Реферат: Расчёт теплотехнической эффективности замены барабанного холодильника на колосниковый на Паранайском цементном заводе

Содержание:

TOC o «1-3» h z u Задание PAGEREF _Toc59902430 h 2

Введение.PAGEREF _Toc59902431 h 3

1. Расчет горения топлива.PAGEREF _Toc59902432 h 6

2. Материальный балансцементной вращающейся печи.PAGEREF _Toc59902433 h 7

3. Тепловой балансхолодильника PAGEREF _Toc59902434 h 9

4. Тепловой балансвращающейся печи.PAGEREF _Toc59902435 h 11

5. Сводные данные.PAGEREF _Toc59902436 h 14

Таблица 6. Материальный баланспечи PAGEREF _Toc59902437 h 14

6. Аэродинамический расчет PAGEREF _Toc59902438 h 15

Заключение.PAGEREF _Toc59902439 h 18

Литература PAGEREF _Toc59902440 h 19

Задание

Теплотехническаяэффективность замены барабанного холодильника на колосниковый на Паранайском цементном заводе.

Исходные данные для расчета.

Сырьё – извесняк

Производительностьпечи =10 т/ч

Размеры печи2,90х2,44х56

Топливо – уголь

Wг

Aг

Sсб, %

Сг

Нг

Nг

Oг

Sг

Vг

2,7

0,5

84,0

5,2

1,4

8,7

0,7

1,15

Qтп=21000

Химико-минералогическийсостав.

С3S=50%

C2S=23%

C3A=10%

C4AF=12%

%Al2O3 = 3,73

ПППс = 34,4

Введение.

Наиболее распространённымихолодильниками клинкера являются рекуператорные (планетарные), колосниковые ибарабанные (трубные). Известны и другие виды холодильников, но масштабы ихприменения в промышленности менее значительны.

В этой работе предлагается заменабарабанного холодильника на колсниковый на Паранайском цементном заводе.

Барабанный (трубный) холодильникпредставляет собой металлический барабан диаметром 2,5—6,0 м и длиной 20—100м, вращающийся на бандажах и опорных роликах с частотой 3—6 об/мин. Кожуххолодильника обычно, имеет такой же диаметр, что и кожух печи. Привод барабана,так же как и привод вращающейся печи, состоит из электродвигателя, редуктора,венцовой и подвенцовой шестерен. Угол наклона барабана к горизонту равен 4— 6°.Горячая часть барабана отфутерована шамотным кирпичом или чугунными плитами. Наостальной части корпуса барабана в шахматном порядке установлены лопасти(швеллеры), которые пересыпают клинкер и способствуют увеличению поверхноститеплообмена. Мелкий клинкер после выхода из печи просыпается через решетку, акрупные его куски направляются в дробилку. Загрузочное устройство холодильникавыполнено в виде керамической шахты с наклонным дном. Места соединения шахты сголовкой печи и барабаном холодильника уплотняются. В барабанном холодильникеклинкер охлаждается с 1273—1373 до 373—573 К. Охлаждающий воздух, нагреваемыйдо температуры 773—873 К, используется в качестве вторичного воздуха.

Барабанныйхолодильник у печи с циклонными теплообменниками производительностью 1800т/сут имеет диаметр 4,6 м и длину 50 м, угол его наклона 4,5°, а частотавращения 2,4 об/мин. Он эффективно работает, если футерован огнеупорной массойна 70— 80% своей длины, а на участке между 16 и 28 м в нем устаиовлены литыелопатки и далее до конца холодильника —лопатки из стального листа. Вместолопаток можно устанавливать ковши из жаростойкого литья. Для понижениятемпературы клинкера до 423— 473 К необходимо впрыскивание воды внутрь барабанапри расходе ее около 3 м3/ч. Барабанный холодильник не оборудуетсядробилкой, так как крупные зерна клинкера разбиваются при пересыпании.Преимуществами барабанных холодильников являются простота конструкции инадежность в эксплуатации, отсутствие избыточного воздуха, относительно низкийрасход электроэнергии. К. недостаткам холодильника относится недостаточнострого регулируемое количество вторичного воздуха, большая его запыленность,что ухуджает видимость в печи, необходимость установки вращающихся печей навысоких фундаментах, Недостаточно высокая стойкость пересыпающих лопаток иполок. Возможный перегрев нефутерованного корпуса холодильника до 523—673 Кчастично устраняется путем орошения его водой. Барабанные холодильникираспространены недостаточно широко.

Колосниковыехолодильники различных конструкций работают по одному и тому же принципу —охлаждение клинкера осуществляется присасыванием воздуха сквозь его слой.Колосниковые холодильники имеют колосниковую решетку, состоящую из отдельныхколосников — палет, на которой слоем толщиной 150—300 мм распределяетсягорячий клинкер. Холодный воздух подается под решетку и проходит слойклинкера, охлаждая последний до 333— 353 К.

Впромышленности применяют колосниковые холодильники некоторых марок,отличающиеся один от другого некоторыми конструктивными особенностями.

Вхолодильниках «Волга» и «Фуллер» горизонтальные колосниковые решеткиизготовлены из одинакового количества чередующихся подвижных и неподвижныхколосников Решетка заключена вметаллический кожух, верхняя часть которого отфутерована шамотнымогнеупором. Неподвижные колосники решетки прочно закреплены в кожухе, аподвижные смонтированы на общей раме и совершают возвратно-поступательноедвижение с помощью кривошипно-шатунного механизма, благодаря чему осуществляетсяпродвижение клинкера, лежащего на решетке слое толщиной 150—300 мм. Рамысовершают 8-16 движений в минуту при величине хода до 100 мм. Зазор междуплитами достигает 5—8 мм, а живое сечение всей решетки—10%. Подрешеточноепространство разделено на две, три зоны и более в зависимости от габаритовхолодильника. В секции камеры подается холодный воздух, наиболее горячая частькоторого (из 1-й секции) используется в качестве вторичного воздуха, аостальная часть (из двух секций отводится наружу. Для резкого охлажденияклинкера и равномерного распределения его на решетке применяют острое дутьевоздуха высокого давления или ступенчатую наклонную решетку. В разгрузочномконце холодильника установлены решетка или грохот, отсеивающие нор малыше зернаклинкера и направляющие крупные зерна в дробилку. Под колосниковойрешеткой установлен скребковый, транспортер для удаления мелких фракцийклинкера, просыпавшихся через зазоры между колосниками.

Одной изнаиболее изученных в настоящее время схем является совмещение колосниковогохолодильника с шахтно-секционным холодильником. Клинкер охлаждается от 1623до —673 К в колосниковом холодильнике, при этом весь охлаждающий воздухпоступает в печь. Затем клинкер проходит дробилку предварительного дробления иподается во второй холодильник, представляющий собой систему шахтных секций, вкоторые горячий клинкер загружается сверху с помощью элеватора, скребковогоконвейера и поворотных заслонок. Клинкер движется по шахтам вниз со скоростью2,5—3 см/мин и проходит их за 2—3 ч. Выгрузка клинкера с температурой 343—353 Ксинхронизирована с нагрузкой. Холодный воздух низкого давления., по специальнымтрубопроводам, проходящим в шахтах-секциях, подается сверху вниз и нагреваетсядо 333—373 К, после чего направляется в колосниковый холодильник. Так каквоздух не контактирует с клинкером, то он не содержит пыли и понуждается вочистке.

Экономичентакже двойной просос охлаждающего воздуха через слой клинкера в разныхкамерах. В этом случае температура подогрева вторичного воздуха может достигать1073—1173 К.

Кнедостаткам колосниковых холодильников относят то что они имеют сложнуюконструкцию и много движущихся частей, часто выходящих из строя. Приохлаждении мелкого клинкера значительная часть его просеивается через отверстиямежду колосниками и перегружает скребковый транспортер, что вызываетостановку агрегата. Однако они характеризуются высокой удельной производительностью [800— 900 кг/(м2.ч)] и глубоким (до 323—353 К) охлаждениемклинкера. В связи с тем что найдены способы уменьшения, степени влиянийотмеченных недостатков, в последнее время стали проектироваться колосниковыехолодильники как средней, так и большой (3000 -10000 т/сут) производительности.

1. Расчет горения топлива.

Сp

Нp

2,03

22,6

63,3

3,92

1,06

6,56

0,53

1.1 Теоретический объемный и массовыйрасход воздуха.

Lв0= 0,0889 ∙ Сp+0,265 ∙ Нp+ 0,333(Op — Sp) = 0,088∙63,3 + 0,265 ∙ 3,92+ 0,0333(6,56 – 0,53)=6,465 [нм3/кг. т.]

mв0=1,293 ∙ Lв0= 1,293 ∙ 6,465 = 8,359 [кг/кг т.]

1.2 Действительный расход воздуха

Lвд =α∙Lв0= 1.15 ∙ 6,465 = 7,435 [нм3/кг. т.]

mв0= α∙ mв0= 1.15∙ 8,359 = 9,613 [кг/кгт.]

1.3 выход продуктов горения

LCO2= 0,0186 ∙ Cp= 0,0186 ∙ 63,3 = 1,117 [нм3/кг.т.]

LН2О= 0,112 ∙ Нp+ 0,0124 ∙ WP= 0,112 ∙ 3,92 + 0,0124∙ 2,03= 0,464 [нм3/кг. т.]

LN2= 0,79 ∙ Lвд+ 0,018 ∙ Np=0,79 ∙ 7,435 + 0,08 ∙ 1,06= 5,958 [нм3/кг. т.]

LSO2 =0,007 ∙ Sp = 0,0075∙ 0,53 = 0,0037 [нм3/кг. т.]

L O2 =0,21 ∙ (α– 1)∙ Lв0= 0,21∙ (1,15 – 1) ∙ 6,465 = 0,204 [нм3/кг. т.]

Lп.г.= 1,117 + 0,464 + 5,958 + 0,0037 + 0,204 = 7,807 [нм3/кг. т.]

mCO2 =1,977 ∙ LCO2 = 1,977 ∙ 1,177 = 2,327 [кг/кг. т.]

mН2О = 0,805 ∙ LН2О= 0,805 ∙ 0,464 = 0,374 [кг/кг. т.]

mN2= 1,251 ∙ LN2=1,251 ∙ 5,958 = 7,453 [кг/кг. т.]

mSO2 =2,928 ∙ LSO2 = 2,928 ∙ 0,0037 = 0,011 [кг/кг. т.]

m O2 =1,429 ∙ L O2 = 1,429 ∙ 0,204 = 0,292 [кг/кг. т.]

mп.г.= 2,327 + 0,374 + 7,453 + 0,011 +0,292 =10,457 [кг/кг. т.]

Таблица 1. Материальныйбаланс горения топлива.

Приход материалов

Количество

Выход материалов

Количество

кг

Топливо:

Воздух

действительный

9,613

1. Углекис-лый газ

2. Водяные пары

3. Азот

4. Сернистый газ

5. Кислород

6. Ар

2,327

0,374

7,453

0,011

0,292

0,226

Итого:

10,613

Итого:

10,683

Невязка:

100% ∙ (Gпр– Gрас) / Gmax= 100% ∙ (10,613– 10,683) / 10,683=0,65%

2. Материальный баланс цементнойвращающейся печи.

1.

Расходные статьи материального баланса.

1.1

Топливо.

хт [кг/кгкл]

1.2 Воздух.

Gв= <img src="/cache/referats/18132/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">т =<img src="/cache/referats/18132/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

Gв =<img src="/cache/referats/18132/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1027">= 13,522xт[кг/кгкл]

1.3 Теоретический расход сухой сырьевой смеси.

<img src="/cache/referats/18132/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> ;

<img src="/cache/referats/18132/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1029">кл]

Расход сырьевой смеси

<img src="/cache/referats/18132/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> [кг/кгкл]

1.4 Воздух для горения топлива

Vвг = Lвд∙ хт = 7,435 ∙ хт [нм3/кг. кл.]

Gвг= mвд∙ хт =9,613 ∙ хт [кг/кг т.]

1.5 Пылевозврат

Действительный расход сухого сырья, где апу принимаемравным 1%:

<img src="/cache/referats/18132/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1031"><img src="/cache/referats/18132/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1032">=0,152 [кг/кг.кл]

2. Приходные статьи материального баланса.

2.1 Общий пылеунос

2.2

Выход отходящих газов

Gог=mпг*хт+GН2Ог+w+GCO2c[кг/кг.кл]

GСО2с= Gсд((ПППс – 0,35Al2O3)/100) = 1,539((34,4 – 0,35∙3,73)/100) = 0,509 [кг/кг.кл]

GH2Oг= Goc — GСО2с– Gкл= 1,539/(100 – 1) = 0,015 [кг/кг.кл]

Gог= 0,509 + 0,015 + 10,683 ∙ xт= 10,683 ∙ xт + 0,539

Таблица 2. Предварительныйматериальный баланс печи

Приход

Количество, кг/кг.кл

Расход

Количество, кг/кг.кл

1.Выход клинкера

2.Выход отходя-щих газов

3.Oбщий пылевы-нос

10,683 ∙ xг + 0,539

0,154

1.Расход топлива

2.Сырьевая смесь

3.Воздуха на горение

4. Пылевынос

хт

1,554

9,613 ∙ хт

0,154

Сумма

10,683 ∙ xт + 1,693

Сумма

10,683 ∙ xт + 1,706

3. Тепловой баланс холодильника

Приход:

1)

Теплотас клинкером, входящим в холодильник:

Qклвх=mкл ∙Скл ∙ tкл, [кДж/кг.кл],

где tклвх=13500С,

Скл=1,076 [кДж/м3 ∙К],

Qклвх=1∙1350 ∙ 1,076=1452,6 [кДж/кг.кл.]

2)

Теплотас воздухом на охлаждение:

а) Барабанный холодильник

Vвохл =Vввт=0,8 ∙ Lвд∙хт = 0,8∙7,435 ∙хт = 5,948∙хт [кДж/кг.кл];

tc= 10 0C; Cв= 1,297 [кДж/кг.кл];

Qвохл= 5,948∙хт ∙10∙ 1,297 =77,145∙хт

б) Колосниковый холодильник

Qвохл= 3 ∙ 1,297 ∙ 10 = 38,91 [кДж/кг.кл];

где Vвохл=3 [м3/кг. кл].

Расход:

1)

Теплотас клинкером выходящим из холодильник:

а) Qклвых=mкл∙Скл∙tклвых;

где Скл=0,829кДж/кг∙Кл, tклвых=2000С,

Qклвых=1∙0,829∙200=165,8 [кДж/кг∙Кл].

б) Скл=0,785 [кДж/кг ∙Кл], tклвых=1000С,

Qклвых=1∙0,785∙100=78 [кДж/кг∙К].

2)

Теплотас избыточным воздухом:

б) Qвизб= (Vвохл — Vввт)∙ Cв= (3 – 5,948 ∙ хт) ∙ 150 ∙ 1,305=587,25 – 1164,32 ∙ хт

3)

Теплота через корпус:

Qч.к.х= S · α ·(tк– toc)/Bкл

гдеtк=500С,

tос=100С,

α= (3,5+0,062 · tк) · 4,19 = (3,5 + 0,062 · 50) · 4,19 =27,67

а) S=π· D· L=3,14 · 3 · 50 = 471 [м3]

Qч.к.х= 471,0 · 27,67 · (50 – 10)/10000 = 52,13 [кДж/кг. Кл.]

б) S = 2 ·l ·h+2 · b · h+l · b

S = 20 · 6 · 2 + 6 · 5 · 2 + 20 · 5 =400 [м2]

Qч.к.х= 400 · 27,67 · (50 – 10)/10000 = 44,27 [кДж/кг. Кл.]

4)

Теплота со вторичнымвоздухом:

Qв``= ΣQпр– (Qвизб– Qклвых– Qч.к.х)

а) Qв``= 1452,6 + 77,145 · хт – 165,8 – 52,13 = 1234,67 + 77,145 · хт [кДж/кг∙ Кл.]

б) Qв``= 1452,6 + 38,91 – 78 – 587,25 + 1164 · хт – 44,27 = 781,99 +1164,32 · хт [кДж/кг ∙ Кл.]

Таблица 3. Предварительный тепловой балансхолодильника

Приход

Количество, кДж/кг.кл

Расход

Количество, кДж/кг.кл

1.С клинкером входящим

2. Воздух на охлаждение

1452,6

77,145∙хт

1452,6

38,91

1.

С клинкером выходящим

2. Теплота через корпус

3.Воздух:
— избыточный

— вторичный

165,8

52,13

1234,67 + 77,145 · хт

44,27

587,25 – 1164,3∙хт

781,99 + 1164,3·хт

сумма

1452,6 +

77,145∙хт

1491,51

сумма

1452,6+

77,145 · хт

1491,51

4. Тепловой баланс вращающейся печи.

Приход

1)

Теплоот горения топлива

Qнр=389 ∙ Ср + 1030 ∙ Hp+ 108.9 (Op+ Sp) – 25 Wp= =389 ∙ 63,3+ 1030 ∙ 3,9 +108,9 (6,56 + 0,53) – 25 ∙ 2,03 = 29267,217 [кДж/кг ]

Qт= Qнр ∙ xг=29267,817∙хт [кДж/кгКл.]

2)

Тепло вносимое топливом

Qтф=хт ∙ Ст ∙ tт=0,92 ∙ 70 ∙хт = 64,4 ∙хт[кДж/кг Кл.]

3)

Тепло вносимое сырьевой смесью

Qc/cм= ( Gc/cмд∙Сc/cм+ GН2ОW∙ CН2О) ∙ tc= (1,539 ∙ 0,832 + 0,015 ∙4,19) ∙ 20 = 26,86 [кДж/кг Кл.]

4)

Тепловозвратной пыли.

QпВозв= GпВозв∙Сп ∙ tп= 0,152 ∙ 1,06 ∙ 100 = 16,112 [кДж/кг Кл.]

5) Тепло воздуха вторичного и первичного

Qвпер= Vв∙ Св ∙ tв = 0,2 Lвд∙ хт ∙10 ∙1,259 =0,2 ∙7,435 ∙хт ∙ 10 ∙ 1,259 =18,72∙ хт

Теплота вторичного воздуха из теплового баланса холодильника

а) Qввт=1234,67 + 77,145 · хт [кДж/кг Кл.]

б) Qввт= 781,99 + 1164,3·хт [кДж/кг Кл.]

Расход

1. Тепловойэффект клинкерообразования:

Qтек= Qдек+ Qдег+ Qж.ф. — Qэкз

где Qдек=GСаСО3∙1780– теплота на декарбонизацию,

GСаСО3=GСО2с∙МсаСО3/(44 ∙ МСО2),

GСаСО3=0,59∙100/44=1,157 кг/кг. кл,

Qдек=1,157 ∙ 1780 = 2059,46 [кДж/кг Кл.]

Qдег=GН2Ог∙7880 – теплота на дегидратацию глины.

Qдег= 0,015 ∙ 7880 = 118,2 [кДж/кг Кл.]

Теплотаобразования жидкой фазы:

Qж.ф.=100 [кДж/кг Кл.].

Теплотаобразования клинкерных минералов:

Qэкз=0,01∙(528∙C3S+715∙C2S+61∙C3A+84∙C4AF),

Qэкз=0,01∙(528∙50+715∙23+61∙10+84∙12)= 444,63 [кДж/кгКл.]

Qтек=2056,46 + 118,2 + 100 –444,63 = 1833,03 [кДж/кгКл.]

2.

Склинкером, выходящим из печи:

Qклп=Qклвх=1452,6 [кДж/кг Кл.]

3.

Теплос пылью:

Qп= Gпобщ ∙Сп ∙ tо.г., [кДж/кгКл.],

Qп=1,06 ∙ 300 ∙ 0,154 = 48,97 [кДж/кг Кл.]

4.

Теплона испарение влаги из сырья

Qм= 2500 ∙ GН2Ог=2500 ∙ 0,015 =37,5 [кДж/кг Кл.]

5.

Потеритепла корпусом в окружающую среду:

Qч/к.=S

F∙a(tc-tв)/В, [кДж/кг Кл.],

1. участокдекарбонизации 50%, 150 — 250

2. участок: обжиги охлаждение 50%, 200-3000С.

F1=3,14 ∙2,9 ∙ 0,2 ∙ 0,56+ 0,3 ∙ 0,56 ∙ 3,14 ∙ 2,44 = 230,7 м2

F2= 3,14 ∙ 2,44 ∙ 56 ∙0,5 = 214,5 м2

α

1 = (3,5 + 0,062 ∙ tн) ∙ 4,19 = (3,5 + 0,062 ∙150 ) ∙4,19 = 53,63

α

2 = (3,5 + 0,062 ∙ tк) ∙ 4,19 = (3,5 + 0,062 ∙200 ) ∙4,19 = 66,62

Qч/кп.=(230,7 ∙ 53,63∙ (150-10) + 214,5 ∙ 66,62 ∙ (200 –10))/10200 = 436.0

[кДж/кг Кл.]

тогда потери через корпус печи, приусловии что через корпус теряется около 80% тепла.

Qч/к= 436 + 436 ∙ 0,2 = 523,2 [кДж/кг Кл.]

6.

Потеритепла с отходящими газами

Qог= [(LCO2∙ CCO2+ LH2O∙ CH2O+ LN2∙ CN2+ LSO3∙ CSO3+ LO2∙ CO2) ∙ xт+

+(GH2OW+ GH2Oг)/ρH2O∙CH2O+ GCO2/ρCO2 ∙ CCO2] ∙ tог=[(1,177∙ 1,863 + 0,464∙ 1,542 + 5,958∙ 1,307 + 0,0037∙1,955 + 0,204∙ 1,356) ∙ xт+ (0,015 + 0,015)/1,542+ 0,509/1,977∙1,863] ∙ 300 = 3293,76 ∙хт + 161,15

Находим удельный расход топлива

а) 29267,817 · хт+ 64,4 · хт + 26,4 + 16,112 +1234,67 + 77,145· хт + 18,72 · хт = 1833,03 + 1452,6 +48,97 + 37,5 +583,2 + 3293,76 · хт + 161,15

26134,322 · хт= 2839,268

хт =0,108 [кДж/кг ∙ Кл.]

[x] = 29267.817 · 0108/10200 = 0,309 =309 [кг.Усл. т/т. Кл.]

б) 29267,817 · хт+ 64,4 +26,4 + 16,112 + 781,99 + 1164,32 · хт + 18,72 · хт= 1833,03 + 1452,6 + 48,97 + 37,5 + 523,5 + 3293,76 · хт + 161,15

27221,497 · хт= 3232,248

хт =0,118 [кг/кг ∙ Кл.]

[хт] =29267,817 · 0,118/10200 = 0,338 =338 [кг. Усл. т/т. Кл.]

5. Сводные данные.Таблица 6. Материальный баланс печи

Приход

Материала