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

Для данной печи при определенных п и т имеет место равенство

(Гг)л “ ( У г ) т = (V'rJi

Тогда уравнения (Х,34) — (Х,36) можно считать системой трех уравнений с тремя неизвестными: VT,t2, t2oxл. Графическое решение этой системы следующее. Два квадранта с осями Гг — L и Vr — t2oxл совмещаются осями VT (рис. 82). В правом квадранте наносится кри­ вая 1 по уравнению (Х,30) при t2охл = 0; в левом — кривая 2 по тому же уравнению при t2 — 0. Очевидно, обе кривые должны исходить из точки а, где t2 = t2oxn = 0. Затем в правом квадранте наносится

+ 1 = 0. Цифры на кривых — число зон охлаждения (подогрева).

кривая 3 по уравнению (Х,29), соответствующая данному числу зон подогрева, а в левом — кривая 4 по уравнению (Х,31), соответству­ ющая данному числу зон охлаждения. Дальнейшее совместное гра­ фическое решение осуществляется следующим образом. Точка пере­ сечения кривых 2 и 4 (точка С) принимается за начальную. Поправ­

ка на температуру подогрева воздуха ^охл в уравнении (Х,30) для правого квадранта вносится следующим образом. Из точки С парал­ лельно оси абсцисс проводится прямая до пересечения с осью орди­ нат. Образующаяся точка пересечения а' соединяется с d. Прямая а' — d характеризует работу зоны обжига при температуре подогре­

ва воздуха/2охлДополнительный ввод тепла в зону обжига приведет к изменению температуры подогрева. Ее значение определится точ­ кой пересечения прямой а' — d и кривой 3 (точка Ь'). Изменение температуры подогрева известняка вызовет изменение в работе зоны

200

обжига и охлаждения, что выразится в изменении температуры подо­ грева воздуха и расхода топлива. Графически этот процесс представ­ лен на рис. 82 прямыми V — h ,h — с , с' — а". Влияние на работу

Рис. 82. К графическому решению уравнений (Х,33) — (Х,35).

Рис. 83. Распределение температуры и состава газов по зо­ нам четырехзонной печи кипящего слоя.

зоны обжига температуры подогрева при ^охл > /гохл производится описанным выше способом.

Такой трех-, иногда и четырехкратный «обход» позволяет опре­ делить с достаточной точностью окончательное положение точек Ь и h, соответствующее искомым значениям t2, t2охл, Vr.

По этим данным из уравнения (X, 29) находят температуру пос­ ледней зоны подогрева или любой предыдущей зоны. Такой расчет

201

целесообразно выполнить до последней зоны. Несовпадение получен­ ного значения t2 и найденного графически укажет на ошибку в по­ строении или в расчетах. При отсутствии ошибок совпадение полу­ чается полное, что подтверждает правильность расчетов и построе­ ний.

Аналогичным образом при использовании уравнения (Х,31) определяют температуры в зонах охлаждения. На этом тепловой рас­ чет печи считается законченным.

На рис. 83 представлены найденные на основе теплового расчета распределение температур по зонам, концентрации кислорода, угле­

нию расхода топлива при установке зон охлаждения приходится на первую зону. Сооружение второй и последующих зон практически не приводит к экономии топлива и, следовательно, не может считаться эффективным. Изменение расхода топлива с увеличением числа зон подогрева происходит более значительно, чем в случае установки зон охлаждения. Снижение расходов топлива наблюдается при работе двух и даже трех зон подогрева. Однако расчет показывает, что ос­ новная экономия в расходе топлива (на 87,5% возможного при п = = 5) достигается при п = 2.

Таким образом, для промышленного внедрения можно рекомен­ довать печь, имеющую зону обжига, две зоны подогрева известняка и одну зону охлаждения извести.

Для рекомендуемой печи снижение расходов топлива, без увели­ чения расхода электроэнергии на дутье, возможно путем секциони­ рования зон подогрева и охлаждения. В этом случае каждад зона будет работать как теплообменник с перекрестным током, что приве­

202

дет к увеличению температурного перепада на каждой зоне. Методика теплового расчета печи с секционированными зонами приводится в

[13].

Расчет профиля печи

Определение сечения печи по зонам производится по формуле

где У0-с— расход ожижающей среды, м3/ч; тх — число псевдоожи­ жения.

Для достижения максимальной производительности печи при ее минимальном сечении число псевдоожижения необходимо принимать приблизительно равным его максимальному значению. Однако дру­ гие ограничения, например необходимость сохранения определенной порозности слоя, его высоты и т. д., могут изменять эту рекоменда­ цию.

При изменении расхода ожижающей среды по высоте зоны (на­ пример, выделение углекислого газа) расчет ее сечения должен про­ изводиться для всех горизонтов, где происходит это изменение.

Высота зоны определяется из уравнения

где hc-з — высота сепарационной зоны, определяемая по рекоменда­ циям работы [1]. Для случая ожижения известняка с кусками разме­ ром 3—10 мм высота сепарационной зоны должна составлять, по опытным данным, не менее 3 м.

Расчет горелочных устройств

Для рассчитываемой печи принимается горелочное устройство, представленное на рис. 70.

Основным геометрическим размером устройства является диа­ метр выходного отверстия воздушной трубы, определяемый по фор­ муле

где Коз — расход воздуха через горелку, м3/ч; Швоз — скорость вы­ хода воздуха из отверстия воздушной трубы, м3/с. Ее величина дол­ жна превышать скорость витания частиц максимального размера не менее чем в 1,5 раза.

Сечение газопроводящей трубы 2 (см. рис. 70) выбирают, исходя из условий пропускания требуемого объема газообразного топлива. Количество отверстий для выхода газа и их диаметр определяются нужной степенью перемешивания газа и воздуха на выходе из горел­ ки. При необходимости получения полного смешения определение указанных величин можно производить по методике работы [18].

203

Для других случаев (частичное смешение на выходе) количество отверстий и их число необходимо определять опытным путем.

При вертикальном выходе газовой струи сечение выхода выби­ рается также в зависимости от условий пропускания требуемого ко­ личества газа. Скорость выхода газовой струи не должна превышать

200 м/с.

Шаг между воздушными трубами горелок определяется из урав­ нения

ной кривой применительно к сжиганию природного газа в виде смеси молекулярного перемешивания в слое известняка с кус­ ками размером 3—10 мм горелочными устройствами с кольцевыми щелями и с вертикальными отверстиями [20, 21]. Ниже приведены эмпирические зависимости для расчета вертикального распределе­ ния температуры ожижающей среды в слое для горелочного устрой­ ства, конструкция которого представлена на рис. 70 и 85:

204

ний диаметр куска материала, м.

При применении горелочного устройства, в котором струя газа истекает из трубки вертикально вверх, необходимо пользоваться данными, представленными на рис. 86.

Рис. 86. Распределение температур ожижающей среды в слое при сжи­ гании газа горелочными устройства­ ми с вертикальным выходом струи (а — коэффициент избытка воздуха):

После расчета температурной кривой определяется уровень, на котором температура ожижающей среды достигает температуры раз­ мягчения материала. Высота этого уровня считается равной высоте откосов и используется для расчета шага между горелками.

Расчет переточного устройства

К установке на печи рекомендуется переточное устройство с плот­ ным слоем, конструкция которого представлена на рис. 78. Скорость истечения материала из отверстия устройства при полностью откры­ том клапане 2 (см. рис. 78) определяется из зависимости [23]

где ыотв — скорость истечения зернистого материала из отверстия переточного устройства, м/с; («0)отв — то же, при отсутствии проти­

вотока газа, м/с; w£TB — скорость газа в отверстии, м/с; wKp — то же, при зависании материала, м/с.

205

Скорость движения газа в отверстии переточного устройства за­ дана величиной сопротивления АРп. Поэтому дальнейшее определе­ ние скорости истечения производится следующим образом.

Сопротивление движущегося плотного слоя определяется [22] по формуле

где уг — удельный вес газа, Н/м3; Хсл — коэффициент сопротивления

слоя; Нел — высота плотного слоя в устройстве, м.

На основе уравнения (Х,42) строится график АРп = f(w + «)отв, из которого по заданному перепаду давления АРП определяется ве­ личина (w + w)OTB. По уравнению

(w + и)отв = const

совместно с уравнением (Х,41) находят искомую величину скорости истечения.

При расчете предполагалось, что геометрические размеры пере­ точного устройства известны. Но из предыдущих расчетов опреде­ ляется только высота плотного слоя в устройстве, поскольку высота зоны, а следовательно, и расстояние между решетками уже извест­ ны. Очевидно, для использования приведенной методики необходимо предварительно задаться размером отверстия на выходе и, используя метод последовательных приближений, получить требуемую ско­ рость истечения.

Определение диаметра трубы переточного устройства произво­ дится исходя из условия удержания в ней плотного слоя, которое записывается в виде

где FTр — сечение трубы, м2; F01B — сечение отверстия, м2. Изменение производительности переточного устройства осущест­

вляется клапаном. При I = 2d0TB (см. рис. 78) открывание клапана на 15° и больше не оказывает влияния на количество передаваемого материала. В пределах 0—15° изменение производительности при­ мерно пропорционально углу открывания.

Расчет решеток зон подогрева

Конструкция решетки, рекомендуемая к установке в печи, пред­ ставлена на рис. 77. Диаметр отверстий и их число определяют рас­ четом.

При условии, что высота зоны выбирается по уравнению (Х,38), т. е. продукты сгорания перед решеткой не несут частиц обрабаты­ ваемого материала, диаметр отверстий в решетке определяется из условия свободного прохождения через них пыли, имеющейся в про­ дуктах сгорания, и возможности размещения требуемого числа от­ верстий в блоке решетки.

206

Согласно первому условию ■

^отв ^ 2й

где б — толщина пленки пыли на стенке отверстия, равная, по опыт­ ным данным, 1—1,5 мм.

При использовании блоков из шамота выполнение в нем отверстий диаметром меньше 20 мм затруднительно. В связи с этим выбор раз­ мера отверстий необходимо производить только с учетом второго ус­ ловия, стремясь к уменьшению диаметра отверстий и увеличению их числа с целью получения более равномерного ожижения.

Определение живого сечения решетки производится по графику (рис. 87), на котором нанесены результаты испытаний решеток зон подогрева I и II в координатах /~0'4 — Z-10-3.

При известном числе отверстий и их диаметре сопротивление ре­ шетки определяют по формуле

где wp — скорость движения газа до решетки, рассчитанная на пол­ ное сечение печи, м/с; £р — коэффициент сопротивления решетки, определяемый по графику на рис. 88.

Расчет гидравлического сопротивления печи

Сопротивление печи складывается из сопротивления кипящих сло­ ев и решеток, т. е.

ДРП= Ц дрр + Ц ДРсл

Решетка зоны охлаждения должна выполняться металлической, колпачкового типа. Ее сопротивление находят по формуле

К в ) 2

207

где Шотв — скорость выхода воздуха из отверстий колпачка, м/с. Коэффициент сопротивления определяют из выражения [24]

где dK— диаметр колпачка, м; /р — сечение решетки.

Решетка зоны обжига образуется горелочными устройствами {см. рис. 70), сопротивление которых рассчитывается по формуле

где £тр, £м — соответственно коэффициенты трения и местных потерь, б/р; /тр, (1тр — соответственно длина участка, на котором определяют потери на трение, и его диаметр, м.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПЕЧИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ

Исходные данные для расчета, а также результаты расчетов сред­ него размера материала, количества и состава продуктов сгорания, химический состав готового продукта и его плотность приведены ни­ же:

* Фракционный состав известняка Еленовского месторождения и. химический состав при­ родного газа приведены на стр. 190.

Температура обжига (равная температуре слоя зоны об­

208