5.4. Поверочные расчеты основного технологического оборудования

БУНКЕРА

Бункера относятся к нестандартному оборудованию и рассчитываются применительно к конкретным условиям производства. Проектирование бункеров целесообразно производить в две стадии. На ранней стадии проектирования (до начала компоновки оборудования) определяют число бункеров в соответствии с числом компонентов и размеры запасов материалов в зависимости от размеров грузопотоков и возможных перерывов в подаче материала. Обычно при непрерывной работе оборудования с примерно равной производительностью размер запаса в бункере принимают 1,5-2 часа.

Если производительность или характер работы смежных агрегатов различаются, то размер запаса определяют с учетом продолжительности возможных остановок одного из агрегатов. Например, при подаче гипса из шахтной мельницы (непрерывного действия) в варочный котел (периодического действия) необходимо учитывать периодичность действия последнего агрегата. Для его бесперебойной работы необходимо в момент загрузки иметь в бункере запас, соответствующий емкости котла.

Требуемый геометрический объем бункера определяют по формуле

,

где V_б – объем бункера, м³; _н – насыпная плотность материала, т/м³; К_з – коэффициент заполнения бункера (принимается 0,85-0,9);  – нормативное время запаса материала, ч.

Форма и размеры бункеров не стандартизированы и принимаются в зависимости от физических свойств хранимых материалов, требуемого запаса, способов загрузки и выгрузки, компоновки оборудования и пр. Наибольшее применение нашли бункера прямоугольного поперечного сечения (рис. 6). Обычно верхняя часть бункера имеет вертикальные стенки, высота которых не должна превышать более чем в 1,5 раза размеры бункера в плане, нижнюю часть его выполняют в виде усеченной пирамиды с симметричными или лучше с несимметричными наклонными стенками. Для полного опорожнения бункера угол наклона стенок пирамидальной части должен на 10-15 ° превышать угол естественного откоса материала. Ребро двухгранного угла между наклонными стенками должно иметь угол наклона к горизонту не менее 45-50 °. Выходное отверстие бункера должно превышать в 4-5 раз максимальный размер кусков хранимого материала и быть не менее 800 мм.

Насыпные плотности и углы естественного откоса различных материалов приведены в таблице 5.

1 2

Рис. 6. Схемы бункеров

1 – с центральной разгрузкой; 2 – со смещенным разгрузочным отверстием

Таблица 5. Насыпные плотности и углы естественного откоса различных материалов

Материал	Насыпная плотность, т/м3	Угол естественного откоса, град
Глина сухая мелкокусковая	1-1,5	50
Зола	0,4 – 0,6	50
Природный гипс	1,3 – 1,45	30 - 40
Известняк крупный	1,6-2,0	45
Известняк 0-25 мм	1,3 - 1,4	30 - 35
Песок крупный	1,4 - 1,9	45
Добавки гидравлические: трепел, опока, туф, трасс	1,1 - 1,3	30 - 40
Клинкер	1,5- 1,6	33
Шлак	0,6 - 1,0	50
Цемент	0,9 - 1,2	48
Гипс строительный	0,8-1,1	50

При выполнении графической части проекта размеры и форма бункеров уточняется с учетом компоновки основного оборудования. В связи с этим может изменяться объем бункеров, но он не должен быть меньше рассчитанного объема.

ДРОБИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Выбор типа и мощности дробилок зависит от физических свойств перерабатываемого материала, требуемой степени дробления и производительности. Учитывают размеры максимальных кусков материала, поступающего на дробление, его прочность и сопротивляемость дроблению или дробимость, влажность, наличие глинистых включений и др.

Максимальный размер кусков материала не должен превышать 0,80-0,85 ширины загрузочной щели дробилки.

Одной из основных характеристик-дробилок, определяющих эффективность их работы, является степень дробления (измельчения). Она характеризует изменение размеров кусков материала в процессе дробления:

u = D / d ,

где D – максимальный размер кусков в поперечнике до дробления, мм; d – то же, после дробления, мм.

Различают крупное дробление – максимальная крупность материала после дробления 100 мм; среднее – 10-12 мм; мелкое – 3-10 мм.

В зависимости от требуемой степени дробления материал измельчают в одну, две или три стадии. Общую степень дробления устанавливают по формуле:

u_общ = u₁ ^. u₂ ….u_n ,

где u_общ – общая степень дробления материала; u₁, u₂, u_n – степень дробления на первой, второй и последней стадиях.

Степень дробления щековых дробилок составляет – 4-6; конусных – 10-20; молотковых однороторных – 10-12; молотковых двухроторных – 15-20; валковых – 3-4 (для твердых пород) и 10-15 (для мягких пород).

Общая степень дробления для принятого комплекса дробильного оборудования должна быть не меньше требуемой для данного материала степени дробления.

ПОМОЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Производительность шаровых мельниц рассчитывают по формуле В.В. Товарова

Q_м = 6,7 ^{. . .} V_м ^. q ^. (a ^. b ^. c)/ 1000,

где Q_м – производительность мельницы, т/ч; V_м – объем помольной камеры, м³; D_М – внутренний диаметр мельницы. м; G – масса мелющих тел, т; q – удельная производительность мельницы при 10 %-ном остатке размалываемого материала на сите № 008 (см. табл. 6); a – коэффициент размалываемости (см. табл. 7); b – поправочный коэффициент, учитывающий тонкость помола (см. табл. 8); с – .коэффициент, который принимают 1 при помоле по открытому циклу в многокамерных (3-4 камеры) мельницах, 0,9 – в двухкамерных мельницах и 1,3-1,5 – при помоле по замкнутому циклу.

Таблица 6. Удельная производительность шаровых мельниц q

Размалываемый материал	Значение q, т/(кВт.ч) при способах помола
	мокром	сухом
Мергель: с высоким сопротивлением помолу со средним сопротивлением помолу с низким сопротивлением помолу Клинкер вращающихся печей Гранулированные доменные шлаки Опока, трепел Трасс Кварцевый песок	0,04-0,06 0,07-0,09 0,10-0,12 - - - - -	0,04-0,05 0,06-0,07 0,08-0,10 0,04-0,06 0,035-0,04 0,05-0,06 0,02-0,025 0,03

Таблица 7. Коэффициент размалываемости материалов

Материал	Коэффициент размалываемости, а
Клинкер вращающихся печей Гранулированный доменный шлак Мел Глина Мергель Известняк Кварцевый песок Уголь	1,00 1,15-1,25 3,70 3,00-3,50 1,40 1,20 0,6-0,7 0,8-1,6

Массу мелющих тел рассчитывают по формуле

G = 0,785 D ^. L_М ^. φ ^. ρ_ν ,

где G – масса мелющих тел, т; φ – коэффициент заполнения мельницы мелющими телами (0,28-0,45); ρ_ν – насыпная плотность мелющих тел, ρ_ν принимают 4,7 т/м³.

Таблица 8. Коэффициент тонкости помола

Остаток на сите 008, %	Коэффициент b	Остаток на сите 008, %	Коэффициент b
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11	0,59 0,65 0,71 0,77 0,82 0,86 0,91 0,95 1,00 1,04	12 13 14 15 16 17 18 19 20	1,09 1,13 1,17 1,21 1,26 1,30 1,34 1,38 1,42

СУШИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Уточнение типа и размеров сушильных устройств производится по расчетной величине рабочего внутреннего объема сушильного устройства. Рабочий внутренний объем сушильного устройства (барабана, дробилки, мельницы с сушкой) рассчитывают по формуле

,

где V_pc – рабочий внутренний объем сушильного устройства, м³; А – удельное паронапряжение, кг/(м^{3 .} ч); ПП_ч – часовой расход высушенного материала, т/ч; W₁ – влажность материала, поступающего в сушильное устройство, %; W₂ – остаточная влажность материала после сушки, %.

При расчете сушильных барабанов, дробилок и шаровых мельниц, используемых для одновременного помола и сушки, удельную паронапряженность принимают равной: при сушке мергеля – 20-45 кг/(м³.ч); известняка – 20-40 кг/(м³.ч); доменного гранулированного шлака – 40-50 кг/(м³ .ч); глины, трепала, диатомита – 20-40 кг/(м³.ч); твердого топлива – 25-50 кг/(м³.ч).

Определив расчетом V_pc, выбирают по каталогу близкое по рабочему внутреннему объему сушильное устройство (если в справочнике нет данных по этому показателю, то ориентировочное значение рабочего внутреннего объема вычисляют по размерам сушильной камеры агрегата) и затем уточняют его производительность путем перерасчета. Зная диаметр, длину, а следовательно, и объём V_фс выбранного сушильного барабана или мельницы, используемой для одновременной сушки (по каталогу), их производительность по сушке можно определить по формуле

.

где Q – производительность агрегата по высушенному материалу, т/ч; V_фc – фактическое значение объема сушильного устройства, указанное в характеристика выбранного агрегата, м³; А – удельное паронапряжение, кг/(м^{3 .} ч); W₁ – влажность материала, поступающего в сушильное устройство, %; W₂ – остаточная влажность материала после сушки, %.

ПЫЛЕОСАДИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Запыленность воздуха при выходе из пылеочистительных устройств последней ступени должна быть не выше предельно допустимых концентраций пыли (ПДК). Санитарными нормами на проектирование промышленных предприятий регламентированы ПДК; в воздухе рабочих помещений – до I-10 мг/м³ и в отходящих газах, выбрасываемых в атмосферу, до 30-100 мг/м³.

Запыленность газов, выходящих из пылеулавливающих аппаратов, при отсутствии в них подсоса воздуха определяют по формуле

z_вых = z_вх (1-_общ /100),

где z_вх и z_вых – запыленность газов до и после пылеулавливающей установки, г/м³, _общ – степень очистки пылеулавливающей установки, %.

Таким образом, полученное по указанной выше формуле значение z_вых должно быть меньше ПДК (для отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу, не более 0,1 г/м³).

Степень очистки пылеулавливающей установки, состоящей из нескольких ступеней очистки, определяют по формуле

η_общ = [1-(1-₁ /100) ^. (1-₂ /100) ^{. . .} (1-_n /100) ^.] ^. 100,

где η₁, η₂ , η_n – соответственно степень очистки первой, второй и последней ступеней, %.

Степень очистки в циклонах составляет 80-95 %; в электрофильтрах – 85-99 %; в рукавных фильтрах – 97-99,9 %. Запыленность воздуха на входе электрофильтров должна быть не более 10-20 г/м³; рукавных – 20-100 г/м³; аспирационных шахт и циклонов – 100 г/м³.

Запыленность воздуха и газов, отбираемых от технологического оборудования, примерно следующая: отходящих газов вращающихся печей – 25-50 г/м³; отходящих газов сушильных барабанов – 20-40 г/м³; аспирационного воздуха мельниц – 50-200 г/м³; газовоздушных смесей при пневматическом транспорте вяжущих – 800-1000 г/м³.

Циклоны, батарейные циклоны, рукавные фильтры и электрофильтры подбирают по паспортной производительности, характеризуемой количеством газа и воздуха в м³, которое можно очистить в них за 1 час.

Размеры аспирационно-коагуляционной шахты как нестандартного оборудования определяют, исходя из скорости воздуха в поперечном сечении шахты _ш, м/с, принимаемой в пределах от 1 до 1,5 м/с в зависимости от концентрации пыли в аспирационном воздухе перед шахтой. Площадь поперечного сечения шахты S_ш в м² при объеме аспирационного воздуха V_возд (м³ /ч) будет равна

,

а размер стороны шахты, параллельной оси мельницы,

,

где n – отношение стороны шахты, перпендикулярной оси мельницы, к стороне шахты, параллельной оси мельницы (1:1 или 2:3).

Высота шахты от оси мельницы (м)

h_ш = k_ш ^. d_г ,

где d_г – гидравлический диаметр шахты, м;

(для мельниц с центральной разгрузкой к_ш = 5,5; с периферийной разгрузкой к_ш = 6-7).

В зависимости от мощности и размеров оборудования, интенсивности пылевыделения и других факторов объемы отсасываемого воздуха составляют: от упаковочных машин – 5000 м³/ч; мест перегрузки сыпучих материалов – 3000-3500 м³/ч; при отборе от щековых и молотковых дробилок – до 4000-6000 м³/ч и т.д.

Количество аспирационного воздуха, отсасываемого от мельниц за час, V_возд (м³/ч ) определяют по формуле

V_возд = 3600 S₀ ^. _м ,

где S₀ – площадь свободного сечения барабана мельницы, м²; _м – скорость отсасываемого воздуха в мельнице, м/с (при нормальном аспирационном режиме составляет 0,6-0,7 м/с).

S₀ = 0,7 S_м ,

где S_м – площадь всего сечения барабана мельницы, м².

За счет подсоса воздуха в аспирационную систему объем аспирационного воздуха, рассчитанный по приведенной формуле, для мельниц с центральной разгрузкой увеличивают на 50 %, для мельниц с периферийной разгрузкой – на 100 %.

Количество газов, подлежащих очистке после выхода из сушильных установок, определяют теплотехническим расчетом. Ориентировочно количество газов, отсасываемых из сушильных барабанов и мельниц, V_возд (м³/ч ) можно определить по следующей формуле

,

где Q_т – количество тепла, затрачиваемого на испарение 1 кг влаги из материала, Q_т = 1100-1400 ккал/кг; C_v – средняя объемная теплоемкость газов, C_v = 0,13-0,35 ккал/(м^{3 .} град); t₁ и t₂ – температуры соответственно при входе и выходе из сушильного устройства, С; G_в - количество влаги, удаляемой из материала, кг/ч,

где ПП_ч – часовой расход высушенного материала, т/ч; W₁ – влажность материала, поступающего в сушильное устройство, %; W₂ – остаточная влажность материала после сушки, %.