книги из ГПНТБ / Табунщиков, Н. П. Производство извести

ПРИМЕР ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ПРОЕКТИРУЕМОЙ ПЕЧИ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

И с х о д н ы е д а н н ы е

Известняк: 96,79% СаС03; 1,33% MgC03.

Размер кусков: 40—120 мм, cf^ = 80 мм.

Топливо: кокс; QP = 6228-4,19 кДж/кг, содержание золы 12,66%, влаги

8,0% (в рабочем топливе), d^p = 40 мм.

Значение величин, необходимых для расчетов, принимаем по практическим данным эксплуатации шахтных печей при обжиге известняка коксом:

Расчет производим на 1 кг СаО.

М а т е р и а л ь н ы й б а л а н с

Удельный расход сухого известняка по (VI,1):

Кс = 1,786-104:(96,79-92,0) =2,006 кг

Удельный выход натуральной извести по (VI,3):

К* = 2,006 (1 — 0,52-1,33-10~2) — 0,7857 +

+ К? (5,0 + 0,95-12,66) 10- 2 = 1,2064 + 0 ,17/С? кг

Удельный расход воздуха по (VI,5):

Квозд = 8,9-1,05КР-10-2(1 —0,05) 79,34 = 7,043К? м3

Удельный выход компонентов сухих печных газов по (VI.8), (VI,9) (VI, 10), (VI,И):

Vсо^ = 0,400 + 0,266-2,006-10-2.1,33 + З.З-Ю"2 Кр X

X (0,566-75,37 — 6228-10-4-5) = 0,4053 + 1,305К? м»

Ун2 = 0,79-7,043/СР = 5,564ДР м3

Удельный выход сухих печных газов по (VI,7):

Vc.n.r = 0,4053 + 7 ,094К? м3

Удельный выход водяных паров по (VI, 14):

Кв.п = 0,08/(Р кг

100

П р и х о д н а я ч аст ь баланса:

10, Ю7КР + 2,006

Расходная часть баланса

10,094К? + 2,008

Обе части уравнения с достаточной точностью совпадают. Статьи материального баланса (на 1 кг СаО) приведены ниже:

Концентрация С02 в печном газе — 39,6%.

Т е п л о в о й б а л а н с

Приход тепла:

Q' = 6228K?-4,19 кДж

Расход тепла:

На разложение СаС03 и MgC03:

Qi' + QJ = (759,0 + 2,73-2,006-1,33)4,19 = 766,3-4,19 кДж

Потери тепла с сухими печными газами:

Q "= 100 [(0,4053 + 1.305К?) 0,41 + 0, ЮЗ/СР-0,312 + 0 ,122KJ 0,315 +

+ 5.564ДР 0,31 ] 4,19 = (16,6 + 232,OK?) 4,19 кДж

Потери тепла с водяными парами:

QI = 0,087(Р-0,45-100-4,19 = 3,67(Р-4,19 кДж

Потери тепла с известью:

QI = (1,2064 + 0 ,170/СР-0,195-200) 4,19 = (47,05 + 6,63К?) 4,19 кДж

Прочие потери (за счет несгорания летучих веществ, механического и хими­ ческого недожога, в окружающую среду)

Q"i7>8 = 6228-10"2 Я? (2 + 5 + 5 + 2) 4,19 = 871,92K?-4,19 кДж

Уравнение теплового баланса: .

6228K? (830 + 1114,15ДР) 4,19 кДж

ДР = 0,1623 кг

101

М а т е р и а л ь н ы й и т е п л о в о й б а л а н с ы

о т д е л ь н ы х з о н п е ч и

З о н а п о д о г р е в а

Удельное количество газовых компонентов на входе в зону:

Ксо2, пд = °>617 — 0,266- 1-33-0,02006 = 0,610 м3

Масса известняка на выходе из зоны:

/Сс пд = 2,006(1 - 0 ,5 2 - 10-2-1,33) = 1,992 кгс

Масса коксового остатка на выходе из зоны:

Приход тепла с поступающими газами. При подсчете энтальпии газового потока удобно пользоваться приближенными температурными зависимостями энтальпий отдельных компонентов газовой смеси, выраженных уравнением

*r — at — 6

Значения коэффициентов а и b для различных компонентов получены в резуль­ тате обработки табличных данных энтальпий в интервале температур 800— 1100 °С:

+ 0,02 (0,382*' — 29) + 0,903 (0,359*' — 26)] 4,19 =

= (0,7059*'- 69,6) 4,19 кДж

Расход тепла с выходящими материалами:

Q"m, п д = С1.Э92 °,27 + 0,149-0,35) (740 + 0,148*' + 0,13-39,6) 4,19 =

= (0,0873*' + 439,6) 4,19 кДж

102

Прочие статьи расхода (из теплового баланса печи):

q i + q ; + q : = 62, 2 -4,19

Приравнивая приходные и расходные статьи баланса и решая уравнение, находим значение Уг>пд = 924 °С.

По уравнению, описывающему зависимость температуры диссоциации от температуры газов и концентрации С02 в них (11,15), находим:

На эту же величину уменьшится объем кислорода в выходящем из зоны ох­ лаждения газе по сравнению с поступившим в печь воздухом.

Уравнение теплового баланса:

239-1,234 + 6228^ = 48,1 + 1100 [1,407(/.0,533 +

+ 0,903-0,338 + (0,21-1,143 — 1,407^) 0,355]

О п р е д е л е н 1ие в ы с о т ы о т д е л ь н ы х з о н п е ч и

Коэффициент кинематической вязкости газов v и коэффициент теплопровод ности X подсчитываются по правилу аддитивности. Данные для каждого газово­ го компонента (v, А,) берут по таблицам или номограммам:

103

Кажущаяся теплоемкость сырья (по V,2):

с[1,992-0,27-882 + 7,3 + 0,6] 4,19

Яг = 10-2 (1,9-0,0494 + 19,1-0,0538 + 79,0 0,0496) 1,163:

=0,0504-1,163 Вт/(м-К)

<охл = 0,5(0,86+ + < )

^щохл = 0,5 (0,86-0,08 + 0,05) = 0,059 м

Re, 0,505-0,059 = 370

0,806-10-4

104

Проверим, достаточна ли высота зоны обжига для завершения процесса дис­ социации кусков.

105

Определим среднюю скорость опускания шихты:

Р а с ч е т т е п л о в о г о н а п р я ж е н и я

вз о н е о б ж и г а

Количество тепла, выделившееся в зоне обжига:

<Эобж = 0,162-6228 [1 — (5 + 5 + 2) 10~214,19 = 889,5-4,19 кДж

Тепловое напряжение по (VI,31):

889,5 • 528-0,08°.'83 - 2650

МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНСЫ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ПЕЧИ

Для анализа работы действующей печи необходимо иметь мето­ дику составления теплового баланса по минимальному количеству исходных данных. Это позволит использовать результаты текущего контроля и сократит объем необходимых расчетов.

Исходя из этих соображений была разработана методика, позво­ ляющая быстро рассчитать статьи теплового баланса и использовать полученные результаты для корректировки режима обжига. В осно­ ву методики положены наиболее надежные исходные данные — хи­ мический состав печных газов. Среднюю пробу печного газа отобрать значительно проще, чем пробу кускового материала (извести). Вслед­ ствие незначительного времени пребывания газов в печи они дают самую оперативную информацию о ходе процесса.

Для составления материально-теплового баланса действующей печи нужны следующие исходные данные:

химический состав печного газа : С02, 0 2, СО; N2; химический состав сырья: CaC03, MgC03, Н20;

106

химический состав извести: СаО (общ.), S 03, С02, СаО(своб.); степень обжига (%):

количество загруженного сырья и топлива; теплота сгорания топлива; температура печных газов и извести.

В ы в о д н е д о с т а ю щ и х р а с ч е т н ы х у р а в н е н и й

где V — объем газов; разл, гор — индексы, обозначающие источник образования С02: от разложения сырья или от горения топлив.

Расчет ведется на 1 кг СаО.

Объем С02 от горения топлива будет равен

где N2 — содержание азота в печном газе.

После подстановки выражений для К™р и Кс.п.г в уравнение (VI,34) и решения его относительно КВОЗд получим

Таким образом, расчетное уравнение для нахождения объема су­ хих печных газов будет следующим:

а для подсчета потерь тепла от химического недожога легко восполь­ зоваться уравнением (VI,37).

107

— (1 — 0.005СО) — 1

которое удобнее для расчетов.

В качестве примера приводим расчет теплового баланса печи, ос­ нащенной лотковым загрузочно-распределительным устройством.

Пример расчета материального и теплового балансов

И с х о д н ы е д а н н ы е

Известняк: 95,5% СаС03, 2,5% MgC03, 0,05% W.

Масса загруженного сырья за время испытаний: Gc = 318,8 т.

Удельный расход топлива: физического (в натуре)

26 j

К* = 1,937- -318’ 8 = 0,1586 кг

впересчете на условное

v6253

ДУ = 0,1586--уооГ = 0’ 1422 кг

Объем С02 при разложении карбонатов (VI,36):

уР^л = 0,400 + 0,266-1,937-0,025 = 0,4129 м3

Удельный расход воздуха (VI,40):

-бо7э“ (1 - o ,o o 5 - i.i) - 1

Объем окиси углерода (VI,37):

79

Усо = 0,01 .-gQ-g--1,1-1,423 = 0,0203 м3

Объем сухих печных газов (VI,35):

Ус.п.г= М 23 + 0,4129 + 0,5-0,0203 = 1,846 м

Выход физической (в натуре) извести (VI,3):

=• 1,937 (1 — 0,52-2,5-10-2) — 0,785 = 1,270 кг

108

Т е п л о в о й б а л а н с

Приход тепла:

<2прих= 0,1586-6253-4,19 = 995-4,19 кДж

Расход тепла:

на разложение СаСОэ

Qx = 759-4,19 кДж

на разложение MgC03

Qa= 1,937-0,025-273-4,19 = 13-4,19 кДж

Потери тепла с сухими печными газами:

Q3= 1,846-0,343-83-4,19 = 53-4,19 кДж

Потери тепла с водяными парами:

Qt = [1,937-0,05(0,47-83 + 595) 10“2 + 0,1586-0,01-3,6-83] 4,19 = 1-4,19 кДж

Потери тепла с известью:

<Э5 = 1,270-0,15-40-4,19 » 8-4,19 кДж

Потери тепла в результате химического недожога:

Qe = 0,0203-3045-4,19 «62-4,19 кДж

Прочие потери (с летучими веществами, от механического недожога, в окру­ жающую среду):

Q ,= [995 — (759+ 13+ 1 + 53 + 62+ 8)] 4,19 = 99-4,19 кДж

Статьи расхода теплового баланса приведены ниже:

Расчет печи, работающей на газообразном топливе

Р а с ч е т г о р е н и я г а з о о б р а з н о г о т о п л и в а

Методика составления материально-теплового баланса печи при использовании газообразного топлива принципиально не отличается от изложенной ранее.

Для расчета горения газообразного топлива удобно пользоваться следую­ щими уравнениями.

Расход кислорода на горение м3 газа при а = 1,0 м3/м3:

Коэффициент расхода воздуха (при N2 < 5%):

109