Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тепловые установки и основы теплотехники. Лабораторный практикум
.pdf
11
22
22
CO CO
H O H O
1,977 ;
0,805 ;
GL
GL
22
SO SO
2,928 ;GL
22
NN
1,251 ;GL
22
OO
1,429GL
з
G
р
з
0,01 A .G
Приход
материалов
Количество
Выход
материалов
Количество
м3
кг
м3
кг
1. Топливо
2. Воздух
(действительный)
1. Углекислый газ
2. Водяной пар
3. Сернистый газ
4. Азот
5. Кислород
6. Зола
Сумма
прих
G
Сумма
расх
G
прих расх
прих
100
GG
G
д
прих в
1GG
расх пг з
G G G
.
Здесь коэффициенты 1,977, 0,805, 2,928, 1,251, 1,429 обозначают
плотности соответствующих газов, кг/м3.
4. Масса золы
Результаты выполненных расчетов сводят в табл. 1 материального
баланса горения 1 кг твердого или жидкого топлива при действительном расходе воздуха.
Материальный баланс горения 1 кг твердого или жидкого топли-
, кг/кг топл.
Таблица 1
ва
Расчет выполнен верно, если суммы масс приходных и расходных
статей отличаются не более чем на 1 %.
Здесь
% Невязка =
;
, %.
, кг/кг топл.
12
т
ρ
α
р
н
Q
р
н 4 2 6 3 8 4 10
5 12 2
=358,2 CH + 637,5 C H + 912,5 C H + 1168,5 C H +
1460,8 C H 126,3 CO + 107,9 H .
Q
г
G
гт
1 ρ.G
0
в
L
0
в 4 2 6 3 8 4 10
5 12 2
0,0476 (2 CH 3,5 C H 5 C H 6,5 C H
8 C H 0,5 CO + 0,5 H ).
L
д
в
L
Расчет горения газообразного топлива
Исходные данные приведены в прил. 2:
CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, CO2, N2 – соответствующие компоненты
газообразного топлива (метан, этан, пропан, бутан, пентан, углекислый
газ, азот), об. %;
– плотность топлива, кг/м3 топл.;
– коэффициент избытка воздуха. Задает преподаватель.
Теплота сгорания газообразного топлива
Теплота сгорания газообразного топлива
тывается как сумма произведений тепловых эффектов окислительных
реакций, протекающих при горении составляющих горючих газов, на
объем этих газов:
Здесь коэффициенты (358,2, 637,5 и т. д.) обозначают тепловые эф-
фекты окислительных реакций, протекающих при горении составляющих горючих газов (CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, CO, H2 соответственно), кДж/м3, деленные на 100.
Материальный баланс горения газообразного топлива
1. Расход топлива – 1 м3.
Масса топлива
, кг
2. Расход воздуха на горение 1 м3 топлива:
2.1. Теоретический объем воздуха
, м3/м3 топл.
, кДж/м3 топл., рассчи-
2.2. Действительный объем воздуха
, м3/м3 топл.
13
д0
вв
α.LL
0
в
G
00
вв
1,293GL
д
в
G
дд
вв
1,293 .GL
пг
L
2 2 2 2
пг CO H O N O
.L L L L L
2 2 2 2
CO H O N O
, , ,L L L L
2
CO 2 4 2 6 3 8 4 10 5 12
0,01 (CO +CH 2 C H +3 C H +4 C H +5 C H +CO);L
2
H O 4 2 6 3 8 4 10 5 12 2
0,01 (2 CH +3 C H +4 C H +5 C H +6 C H +H );L
2
д
N в2
0,79 +0,01 N ;LL
2
0
O в
0,21 (α 1)LL
пг
G
2 2 2 2
пг CO H O N O
.G G G G G
2 2 2 2
CO H O N O
, , ,G G G G
22
22
CO CO
H O H O
1,977 ;
0,805 ;
GL
GL
2.3. Теоретический массовый расход воздуха
.
2.4. Действительный массовый расход воздуха
Здесь 1,293 – плотность воздуха, кг/м3.
3. Выход продуктов сгорания топлива:
3.1. Объем продуктов сгорания топлива
Здесь
– объемы углекислого газа, водяного пара,
азота и кислорода соответственно, м3/м3 топл., рассчитываются по
формулам:
, кг/м3 топл.
, кг/м3 топл.
, м3/м3 топл.
3.2. Масса продуктов сгорания топлива
Здесь
– массы соответствующих газов, кг/м3
топл., вычисляются следующим образом:
.
, кг/м3 топл.:
14
22
NN
1,251 ;GL
22
OO
1,429 ;GL
Приход
материалов
Количество
Выход
материалов
Количество
м3
кг
м3
кг
1. Топливо
2. Воздух
(действительный)
1. Углекислый газ
2. Водяной пар
3. Азот
4. Кислород
Сумма
прих
G
Сумма
расх
G
прих расх
прих
100
GG
G
д
прих г в
G G G
расх пг
GG
Здесь коэффициенты 1,977, 0,805, 1,251, 1,429 обозначают плотно-
сти соответствующих газов, кг/м3.
Результаты расчета сводят в табл. 2 материального баланса горения
1 м3 топлива при действительном расходе воздуха. Суммы масс приходных и расходных статей не должны расходиться более чем на 1 %.
Таблица 2
Материальный баланс горения 1 м3 газообразного топлива
Здесь
1. Что называется топливом?
2. Какое топливо называется технологическим?
3. Какое топливо используется в теплотехнических расчетах?
4. Перечислите виды топлива по происхождению и по агрегатному
состоянию.
5. Чем характеризуется и в чем выражается состав различных ви-
дов топлива? Перечислите горючие и негорючие составляющие различных видов топлива.
6. Что принимают за единицу топлива?
7. Что представляет собой процесс горения топлива?
8. Напишите химические реакции, протекающие при горении
твердого и жидкого топлива.
% Невязка =
;
, кг/м3 топл.
Вопросы для самопроверки
, %.
15
9. Напишите химические реакции, протекающие при горении газо-
образного топлива.
10. Что называется теплотой сгорания топлива? Какая теплота сго-
рания применяется в теплотехнических расчетах? В каких пределах
она изменяется для различных видов топлива?
11. По каким формулам рассчитывается теплота сгорания различ-
ных видов топлива?
12. Назовите состав воздуха.
13. С какой целью при сжигании топлива используется избыток
воздуха? Что называется коэффициентом избытка воздуха и чему он
равен для различных видов топлива?
14. Перечислите продукты сгорания топлива.
15. На основании какого закона составляют материальный баланс
горения топлива? Перечислите приходные и расходные статьи материального баланса горения топлива.
Лабораторная работа № 2
Производительность и материальный баланс
вращающейся печи
Цель работы: определить производительность вращающейся печи.
Рассчитать количество материалов, поступивших в тепловой агрегат и
вышедших из него, составить материальный баланс вращающейся
печи.
Основные сведения
Портландцементный клинкер обжигают в печных агрегатах.
Наибольшее распространение получили печные агрегаты с вращающимися печами, что обусловлено их высокой единичной производительностью, возможностью использовать различные виды технологического топлива, простотой обслуживания и надежностью эксплуатации. Распространенные ранее цементные шахтные печи практически
полностью выведены из эксплуатации во всех промышленно развитых
странах вследствие своей неэкономичности. В печной агрегат входят:
– вращающаяся печь с внутренними или запечными теплообменными
устройствами;
– система дозирования и подачи шлама или сырьевой муки;
– устройство для сжигания топлива;
16
– тягодутьевое оборудование;
– холодильник клинкера;
– система очистки отходящих газов вращающейся печи и избыточного
воздуха из холодильника клинкера;
– различное вспомогательное оборудование.
Вращающаяся печь представляет собой стальной полый барабан,
сваренный из отдельных обечаек (стандартных стальных листов толщиной 25 – 50 мм). Утолщенные участки относятся к наиболее горячим зонам печи.
Печь может иметь один диаметр по всей длине, а может иметь пе-
ременный профиль с расширенными участками с холодного, с горячего конца или сразу с обоих (печь с пережимом). Обычно длина расширенных участков составляет 15 – 25% общей длины печи. Размеры
вращающихся печей выражают в виде множителей, показывающих
диаметр и длину. Например: вращающаяся печь размером 4,5170 м.
Здесь 4,5 – диаметр печи, м, 170 – длина печи, м. Если печь имеет расширенные зоны, то диаметр их выражают дробью. Например: вращающаяся печь размером 3,6/3,3/3,6150 м. Здесь 3,6/3,3/3,6 – переменный диаметр печи, м, 150 – длина печи, м.
На корпус печи (обечайку) насажены бандажи (утолщенные стальные кольца), с помощью которых печь опирается на свободно вращающиеся ролики, устанавливаемые на железобетонных опорах, расстояние между которыми составляет 25 – 35 м. Количество опор на печи
мокрого способа составляет 6 – 8. На корпусе печи крепится также
венцовая шестерня, которая вместе с входящей с ней в зацепление
подвенцовой шестерней, редуктором и электродвигателем составляет
систему привода печи. Частота вращения печи от главного привода 0,5
– 1,5 об/мин.
При нормальной эксплуатации печь вращается со скоростью 1,1 –
1,4 об/мин. В случаях, когда необходимо увеличить время тепловой
обработки материала в подготовительных зонах, скорость может быть
снижена до 0,5 об/мин (так называемый «тихий ход»). Перед остановкой печи для равномерного остывания корпуса ее переводят на вспомогательный привод с частотой вращения 0,05 – 0,1 об/мин.
Печь расположена с уклоном 3,5 – 4% в сторону разгрузочного (горячего) конца.
Вращение и уклон печи обусловливают перемещение материала как
в поперечном сечении (подъем и пересыпание слоя), так и вдоль оси в
сторону разгрузочного конца. Средняя скорость движения материала
составляет 1 – 1,5 м/мин. Газовый поток движется в противоположном
17
направлении (навстречу материалу от горячего к холодному концу) со
средней скоростью 13 м/с.
Для обжига клинкера в мировой и отечественной цементной промышленности преобладающими являются агрегаты с вращающимися
печами, работающими по мокрому (влажность шлама 32 – 45%) и сухому (влажность сырьевой муки 0,5 – 2%) способам.
Конструкции непосредственно вращающихся печей сухого способа
идентичны конструкциям печей мокрого способа. Отличительной особенностью печной установки сухого способа является наличие выносных (запечных) теплообменных устройств в виде этажерки, состоящей
из нескольких (4 – 6) циклонов, расположенных друг над другом и
соединенных газоходами и течками для сухой сырьевой смеси. Иногда
одна ступень циклонов заменяется шахтой. Общая высота этажерки
примерно равна длине вращающейся печи. Современные агрегаты
оснащаются реактором-декарбонизатором (кальцинатором), расположенным между нижним (“горячим”) циклонным теплообменником и
вращающейся печью.
Кроме того, используются также вращающиеся печи с конвейерным
кальцинатором (печи “Леполь”), в которых обжигают гранулы с влажностью 12 – 14%, приготовленные из сырьевой муки. Однако число
таких агрегатов невелико. Их распространению препятствуют необходимость иметь хорошо гранулируемое сырье, сложность конструкции
и трудности в эксплуатации, обусловленные разрушением гранул в
процессе термообработки.
В практике цементной промышленности в ограниченном количестве эксплуатируются печные агрегаты комбинированного способа. На
таких заводах полученный по мокрому способу шлам с влажностью 40
– 45% частично обезвоживается на пресс-фильтрах. Полученный материал – кек с влажностью 18 – 20% затем подсушивается в сушилкахдробилках до 1 – 2% и обжигается в обычных печах сухого способа с
запечными теплообменниками.
На заводах строительных материалов для обжига извести используются агрегаты с вращающимися печами, работающими по мокрому
(влажность шлама 38 – 45%) и сухому (влажность природного мела
или известняка 15 – 28%) способам. Большая часть извести обжигается
в шахтных печах. Но при обжиге мела рыхлая его структура затрудняет
обжиг в шахтных печах, так как куски мела легко крошатся, а образующаяся мелочь заполняет пространство между кусками и затрудняет
движение газов.
18
Составлению материального баланса вращающейся печи предшествует расчет ее производительности, который проводят по характеристике работы печи (см. прил. 3) и химическому составу сырья (см.
прил. 4). Для печей мокрого способа производства клинкера (извести)
в качестве исходного параметра используют время заполнения контрольного бачка, для печей сухого способа производства – часовой
расход сырьевой муки (мела), для печей комбинированного способа
производства – часовой расход кека.
Материальный баланс печи является исходным материалом для последующего расчета приходных и расходных статей теплового баланса.
Материальный баланс можно рассчитывать для всего печного агрегата в целом, отдельно для вращающейся печи, холодильника, запечного теплообменного устройства, включая реактор-декарбонизатор, а
также для отдельных зон вращающейся печи.
В качестве границ расчета материального баланса в настоящей работе принимаются:
– для цементных печей мокрого способа производства внешние границы печи (холодный и горячий обрезы печи);
– для цементных печей сухого способа производства – циклонные
теплообменники + горячий обрез печи;
– для цементных печей комбинированного способа производства –
сушилка-дробилка + циклон-осадитель + горячий обрез печи;
– для известковых печей мокрого и сухого способов производства внешние границы печи (холодный и горячий обрезы печи).
Материальный баланс печи составляется на основе закона сохранения массы, согласно которому суммы масс материалов, поступивших в
тепловой агрегат и вышедших из него, должны быть равны.
В технологии производства вяжущих материалов при составлении
материального баланса печи принята следующая терминология: материалы, загружаемые в тепловой агрегат, объединяются в расходные
статьи, а выгружаемые из аппарата – в приходные.
Расчет материального баланса вращающейся печи производится на
единицу готовой продукции: 1 кг клинкера или 1 кг извести.
Удельный расход топлива на обжиг 1 кг клинкера или 1 кг извести в
материальном балансе вращающейся печи является величиной неизвестной и определяется решением уравнения теплового баланса печи.
19
шл
W
б
V
τ
шл
γ
общ
пыл
а
ППП
2 2 3 2 3
SiO , Al O , Fe O , CaO
см
W
см
B
общ
пыл
а
ППП
2 2 3 2 3
SiO , Al O , Fe O , CaO
к
W
к
B
общ
пыл
а
ППП
2 2 3 2 3
SiO , Al O , Fe O , CaO
кл
B
б
б шл пыл
кл шл
3600 100 100 а
100 ППП
γ
τ 100 100 100
VW
B
Цементная вращающаяся печь
Исходные данные приведены в прил. 3, 4:
– для цементных печей мокрого способа:
– влажность шлама, %;
– объем контрольного бачка, м3;
– время заполнения контрольного бачка, с;
– объемная масса шлама, кг/м3;
– пылевынос из печи, %;
– потери при прокаливании сырьевой смеси, %;
– содержание соответствующих оксидов в
сырьевой смеси, мас. %;
– для цементных печей сухого способа:
– влажность сырьевой муки, %;
– часовой расход сырьевой муки, кг/ч;
– пылевынос из циклона 4-й ступени, %;
– потери при прокаливании сырьевой смеси, %;
– содержание соответствующих оксидов в
сырьевой смеси, мас. %;
– для цементных печей комбинированного способа:
– влажность кека, %;
– часовой расход кека, кг/ч;
– пылевынос из циклона-осадителя, %;
– потери при прокаливании сырьевой смеси, %;
– содержание соответствующих оксидов в
сырьевой смеси, мас. %.
Производительность цементной вращающейся печи
1.1. Производительность цементной вращающейся печи мокрого
способа производства
, кг/ч:
.
20
кл
B
б
см пыл
кл см
100 100 а
100 ППП
100 100 100
W
BB
кл
B
б
пыл
к
кл к
100 а
100
100 ППП
100 100 100
W
BB
б
пыл
а
б
пыл
а
общ
пыл
а
б общ
пыл пыл
а = а
т
X
т
X
т
G
т
X
тт
GX
т
X
1.2. Производительность цементной вращающейся печи сухого
способа производства
1.3. Производительность цементной вращающейся печи комбини-
рованного способа производства
Здесь
– потери сырья с безвозвратным пылеуносом, %:
– для мокрого и комбинированного способов производства
%;
– для сухого способа производства пылеунос из 4-го циклона является
общим
(см. прил. 3) и безвозвратным пылеуносом, поэтому
.
Материальный баланс цементной вращающейся печи
Расходные статьи материального баланса
Расчет выполняется на 1 кг клинкера, кг/кг кл.
При составлении материального баланса удельный расход топлива
на обжиг 1 кг клинкера является величиной неизвестной и обозначается через
кг/кг кл. для твердого и жидкого топлива и
для газообразного топлива. Он определяется при решении уравнения
теплового баланса вращающейся печи.
1. Расход топлива
– расход твердого и жидкого топлива
– расход газообразного топлива
, кг/ч:
.
, кг/ч:
.
= 0,5÷1
м3/кг кл.
, кг/кг кл.
, кг/кг кл.
.
, м3/кг кл.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]