6. Устройство печи кипящего слоя для производства керамзитового песка

Установка для обжига керамзитового песка состоит из двухзонной печи кипящего слоя, футерованного циклона и холодильника кипящего слоя. Обжиговая печь выполнена в виде двух камер, расположенных вертикально одна над другой и разделенных между собой перегородкой. В нижней камере, на­зываемой зоной обжига, происходит сжигание газа в слое псевдоожиженного материала, который поступает туда из верхней камеры термоподготовки по наружному переточному устройству. В верхней камере- зоне термоподготовки материал подогревается газами, отходящими из зоны обжига и очищенными от пыли в системе циклонов. Отходящие из зоны обжига газы перед поступ­лением в футерованный циклон смешиваются с холодным воздухом. Это по­зволяет снизить температуру газов, подаваемых в зону термоподготовки. Час­тичное охлаждение керамзитового песка происходит в холодильнике, а окон­чательное - при его перемещении пневмотранспортом к месту складирования.

6. Пример теплотехнического расчета печи кипящего слоя

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Производительность печи- 50 тыс. м³/год ; коэффициент использования обо­рудования- 0,85 ; температура в зоне термоподготовки 350 °С ; температура в зоне обжига - 1100 °С ; температура в холодильнике - 500 °С; температура газа и воздуха

-20 °С ; топливо- природный газ с теплотой сгорания - 35500 кДж/нм³ ; насыпная плотность песка - 570кг/м³ ; влажность сырца, подаваемого в зону термоподготовки, -

9 %; потери при прокаливании -10%; в том числе :

СО2 от диссоциации СаСО3- 2%; СО2 oт диссоциации MgCO3 - 4,3 %; дегидратации-2,2%.

Зерновой состав сырца, %

более 5мм…………………….5

2,5…. 5мм…………………….18

1,2…..2,5мм…………………..20

0,6…..1,2мм…………………..19

0,3…..0,6мм…………………..15

0,15…0,3мм…………………..14

менее 0,15мм………………….9

Зерновой состав песка, %

более 5мм…………………….5

2,5…. 5мм…………………….20

1,2…..2,5мм…………………..24

0,6…..1,2мм………………......19

0,3…..0,6мм…………………..15

0,15…0,3мм…………………..14

менее 0,15мм……………….…3

Материальный баланс

При составлении материального баланса необходимо учитывать следую­щие условия:

 удаление остаточной влаги происходит в зоне термоподготовки;

 унос пыли из зоны термоподготовки составляет 7...8%;

 унос мелких фракций керамзитового песка из зоны обжига составляет 18...20 %;

 коэффициент осаждения пыли из отходящих газов в циклонах термо­подготовки и обжига равен 0,8.

Зона термоподготовки

Приход сырца G , кг/ ч.

Расход:

 удаление влаги 0,09G , кг/ ч;

 унос пыли (1-0,09G)0,08=0,0728G, кг/ ч.

Выход материала из зоны 1-(0,09G+0,0728G)=0,8372G кг/ ч.

Зона обжига

Приход:

 из зоны термоподготовки 0.8372G , кг/ ч;

 из циклонов зоны термоподготовки , кг/ ч .

ВСЕГО 0,8954G кг/ ч.

Расход:

 Потери при прокаливании , кг/ ч;

 унос мелких фракций песка , кг/ ч.

ВСЕГО 0,2461G, кг/ч.

Итого выход материала:

 из слива печи ,кг/ч;

 из футерованного циклона ,кг/ч.

ВСЕГО 0,7853G , кг/ ч.

Производительность печи по сырцу:

кг/ ч,

где П - производительность печи по керамзитовому песку, м³/год;

- насыпная плотность керамзитового гравия, кг/м³;

ч,

где 0,85 – коэффициент использования оборудования, равный 0,82…0,85.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ СКОРОСТИ ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ

Зона термоподготовки

1. Эквивалентный диаметр зерен сырца

мм.

где - доля класса зерен по массе;

максимальный диаметр узкой фракции зерен сырца, определяемый по формуле

мм,

где и - условный диаметр зерна, определяемый по размеру отверстий сит, соответственно проходного и непроходного.

мм.

2. Критерий Архимеда

.

где - плотность твердых частиц, кг

- плотность газов при заданной температуре

v – кинематическая вязкость газа при заданной температуре, v*10

Значение плотности газов и кинематической вязкости, необходимые для

расчетов, принимаем из табл. 4 приложения.

3. Критерий Рейнольдса.

4. Критическая скорость псевдоожидания при заданной температуре:

м/с,

Критическая скорость, приведенная к условиям дутья:

м/с,

где - температура воздуха, подаваемого в зону термоподготовки, °С;

Т – температура в зоне термоподготовки, °С.

Рабочая скорость газов в зоне термоподготовки

м/с,

где m – число псевдоожижения; для зон термоподготовки и охлаждения 2…2,5;

для зоны обжига 2,5…3,5.

ЗОНА ОБЖИГА

1. Эквивалентный диаметр зерен песка:

мм.

Максимальный диаметр узкой фракции зерен песка зоны обжига соответствуют значению этой величины, рассчитанной для зоны термоподготовки.

2. Критерий Архимеда:

3. Критерий Рейнольдса:

4. Критическая скорость псевдоожижения при заданной температуре:

м/с.

5. Критическая скорость, приведенная к условиям дутья:

м/с.

6. Рабочая скорость газов в зоне обжига:

м/с.

ХОЛОДИЛЬНИК

Эквивалентный диаметр и максимальный диаметр узкой фракции зерен песка для данной части расчета приняты такими же, как дан зоны обжига.

1. Критерий Архимеда:

2. Критерий Рейнольдса:

3. Критическая скорость псевдоожижения при заданной температуре:

м/с.

4. Критическая скорость, приведенная к условиям дутья:

м/с.

5. Рабочая скорость газов в холодильнике:

м/с.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Прежде чем приступить к составлению теплового баланса печи , необхо­димо произвести расчет горения газообразного топлива. Пример такого рас­чета приведен в разделе теплотехнического расчета вращающейся печи для производства керамзита.

ЗОНА ОБЖИГА

Приход тепла

С материалом из зоны термоподготовки:

кДж/ч

где t_M - температура материала, поступающего на обжиг из зоны термо­подготовки ;

Сс - удельная теплоемкость материала, поступающего на обжиг, определяемая по формуле

,

где W_C - относительная влажность материала после зоны термоподготов­ки, равная 0.

С воздухом, подаваемым в зону обжига

кДж/ч

где - теоретический объем воздуха , необходимый для горения 1 м³ га­за. Принят из расчета горения топлива для = 1;

- коэффициент избытка воздуха, подаваемого на горение, равный 1,2 ... 1,3;

- удельная теплоемкость воздуха, подаваемого на горение, равная 1,344 кДж/ м³К

- температура воздуха, подаваемого на горение , ° С .

С теплом от горения топлива:

С физическим теплом топлива:

где - температура топлива , подаваемого на горение , ° С ;

- удельная теплоемкость топлива при температуре 20 °С, опреде­ляемая по формуле

Расход тепла

На нагрев материала до температуры вспучивания:

кДж /ч.

С отходящими дымовыми газами:

кДж /ч,

где - объем дымовых газов, определяемый из расчета горения топлива для = 1,2 м³;

- температура дымовых газов, °С ;

- удельная теплоемкость дымовых газов при температуре 1100 °С , определяемая по формуле

На диссоциацию CaCO3:

где потери СО2 при дессоциации СаСОз ,%

1587,6 - эндотермический эффект от декарбонизации СаСОз , кДж / кг .

3. На диссоциацию MgCO3;

где потери СО2 при диссоциации MgCO3,%;

1318,8 - эндотермический эффект от декарбонизации MgCO3 ,кДж/кг.

3. На дегидратацию глинистых минералов:

ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА 2

КЕРАМЗИТОВОГО ГРАВИЯ И ПЕСКА 2

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 39

РАСЧЕТЫ 42

ТЕПЛОВЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ОБЖИГА 42

КЕРАМЗИТОВОГО ГРАВИЯ И ПЕСКА 42

3. На плавление силикатной массы

где 315-удельный расход тепла на образование стекловидной фазы, от­несенный к 1 кг обоженного песка , кДж / кг.

УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

При составлении уравнения теплового баланса учитываем потери в окружающую среду, которые принимаем равными 100 % от общего коли­чества прихода тепла. Решая это уравнение , находим объем газа, подаваемого в зону обжига на горение.

где G - производительность печи по сырцу, равная 4874,01 кг/г;

откуда расход газа составит :

Отходящие из зоны обжига дымовые газы имеют температуру 1100 °С , поэтому перед подачей в футерованный циклон их требуется разбавить хо­лодным воздухом. Принимаем температуру смеси газов и воздуха ten = 600 °С и определяем объем холодного воздуха , необходимого для разбавления.

7. Объем холодного воздуха для разбавления 1 м³ дымовых газов:

где холодного воздуха , м³;

- температура холодного воздуха , °С ;

- удельная теплоемкость холодного воздуха,равная 1,344 кДж/ м³хК; - температура отходящих дымовых газов , °С ;

- удельная емкость смеси при температуре 600 °С , определяемая по формуле

Тогда

Откуда

Часовой выход дымовых газов

м³/ч,

где объем дымовых газов, определяемый из расчета горения топлива

для = 1;

- коэффициент избытка воздуха, равный 1,2.

9. Объем воздуха , подаваемого в зону обжига:

где - теоретический объем воздуха, необходимый для горения 1 м³ газа. Определяется из расчета горения топлива при = 1.

10. Часовой расход воздуха на разбавление дымовых газов :

10. Часовой выход дымовых газов после разбавления :

ЗОНА ТЕРМОПОДГОТОВКИ

Приход тепла

С сырцом: кДж /ч,

где - температура сырца, °С ;

кДж/кг К.

С дымовыми газами, разбавленными холодным воздухом :

кДж/ч.

С пылью из футерованного циклона :

кДж/ч,

где - температура пыли, °С ;

- теплоемкость пыли при температуре 600 °С , определяемая по

формуле

кДж/кг К.

Расход тепла

10. На испарение влаги и перегрев пара :

кДж/ч,

где - теплоемкость водяного пара, при температуре термоподготовки, равная 1,96 кДж / кг. К;

r - скрытая теплота парообразования, равная 2499 кДж/ кг;

- температура термоподготовки материала, °С .

С выходом материала из зоны термоподготовки :

кДж/ч.

На нагрев пыли , поступающей в циклоны зоны термоподготовки :

кДж/ч.

С отходящими дымовыми газами из зоны термоподготовки

кДж/ч.

УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Потери тепла в окружающую среду принимаем равными 10 % от об­щего количества прихода тепла. Решая уравнение теплового баланса, опреде­ляем допустимую температуру термоподготовки .

,

Подставляя численное значение G=4874,01 кг/г, находим = 378,5 °С , что является технологически допустимым.

Общий объем газов, подаваемых в зону термоподготовки:

м³/ч.

Удельный расход тепла на производство 1 кг керамзитового песка:

кДж/кг .

ХОЛОДИЛЬНИК

Приход тепла

1. С материалом из зоны обжига :

кДж /ч,

где - температура обжига, °С;

- удельная теплоемкость керамзитового песка при температуре

1100 °С :

кДж/кг К.

С воздухом , подаваемым на псевдоожижение:

Расход тепла 1. С песком, выходящим из холодильника

кДж/ч,

где - температура керамзитового песка, выходящего из холодильника, °С;

- удельная теплоемкость керамзитового песха при температуре 500 °С

кДж/кг К.

С уходящим воздухом:

кДж/ч.

УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Потери тепла в окружающую среду принимаем равными 10 % от об­щего количества прихода тепла. Решая уравнение теплового баланса , опреде­ляем объем холодного воздуха , подаваемого в холодильник :

;

подставляя численное значение G=4874,01 кг/г , находим :

= 3551,26 м³/ч.

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ЗОН ПЕЧИ

Площадь поперечного сечения и диаметр каждой зоны установки опре­деляются исходя из рассчитанной ранее рабочей скорости псевдоожижения и объема воздуха или газов. Расчет поперечного сечения каждой зоны произ­водится по формуле

, м²,

где V - объем воздуха или газов, подаваемых в зону, м³/ч;

- рабочая скорость газов в зоне, м/с.

ЗОНА ТЕРМОПОДГОТОВКИ

Поперечное сечение:

м².

Диаметр:

м.

ЗОНА ОБЖИГА

Поперечное сечение:

м².

Диаметр:

м².

ХОЛОДИЛЬНИК

Поперечное сечение:

м².

Диаметр:

м.