3.Розрахункова частина

Теплотехнічний розрахунок обертової печі для випалу

цементного клінкеру з циклонними теплообмінниками та декарбонізатором.

Вихідні дані.

1. Хімічний склад сировинної суміші (мас. %):

SiO₂^c = 15; Al₂O₃^с=3,20; Fe₂O₃^с=2,8;

MgO^с = 1,15; ППП^с=37,55; СаО^с=43,5;

2. Хімічний та мінералогічний склад клінкеру (мас. %):

SiO₂^к=32,5; СаО^к=56,87; С₃S=54,1; С₃А=6,25;

Al₂O₃^к=4,75; MgO^к=1,15; С₂S=26,60; С₄ АF=13,05;

Fe₂O₃^к=4,23.

3. Паливо – природний газ наступного хімічного складу (об.%):

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	N2	С5Н12
1	2	3	4	5	6	7
97,1	0,3	0,1	0	2,4	0	35000

4. Вологість сировинного борошна: W_c=1%

5. Ступінь декарбонізації матеріалу:

- в обертовій печі – β_n=15%;

- в декарбонізаторі – β_д=48%;

- в камері змішування – β_с=37%;

6. Температура сировинного матеріалу, що надходить в систему циклонних теплообмінників t_с=55ºС.

7. Температура матеріалу, що надходить в піч: t_ПВХ =880ºС.

8. Температура клінкеру на виході з печі: t_КЛП =1360ºС.

9.Температура клінкеру на виході з холодильника: t_КЛХ =100ºС.

10. Температура оточуючого повітря: t_пов: = 15ºС.

11. Попередньо прийнята температура газів на виході із циклону IV ступені: t_ог=360ºС.

12. Температура вторинного повітря t_пов (850 – 1050) ºС.

13.Температура, повітря що надходить з холодильника до декарбонізатора:

t_дв = 640ºС.

14. Коефіцієнт надлишку повітря:

- при згоранні природного газу в печі: α_п = 1,05;

- за піччю: α^'_п = 1,1;

- за циклоном І ступені: α₁ = 1,15;

- за циклоном ІІ ступені: α₂ = 1,20;

- за циклоном ІІІ ступені: α₃ = 1,25;

- за циклоном IV ступені: α₄ = 1,30.

15. Витрати повітря на охолодження клінкеру: V^х₀ = 2,5 нм³/кг.кл.

16. ККД циклонів:

- І ступені: 0,8;

- І ступені: 0,85;

- ІІІ ступені: 0,9;

- IV ступені: 0,95.

17. вміст пилу у газах та повітрі (г/нм³):

- на виході з печі: 100;

- на виході із системи циклонних теплообмінників: 60;

- у викидному повітрі із охолоджувача: 25;

- у вторинному повітрі: 200;

- у повітрі, яке надходить із охолоджувача до декарбонізатора: 30;

- у камері осадження: 100.

18. Продуктивність обертової печі 4,5´80,0 м – 125т/год. або 300т/добу.

1. Розрахунок горіння палива

Визначаємо витрати повітря, склад і кількість продуктів горіння.

Розрахунок здійснюю на 100м³ газу.

Результати розрахунку занесені до таблиці 1.

Таблиця 1 Витрати повітря та склад продуктів згорання

Приймають участь у горінні							Продукти горіння. м3
Паливо			Повітря, м3
1	2	3		4	5	6		7	8	9	10	11
Складові	%	м3		О2	N2	Разом		СО2	Н2О	О2	N2	Разом
СН4	97.1	97,1		194,2				97,1	194,2	-		-
С2Н6	0,3	0,3		1,05	195,75×	195,25+		0,6	0,9	-		-
С3Н8	0,1	0,1		0,5	×3,765=	+736,41=		0,3	0,4	-	736,41	-
С4Н10	0	0		0	=736,41	=931,66		0	0	-		-
C5H12	0	0		0		-		-	0
N2	2,4	2,4		-				-	-	-	2,4	-
CO2	0,1	0,1		-				0,1	-
При α=1,0	100	100		195,25	736,41	931,66		98,1	195,5	-	738,81	1032,41
	%	-		21	79	100		9,5	18,94	-	71,5	100
При α=1,05	-	-		205,01	773,23	978,24		98,1	195,5	9,76	775,63	1078,39
	%			21	79	100		9,09	18,11	0,9	71,8	100

Теплота згоряння газу:

Q^р_н = 358,2 СН₄+637,5 С₂Н₆+921,5 С₃Н₈+1186,5 С₄Н₁₀+1,461 С₅Н₁₁₂ = 358,2×97,1+637,5×0,3+921,5×0,1+1186,5×0= 35064 кДж/нм³

2. Витрати повітря на горіння газу та охолодження клінкеру.

2.1 Теоретичні витрати повітря на горіння:

V₀ =9,32 нм³/ нм³.

2.2. Практичні витрати повітря:

V_пов = V₀ · α_n = 9,32×1,05 = 9,79 нм³/ нм³.

2.3. Повітря присмоктування (5% практичних витрат повітря):

V_пр = 0,05 × V_пов =0,05 ×9,79 = 0,49 нм³/ нм³.

2.4. Надлишкове повітря:

∆ V_пов = V_пов – V₀ = 9,79 – 9,32 = 0,47 нм³/ нм³.

2.5. Витрати вторинного повітря:

V_пов^вт = V_пов ×0,4 ×Х^т = 9,79 ×0,4 × Х^т = 3,92 Х^т нм³/ кг кл.

У тому числі присмокту – 0,05 ×3,92 Х^т = 0,196 Х^т нм³/ кг кл.

2.6. Витрати повітря, що подається у декарбонізатор:

V_пов^д = (V_пов – V_пр) ×0,6 Х^т = (9,79 – 0,49) ×0,6 Х^т = 5,58 Х^т нм³/ кг кл.

2.7. Витрати надлишкового повітря від охолоджувача (викидне повітря):

V_{в пов}^хо. = V_пов^хо – V_пов^вт – V_пов^д = 2,5 – 3,92 Х^т – 5,58 Х^т = 2,5 - 9,5 Х^т нм³/ кг

кл.

3. Витрати газів, що утворилися при згорянні палива (нм/мм газу)

V^п_СО2=0,98

V^п_N2=7,38

V^п_Н2О=1,54

V^п_О2=0,1

Всього: V_вг^п=10,4

4. Питомі витрати сухої сировинної суміші:

кг/кг кл

5. Вихід газів із сировинної суміші

5.1 Вихід СО₂ у сировинній суміші:

5.2. Вихід СО₂ із СаСО₃ сировинної суміші:

кг/кг кл

нм³/кг кл

5.3. Вихід СО₂ із МgСО₃ сировинної суміші:

кг/кг кл

нм³/кг кл

5.4. Всього СО₂ у сировинній суміші:

кг/кг кл

нм³/кг кл

5.5. Витрати МgСО₃ з сировинної суміші:

кг/кг кл

5.6. Витрати СаСО₃ із сировинної суміші:

кг/кг кл

5.7. Вихід гідратної вологи із сировинної суміші:

G_w^П= G_сс- G^с_СО2 1=1,6-0,567-1=0,033 кг/кг кл

нм/кг кл

5.8. Вихід фізичної води із сировинної суміші:

кг/кг кл

нм³/кг кл

5.9. Вихід СО₂ із СаСО₃ в обертовій печі:

кг/кг кл

нм³/кг кл

5.10. Вихід СО₂ із СаСО₃ в декарбонізаторі:

кг/кг кл

нм³/кг кл

5.11. Вихід СО₂ із СаСО₃ у камері змішування:

кг/кг кл

нм³/кг кл

5.12. Вихід СО₂ із МgСО₃ із циклона ІІ ступені:

6. Потоки газів у циклонному теплообміннику та декарбонізаторі

(нм³/кг кл):

6.1. Об’єм газів на виході з печі:

6.2. Об’єм газів на виході з декарбонізатора:

6.3. Об’єм газів на виході з камери змішування:

6.4. Об’єм газів на виході із циклону І ступені:

6.5. Об’єм газів на виході з циклону ІІ ступені:

6.6. Об’єм газів на виході з циклону ІІІ ступені:

6.7. Об’єм газів на виході IV ступені:

7. Запиленість газових і повітряних потоків циклонного

теплообмінника (кг/кг кл).

7.1. Вихід пилу з відхідними газами з циклону IV ступені:

7.2. Вихід пилу з відхідними газами із печі:

7.3. Вихід пилу з повітрям із холодильника:

- в піч із вторинним повітрям:

- у декарбонізатор:

- у камеру осадження:

- викидне повітря:

7.4. Кількість матеріалу, що надходить у піч:

7.5. Кількість матеріалу на виході з печі (що надходить із холодильника):

7.6. Кількість матеріалу, що надходить у циклон І ступені:

7.7. Кількість пилу, що виходить із циклона І ступені з газом:

7.8. Кількість матеріалу, що надходить у декарбонізатор із циклона

ІІ ступені:

7.9. Кількість матеріалу, що надходить в циклон ІІ ступені:

7.10. Кількість пилу, що виходить з циклона ІІ ступені з газом:

7.11. Кількість матеріалу, що осаджується в циклоні ІІІ ступені:

7.12. Кількість матеріалу, що надходить в циклон ІІІ ступені:

7.13. Кількість пилу, що виходить з циклона ІІІ ступені з газами:

7.14. Кількість матеріалу, що осаджується в циклоні IV ступені:

7.15. Кількість матеріалу, що надходить в циклон IVступені:

7.16. Винос пилу із циклону IV ступені:

7.17. Витрати матеріалу з бункера сировинного борошна:

8. Матеріальний баланс холодильника (кг/кг кл).

8.1. Прибуткові статті:

8.1.1. Клінкер з печі (п.7.5.):

8.2. Видаткові статті:

8.2.1. Пил вторинного повітря (п. 7.3.):

8.2.2. Пил викидного повітря:

8.2.3. Пил у повітрі, що виходить із холодильника в камеру осадження

(п. 7.3.):

8.2.4. Клінкер на виході з холодильника:

8.3. Пил, уловлений електрофільтром із скидного повітря:

8.4. Пил, зібраний в пилоосаджувальній камері :

8.5. Всього клінкеру:

9. Тепловий баланс обертової печі із циклонними теплообмінниками і

декарбонізвторами (кДж/кг кл).

9.1. Прибуткові статті:

9.1.1. Теплота згоряння палива:

9.1.2. Теплота, що витрачається із сировинним борошном:

9.1.3. Охолоджуюче повітря холодильника:

9.1.4. Додаткове повітря:

9.1.5. Екзотермічні реакції утворення клінкеру:

9.1.6. Теплота кристалізації рідкої фази:

Приймаємо:

9.2. Видаткові статті:

9.2.1. Декарбонізація СаСО₃ і МgСО₃:

9.2.2. Дегідратація каоліну:

9.2.3. Утворення рідкої фази:

Приймаємо:

9.2.4. Випаровування води із сировинного борошна:

9.2.5. Втрати тепла в оточуюче середовище:

За наступними даними:

- піччю – 250,0

- з циклонним теплообмінником – 85,0

- з холодильником – 60,0

Всього:

9.2.6. Витрати з клінкером, що виходить з холодильника:

9.2.7. Витрати із викидним повітрям холодильника:

9.2.8. Витрати з пилом у викидному повітрі:

9.2.9. Тепловміст відхідних газів із циклонів IV ступені газів:

9.2.10. Тепловміст пилу увідхідних газах з циклону IV ступені:

10. Питома кількість теплоти на утворення 1 кг клінкеру:

11. Питомі витрати умовного палива:

12. Витрата вторинного повітря

нм³/кг кл

у тому числі присос

нм³/кг кл

13. Питома витрата повітря для горіння палива на 1 кг клінкеру

нм³/кг кл

14. Витрата повітря, що подається у декарбонізатор

нм³/кг кл

15. Витрата надмірного повітря від холодильника (збірного повітря)

нм³/кг кл.