464 = 9,77 нм³/ г;

V_O2 = 0,21 × (α₁ - α) × = 0,21 × (1,2-1,0)× 10,29 = 0,43 нм³/ кг;

Всего сухих газов :

= V_СO2 + V_SO2 + V_N2 + V_O2 =

=1,573 + 0,0048 + 9,77 +0,43 = 11,78 нм³/кг

V_H2O = 0,112 × H^P + 0,0124 × W^P + 0,00016 × d × =

= 0,112 × 10,36 + 0,0124 × 3 + 0,0016 ×10 × 12,36 =

=1,16 +0,0372 +0,197 = 1,395 нм³/кг

где d-влагосодержание атмосферного воздуха равное

10г/кг сухого воздуха.

Общее количество продуктов горения :

V^вл = + V_H2O = 11,78 +1,395 = 13,18 нм³/кг

Действительное количество воздуха на загрузочном конце печи при

коэффициенте избытка α₂ = 1,95:

сухого воздуха :

= × α₂ =10,29 × 1,95 = 20,07 нм³/кг

атмосферного воздуха :

= × α₂ = 10,46 × 1,95 = 20,397 нм³/кг

Количество и состав продуктов полного горения при коэффициенте избытка α₂ = 1,95 :

V_CO2 = 0,01855 × 84,8 = 1,573 нм³/кг

V_SO2 = 0,007 × 0,68 = 0,0048 нм³/кг

V_N2 = 0,79 × + 0,008 × N^P = 0,79 × 20,07 + 0,008 × 0,58 =

15,855 + 0,0046 = 15,86 нм³/кг

V_O2 = 0,21 (1,95 - 1) × 10,29 =2,05 нм³/кг

Всего сухих газов :

= 1,573 + 0,0048 +15,86 +2,05 = 19,488 нм³/кг

V_H2O = 0,112 × 10,36 +0,0124 × 3 + 0,0016 ×10 ×20,07 =

= 1,16 + 0,0372 + 0,321 =1,518 нм³/кг

Общее количество продуктов горения:

= 19,488 + 1,518 = 21,006 нм³/кг.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Длина печи 40 м, диаметр 2,5 м ; топливо-мазут марки 60, теплота сгорания топлива = 35500 кДж/нм³, производительность печи =12 м³/ч , формовочная влажность глины W=22 %, влажность гранул на выходе из сушильного барабана Wc=8,6 %, температура сырца при загрузке в печь tc=53 °С, температура керамзита на выходе из печи t_к= 910°С, температура отходящих газов t_о.г =464 °С; температура воздуха, подаваемого на горение , t_в = 12O °С; насыпная плотность керамзита р_к = 395 кг/ м³; масса сырца, загружаемого в печь . G_с = 5714 кг/ч ; химический состав глины, % :

Si0₂ - 53 ; Al₂O₃ - 24 ; Fe₂O₃+FeO - 8 ; CaO – 1,39 ;

MgO – 3,82 ; Na₂O + K₂O - 4; ППП-10,3.

ПРИХОД ТЕПЛА

1.0т горения топлива:

= × В = 35500 В кДж;

где В - часовой расход топлива , м³ или кг.

2. Тепло, вносимое топливом:

= B × C_т × t_т = 1,95 15 = 29,25 В кДж

где Ст - удельная теплоемкость топлива, кДж/кгК ; t_т - температура топлива , поступающего на горение, °С . В зависимости от марки мазута находится в пределах цщя марок 40, 100,200 - соответственно 75 ... 100 ; 90 ... 115 ; 110... 140 °С. Удельную теплоемкость определяют по формулам: для мазута

C_т = 4,2 (0,415 + 0,0006 t_т) = 4,2 (0,415 + 0,0006 × 80) =

= 4,2 (0,415 + 0,048) = 1,95 кДж / м³К

3. Тепло, вносимое сырцом:

= Gc × Cс ×t_c = 5714 ×1,205 × 53 = 364924,61

где - Сс- удельная теплоемкость сырца, кДж/кг*К , определяемая по формуле

С_с = 0,924 = 0,924 × 0,914 + 0,36 = 1,205 кДж / м³ К

4. Физическая теплота воздуха, подаваемого на горении:

= B × × α₁ × t_в × С_в = B × 9,415 × 1,2 × 120 × 1,344 =1822,14 B кДж

С_в - удельная теплоемкость воздуха , равная 1,344 кДж/м³К ;

- теоретический объем воздуха,необходимый для горения 1 м³ или 1 кг топли

ва.Принят из расчета горения топлива для α = 1 ; t_в - температура воздуха, по-даваемого на горение. Для расчетов можно принимать в пределах от 150 до 250 °С.