Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тепловые установки и основы теплотехники. Лабораторный практикум
.pdf
41
охл охл
в в в в
Q V c t
в
c
в
t
охл
в
V
охл
в
V
охл
в
V
вт
в
V
охл вт
вв
VV
вт д
в в т
1V k L X
д
в
L
' ' '
изв изв изв изв
Q G c t
изв
G
изв
G
'
изв
c
'
изв
t
изб
в
Q
изб изб изб изб
в в в в
Q V c t
изб
в
c
изб
в
t
.
Здесь
кДж/(м3 С), при его температуре
– удельный объем воздуха, поступающего в холодильник, м3/кг
изв.:
2а) для колосникового холодильника удельный объем воздуха на
охлаждение 1 кг извести
2б) для рекуператорного и барабанного холодильников
объему вторичного воздуха
ника в печь)
Объем вторичного воздуха зависит от вида топлива и рассчитыва-
ется по формуле:
где k – доля первичного воздуха (см. лабораторную работу № 2);
– действительный объем воздуха, идущего на горение топлива,
м3/кг топл. или м3/м3 топл. (см. лабораторную работу № 1, табл. 1, 2).
1. С известью, выходящей из холодильника, кДж/кг изв.
где
– средняя теплоемкость извести (см. прил. 9) на выходе из холо-
дильника, кДж/(кг С), при ее температуре
2. С избыточным воздухом (для колосникового холодильника)
, кДж/кг изв.
Здесь
прил.8), кДж/(м3 С), при его температуре
– средняя объемная теплоемкость воздуха (см. прил. 8),
;
задан (см. прил. 5);
(воздуха, поступающего из холодиль-
.
,
Расход теплоты
,
– количество охлажденной извести, равное
, С.
.
– средняя теплоемкость избыточного воздуха (см.
, °C (см. прил. 5);
= 1 кг;
равен
42
изб
в
V
изб охл вт
в в в
V V V
вт
в
V
х
ос
Q
х х х в
х
ос
х
αF t t
Q
B
х
B
изв
B
х изв
BB
х
F
х
22F l h b h l b
х
F d l n
х
F d l
х
α
х
t
хх
α = 3,5+0,062 4,19t
вт
в
Q
охл ' вт изб х
изв в изв в в ос
Q Q Q Q Q Q
вт
в
Q
вт охл ' изб х
в изв в изв в ос
Q Q Q Q Q Q
– объем избыточного воздуха, м3/кг изв., равный
.
Расчет объема вторичного воздуха
тьях теплового баланса холодильника (см. п. 2б).
3. Потери теплоты в окружающую среду через корпус холодиль-
ника
, кДж/кг изв.
Здесь
водительности печи
– производительность холодильника, кг/ч, равная произ-
, рассчитанной в лабораторной работе № 2.
;
– площадь поверхности корпуса холодильника, м2, рассчитывается
по его размерам (см. прил. 5):
– для колосникового холодильника
– для рекуператорного холодильника
– для барабанного холодильника
– коэффициент теплоотдачи корпуса холодильника, кДж/(м2·ч·С),
при температуре корпуса
определяется по формуле:
4. Расход теплоты с воздухом вторичным
Результаты расчета сводят в уравнение теплового баланса холо-
дильника:
Из уравнения теплового баланса холодильника вычисляют теплосо-
держание вторичного воздуха
, кДж/кг изв.:
Окончательно значение теплосодержания вторичного воздуха будет
рассчитано после определения удельного расхода топлива на обжиг 1
приведен в приходных ста-
.
;
;
;
.
, кДж/кг изв.
.
.
43
т
X
кг извести в лабораторной работе № 5. Температура вторичного воздуха рассчитывается в лабораторной работе № 6.
Вопросы для самопроверки
1. Значение процесса охлаждения клинкера (извести) в производ-
стве цемента (извести).
2. Перечислите типы холодильников.
3. Назначение холодильников.
4. Устройство и принцип действия холодильников различных ти-
пов.
5. Какую температуру имеет клинкер (известь) на входе в холо-
дильник?
6. До какой температуры охлаждается клинкер (известь) в холо-
дильниках различных типов? Какие типы холодильников характеризуются более высокой степенью охлаждения клинкера?
7. Каким образом охлаждается клинкер (известь) в холодильниках
различных типов?
8. В каком из типов холодильников используется больше воздуха
на охлаждение и почему? Чему равно количество охлаждающего воздуха в холодильниках различных типов?
9. Весь ли воздух, поступающий в холодильник, используется за-
тем в печи для горения топлива?
10. В каких холодильниках имеется избыточный воздух?
11. С какой температурой поступает в печь вторичный воздух из
холодильников различных типов?
12. Почему использование холодильников приводит к снижению
удельного расхода топлива на обжиг клинкера (извести)?
13. С какой целью и на основании какого закона составляется теп-
ловой баланс холодильника?
14. Перечислите приходные и расходные статьи теплового баланса
холодильника.
Лабораторные работы № 4, 5
Тепловой баланс печи
Цель работы: определить удельный расход топлива
кг клинкера или 1 кг извести.
на обжиг 1
44
Основные сведения
Вращающаяся печь для обжига клинкера мокрого способа произ-
водства условно делится на шесть технологических зон.
1. Зона сушки занимает 20 – 25 % длины печи. В этой зоне испа-
ряется физическая влага из шлама. Температура материала повышается
от 15 – 20 C до 170 – 200 C. Температура газов снижается с 800 – 900
С до 180 – 250 С. Скорость движения жидкого шлама 4 – 6 м/мин, на
участке подсушенного материала 0,8 – 1,5 м/мин. Скорость газов 7 – 8
м/с. Для интенсификации теплообмена в этой зоне устанавливают цепные завесы. При достижении определенной вязкости шлама в цепной
завесе начинают образовываться гранулы. Материал, выходящий из
цепной завесы, должен иметь температуру 90 – 110 C и влажность 8 –
10 %, так как при более низкой влажности резко усиливается пылеобразование и рециркуляция материала вследствие разрушения гранул.
Цепная завеса занимает 18 – 20 % длины печи.
2. Зона подогрева и дегидратации занимает 25 – 30 % длины пе-
чи. В этой зоне удаляется химически связанная (гидратная) влага из
глинистого компонента. Реакция сопровождается поглощением теплоты q1 = 7880 кДж/кг гидратной влаги:
Al2O32SiO22H2O = Al2O32SiO2 + 2H2O – q1.
Температура газов на входе в зону 1100 – 1200 С. Материал нагре-
вается до 550 – 600 С. Скорость движения материала 2 – 4 м/мин.
Скорость газов до 13 м/с. В этой зоне устанавливают металлические
теплообменники из жаропрочной стали.
3. Зона кальцинирования (декарбонизации) занимает 22 – 30%
длины печи. В этой зоне протекают процессы разложения карбонатов
магния и кальция. На реакции расходуется соответственно q2 = 1400
кДж/кг MgCO3 и q3 = 1780 кДж/кг СaCO3 количество теплоты.
MgCO3 = MgO + CO2 – q2;
СaCO3 = CaO + CO2 – q3;
Материал нагревается до 950 – 1100 С. Температура газов на входе
в зону 1500 – 1600 С. Скорость движения материала 3 – 6 м/мин, газов
до 16 м/с.
4. Зона экзотермических реакций занимает не более 5% длины
печи. В этой зоне образуются клинкерные минералы (двухкальциевый
45
силикат 2CaOSiO2, трехкальциевый алюминат 3CaOAl2O3, четырехкальциевый алюмоферрит 4CaOAl2O3Fe2O3, частично трехкальциевый
силикат 3CaOSiO2). Температура материала быстро повышается до
1250 – 1300 C за счет выделения теплоты при образовании минералов.
Температура газов изменяется незначительно и составляет на входе
1600 – 1700С.
5. Зона спекания занимает 13 – 18% длины печи. В ней часть ма-
териала (20 – 30%) плавится, образуя на футеровке обмазку толщиной
100 – 200 мм. В жидкой фазе образуется основной клинкерный минерал – трехкальциевый силикат 3CaOSiO2 (алит). Температура материала достигает максимального значения около 1450 С. Участок, ближе
к разгрузочному концу печи, где материал охлаждается с 1450 до 1350
C (до температуры застывания расплава), по характеру происходящих
физико-химических процессов следует относить к зоне спекания. В
зоне спекания сжигается топливо. Максимальная температура газов
достигает 1700 – 1800 С. Скорость движения материала составляет 0,6
– 0,8 м/мин, газов – около 25 м/с.
6. Зона охлаждения занимает 2 – 6% длины печи. Материал охла-
ждается до 1100 – 1250 С. Температура воздуха, подаваемого в печь
из холодильника, составляет 400 – 800 С.
Окончательное охлаждение клинкера происходит в холодильнике.
При обжиге клинкера по сухому или комбинированному способу
протекают описанные выше процессы. Отличие заключается в том, что
испарение влаги, дегидратация и частично декарбонизация материала
происходят в запечных теплообменных устройствах.
В установках только с циклонными теплообменниками подогрев,
испарение остаточной влаги, дегидратация и частично (до 15 – 30%)
декарбонизация материала происходят в циклонных теплообменниках.
Материал, проходя циклонный теплообменник за 25 – 30 с., нагревается до 750 –800 С. В печи происходит окончательная декарбонизация
материала, спекание и первичное охлаждение. Длина зон: декарбонизации – 45 – 55%, экзотермических реакций – 5 – 10%, спекания – 20 –
25%, охлаждения – 10 – 15%.
При наличии реактора-декарбонизатора материал поступает в печь
с температурой 850 – 880 C со степенью декарбонизации 90 – 95%.
Это позволяет уменьшить длину печи или увеличить ее производительность. При этом в реакторе-декарбонизаторе сжигается 60% топлива, в печи – 40%. Воздух для горения топлива в реакторедекарбонизаторе (третичный воздух) отбирается из клинкерного холодильника.
46
Нумерация циклонов на отечественных заводах принята по ходу газов, за рубежом – по ходу материала. Распределение температур материала и газов на входе и выходе из отдельных ступеней циклонов следующее:
– 1-я ступень (нижний “горячий” циклон): материал 650 и 800 C,
газы 950 и 800 C;
– 2-я ступень: материал 500 и 650 C, газы 800 и 650 C;
– 3-я ступень: материал 250 и 500 C, газы 650 и 500 C;
– 4-я ступень (верхний “холодный” циклон): материал 40 и 250 C,
газы 500 и 300 C.
Абсолютные значения температур могут несколько изменяться в
зависимости от режима работы агрегата.
Основной теплообмен (80%) происходит в газоходах и только 20%
теплообмена осуществляется непосредственно в циклонах.
При обжиге извести происходят процессы разложения карбонатов
кальция и магния. При значительном содержании примесей они вступают в реакцию взаимодействия с оксидом кальция, образуя соединения нерастворимые в воде. Поэтому качество полученной извести будет зависеть от степени разложения карбонатов, условий обжига и
химического состава карбонатной породы.
Тепловой баланс печи выражается уравнением, связывающим количество теплоты, внесенной в печь во время ее работы, с количеством
теплоты, израсходованной на технологические процессы, и потерянной
теплотой. Все статьи теплового баланса рассчитывают в кДж на 1 кг
клинкера или 1 кг извести.
Структура статей теплового баланса позволяет наглядно определять
источник потерь теплоты в обжиговом агрегате и устанавливать средства и способы по возможному их сокращению или устранению. При
этом следует анализировать не только абсолютные, но и относительные значения статей потерь теплоты в структуре теплового баланса.
Методика составления теплового баланса вращающихся печей
предусматривает, что тепловые параметры материальных потоков,
поступающих в агрегат и выходящих из него, принимают по границам,
выбранным в расчете материального баланса печи (см. лабораторную
работу № 2). Для определения приходных и расходных статей теплового баланса используются данные, которые были получены в материальном балансе.
По закону сохранения энергии в любой установке приход теплоты
должен быть равен его расходу.
47
тэк
Q
т
X
В тепловом балансе решающее влияние на удельный расход топлива оказывают статьи расходов и потерь теплоты.
Тепловой эффект клинкерообразования
ский расход теплоты на образование 1 кг клинкера из сухой сырьевой
смеси без материальных и тепловых потерь. Он представляет собой
алгебраическую сумму теплоты на необратимые физико-химические
превращения материала при его нагревании до температуры спекания.
Тепловой эффект клинкерообразования зависит только от химического
состава сырьевой смеси и не зависит от способа производства.
Теоретически при получении клинкера теплота расходуется на диссоциацию карбонатов кальция и магния, а также на дегидратацию глинистых минералов. Эти процессы протекают с поглощением теплоты и
называются эндотермическими. При взаимодействии оксида кальция с
кислотными оксидами (SiO2, Al2O3, Fe2O3), образуются клинкерные
минералы. Такие реакции сопровождаются выделением теплоты, т. е.
являются экзотермическими.
Для классических видов сырьевых смесей, состоящих из карбонатного компонента, глины и огарков, при среднем содержании в клинкере трех- и двухкальциевого силикатов (50…60 % 3CaOSiO2 и 10…30
% 2CaOSiO2 соответственно) тепловой эффект клинкерообразования
составляет 1600 – 1900 кДж/кг клинкера.
Одним из способов снижения теоретического расхода теплоты на
обжиг клинкера является использование отходов других отраслей промышленности, где ранее при термических процессах карбонат кальция
был подвергнут диссоциации. К таким продуктам относятся доменный
шлак, топливные золы и нефелиновый (белитовый) шлам. Применение
их в качестве сырьевых материалов приводит к снижению теплового
эффекта клинкерообразования до 1000 – 1100 кДж/кг клинкера.
Теоретический расход теплоты на обжиг извести учитывает
только затраты теплоты на диссоциацию карбонатов кальция и магния.
Практический расход теплоты на обжиг клинкера (извести) всегда больше теоретического, так как, помимо теоретических затрат
теплоты на клинкерообразование (на образование извести), теплота
расходуется на испарение влаги и теряется с клинкером (известью),
выходящим из печи, отходящими газами, пылеуносом и в окружающую среду.
Удельный расход топлива
на обжиг 1 кг клинкера или 1 кг
извести в тепловом балансе является величиной неизвестной и определяется решением уравнения теплового баланса печи.
– это теоретиче-
48
шл
t
см
t
к
t
т
t
кл
t
ог
t
3 2 3 4
C S, C S, C A, C AF
х
т
Q
хр
т н т
Q Q X
р
н
Q
т
X
ф
т
Q
ф
т т т т
Q X c t
Тепловой баланс цементной вращающейся печи
Исходные данные приведены в прил. 6, 7:
– температура шлама для печей мокрого способа производства, °C;
– температура сырьевой муки для печей сухого способа производ-
ства, °C;
– температура кека для печей комбинированного способа производ-
ства, °C;
– температура топлива, °C;
– температура клинкера на выходе из печи, °C;
– температура отходящих газов, °C;
– содержание соответствующих клинкерных
минералов, мас. %.
Средние теплоемкости воздуха и газов, кДж/(м3 С), топлива, сырьевой смеси и клинкера, кДж/(кгС), в зависимости от температуры
приведены в прил. 8 и 9. Если заданная температура не равна табличной, значение теплоемкости рассчитывается методом интерполирования.
Кроме того, для вычисления статей теплового баланса используются объемы газов (L) и расходы материалов (G) из расчета горения топлива (лабораторная работа № 1) и из материального баланса печи (лабораторная работа № 2).
Приход теплоты
1. Приход теплоты в результате горения топлива
.
Здесь
– теплота сгорания топлива, кДж/кг топл. или кДж/м
топл. (рассчитана в лабораторной работе № 1).
При использовании газообразного топлива удельный расход топлива
берется в м3/кг кл., при работе печи на твердом и жидком топ-
ливе – в кг/кг кл.
2. Приход теплоты с топливом
, кДж/кг кл.
.
, кДж/кг кл.
3
49
т
c
т
t
шл
Q
2
дф
шл с с H O шл
4,19Q G c G t
см
Q
2
дф
см с с H O см
4,19Q G c G t
к
Q
2
дф
к с с H O к
4,19Q G c G t
2
дф
с H O
,GG
с
c
шл
t
см
t
к
t
перв
в
Q
перв перв перв перв
в в в в
Q V c t
перв
в
c
перв
в
t
Здесь
– средняя удельная теплоемкость топлива (см. прил. 9),
кДж/(кгС) для твердого и жидкого топлива и кДж/(м3С) для газообразного топлива, при его температуре
, °C (см. прил. 7).
3. Приход теплоты с сырьем
– для цементных печей мокрого способа со шламом
, кДж/кг кл.:
;
– для цементных печей сухого способа с сырьевой мукой
, кДж/кг
кл.:
;
– для цементных печей комбинированного способа с кеком
, кДж/кг
кл.:
.
Здесь
– действительный расход сухой сырьевой смеси и
масса физической влаги соответственно (см. лабораторную работу №
2, табл. 3), кг/кг кл.;
– средняя удельная теплоемкость сухой сырьевой смеси (см. прил.
9), кДж/(кгС), при температуре шлама
, сырьевой муки
, кека
соответственно, °C; 4,19 – теплоемкость воды, кДж/(кгС).
4. Приход теплоты с воздухом, идущим на горение топлива,
кДж/кг кл.
Следует учитывать, что при использовании газообразного топлива
теплота вносится в печь только вторичным воздухом, при применении
твердого или жидкого топлива – первичным и вторичным.
4.1. Приход теплоты с первичным воздухом (при использовании
твердого и жидкого топлива)
, кДж/кг кл.
.
Здесь
кДж/(м3С), при его температуре
– средняя удельная теплоемкость воздуха (см. прил. 8),
, С. Температура первичного
50
перв
вв
tt
перв
в
V
перв д
в в т
V k L X
д
в
L
k
вт
в
Q
вт
в
Q
возвр
пыл
Q
возвр возвр возвр возвр
пыл пыл пыл пыл
Q G c t
возвр
пыл
G
возвр
пыл
c
возвр
пыл
t
возвр
пыл ог
100tt
ог
t
прих
Q
х ф перв вт возвр
прих т т в в шл пыл
Q Q Q Q Q Q Q
х ф перв вт
прих т т в в см
Q Q Q Q Q Q
х ф перв вт возвр
прих т т в в к пыл
Q Q Q Q Q Q Q
воздуха равна температуре окружающего воздуха
(см. лабора-
торную работу № 3 и прил. 5);
– объем первичного воздуха, м3/кг кл., который зависит от вида
топлива, рассчитывается по формуле:
,
где
– действительный объем воздуха, идущего на горение топлива,
м3/кг топл. или м3/м3 топл. (см. лабораторную работу № 1, табл. 1, 2);
– доля первичного воздуха (см. лабораторную работу № 2).
4.2. Приход теплоты с воздухом вторичным
– из теплового расчета холодильника (см. лабораторную работу
№ 3).
5. С пылевозвратом
, кДж/кг кл.
Здесь
– количество возвращаемой в печь пыли, кг/кг кл. (см.
лабораторную работу № 2, табл. 3);
– средняя удельная теплоемкость пыли, равная теплоемкости
сухой сырьевой смеси (см. прил. 9), кДж/(кгС), при температуре возвращаемой пыли
, С.
,
где
– температура отходящих газов, С.
6. Итого сумма приходных статей теплового баланса
кл.
– для цементных вращающихся печей мокрого способа:
– для цементных вращающихся печей сухого способа:
– для цементных вращающихся печей комбинированного способа:
, кДж/кг кл.
.
, кДж/кг
;
;
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]