8.10.3. Пример теплового расчета печной установки с циклонными теплообменниками и декарбонизатором

1. Расход воздуха для горения газа и охлаждения клинкера. Теоретический расход воздуха на горение:

Практический расход:

Воздух присоса — 5%:

Воздух избыточный:

Расход вторичного воздуха:

в том числе присос 0,021 нм³/кг кл.

Удельный расход воздуха на горение топлива на 1 кг кл.:

Расход воздуха, подаваемого в декарбонизатор:

Расход избыточного воздуха от холодильника:

2. Выход отходящих газов из топлива нм³/нм³ газа:

подставляя vrq_z = 1.0:

Н₂ + 2СН₄ + 2$ C^Hn + H₂S + H₂ol =

Всего V5r= 10,99» 11.

3. Удельный расход сухой сырьевой шихты.

4. Выход газов из сырьевой шихты. Содержание CCh в сырьевой шихте:

Выход СО2 из СаСОз сырья:

ИЛИ

Выход СО2 из MgCOs сырья:

Всего СО₂ в сырье — 0,528 кг/кг кл. или 0,267 нм³/кг кл.

Расход MgCOs из сырья:

Расход CaCO₃ из сырья:

Выход гидратной влаги:

Выход физической воды из сырья:

Выход СОг из СаСОз во вращающейся печи:

Выход СО2 в декарбонизаторе:

То же в смесительной камере:

То же в циклоне II ст.:

5. Распределение и расходы топлива по системе. Удельный расход топлива в печи:

То же в декарбонизаторе:

в том числе в вихревой горелке — 7%:

в кальцинаторе 0,0637—0,00445 = 0,0592 нм³/кг кл.

Удельный расход топлива в печной установке:

6. Потоки газов в циклонном теплообменнике и декарбониза­торе в нм³/кг кл.

6.1. Количество газов на выходе из печи:

На выходе из декарбонизатора:

На выходе из смесительной камеры:

На выходе из циклона I ст.:

На выходе из циклона II ст.:

На выходе из циклона III ст.:

На выходе из циклона IV ст.:

Таблица 8.38

Наименование объекта единицы измерения		Вращающаяся печь	Декарбо-низатор	Смеситель-ная камера	Циклоны, ст.
					I	II	III	IV
Количество газов в нм3/кг кл.
Углекислоты CO2		0,0811	0,1796	0,3637	0,3637	0,373	0,373	0,373
Азота N2		0,335	0,502	0,837	0,837	0,837	0,837	0,837
Кислорода O2		0,0042	0,0063	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105	0,0105
Водяных паров H2O*		0,0843	0,126	0,21	0,21	0,21	0,216	0,235
Подсос воздуха		0,021	-	0,21	0,0713	0,12	0,17	0,22
Всего:		0,525	0,814	1,44	1,49	1,55	1,605	1,676

Полученные данные сведем в таблицу 8.38

* Количество водяных паров принято без учета водяных паров в воздухе.

7. Запыленность газовых и воздушных потоков по трактам циклонного теплообменника в кг/кл кл.

Согласно п. 18 «Исходных данных» находим концентрацию пы­ли в трактах циклонного теплообменника. Выход пыли с отходящими газами из циклона IV ст.:

С отходящими газами из печи:

С воздухом из холодильника.

В печь со вторичным воздухом:

В декарбонизатор:

В осадительную камеру:

Сбросной воздух:

Количество материала, поступающего в печь:

На выходе из печи (в холодильник):

Количество материала, поступающего в циклон I ст.:

Количество пыли, выходящей из циклона I ст. с газами:

Количество материала, поступающего в декарбонизатор из циклона II ст.:

Количество материала, поступающее в циклон II ст.:

Количество пыли на выходе из циклона II ст.:

Количество материала, осевшее в циклоне III ст.:

Количество материала, поступившее в циклон III ст.:

Количество пыли, выходящей из циклона III ст. с газами:

Количество материала, осевшее в циклоне IV ст.:

Количество материала, поступившее в циклон IV ст.:

Вынос пыли из циклона IV ст.:

Таблица 8.39

Наименование	Холоди-льник	Вращаю-щаяся печь	Декарбо-низотор	Смеситель-ная камера	Цик-лон I ст.	Цик-лон II ст.	Цик-лон III ст.	Цик-лон IV ст.
Количество пыли, поступающей (уходящей) с газами (воздухом)	+0,0848	-0,0848	+0,018	+0,0525	+1,41	+2,085	+2,02	+1,8
Количество материала, поступающего по течкам и из бункера	+1,128	+1,0848	+1,773	+1,79	-	-	-	-
Общее количество материала, поступающего (выходящее) в агрегат (из агрегата)	1,128+ 0,0848	0,9876	+0,018 +1,773	-	+1,41	-1,773	1,822	-1,71
Количество осажденного материала	-	+0,0485	-	-	+1,128	+1,773	+1,822	+1,71
Количество пыли, материала, уходящих с газами (воздухом)	-0,0525	-0,0490 -0,0604	-1,357	-1,41	-0,282	-0,312	0,198	-0,09

Расход материала из бункера сырьевой шихты:

Полученные результаты сводим в таблицу 8.39.

8. Материальный баланс холодильника (таблица 8.40).

Таблица 8.40

Приход параметр, обозначение	Кг/кг кл.		%		Расход параметр, обозначение Кг/кг кл.		%
Клинкер из печи gпм.в.		1,0848				1. Пыль вторичного воздуха gвтп.в.		0,0848
						2. Пыль сбросного воздуха gк.сб.п.в.		0,0490
						3. пыль в воздухе из холодильника в камеру осаждения gокп.в.		0,0604
						4. Клинкер на выходе из холодильника gхкл.в.

Пыль, уловленная электрофильтром из сбросного воздуха 0,049-0,99 = 0,0485 кг/кг кл.

Пыль, собранная в камере осаждения 0,0604-0,8 = 0,0483 кг/кл кг. Всего количество клинкера 0,9876 кг/кг кл.

9. Тепловой расчет печной установки.

Таблица 8.41

Приход тепла			%	Расход тепла			%
1. Теплота сгорания топлива		3550,4	84,32	1. Декарбонизация CaCO3 и MgCO3 qдв=GCaCO3x x1779,4+GMgCO3x1398,4		2114,3	50,21
2. Физическое тепло топлива		0		2. Дегидратация каолина qдг=G2wx6866,3=0,005x6866,3		34,3	0,81
3. Сырьевая шихта gIVм.п.=1,61х0,199х251,2		81,0	1,92	3. Образование жидкой фазы		209,3	4,97
4. Охлаждающий воздух холодильника при 273 К (0С)		0		4. Испарение воды из сырья Gфwx2491,1=0,0155х2491,1		38,6	0,92
5. Дополнительный воздух		0		5. Потери тепла в окружающую среду (по опытным данным): печью Циклонный теплообменник Холодильник Всего:		251,2 83,7 58,6 393,5	5,96 1,99 1,39 9,34
6. Экзотермические реакции образования клинкера QC2S=0,01xC3Sx527,5= =0,01x45x527,5 QC2S=0,01xC2Sx716,0=0,01x x30x716,0 QC3A=0,01xC3Ax61,1=0,01x x10x61,1 QC4AF=0,01xC4AFx108,85= =0,01x15x108,85 Qэкз	237,4 214,8 6,1 16,3 474		5,64 5,10 0,14 0,39 11,27
				6. Потери с выходящим из холодильника клинкером	85,0		2,02
				7. Со сбросным воздухом холодильника 1,972x1,310xtxв.с.	2,580 txв.с.		9,82
7. Теплота кристаллизации жидкой фазы		104,7	2,49	8. Спылью в сбросном воздухе 0,049х0,820 txв.с.		0,0410 txв.с.	0,15
	4210,7		100	9. Теплосодержание запыленных отходящих из IV ст. циклона газов 3791,1+2,621х txв.с.	916,0		21,76
							100

Температура сбросного воздуха холодильника:

10. Тепловой баланс холодильника.

Таблица 8.42

Приход тепла		%	Расход тепла		%
Теплосодержание клинкера, поступающего в холодильник gпмохСклхtкл=1,0848х1,1095х х1350 Теплосодержание воздуха	1624,8 0	100	1. Теплосодержание клинкера из холодильника 0,8908х0,795х120	84,98	5,23
			2. Сбросного воздуха из холодильника 1,972х1,310х х150,0	387,49	23,85
			3. Теплосодержание пыли сбросного воздуха 0,049х0,820х150	6,03	0,37
			4. Воздух из холодильника в декарбонизатор 0,604х1,365х620	511,16	31,47
			5. Теплосодержание пыли воздуха, поступающего в декарбонизатор 0,0604х0,942х620	35,28	2,17
			6. Вторичного воздуха 0,424х1,402хtвтв	0,594хtвтв	29,28
			7. Пыли вторичного воздуха 0,0848х0,976хtвтв	0,0824tвтв	4,06
			8. Потери в окружающую среду	58,07	3,57
					100

Температура вторичного воздуха:

11. Тепловой баланс вращающейся печи.

Таблица 8.43

Приход тепла		%	Расход тепла		%
1. Теплота сгорания топлива	1419,3	41,97	1. Декарбонизация CaCO3 0,15x4,857x425	309,63	9,16
2. Физическое теплосодержание топлива	0		2. Теплосодержание клинкера (10.1.п.1)	1624,80	48,03
3. Теплосодержание сырьевой муки, поступающей в печь 1,128х0,988х840	936,2	27,7	3. Образование жидкой среды	209,34	6,19
4. С клинкерной пылью из холодильника 0,0848х1,402х800	66,1	1,96	4. Потери тепла в окружающую среду	251,20	7,42
5. С вторичным воздухом 0,4028х1,402х800	452,2	13,38	5. Теплосодержание газов на выходе из печи 0,524х1,620хtпот	0,850хtпот	27,48
6. С подсосами 0,021х0,129	0		6. Теплосодержание пыли на выходе из печи 0,525х1,013хtпот	0,531хtпот	1,72
7. Теплота экзотермических реакций, предполагая, что в печи происходит 70% экзотермических реакций 0,7х(QC2S+QC3A+QC4AF)+QC3S= =0,7х(214,8+6,1+16,3)=237,4	403,4	11,93
8. Теплота кристаллизации жидкой фазы	104,6	3,09
Итого:	3381,0	100

Температура отходящих из печи газов:

12. Тепловой баланс циклонного теплообменника и декарбонизатора.

Таблица 8.44

Приход тепла		%	Расход тепла		%
1. Теплота сгорания топлива в декарбонизаторе 0,0637х33494,4	2133,6	55,86	1. Декарбонизация CaCO3 и MgCO3 2114,0-309,6	1804,4	47,24
2. Теплосодержание топлива	0		2. Дегидратация каолина	34,3	0,90
3. Теплосодержание газа из печи 0,850х

Температура отходящих газов на выходе из циклонов IV сту­пени:

13. Тепловой баланс циклона I ступени и декарбонизатора

Температура материала, поступающего из циклона II ступени в декарбонизатор:

Для определения температуры материала на выходе из цик­лона III ст. составляется тепловой баланс циклонов II ст.

14. Тепловой баланс циклона II ст.

Подставляя значения в тепловой баланс, находим температуру материала в циклоне II ст.

Аналогично составляя уравнения теплового баланса III и IV ступеней, находим соответственно температуру материала в цик­лоне IV ст. и проверяем заданную в исходных данных темпера­туру отходящих газов из циклона IV ст.

При сходимости данных, полученных в результате теплового баланса с заданными величинами (расхождение не должно пре­вышать 5%), можно приступать к определению конструктивных размеров циклонного теплообменника.

15. Конструктивные размеры элементов циклонного теплооб­менника определяются на основании зависимостей, полученных на основании опытных данных.

Диаметр цилиндрической части циклона в свету определяется по формуле

(8.152)

где — секундный расход газов в циклонах в м^а/с; К_вх — коэффициент, характеризующий условие ввода га­за в циклон. Значение его рекомендуется принимать Р_вх/Рц = = К_ВХ = 0,2054-0,159.

Входная скорость газа в циклон ш_вх = 16—25 м/с.

Высота цилиндрической части циклона:

(8.153)

Сечение входного патрубка циклона

Юных — скорость газа на выходе из циклонов принимается в пре­делах 18—22 м/с; d_n — диаметр выходного патрубка, м.

По данным опыта эксплуатации и конструирования, прини­мается двухветвевой теплообменник. Циклоны в I, II и III ступенях — по одному на ветвь. Циклоны IV ст.—по 2 на ветвь.

принимаем аХЬ = 3,3X1,6 м.

16. Циклоны I ст. (пример расчета)

Диаметр газохода II ст. принимаем 2,6 м.

При расчете циклона II ст. Квх можно принимать в пределах 0,18—0,185; в циклоне III ст. = 0,17 — 0,175; в циклоне IV ст.— 0,16—0,165.

Скорости в газоходах принимаются в пределах от 19 до 21 м/с, а во входных патрубках от 20 до 22 м/с. Толщину футеровки принимать: в газоходе и циклоне I ст., а также в декарбонизаторе, загрузочной головке и смесительной камере 300—315 мм;

в газоходе и циклоне II ст. 300—240 мм;

в газоходе и циклоне III ст. 220—300 мм.

Циклон и газоход IV ст. футеруются бетоном или штучным огнеупором толщиной 120—290 мм.

17. Декарбонизатор и вихревая горелка. Определение габа­ритных размеров.

Тепловая мощность, развиваемая сжигаемым топливом в декарбонизаторе, составит:

Расход топлива в вихревой горелке^ 0,00445 нм³/кг кл.

или

Объем топочной камеры вихревой горелки:

где Q*^r — тепловое напряжение объема вихревой горелки реко­мендуется: 6,7-И2,5-10⁶ _кДж/м³ч.

Принимая Qv^r = 8,37 кДж/м³ч-10⁶, находим

Принимая диаметр топочной камеры горелки = 1300 мм, на­ходим высоту камеры Н т.к. = 1680 мм Объем топочной камеры декарбонизатора:

V$^eK принимается = 2,514-4,19-10⁶ кДж/м³, по конструктивным соображениям диаметр декарбонизатора по корпусу согласно ре­комендации, принимаем = 3600 мм. Необходимая высота декар­бонизатора при номинальной его нагрузке может быть принята равной — 6,2 м.

18. Прочие конструктивные размеры газоходов и воздухопро­водов определяются по расходам воздуха и газа и исходным данным, регламентирующим их скорости.

19. Аэродинамический расчет. Для определения аэродинами­ческого сопротивления системы, необходимо, в зависимости от состава и температуры газов на участках, определить плотность газа (воздуха) и концентрацию пыли в них. До проведения рас­чета необходимо выполнить схему расчета установки. Следует иметь в виду, что при выборе схемы и конструкции элементов установки нужно стремиться к получению минимального сопротивления тракта (главным образом за счет сокращения местных сопротивлений).

После определения плотности газа и концентрации пыли по участкам установки выполняется расчет сопротивления трактов установки.

Сопротивление циклонов определяется по формуле:

(8.157)

где ш_вх — скорость газа на входе в циклон м/с; Q_r — плотность газа кг/м³.

Сопротивление газоходов:

(8.158)

где (8.159)

(8.160)

Пример определения плотности газа <э_г и концентрации мате­риала в газах, поступающих в циклон 1 ст — ц,_п и выходящих из него ц,_в...:

После определения общего сопротивления системы и часовых выходов газов производится выбор тягодутьевых машин, фильт­ров, аспирационных устройств установки для охлаждения и ув­лажнения газов, а также выбор горелочных устройств для печи и декарбонизатора.