Випал вапна в обертових печах з конвеєрним кальцинатором

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВА РОБОТА

Випал вапна в обертових печах з конвеєрним кальцинатором



Зміст

Вступ

1. Опис роботи теплової установки

2. Технічні параметри та режим роботи установки

3. Розрахунок горіння палива

4. Матеріальний баланс

5. Тепловий баланс установки по зонах

6. Розрахунок розмірів печі

7. Аеродинамічний розрахунок з виробом обладнання

8. Техніко-економічні показники

Список використаної літератури6



Вступ

Виробництво в'яжучих матеріалів є основою сучасного будівництва. Частка головного з них - цемент - становить понад 20 % усіх матеріалів, що застосовуються у будівництві, причому світовий випуск його зріз більше ніж у 6 разів.

Вперше вапно почали широко застосовувати в Греції. В пікенський період вапно застосовували лише для штукатурних і облицювальних робіт, а також як грунт для настінного малювання. Потім його почали використовувати і при будівництві гідротехнічних споруд. І лише в римський період розпочалося масове застосування вапна для мурувальних розчинів.

Вапно застосовували на території всіх країн, які були під римським володарюванням, а також в інших країнах стародавнього світу, наприклад а Індії, де великого поширення набуло вапно в суміші з „сіркою” ( меленою цеглою).

Найвищою якістю вирізняються розчини, що виготовляють на повітряному і слабко гідравлічному вапні. Як гідравлічна добавка застосовується мелена цегла (цементівка). Міцність розчинів значно перевищує міцність давньогрецьких зразків із Криму. Міцність на стискування становить від 7,5 до 14 МПа.

Повітряне вапно буває таких видів:

· негашене грудкове - продукт випалювання карбонатних порід;

· негашене мелене вапно - продукт помелу грудкового вапна;

· гідравлічне гашене вапно - порошкоподібний продукт гідратації негашеного вапна.

Повітряне вапно забезпечує твердіння і збереження міцності будівельних розчинів за повітряно-сухих умов.

Обертові печі дають змогу випалювати дрібні фракції, а також мякі породи і діставати мяковипалене вапно. Довжина таких печей від 30 до 100 м. Чим довша піч, тим менша питома витрата палива.

Для поліпшення теплотехнічних показників обертових печей за ними встановлюють парові котли-утилізатори, оскільки температура відхідних газів досягає 700...800°С. застосовують також підігрівники вапняку, і тоді матеріал надходить у піч з температурою 500...800°С. підігрівники бувають шахтні, циклоні, у вигляді конвеєрної гатки. Якщо втрати теплоти без додаткових пристроїв становить 20...30%, то в печах з підігрівниками вона знижується до 16..20%. піч устаткована барабанними холодильниками для охолодження вапна, що виходить з неї. Потужність печей 200...500 т/добу.

В подальшому впроваджуватимуться печі потужністю 1000 т/добу.

У світовій практиці близько 60% загальної кількості вапна виробляється в шахтних печах. Але при будівництві нових вапнякових заводів як випалювальні агрегати передбачають обертові печі. Це пояснюється рядом переваг, якими наділені обертові печі. До цих переваг потрібно віднести:

· велику продуктивність одиничного агрегату, який досягай 1000...1200 т на добу;

· можливість використовувати дрібні фракції вапняку розміром 5...50 мм (а в окремих випадках до 3...5 мм), які практично не можливо випалювати у звичайних шахтних печах;

· можливість випалювання маломіцних та руйнівних при нагріванні, а також пухких вапняків та крейди;

· меншу тривалість випалювання порівняно з шахтними печами, нескладне регулювання режиму випалювання;

· одержання вапна з більш сталими властивостями;

· менші затрати робочої сили на виготовлення одиниці продукції.

Переваги обертових печей полягають у великій механізації та автоматизації процесів , а також у тому, що в них можна випалювати м'які породи і шлами, чого не можна зробити в шахтних печах, і використовувати будь-який вид вапна.

Недоліки обертових печей порівняно з шахтними є підвищена витрата палива, запиленість вихідних газів, що вимагає встановлення пиловловлювачів, велика витрата металу на 1 т потужності, підвищені капіталовкладення, значна витрата електроенергії.

теплова установка піч вапно



1. Опис роботи теплової установки

Вапно випалюють переважно за сухим способом. Основне обладнання - три типи випалювальних агрегатів: шахтні печі для випалювання розсіяного великошматкового вапняку (40...80; 80...120 та 120...180 мм) на короткополум'яному вугіллі (антрациті та пісному) або на природному газі та мазуті; короткі обертові печі з запічними підігрівачами сировини для випалювання розсіяного дрібношматкового вапняку (20...50 мм) на газу або на мазуті; довгі обертові печі без позапічних теплообмінників для випалювання, головним чином не розсіяної пухкої високовологої сировини (із шматками меншими за 50 мм) на газі або на мазуті. Обертові печі обох типів можуть працювати також на пиловугільному паливі.

Рис. 1. Довга обертова піч з теплообмінними пристроями усередині корпусу:

1 -- роликові опори, 2 -- бандажі, 3 -- підвінцева шестерня, 4 -- редуктор приводу, 5 -- електродвигун, 6-- головка печі, 7 -- кільця жорсткості, 8 -- циліндровий корпус, 9 -- вінцева шестерня, 10, 11, 14 -- теплообмінні пристрої, 12 -- пилоосаджувальна камера, 13-- тічка сировини



Система КВП передбачає вимірювання температур у печах і зонах підігрівання сировини, випалювання та охолодження вапна, відхідних газів та вміст у них СО₂ та С0, визначення рівнів завантаження матеріалом шахтних печей, подавання сировини до обертових печей та витрати палива на випалювання.

Питома витрата теплоти обертових печей перевищує аналогічний показник шахтних печей приблизно на 10%, що зумовлено конструктивними особливостями агрегатів. На практиці ця різниця перевищує 20%, оскільки обертові, печі працюють на більш вологій сировині, і температура відхідних газів, особливо в разі відсутності запічних теплообмінників (сухий спосіб випалювання), в них значно вища.

Основні елементи: завантажувальні, розвантажувальні, паливоспалювальні та газовідсмоктувальні пристрої. Піч працює за схемою протипотоку. Тривалість активного процесу підігрівання та декарбонізації матеріалу становить 10...15 год. Загальний час перебування матеріалу в печі - близько однієї доби. Як завантажувальний пристрій застосовують скіповий підйомник та двоклапанний затвор з повторною чашею. Розвантажувальний пристрій -- колосникова решітка з обернено-поступальним рухом. У нижній частині печі є герметичний механізм, який попереджує підсмоктування повітря, у вигляді барабанного або шлюзового затвору. Для подачі в піч газового палива та його спалювання по колу корпусу печі встановлюють два яруси по 6-8 пальників у кожному.

Проте за такими показниками, як витрати теплоти та електроенергії, питомим капіталовкладенням обертові печі поступаються шахтним печам.

Специфіка випалювання вапна, в обертових печах - застосування шматкової сировини, яка перетворюється у вапно без появи рідкої фази (відсутність спікання).Тривалість процесу випалювання вапна приблизно в 5 разів менша порівняно з цим процесом у шахтних печах, високотемпературна стадія нагрівання матеріалу - 1050...1150°С, тобто на 300...400°С нижча, ніж при випалюванні цементного клінкера. Не спостерігається налипання матеріалу до стінок печі з утворенням захисної "обмазки", властивій випалу цементного клінкеру. Характеристика обертових печей сухого способу випалювання вапна, які працюють на газі та мазуті.

Найбільш ефективні короткі обертові печі з запічними підігрівачами сировини, які працюють на фракційному вапняку (20...50 мм) порівняно з довгими печами без підігрівачів. Питома витрата палива перших менша в середньому на 50 кг/т вапна.

Обертові печі використовують втому випадку, коли випалюються м'які породи ( крейда, вапняки-черепашники, туфи) сировина з великою кількістю вологи, а також дрібні фракції (5...40мм). Обертова піч має обертовий барабан, з середини футерується вогнетривкою цеглою - шамотом. Для охолодження вапна є барабанні холодильники, які встановлюються з гарячого кінця печі, з цього кінця також спалюють паливо, яке може бути твердим, газоподібним і рідким. Найбільш висока якість вапна забезпечується при використанні газоподібного палива, яке згоряє в газових пальниках. З холодного кінця печі подають сировину, встановлюють пилову камеру, циклони і електрофільтри ( для уловлення пилу, який відноситься відхідними газами). Розміри печей можуть бути різі, найбільш часто: d=3м l=50...75м. Продуктивність:7...12 т/год.

Обертові печі з конвеєрним кальцинатором використовують для сухого або комбінованого виробництва сировинної суміші у вигляді гранул. Існує дві схеми роботи конвеєрних кальцинаторів: з однократним і двократним просочуванням газів. Схема з двократним просочуванням газів економніше в тепловому відношенні і може забезпечувати витрату тепла до 3,77 МДж (900 ккал) на кг клінкера .

Пічний агрегат складається із гранулятора, колосникова решітка, холодна камера, обертової печі і холодильника колосникового чи барабанного типу. Конвеєрний кальцинатор являє собою безкінечну колосникову решітку, що рухається зі швидкістю 25...50 м/год. Решітка вставлена в стальний кожух, футерований вогнетривкою цеглою. Простір під решіткою розділений перегородкою на дві камери: холодну і гарячу, в нижній бункерній частині яких установлений конвеєр для просипу. Два вентилятора: нагнітаючий і відсмоктуючий створюють розрідження під решіткою.

Рис 2. Запічний теплообмінник типу конвеєрної решітки:

1 -- колосникова решітка, 2 -- нескінченний ланцюг, 3 -- колосники, 4 -- ланцюговий конвеєр, 5, 17 -- натяжна і приводна зірочки, 6 -- патрубок, 7 -- завантажувальна воронка, 8 -- холодний відсік, 9 -- змішувач, 10 -- перегородка, 11 -- розжигова труба, 12 -- керований шибер, 13 -- гарячий відсік, 14 -- кожух, 15 -- теплоізоляція кожуха, 16 -- обертова піч.

Принцип роботи печі з конвеєрним кальцинатором заключається в наступному: із гранулятора сировинна маса в вигляді гранул діаметром 8...15мм безперервно поступає на колосникову решітку, що рухається, і рівномірним шаром товщиною 150...200 мм розподіляється на ній. Виходячи із печі гази з температурою 950...1000°С поступають в простір над решіткою гарячої камери і просочуються вентилятором через шар гранул, при цьому температура газів знижується до 300°С. Далі гази проходять через трубопроводи через циклони пилоочистки і нагнітається тим же вентилятором в надрешітному просторі холодильної камери. Гази, просочуються вентилятором через шар матеріалу, що знаходиться в холодильній камері, підсушують його і, охолонувши до 90...110°С, видаляються із кальцинатора.Перед випалом вапняк або крейду подрібнюють до потрібного розміру. В обертову піч завантажують вапняк розміром 10...50 мм, що потрапляє в приймальний бункер, потім дозується і підйомником подається в обертову піч.

Сировину подають в один кінець печі через спеціальний завантажувальний пристрій. Повітря, необхідне для спалювання палива, підводить у піч з протилежного кінця. Піч працює під дією розрідженням, на вимушений тязі, що створюється димососом. У нижній частині вентилятором створюють надлишковий тиск. По довжині печі умовно можна поділити на окремі зони. Перша - зона нагріву, що займає до третини довжини печі. В ній вапняк втрачає залишкову вологу і нагрівається до 850°С.

У зоні декарбонізації і випалу, що займає близько 20% довжини печі, температура піднімається до1100°С, повністю виділяється хімічно зв'язана волога і проходить дисоціація CaCO₃. Ця зона є найбільш термічно зв'язана напруженою, оскільки на неї затрачено 1740 кДж теплоти на 1 кг CaCO₃.В наступній зоні охолодження - матеріал охолоджується до 700°С, розплав кристалізується, а для подальшого різкого охолодження застосуються холодильники.

Таблиця 1

Технічні характеристики обертової печі

№	Показники	Значення
1	Тип печі	ІІІ
2	Діаметр барабана, м: зовнішній внутрішній	3,6 3,2
3	Довжина барабана, м	110
4	Робочий об'єм агрегату, м3: загальний у тому числі барабана підігрівача сировини	880 880 -
5	Маса агрегату без випалювального матеріалу, т: всього у тому числі металу вогнестійкого	1200 730 470
6	Тип теплообмінних пристроїв	Навіска жаростійких ланцюгів
7	Частота обертання, хв	0,6…1,2
8	Потужність приводу, кВт	125
9	Димосос: подача,м3•с тиск, кПа потужність, кВт	50 2 125
10	Система пиловловлюючих газів	Горизонтальний електрофільтр чи циклоні пило осаджувачі
11	Розміри шматків,	до 40мм
12	Продуктивність за виходом вапна агрегатна, кг за 1с питома, кг/(м3•С)	3,9 4,43•10-3

При випалі сировини відбувається дисоціація вуглекислого кальцію і магнію, причому активно проходить тверднофазні реакції. У результаті цього виділяється оксид кальцію, який взаємодіє з глинистими і тонко дисперсними піщаними домішками, утворюючи в результаті низько основні силікати, ферити, алюмінати і алюмоферити кальцію. В даній печі використовується природний газ Газлинського родовища.

За необхідною потужністю обираємо обертову піч, технічні характеристики якої наведені в таблиці 1.

Так як продуктивність однієї печі 14т/год, а потрібна годинна продуктивність 23т/год, приймаємо дві печі.

2. Технічні параметри та режими роботи установки

Випал вапна в даній курсовій роботі проводиться таким чином:

1. Матеріал( вапняк):

· в зоні охолодження і спікання 1000…1100…1000°С;

· в зоні екзотермічних реакцій від 850°С до 1000°С;

· в зоні декарбонізації від 850°С до 650°С;

· в зоні нагріву нагрівається від 650°С до 400°С;

· в зоні дегідратації від 400°С до 150°С;

· в зоні досушки від 150°С до 80°С;

· в зоні випаровування від 80°С до 15°С;

2. Повітря знаходиться в печі при температурі 10°С, виходить з печі 200°С.

3. Вапняк має початкову вологість 7%.

4. Годинна продуктивність печі (орієнтовно) 14т/год.

5. Присмоктування повітря через негерметичні головки печі у=3%.

3. Розрахунок горіння палива

При випали в обертовій печі, як правило, використовують природній газ, мазут. В даній курсовій роботі використовується природній газ Газлинського родовища, його хімічний склад наведено в таблиці 2.

Таблиця 2

Елементарний склад природного газу Бугуруслансьлого родовища (у %)

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2
82,3	5	2	1,2	0,6	0.4	8,5

Розрахунок ведемо на 1м³ природного газу.

1. Визначаємо нижчу теплоту згорання газу:

Q_H=358•CH₄+638•C₂H₆+913•C₃H₈+1187•C₄H₁₀+1461•C₅H₁₂=358•82,3+638•5+913•2+1187•1,2+1461•0,6=36782,4кДж/м³.



2. Визначаємо вищу теплоту згорання газу:

Q_B=398•CH₄+695•C₂H₆+993•C₃H₈+1286•C₄H₁₀+1580•C₅H₁₂=398•82,3+695•5+993•2+1286•1,2+1580•0,6= 40707,6 кДж/м³.

3. Визначаємо теоретично необхідну кількість сухого повітря:

L₀=0.0476•(2• CH₄+3.5• C₂H₆+5• C₃H₈+6.5• C₄H₁₀+8• C₅H₁₂)= 0.0476•(2• 82,3+3.5• 5+5• 2+6.5• 1,2+8•0,6)=9,74 м³/м³.

4. Приймаємо вологовміст атмосферного повітря d=10 г/кг сухого повітря

і знаходимо теоретично необхідну кількість атмосферного повітря з врахуванням його вологості:

L₀?=(1+0,0016•d)• L₀=(1+0.0016•10)•9.74=9,89 м³/м³.

5. Приймаємо коефіцієнт залишку повітря для горіння a=1,2. Тоді

витрати:

· сухого повітря: L_a=1,2•9,74=11,69 м³/м³;

· атмосферного повітря: L_a'=1,2•9,89=11,87 м³/м³.

6. Визначаємо кількість і склад продуктів горіння при a=1,2:

V_CO2=0.01•(CO₂+CH₄+2•C₂H₆+3•C₃H₈+4•C₄H₁₀+5•C₅H₁₂) =0.01•(0.4+82,3+2•5+3•2+4•1,2+5•0,6)=1,065м³/м³.

V_H2O=0.01•(2•CH₄+3•C₂H₆+4•C₃H₈+5•C₄H₁₀+6•C₅H₁₂+0.16•d•L_a)=0.01•(2•82,3+3•5+4•2+5•1,2+6•0,6+0.16•10•11.69)=2,16 м³/м³.

V_N2=0.79• L_a +0.01• N₂=0.79•11.69+0.01•8,5=9,33 м³/м³.

V_O2=0.21•( a -1)• L₀=0.21•(1.2-1)•9,74=0,41 м³/м³.



7. Визначаємо кількість продуктів горіння:

V_a=1,065+2,16+9,33+0,41=12,97 м³/м³.

8. Складаємо матеріальний баланс процесу горіння на 100 кг газу, приведеного до нормальних умов, при a=1,2.

Таблиця 3

Матеріальний баланс процесу горіння

Прихідна частина	кг	Витратна частина	кг
Природний газ CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2 N2 Повітря O2 N2 H2O	59,3 6,78 4,04 3,41 1,93 0,79 10,63 350,9 1155,6 15,04	Продукти горіння CO2 H2O N2 O2 Нев'язка	210,55 173,66 1167,18 58,59 -1,6
Всього	1608,4	Всього	1608,4

Похибка балансу складає:

.

9. Визначаємо теоретичну температуру горіння. Для цього запишемо рівняння теплового балансу, процесу горіння на 1 м³ палива:



де С_пов - теплоємність повітря при t_пов;

Нехай температура повітря t_пов=20°С, тоді С_пов=1,3 кДж/м³•°С.

С_пл - теплоємність палива при температурі t_пл . Для природного газу можна прийняти С_пл=1,6 кДж/м³•°С., при t_пл=20°С.

С_Д.Г. - теплоємність димових газів при t_г .

Для природного газу існує залежність С_Д.Г.=1,355+0,000075•t_г,

де t_г - температура димових газів, °С.

То теоретичну температуру можна однозначно визначити з рівняння теплового балансу:

.

Звідки t_г=1912°С.

Обраховуючи пірометричний коефіцієнт, який для обертової печі :

°С.

10. Розрахуємо додаткову кількість повітря, яка йде на підтримання в печі 1250°С.

За тепловим балансом:

де Х_пов - додаткова маса повітря.



36782,4+1,6•20+(11,87+Х_пов)•1,3•20=12,97•1785•1,47+1,46•1785•Х_пов,

звідки Х_пов=1,2 м³/м³.

11. Загальна кількість повітря:

м³/м³ чи 10,11 м³/кг палива.

12. Визначаємо дійсний коефіцієнт витрати повітря:

.

13. Визначаємо загальну кількість продуктів горіння при a=1,02:

м³/м³;

м³/м³

м³/м³

м³/м³

м³/м³

14. Визначаємо густину димових газів:

кг/ м³.



15. Визначаємо ентальпію для даних газів:

16. Визначаємо вологовміст димових газів:

4. Матеріальний баланс

Розрахунок матеріального балансу ведеться на один кілограм вапна. Для в'яжучого з однокомпонентної шихти, яким і є вапно, витрати сировини ведуть з урахуванням фізико-хімічних процесів, які лежать в основі їх технології.

Визначимо витрату вапняку Івано-Франківського родовища на отримання 1 кг випаленої продукції.

Для в'яжучого з однокомпонентної шихти, будемо витрату сировини вести за орієнтовним значенням коефіцієнта втрат при прожарюванні за таблицею 4 .

Таблиця 4

Склад сировини ( у %)

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	CaCO3	SO3	ВПП
5,42	1,94	0,63	50,23	0,77	91,35	0,66	40,35

Витратна частина:

1. Паливо - Х кг;

2. Сировина

сухої сировини:

кг;

вологого вапняку з вологістю 7%:

кг.

3. Повітря

м³/кг

або кг/кг.

Прихідна частина:

1. Вихід вапна - 1 кг;

2. Вихід технологічної вуглекислоти:

кг;

м³.

3. Вихід фізичної води сировини:

кг

м³.



4. Вихід гідротехнічної води:

кг,

м³.

5. Вихід вихідних газів з палива:

кг/кг,

Таблиця 5

Матеріальний баланс на 1 кг вапна

Прихідна частина	кг	Витратна частина	Кг
Вапно Вихідні гази Вуглекислота Волога фізична Волога гідратна Димові гази	1 0,671 0,126 0,011 12,847•Х	Паливо Сировина Повітря	Х 1,802 15,128•Х
Всього	12,847•Х+1,808	Всього	15,128•Х+1,802

5. Тепловий баланс установки по зонах

Розрахунок теплового балансу ведеться на один кілограм вапна.

Спочатку визначаємо загальний тепловий баланс.

Тепловий баланс печі на 1 кг вапна

Прихідна частина:

1. Від згоряння палива:



кДж;

2. Внесемо шламом:

кДж,

де С_с - питома теплоємність сировинної суміші,

3. З присмоктаним повітрям:

кДж;

де С_П - теплоємність повітря;

4. Ентальпія вторинного повітря при t=400°C:

кДж.

Витратна частина:

1. На дисоціацію СаСО₃:

кДж,

де 1658 кДж/кг - кількість теплоти на дисоціацію СаСО₃;

2. На випаровування вологи:

кДж,



де 2500 кДж/кг - прихована теплота пароутворення;

3. Кількість теплоти з вихідними газами:

де V_i - відповідні об'єми, м³,

С - теплоємність продуктів згорання при t=200°C;

4. Ентальпія вапна на виході з печі:

кДж.

4. Втрати в навколишнє середовище (n=8% від кількості теплоти, що надійшла в зону охолодження):

кДж,

де S - площа поверхні печі, м³,

Q - питома витрата теплоти з 1 м³ печі , кДж/м³,

Р - продуктивність, т/год.



Таблиця 6

Тепловий баланс обертової печі на 1 кг вапна

Прихідна частина	кДж	Витратна частина	кДж
Від згоряння палива Внесено матеріалом З присмоктаним повітрям З вторинним повітрям	36577Х 22 7Х 12080Х	На розпад СаСО3 На випаровування вологи З відхідними газами Ентальпія вапна Втрати в навколишнє середовище	2538 315 3597Х+173 995,5 1172
Всього	48664Х+22	Всього	3597Х+5193,5

З балансу отримуємо рівняння:

.

На 1 кг вапна йде Х=0,115 м³/кг:

кДж теплоти.

Для побудови графіків температури повітря по довжині печі розбиваємо її на зони і складаємо тепловий баланс окремо для кожної зони.

Тепловий баланс зони охолодження і спікання на 1 кг вапна

Прихідна частина:

1. Від охолодження матеріалу:

кДж;

2. Повітря, нагріте в холодильнику:

кДж.



Витратна частина:

1. Втрати в навколишнє середовище (по експериментальним даним [3]): 165 кДж;

2. Ентальпія вихідних газів: .

Таблиця 7

Тепловий баланс зони охолодження і спікання на 1 кг вапна

Прихідна частина	кДж	Витратна частина	кДж
З матеріалом З повітрям	4206 780	В навколишнє середовище З вихідними газами	165
Всього	4986	Всього	165+

кДж.

Визначаємо температуру газів методом підбору (при 2000°С):

при 2100°С ( розраховуємо аналогічно):

Тоді температура газів:

°С.



Тепловий баланс зони декарбонізації (випалу) на 1 кг вапна

Прихідна частина:

1. Ентальпія газів, що надійшли: 977 кДж;

2. Ентальпія СО₂ із сировини:

кДж;

3. Від згоряння палива: 4206 кДж.

Витратна частина:

1. На нагрівання матеріалу до 1100°С:

кДж;

2. На декарбонізацію:

кДж;

3. Втрати в навколишнє середовище (по експериментальних даних [3]):

281 кДж;

4. Ентальпія вихідних газів: .

Таблиця 8

Тепловий баланс зони декарбонізації і підігріву на 1 кг вапна

Прихідна частина	кДж	Витратна частина	кДж
З продуктами горіння Ентальпія СО2 з сировини Від горіння палива	977 574 4206	На нагрівання матеріалу На завершення декарбонізації В навколишнє середовище З димовими газами і СО2	411 1610 281
Всього	5757	Всього	2303+

кДж.

Визначаємо температуру газу методом підбору:

при 1000°С: кДж;

при 1100°С: кДж.

Тоді температура газів

°С.

Тепловий баланс зони нагріву на 1 кг вапна

Прихідна частина:

1. Ентальпія газів, що надійшли: 3457 кДж;

2. Ентальпія водяної пари:

кДж;

Витратна частина:

1. На нагрівання матеріалу до 850°С:

кДж;

2. На випаровування вологи:



кДж;

3. Втрати в навколишнє середовище ( по експериментальним даним): 45 кДж;

4. Ентальпія вихідних газів ( із загального балансу): 1731 кДж.

Таблиця 9

Тепловий баланс зони нагріву на 1 кг вапна

Прихідна частина	кДж	Витратна частина	кДж
З продуктами горіння З водяною парою	3451 21,5	На нагрівання матеріалу На випаровування В навколишнє середовище З димовими газами і СО2 Нев'язка	1367 291 45 1731 38,5
Всього	3472,5	Всього	3472,5

Нев'язка складає

Визначимо температуру газів методом підбору:

при 800°С: кДж; при 900°С: кДж.

Тоді температура газів:

°С.

6. Розрахунок розмірів печі

Теплова потужність печі МВт.

де П - годинна продуктивність печі, т/год;

Q - кількість теплоти на 1 кг вапна, кДж.



Внутрішній діаметр труби:

м.

Зовнішній діаметр печі:

м,

Приймаємо 3,6м;

- товщина футеровки, м.

Зона охолодження:

м,

де - час перебування матеріалу в зоні охолодження;

- нахил корпуса печі (3,5%);

- частота обертання печі (1,2 об/хв);

- кут природного укосу;

Зона спікання:

м.

Зона екзотермічної реакції:

,



°С.

м.

Зона декарбонізації:

м.

де - кількість теплоти, яка передається матеріалу в даній зоні, визначається із теплового балансу зони, кДж

- коефіцієнт тепловіддачі від газового потоку до матеріалу в даній зоні;

- площа поверхні футеровки і теплообмінників на 1 м довжини печі ( м²);

- середньо логарифмічна різниця температур газів і матеріалів в даній зоні.

Загальна довжина печі складає:

м.

Приймаємо стандартну піч 110х3,6 м.

Час перебування матеріалу в печі:

год.

Злом продукції з 1 м² площі футеровки:



кг/( м²•год).

Злом продукції з 1 м³ об'єму печі:

кг/(м³•год).

7. Аеродинамічний розрахунок з вибором обладнання

Витрати газів в аеродинамічному тракті становить:

до печі ( повітря):

м³/год, абом³/с;

після печі ( димових газів):

м³/год абом³/с.

Визначаємо аеродинамічний опір труби:

Па.

- коефіцієнт втрат в печі приймаємо з прийнятих даних ( 0,19).

Оскільки піч мусить працювати під розрідженням, а загальний опір печі 600 Па, приймаємо 2 вентилятори УП 7-40, які працюють по паралельній схемі, із загальним тиском 500Па і витратою 6000 м³/год кожний( див. таблицю.10).



Таблиця 10

Характеристика вентилятора типу УП 7-40

Показник	Значення
Продуктивність	3000
Повний тиск, Па	500
Частота обертання, об/хв	1000
Температура, °С	200

Приймаємо, що вентилятор працює не на всю потужність, а лише на 55%.

По ділянці повітропроводу між нагнітаючими вентиляторами і піччю, довжиною 8 м, проходить повітря з температурою 20°С і швидкістю 10 м/с.

Діаметр труби

м.

Густина повітря при 20°С:

кг/м³.

Опір ділянки, при коефіцієнті тертя становить:

Па.

Для попереднього очищення газів при 190°С по продуктивності приймаємо мультициклон з 4 елементів типу ЦИ, діаметром 1500мм і продуктивністю 21500м³/год. Швидкість газу в циклонах м/с.



Гідравлічний опір одного циклону .

Опір циклонів:

Па.

По ділянці повітропроводу між піччю і циклонами, довжиною 6м, проходить повітря з температурою 200°С і з швидкістю 10м/с.

Діаметр труби:

м.

Опір ділянки, при коефіцієнті тертя становить:

Па.

По ділянці повітропроводу між циклонами і електрофільтром, довжиною 6м, проходить повітря з температурою 180°С і з швидкістю 10м/с.

Густина газів при 180°С:

кг/м³.

Опір ділянки, при коефіцієнті тертя становить:

Па.



Для останнього очищення газів при 170°С по продуктивності приймаємо електрофільтр типу УВП-10 з технічними характеристиками, що наведені в таблиці 11. Опір електрофільтра складає 5Па.

Таблиця 11

Технічні характеристики електрофільтра типу УВП-10

Показники	Значення
Продуктивність, м3/год	3200
Швидкість газів, м/с	1
Можлива температура, °С	80…130
Гідравлічний опір, мм.рт.ст.	5
Площа активного перерізу, м2	10
Кількість секцій ( полів)	1

Тиск перед трубою повинен бути приблизно рівним атмосферному. Він становить:

Димосос повинен створювати тиск близько 1240 Па. Вибираємо два димососи марки Д-8, які працюють по паралельній схемі.

По ділянці повітропроводу між електрофільтром і димососами, довжиною 10м, проходить повітря з температурою 150°С із швидкістю 15 м/с.

Діаметр труби:

м.

Густина газів при 150°С становить:



кг/м³.

Опір ділянки при коефіцієнті тертя , становить:

Па.

По ділянці повітропроводу між димососами і димовою трубою, довжиною 10м, проходить повітря з температурою 140°С і з швидкістю 15м/с.

Діаметр труби:

м.

Густина газів при 140°С становить:

кг/м³.

Опір ділянки, при коефіцієнті тертя , становить:

Па.

Для викиду відпрацьованих газів в атмосферу приймаємо димову трубу висотою 30м, яка створює розрідження ( за експериментальними даними) 150Па. Швидкість газів в гирлі труби м/с.



Діаметр гирла труби:

м.

Діаметр основи труби: м.

Середній діаметр труби: м.

Швидкість газів в трубі:

м/с.

Загальний аеродинамічний опір тракту становить:

Зведений аеродинамічний розрахунок наведений в таблиці 12.

Таблиця 12

Розрахунок втрати тиску по аеродинамічному тракті

№ точки	Назва опору	V, м3/с	d, мм	L, м	v, м/с	, кг/м3	t, °С			, Па	, Па
1		5,22	-	-	-	1,177	20	-	-	-	0
1-2		5,22	-	-	-	1,177	20	-	-	+1100	-
2		5,22	-	-	10	1,177	20	-	-	-	260
2-3		5,22	577	8	10	1,177	20	0.02	-	-2	-
3		5,22	-	-	10	1,177	20	-	-	-	258
3-4		-	-	75	-	-	-	-	-	-600	-
4		7,73	-	-	10	1,677	200	-	-	-	-342
4-5		7,73	993	6	10	1,677	195	0.02	-	-1	-
5		7,73	-	-	10	1,677	190	-	-	-	-343
5-6		7,73	-	-	5	1,677	185	-	105	-891	-
6		7,73	-	-	10	1,677	180	-	-	-	-1234
6-7		7,73	627	6	10	1,677	175	0.02	-	-1	-
7		7,73	-	-	8	1,677	170	-	-	-	-1235
7-8		7,73	-	-	1	1,677	165	-	-	-5	-
8		7,73	-	-	8	1,677	160	-	-	-	-1240
8-9		7,73	627	10	15	1,677	155	0.02	-	-3	-
9		7,73	-	-	15	1,677	150	-	-	-	-1243
9-10		7,73	-	-	20	1,677	145	-	-	+1275	-
10		7,73	-	-	17	1,677	140	-	-	-	32
10-11		7,73	1100	10	15	1,677	135	0.02	-	-3	-
11		7,73	2780	-	8	1,677	130	-	-	-	29
11-12		7,73	2315	30	3,2	1,677	105	-	-	87	-
12		7,73	1400	-	3,2	1,677	80	-	-	-	0

8. Техніко-економічні показники

Річна продуктивність печі становить

т/рік,

Де 365•24 год/рік - річний фонд робочого часу цеху випалу.

Визнаємо питомі витрати на 1 кг готової продукції:

· Теплової енергії:

;

· Природного газу Газлинського родовища:



Х=0,115м³/кг;

· Умовного палива:

м³/кг.

Питомі витрати на 1 годину роботи печі такі:

· Природного газу Газлинського родовища:

кг/год;

· Умовного палива:

кг/год.

Питомий зйом вапна:

· З 1м³ робочого об'єму печі:

кг/(м³•год);

· З 1м² робочої площі футеровки, кг:

кг/(м²•год).

Зведена техніко-економічні показники подані в таблиці 13.



Таблиця 13

Техніко-економічні показники процесу випалу в обертовій печі

Показники	Значення
1. Річна продуктивність, т/рік	12300
2. Питомі втрати на 1 кг вапна: · Теплової енергії, кДж/кг · Природного газу Газлинського родовища, м3/кг · Умовного палива, м3/кг	4206 0,115 0,144
3. Питомі втрати на 1 кг години роботи печі: · Природного газу Газлинського родовища, м3/кг · Умовного палива, м3/кг	1610 2016
4. Питомий зйом вапна: · З 1 м3 робочого об'єму печі, кг/(м3•год) · З 1 м2 робочого площі футеровки, кг/(м3•год)	15,9 12,7
5. Загальний аеродинамічний опір тракту, Па	1467



Список використаної літератури

1. В'яжучі матеріали. Підручник: Пер. З рос. ( О.О.Пащенко, В.П.Сербій, О.О. Старчевська).-К.: Вища школа, 1995;

2. Дворкін. Л. Й., Шестаков В. Л. Проектування підприємств для виробництва в'яжучих матеріалів, - К.:1996;

3. Волженский А. В., Буров Ю. С., Колокольников В. С. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1979;

4. Монастырев А. В. Производство извести. М.: 1978;

5. Болдырев А. С. Строительные материалы. (Справочник). М.: 1979;

6. Бойтон Р. С. Хімія і технологія вапна.-М.:СТройиздат,1979;

7. ДСТУ Б.В.2.7.90-99 «Вапно будівельне»;

8. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций: Учебник для строительных вузов./ В.А. Бауман, Б.В. Клушанцев, В.Д. Мартынов.- 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1981;

9. Рикс С.М. Основы термодинамики и теплотехники.- М.: Высшая школа, 1968.

Размещено на Allbest.ru