Расчет состава сырьевой смеси

Исходными данными для расчёта является таблица содержания основных оксидов в сырьевых компонентах, масс.%, полученная химическим анализом исходного сырья (таблица 5).

Таблица 5

Содержание основных оксидов в сырье масс. %

Компонент	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	П.П.П.	Сумма	Влажность
Известняк	0,67	0,38	0,18	53,7	0,96	0,28	43,40	99,57	6,0
Глина	69,0	13,49	5,50	1,65	1,50	0,16	4,60	95,90	10,0
Огарки	14,43	4,01	74,27	1,02	0,00	2,01	1,37	97,11	5,0

Расчёт сырьевой смеси выполнен на ПЭВМ при помощи специально составленной программы. Результаты расчёта представлены в таблицах 6 и 7.

Таблица 6

Содержание компонентов в сырьевой смеси

Компонент	В сухом состоянии		Во влажном состоянии		С учётом технологических потерь*
	%	кг/т. кл.	%	кг/т. кл.	%	кг/т. кл.
Известняк	79,47	1233	78,83	1312	78,83	1319
Глина	18,83	292	19,51	325	19,51	326
Огарки	1,69	26	1,66	28	1,66	28
Итого:	100	1552	100	1665	100	1673

*Технологические потери составляют 0,5% для всех компонентов

Таблица 6

Химический состав, масс. %

Компонент	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	П.П.П.	Сумма
Сырьевая смесь	14,34	3,02	2,52	43,20	1,06	0,29	35,57	100
Клинкер	22,25	4,69	3,91	67,05	1,65	0,45	-	100

Характеристики портландцементного клинкера:

– коэффициент насыщения КН 0,93;

– силикатный модуль n 2,59;

– глиноземный модуль p 1,20;

– индекс обжигаемости ИО 3,70;

– Q_теор. клинкерообразования 1785,7 кДж/кг;

Минералогический состав получаемого клинкера представлен в таблице 8.

Таблица 8

Минералогический состав клинкера

Минерал	C3S	C2S	C3A	C4AF	C3A+C4AF
Содержание, масс. %	65,4	14,4	5,8	11,9	17,7

Расчёт теплового баланса

Тепловой расчёт печного агрегата.

Исходные данные:

1. Производительность по клинкеру – из материального баланса;

2. Способ производства – сухой;

3. Технологическое топливо – газ;

4. Химический состав сырьевой смеси и клинкера – таблица 7;

5. Минералогический состав портландцементного клинкера – таблица 8;

6. Естественная влажность исходных сырьевых материалов: известняк – 6%, глина – 10%;

7. Коэффициент избытка воздуха: 1,1-1,15.

Расчет необходимого количества воздуха для горения топлива и объёма продуктов сгорания. Состав природного газа Берестянского месторождения представлен в таблице 9.

Таблица 9

Состав природного газа, об. %

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	СО2	N2
82	5	2	2	0,5	8,5

Теплотворная способность рабочего топлива:

Q^P_H = 358,2СН₄ + 637,5С₂Н₆ + 912,5С₃Н₈ + 1186,5С₄Н₁₀

Q^P_H = 358,2×82 + 637,5×5 + 912,5×2 +1186,5×2 = 36757,90 кДж / нм³ топ.

Материальный баланс горения топлива.

Расчёт ведём на сухой газ, без учёта влажности.

Для 1нм³ топлива:

кг/м³

кг/м³

кг/м³

кг/м³

кг/м³

кг/м³

= 0,860 кг/м³

Расход воздуха на горение топлива.

Теоретический объёмный расход воздуха:

нм³/нм³топл

= 9,734 нм³/нм³топл

Теоретический массовый расход воздуха:

, кг/нм³топл.

= 12,586 кг/нм³топл.

Практический расход воздуха при α=1,1:

, кг/нм³топл.

, кг/нм³топл.

Выход продуктов горения:

++, нм³/нм³топл

= 0,01×(СО₂+СН₄+2С₂Н₆+3С₃Н₈+4С₄Н₁₀), нм³/нм³топл

= 0,01×(0,5+82+2×5+3×2+4×2) = 1,065 нм³/нм³топл

= 0,01×(2СН₄+3С₂Н₆+4С₃Н₈+5С₄Н₁₀), нм³/нм³топл

= 0,01×(2×82+3×5+4×2+5×2) =1,97 нм³/нм³топл

= 0,79×+0,01*N_{2 ,} нм³/нм³топл

= 0,79×10,708+0,01×8,5 = 8,544нм³/нм³топл

= 0,21×(α-1)× _, нм³/нм³топл

= 0,21×(1,1-1)×9,734 = 0,204 нм³/нм³топл

= 1,065+1,97+8,544+0,204= 11,784 нм³/нм³топл

Масса продуктов сгорания:

++, кг/нм³

= 1,977×1,065=2,106 кг/нм³

= 0,804×1,97 = 1,584 кг/нм³

= 1,251×8,544 = 10,689 кг/нм³

= 1,429×0,204 = 0,292 кг/нм³

, кг/нм³

Сводим материальный баланс горения топлива в таблицу 10.

Таблица 10

Материальный баланс горения топлива

Статьи прихода	Количество		Статьи расхода	Количество
	м3	кг		м3	кг
Топливо Воздух	1 10,708	0,86 13,845	СО2 H2O N2 O2	1,065 1,97 8,544 0,204	2,106 1,584 10,689 0,292
Сумма	11,719	14,705	Сумма	11,783	14,671

% невязки = []

Расход исходного сырья на 1 кг клинкера

Состав исходного:

а) количество связанной воды в каолине:

б) количество углекислоты в углекислом магнии:

= 0,278%

в) количество углекислоты в углекислом кальции:

Технически расход сухого сырья:

[] =

Расход сухого сырья с учетом уноса из циклонных теплообменников:

[] = [] + []_y

[] = 1,552 + 0,15 = 1,702 кг/кг кл

Расчет теплового эффекта клинкерообразования

Расход тепла на нагрев сухого сырья от 0°С до 450°С:

,

где t₁ = 450°C – конечная температура нагрева,t₀ = 0°C – начальная температура материала, С_р =0,253 кДж/кг°С – средняя теплоемкость сырьевой смеси при данной температуре.

Теоретический расход гидратной воды сырья:

[] =

[] =

Расход тепла на дегидратацию каолина:

[],

где 1600 кДж/кг Н₂О – теплота дегидратации каолина.

Расход тепла на нагревание дегидратированного сырья от t₁ = 450°C до t₂ = 900°C:

,

где = 0,283 кДж/кг°С – средняя теплоемкость в данном интервале температур.

Расход тепла на декарбонизацию и:

Теоретический расход СО₂ сырья:

Расход теплоты на нагревание декарбонизированного сырья от t₂ = 900°C до t₃ = 1400°C:

,

где кДж/кг°С – средняя теплоемкость сырьевой смеси в данном интервале температур.

Расход тепла на образование жидкой фазы при t₃ = 1400°C:

Итого расхода тепла:

Приход теплоты

Приход тепла в результате образования клинкерных минералов в интервале температур 1000-1400°С:

где 107, 144, 9 и 26 – тепловые эффекты образования соответствующих минералов клинкера, кДж/кг кл.

Для данного состава портландцементного клинкера:

Приход тепла в результате образования метакаолина:

Приход тепла в результате охлаждения 1 кг клинкера от t₃ = 1400°С до t₀ = 0°C:

где =0,261 кДж/кг°С – средняя теплоемкость в данном интервале температур

Приход тепла в результате охлаждения СО₂ от t₂ = 900°С до 0°C:

кДж/кг кл,

где = 0,256 кДж/кг°С – средняя теплоемкость СО₂ в данном интервале температур

Приход тепла в результате охлаждения от 450°С до 0°С и конденсации гидратной воды сырья:

[]

где = 0,47 кДж/кгС – теплоемкость водяного пара в данном интервале температур,- теплота конденсации водяного пара.

0,00827

Итого приход тепла:

Теплосодержание топлива:

где = 1,3 кДж/кг°С – средняя теплоемкость газа при 20°С.

Теплосодержание воздуха:

где = 1,328 кДж/кг°С – теплоемкость воздуха при 20°С.

Приход тепла с подсосным воздухом:

Расход тепла.

Тепловой эффект клинкерообразования по данным расчета составил 1785,7 кДж/кг кл.

Потери тепла на испарение воды из сырья:

Потери тепла с отходящими газами:

где С_i – средняя теплоемкость i-газа при t_ог = 300°С, V_i – объем i-газа.

Потери тепла с 1 кг клинкера:

где - средняя теплоемкость клинкера при 300°С.

Потери тепла с уносом:

где = 0,253 кДж/кг°С – средняя теплоемкость сырьевой смеси при 300°С.

Потери тепла в окружающую среду:

а) корпусом печи

б) циклонными теплообменниками

Суммарные потери в окружающую среду:

Потери тепла с подсасываемым воздухом за системой циклонов:

Тепловой баланс печного агрегата:

36757,90

Получаем

Удельный расход тепла:

q =

[В. К. Классен. «Методические указания к дипломному проектированию. Материальный баланс завода. Технологические расчеты тепловых агрегатов». – Белгород, БелТИСМ, 1972]

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА

Целью расчета материального баланса цементного завода является выбора количества единиц основного технологического оборудования, а также оценка потребностей в сырье, топливе, добавках и вспомогательных материалах, необходимых для технологического процесса производства цемента: воды, сжатого воздуха, интенсификаторов помола, мелющих тел, бронеплит, футеровочных материалов и т.п. При расчете материального баланса определяется также количество промежуточных продуктов (полупродуктов) технологии: сырьевой муки (шлама) и портландцементного клинкера.

Исходные данные для расчета материального баланса:

• таблица ассортимента, вещественного состава и объема производства каждого вида выпускаемого цемента;

• удельные расходы сырьевой смеси и каждого сырьевого компонента (по данным расчета сырьевой смеси);

• удельные расходы топлива на обжиг портландцементного клинкера и сушку добавок;

• влажность каждого сырьевого компонента и топлива;

• удельные расходы вспомогательных материалов, воды и сжатого воздуха;

• типоразмер и производительность основных технологических агрегатов: дробилок, мельниц помола сырьевой муки, вращающихся печей, сушильных барабанов для сушки добавок, мельниц помола цемента;

• режим работы основных цехов или номинальный фонд рабочего времени основных производственных агрегатов.

Учет производственных потерь при расчете материального баланса:

• потери каждого сырьевого компонента и сырьевой смеси принимаются по всему технологическому циклу их производства в количестве 0,5 %;

• потери цемента и клинкера принимаются 0,5 %, добавок и гипса – 1 %;

• потери твердого топлива по всем переделам его подготовки принимаются 1 %, потери жидкого топлива и газа – 0,3 %;

• потери вспомогательных материалов принимаются в пределах 0,1 – 0,2 %, воды и сжатого воздуха – 1 %.

Расчет коэффициентов использования основного технологического оборудования[В. К. Классен. «Методические указания к дипломному проектированию. Материальный баланс завода. Технологические расчеты тепловых агрегатов». – Белгород, БелТИСМ, 1972]

Расчет среднегодовых коэффициентов использования основных видов производственных агрегатов производится по формуле:

(1)

где Т_ост. – суммарное время простоя оборудования в течение года, связанное с режимом работы производственных цехов, ремонтными работами, обслуживанием оборудования и его неучтенными простоями. В случае невозможности расчета Т_ост. рекомендуется использовать коэффициенты, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

Коэффициенты использования основного технологического оборудования

Наименование агрегатов

Ки

Дробилки для дробления карбонатного и глинистого сырья Сушильные барабаны Мельницы самоизмельчения типа «Аэрофол» Вертикальные среднеходные мельницы Шаровые мельницы для размола и сушки сырьевой муки: открытого цикла замкнутого цикла Вращающиеся печи: с циклонными теплообменниками с циклонными теплообменниками и декарбонизатором Дробилки гипса Шаровые мельницы для помола цемента: открытого цикла замкнутого цикла

0,47 – 0,56 0,85 0,77 0,77 0,77 – 0,79 0,76 – 0,78 0,82 – 0,91 0,80 – 0,91 0,75 0,82 0,80