Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В различных отраслях промышленности по переработке и использованию минерального сырья (уголь, руды, черные и цветные металлы, торф, песок, глина, и др.) широко применяется тепловая сушка.

Сушка глины, песка, известняка, гипсового камня, доломита, мела перед их размолом снижает расход электроэнергии на помол и устраняет замазывание транспортных, просеивающих и смешивающих устройств. Сушка этих материалов также необходима как для получения при формовании изделий с определенной остаточной влажностью, так и для достижения температуры, необходимой для технической переработки сырья.

Для каждого материала устанавливается определенный режим сушки, т.е. допустимая интенсивность сушки, температура материала, температура и относительная влажность сушильного агента, скорость его движения и изменение указанных параметров в различные периоды процесса сушки. Как местные, так и привозные концентраты имеют влажность 12-15 процентов. Перерабатывать такой концентрат непосредственно в металлургическом концентрате без предварительной подсушки не рационально т.к. возникают определенные проблемы:

возникновение трудностей с транспортировкой и загрузкой в печь;

снижается удельная производительность металлургического агрегата;

увеличиваются отходящие газы.

Материал необходимо сушить, прежде чем подавать в печь. Основным показателем при выборе аппаратуры является глубина сушки. Аппаратурой являются сушильные барабаны и трубы сушила.

Барабан наиболее эффективен в использовании, так как использовать материал более крупной фракции, барабан непрерывного действия, нет простоев на загрузку и выгрузку, срок службы на 15-10 раз больше, чем у труб сушил.

1. Общая часть

1.1 Применение печи

Главной задачей сушильных установок является сушка рудных концентратов и шихт перед дальнейшей их переработкой. Характерной особенностью процесса сушки является переход влаги материала из жидкой фазы в газообразную при испарении. Испарение влаги из материала будет происходить тогда, когда парциальное давление пара окружающей среды будет меньше, чем парциальное давление пара жидкости материала. С уменьшением разности давлений испарение влаги из материала снижается и при разности давлений, равной нулю, процесс сушки прекращается. Сушка концентратов в сушильном барабане производится топочными газами, получаемыми в топке барабана при сжигании мазута. Температура в топке барабана поддерживается в пределах 700-800 градусов, в загрузочной части 100-150 градусов. Подсушенный концентрат должен содержать влагу в пределах 9-6 процентов. Влажность концентрата при сушке регулируется интенсивностью горения форсунки и количеством загружаемого влажного концентрата.

Существуют различные способы сушки материалов:

а) Конвективный, когда тепло, необходимое для испарения влаги, передается от сушильного агента сушильному материалу при непосредственном их соприкосновении;

б) Контактный, когда тепло, необходимое для испарения влаги, передается материалу от горячей поверхности при непосредственном ее контакте с материалом;

в) Радиационный, когда тепло, необходимое для испарения влаги, передается материалу инфракрасными лучами от электроламп или нагретых излучающих поверхностей;

г) Сушка материалов сублимацией - в замороженном состоянии при глубоком вакууме;

д) Способ химической сушки путем предварительной пропитки материалов в водных растворах солей;

е) Сушка токами высокой частоты, когда температура внутри материала повышается и в результате этого влага из внутренних слоев быстро перемещается к наружной поверхности и испаряется в окружающую среду;

ж) Комбинированные способы сушки; конвективно-контактная сушка, сушка токами высокой частоты в комбинации с конвективной, терморадиационной и т.п.

1.2 Конструкция: общий вид и внутреннее устройство

На предприятиях металлургии цветных и черных металлов применяются сушильные барабаны диаметром 1,4-2,8 метра, длиной 8-19,5 метра. Лопасти расположены в передней части барабана (со стороны топки), имеют плоскую форму и расположены под углом 45 градусов к образующей цилиндра; на остальной части длины барабана размещена подъемно - лопастная насадка с изогнутыми или Г-образными скребками.

Выпадению материала из барабана в сторону топки препятствует металлическое торцовое кольцо. С наружной стороны к корпусу барабана приварены опоры для двух бандажей и опоры для рессор зубчатого венца. Корпус сушилки бандажами опирается на свободно вращающиеся ролики опорных станций. Опорные ролики выполняются обычно с подшипниками качения, а также имеются барабанные сушилки, у которых опорные ролики покоятся в подшипниках скольжения. На раме опорной станции установлены контрольные ролики, предназначенные для удержания корпуса сушилки от осевого перемещения при регулировки опорных роликов во время пусковых и наладочных работ.

На концах барабана имеются уплотнительные устройства. Барабан приводится во вращение от индивидуального электродвигателя через редуктор и зубчатую пару (зубчатый венец и ведущую подвенцовую шестерню). Конец выходного вала редуктора опирается на подшипник, установленный на раме. Корпус сушильного барабана выполнен из нержавеющей стали. Сушильные барабаны устанавливаются под углом 3 градуса и вращаются со скоростью три оборота в минуту. Мощность электродвигателя привода барабана 96 киловатт. Уплотнение на горячем конце барабана выполнено в виде простого лабиринта, а на холодном конце уплотнение из деревянных колодок длиной 220-250 миллиметров, прижимающихся к корпусу барабана пружинами.

Барабанная установка состоит из следующих основных узлов: сушильного барабана, топки, разгрузочной камеры, а также из пылеулавливающего, загрузочного и разгрузочного устройств.

Большинство барабанных сушилок имеет внутреннее устройство, состоящее из лопастей, размещенных либо только по периферии барабана, либо дополнительно к ним на радиально установленных внутри барабана стальных листах. На многих предприятиях эти аналогичные устройства из-за значительного налипания материала были реконструированы. В частности, на ряде сушильных барабанов подвешены гирлянды цепей или установлена по спирали стальная лента вдоль барабана.

Для очистки стенок барабана от налипшего материала применяется лопастный, перекатывающийся на катках шнек - «ерш». В последнее время для сушки песка нашли применение трехходовые (трехбарабанные) сушилки с рециркуляцией отработанных газов. Срок службы сушильных барабанов на открытых площадках значительно сокращается, а надежность барабанов снижается.

На загрузке концентратов в барабан между дозировочным столом и течкой установлен уплотняющий винтовой затвор. Серийная подъемно-лопастная насадка барабана заменена сложной насадкой сушильного барабана конструкции ИГИ.

При использовании указанных выше внутренних устройств на действующих барабанных сушилках объемный коэффициент теплоотдачи равен 400-600 ккал/мі·єC.

Производительность барабанных сушилок в значительной степени зависит от присосов воздуха в сушильный тракт. Наиболее трудно разрешимыми по устранению присосов воздуха являются загрузочные течки и разгрузочные камеры.

Загрузочные течки, изготовляемые из серого чугуна, имеют срок службы не более шести месяцев, а простой сушильного агрегата при замене каждой течки составляет не менее трех суток. Разгрузочная камера размещается в конце сушильного барабана. Принцип ее действия состоит в том, чтобы, резко уменьшив скорость газов, заставить грубодисперсную пыль осесть в камере вместе с основной массой высушенного материала.

С целью повышения эффективности осаждения угольной пыли и снижения вихревых потоков целесообразно выполнять разгрузочные камеры прямоугольной формы, с плавным сужением их верхней части.

Для стабилизации работы барабанных сушилок необходимо перед ними иметь аккумулирующие бункера емкостью, соответствующей часовой производительности сушилки по исходному материалу.

1.3 Принцип работы. Сушка цинкового концентрата

На обжиг могут поступать цинковые концентраты разных месторождений с различным химическим и вещественным составом. Для успешного проведения обжига, так же как и для переделов гидрометаллургического производства цинка требуется подготовить и равномерно падать в обжиговые печи шихту влажностью в пределах 9ч11%. Требуемый по технологии состав шихты достигается дозировкой материалов на складе концентратов и оборотных материалов. Для этой цели используется грейферный кран, с помощью которого можно с достаточной точностью приготовить шихту заданного состава и подать ее в бункеры сушильного отделения. Также при сушке происходит перемешивание компонентов шихты.

Из отсека цинковый концентрат влажностью более 11% грейферными кранами загружается в приемные бункера сушильного отделения.

Из приемного бункера емкостью 13 мі концентрат тарельчатым питателем диаметром 2000 миллиметров подается по наклонному ленточному транспортер в сушильный прямоточный барабан производительностью 20ч30 т/час подсушенного концентрата. Сушка концентрата в сушильном барабане производится топочными газами, получаемыми при сжигании мазута в топке барабана.

Мазут из прицехового мазутохранилища подается в топку сушильного барабана, где установлена форсунка производительностью 180 кг/час.

В прицеховом мазутохранилище установлены два бака емкостью пять тонн каждый, в которых мазут подогревается до 60 єС. Мазут подается на форсунку сушильного барабана из одного бака, в другой бак набирается мазут из центрального мазутохранилища. Баки работают попеременно, давление мазута регулируется вентилем на обработке мазутного кольца. Дополнительно установлен еще один пароподогреватель между топками сушильных барабанов, подогревающий мазут до 90 єС.

Температура в топке барабана поддерживается в пределах 700ч800 єС в загрузочной части 1000ч1500 єС, контроль температур осуществляется термопарами.

Подсушенный концентрат должен содержать влагу в пределах 8-10% транспортируется, забивает течки, загрузку печи и затрудняет равномерную подачу концентрата в печь. Пересушивать концентрат ниже 8% запрещается, происходит запыление рабочих мест и увеличивается пылевынос печи, в результате чего ухудшается качество готового огарка.

Для распыления мазута через форсунки подается сжатый воздух давлением 4ч5 кг/смІ, расход его 0,5-1,5 мі/ч, давление мазута не должно превышать 5 кг/смІ.

Удаление топочных газов от сушильного барабана производится дымососом. Газы проходят через систему пылеулавливания, которая состоит из групповых циклонов и скубера ударного действия. Запыленность отходящих газов не должна превышать 0,2 гр/мі.

Работа сушильной установки определяется следующими основными показателями:

равномерностью питания барабана концентратами;

количеством газов, проходящих через барабан;

температурой газов при выходе и входе;

интенсивностью перемешивания;

величиной кусков влажного материала.

Загрузка концентрата в барабан следует осуществлять непрерывно и равномерно, количество испаряемой в барабане влаги пропорционально количеству и температуре газов, т.е. чем больше их температура, тем быстрее и точнее идет сушка. В связи с этим всегда стараются работать на высоких температурах газов, т.е. в верхнем конце барабана температура 800 єС, а в нижнем 150 єС.

Подсушенный концентрат, выходящий из сушильного барабана, имеет следующий гранулометрический состав:

крупность, в миллиметрах: больше 1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-10 меньше 10

содержание в процентах: 44 9 5 13 11 10 8.

На барабанных сушилках удельный расход тепла колеблется в пределах 95ч1500 кал/кг испаренной влаги, расход электроэнергии на одну тонну испаренной влаги составляет 20ч75 кВт/час.

Большие колебания по расходу тепла и электроэнергии вызываются состоянием оборудования, уплотнением сушильного тракта, видом сушильного материала и топлива, производительностью сушильного агрегата и т.д.

1.4 Технико-экономические показатели работы барабанных сушилок

Основной характерной величиной барабанных сушилок является напряжение сушилки по испаренной влаге А (т.е. количество испаренной влаги в час на один метр кубический объема барабана). Величина А зависит от типа внутренних устройств барабана, степени заполнения его объема, числа оборотов и угла наклона, а также от физических свойств, влажности и размеров частиц материала, от температуры, влажности и скорости сушильного агрегата внутри барабана.

Основные технико-экономические показатели барабанных сушилок при сушке рудных концентратов приведены в таблице 1.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет калориметрической температуры

Q_н^p = 340C^p + 1256H^p - 109 (O^p-S^p) - 25 (W^p + 9H^p) (1)

Q_н^p = 340 Ч 83,5 + 1256 Ч 2,5 - 109 Ч (0,6 - 0,5) - 25 Ч (10,7 + 9 Ч 2,5) = 28281,6 кДж /кг

Калориметрическая температура t

кДж /м³

Задаемся возможной температурой горения t_k1 = 1800 ^oC.

Для этой температуры удельная энтальпия продуктов горения будет равна

i_CO2 = 1800 Ч 0,16 Ч 2,4226 = 697,71

i_H2O = 1800 Ч 0,04 Ч 1,9055 = 137,196

i_SO2 = 1800 Ч 0,0004 Ч 2,4226 = 1,75

i_N2 = 1800 Ч 0,75 Ч 1,4705 = 1985,18

i_O2 = 1800 Ч 0,05 Ч 1,5559 = 140,03

У = 697,71 + 137,196 + 1,75 + 1985,18 + 140,03 = 296187 кДж/м³

Так как энтальпия i₁ получилось меньше i_o, увеличиваем температуру на 100⁰С и снова проводим расчет.

t_k2 = 1900^oC

i_CO2 = 1900 Ч 0,16 Ч 2,4226 = 741,55

i_H2O = 1900 Ч 0,04 Ч 1,9055 = 146,32

i_SO2 = 1900 Ч 0,0004 Ч 2,4226 = 1,85

i_N2 = 1900 Ч 0,75 Ч 1,4705 = 2106,15

i_O2 = 1900 Ч 0,05 Ч 1,5559 = 148,56

У = 741,55 + 146,32 + 1,85 + 2106,15 + 148,56 = 3144,43 кДж/м³

2961б87 < 2970б23 < 3144б43

 (2)

єС

сушильный калориметрический барабан

2.2 Расчет теплового баланса

Исходные данные.

1. 250000 т - план по переработке концентрата на год.

2. 25т/час - производительность сушильного барабана.

3. габариты сушильного барабана:

d = 2 м

l = 14 м

4. 10% - влажность концентрата до сушки.

5. 7% - влажность концентрата после сушки.

Количество выпарившейся влаги в час составляет:

кг/ч

Часовая производительность по сухому концентрату будет равна:

25000 - 750 = 24250 кг/ч

Приход тепла.

1. Теплота сгорания мазута.

Q_M = 24883,2 Ч G_M (кДж/час) (3)

Q_M = 24883,2 Ч 236 = 5872435,2 (кДж/час)

где: 24883,2 - низшая теплотворная способность мазута

G_M - часовой расход мазута = 236 (кг/час)

2. Физическое тепло мазута

Q_Ф = c Ч t Ч G_M, (4)

где: с - средняя теплоемкость мазута = 0,415 (ккал/кг)

t - температура подогрева мазута = 60 ⁰С

G_M - расход мазута в час = 236 (кг/час)

Q_Ф = (0,415 Ч 60 Ч 236) Ч 4,187 = 24604,49 (кДж/час)

3. Физическое тепло концентрата

Q_ф.к = c Ч m Ч t, (5)

где: m - масса концентрата = 25000 (кг/час)

с - удельная теплоемкость концентрата = 0,2 (ккал/кг·⁰С)

t - начальная температура концентрата = 20 ⁰С

Q_ф.к = (0,2 Ч 25000 Ч 20) Ч 4,187 = 418700 (кДж/час)

4. Физическое тепло воздуха

Q_ф.в = V_в Ч C_в Ч t_в, (6)

где: V_в - объем воздуха, м³

(м³)

С - удельная теплоемкость воздуха = 0,31 ккал/ кг·⁰С

t_в - температура воздуха = 20⁰С

Q_ф.в = (1847,18 Ч 0,31 Ч 20) Ч 4,187 = 47951,68 (кДж/час)

У Q₁ = Q_м + Q_ф.к + Q_ф + Q_ф.в = 5872435,2 + 418700 +24604,49 + 47951,6 = 6363691,37 (кДж/час)

Расход тепла.

1. Потери тепла с подсушенным концентратом

Q₁ = c Ч m_К Ч t_Н,

где: с - удельная теплоемкость концентрата = 0,2 ккал/кг·⁰С

m_К - масса подсушенного концентрата

t_Н - температура сухого концентрата = 60 єС

Q₁ = (0,2 Ч 24250 Ч 60) Ч 4,187 = 1218417 (кДж/час)

2. Тепло, расходуемое на нагрев воды

Q₂ = С_вЧ m_вЧ (t_B^» - t_B'), (7)

где: С_в - удельная теплоемкость воды = 1 ккал/кг·⁰С

m_в - количество выпарившейся влаги -750 кг

t_В' - начальная температура нагрева воды = 20 ⁰С

t_В^» - конечная температура нагрева воды = 100 ⁰С

Q₂ = (1 Ч 750 Ч (100 - 20)) Ч 4,187 = 251220 (кДж/час)

3. Тепло, расходуемое на испарение воды

Q₃ = лЧ m_в, (8)

где: л - удельная теплота испарения воды - 539 ккал/кг·⁰С

m_в - масса испарившейся воды, кг/час

Q₃ = (539 Ч 750) Ч 4,187 = 1692594,75 (кДж/час)

4. Потери тепла от механической неполноты горения

Q₄ = 24883,2 Ч q Ч 0,01 = 24883,2Ч200Ч0,01 = 49766,4 (кДж/час)

5. Потери тепла через стенку сушильного барабана

(9)

где: F - площадь поверхности барабана, м²

F = D L, (10)

D - диаметр барабана = 2 м

L - длина барабана = 14 м

F = 3,14 Ч 2 Ч 14 = 87,92 (м²)

t_П - температура в печи = 400 ⁰С

t_ХВ - температура окружающей среды = 20 ⁰С

S - толщина стенки печи = 0,010 м

л - коэффициент теплопроводности стали = 36 Вт/м·єК

(ккал/мЧчЧ⁰С)

(кДж/час)

6. Потери тепла с отходящими газами.

Q₆ = t Ч (V₁с₁ + V₂с₂ + V₃с₃ +… + V_Nс_N), (11)

где: V₁, V₂, V₃,… V_N - составляющие продуктов горения, м³

с₁, с₂, с₃….с_N - средние теплоемкости продуктов горения, (кДж/м *К)

t - температура отходящих газов = 460 ⁰С

Q₆ = 400 Ч (155,87 Ч 1,9436 + 712,18 Ч 1,3172 + 42,45 Ч 1,3796 + 0,35 Ч 1,85 + 41,31 Ч 1,5592) = 400 Ч (302,95 + 938,08 + 55,56 + 0,65 + 64,41) = 400 Ч 1364,65 = 545860 (кДж/час)

7. Неучтенные потери

УQ₂ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ + Q₇ = 1218417 + 251220 + 1692594,75 + 49766,4 + 2595940 + 545860 + 9832,22 = 6363691,37 (кДж/час)

Q₇ = УQ₁ -УQ₂ = 9893,22 (кДж/час) (12)

Тепловой баланс сушильного барабана

Статья теплового баланса	кДж/час	%
Приход тепла
Химическое тепло горения мазута	5872435,2	92,2
Физическое тепло, внесенное мазутом	24604,49	0,39
Физическое тепло, внесенное концентратом	418700	6,58
Физическое тепло, внесенное воздухом	47951,68	0,75
Итого	6363691,37	100
Расход тепла
Потери тепла с подсушенным концентратом	1218417	19,15
Потери тепла на нагрев воды	251220	3,95
Потери тепла на испарение воды	1692594,75	26,59
Потери тепла с уходящими газами	545860	8,58
Потери тепла в окружающую среду	2595940	40,79
Потери тепла от механической неполноты горения	497664,4	0,78
Неучтенные потери	9893,22	0,16
Итого	6363691,37	100

2.3 Расчет основного и вспомогательного оборудования

1. Расчет сушильных барабанов.

Для того чтобы найти количество сушильных барабанов, необходимо найти производительность одного сушильного барабана.

(12)

где: V_Б - объем барабана, м³

А - напряженность сушки по влажности; А = 40 / 60 (кг/м³Ч час)

щ - количество воды, удаленной при сушке; щ = 800 кг

, отсюда

Из этой формулы находим производительность

, (13)

где: Q - количество концентрата, поступающего в барабан (кг/час)

щ₁ - начальная влажность концентрата; щ = 10%

щ₂ - конечная влажность концентрата; щ = 7%

V_Б = D L =3,14 Ч 2 Ч 14 = 87,92 (м³)

(кг/час) = 109,0208 (т/час)

Оборудование работает в год 330 дней.

Находим количество концентрата перерабатываемого в сутки:

(т/сутки)

В сутки сушильный барабан работает 22 часа. Находим количество концентрата перерабатываемого в час.

(т/час)

Зная количество концентрата перерабатываемого в час и производительность одного сушильного барабана находим количество сушильных барабанов

1 барабан нам необходим для ритмичной работы цеха по данной производительности, плюс 1 барабан в резерве.

Заключение

В данном курсовом проекте на тему: «Проект сушильного барабана» (для сушки цинкового концентрата) мы рассмотрели вопросы о работе печи, о процессах происходящих в ней, об устройстве в печи. Представили некоторые практические расчеты, связанные с сушильным барабаном. Высота дымовой трубы равна 132 м. Потери напора при движении дымовых газов равны 174,69 Па. Производительность сушильного барабана равна 25 тонн в час.

Золото в состав свинцовых концентратов в элементарной форме, в виде мельчайших включений в сульфиде свинца.

Агломерационная шихта отличается легкоплавкостью. Очистка осадков связана с остановкой машины и большими затратами физического труда. Для устранения этого недостатка была предложена конструкция машины, под колосники которой вдувается сжатый воздух.

Список литературы

1. В.В. Крапухин. Печи для цветных и редких металлов М., «Металлургия», 1980.

2. Н.И. Уткин. Металлургия цветных металлов M., «Металлургия», 1985.

3. В.А. Филиппов. Конструкция, расчеты и эксплуатация устройств и оборудования для сушки минерального сырья М., «Недра», 1969.

4. Теплотехнические расчёты металлургических печей. Под научной редакцией проф., д.т.н. А.С. Телегина. М, издательство «Металлургия», 1982

Размещено на Allbest.ru