Розрахунок печі киплячого шару

Розрахунок печі киплячого шару

Введення

При виробництві будівельних виробів, деталей і матеріалів майже у всіх випадках для перекладу сировини в нову якість - готову продукцію - застосовують теплову обробку. У більшості випадків теплова обробка дає можливість надати сировини нові, якісно відмінні властивості, необхідні в будівництві. Такий процес відбувається за рахунок фізичних і фізико-хімічних перетворень в оброблюваному матеріалі, протягом яких залежить від впливу тепла

Для теплового впливу матеріал поміщають в установку, яку в загальному випадку називають тепловою установкою. Різні фізичні і фізико-хімічні перетворення в матеріалі вимагають різного теплового впливу. Тому в кожній теплової установці створюють свій необхідний для обробки продукції тепловий режим. Під тепловим режимом розуміють сукупність умов теплового і масообмінного впливу на матеріал, як-то: зміна температури середовища, швидкість течії газів або рідини, що омивають матеріал, концентрацію газів, їх тиск.

Тепловий режим установки буде впливати на сировину і за рахунок фізичних і фізико-хімічних перетворень в ньому воно перетвориться на готову продукцію.

Метою даного курсового проекту є розрахунок печі киплячого шару з виробництва керамзитового піску.

Керамзитовий пісок - штучний пористий матеріал, отриманий шляхом спучування глинистих порід при прискореному випалюванні чи подрібнення керамзитового гравію. Спучування глин при швидкому випалюванні в певних умовах є їх найважливішим фізико-хімічною властивістю.

У результаті спучування виходить легкий поризований матеріал з мелкоячеистой структурою, що володіє малим об'ємним вагою при значній міцності і високими теплозахисними властивостями.

Керамзитовий заповнювач поряд з тим, що має достатню міцність і атмосферостійкість, володіє хорошим зчепленням з в'яжучим і не містить шкідливих домішок для в'яжучого та арматури, а також готується частіше з місцевої сировини.

Керамзитовий пісок застосовується як заповнювач при виготовленні теплоізоляційного і конструктивного (в тому числі конструкційно-теплоізоляційного) легких бетонів, а також на теплоізоляційні засипки і на інші цілі.

1. Технологічна частина

1.1 Сировинні матеріали для виробництва керамзитового піску

Сировиною для виготовлення керамзиту є глинисті гірські породи різного хіміко-мінералогічного складу і генетичного походження. Вони зустрічаються в природі в щільному, рихлому і пасти. Розм'якшуючись в умовах прискореної термічної обробки, ці породи спучуються за рахунок тиску зсередини газоподібних продуктів, що виділяються в обпалюваний глинистої масі, і утворюють склоподібної матеріал з комірчастою структурою.

Глиняні матеріали утворилися в результаті вивітрювання вивержених польовошпатових гірських порід. Процес вивітрювання гірської породи полягає в механічному руйнуванні та хімічному розкладанні. Механічне руйнування відбувається в результаті впливу змінної температури і води. Хімічне розкладання відбувається, наприклад, при впливі на польовий шпат води і вуглекислоти, в результаті чого утворюється мінерал каолініт.

Глиною називають землисті мінеральні маси або уламкові гірські породи, здатні з водою утворювати пластичне тісто, по висиханні зберігає надану йому форму, а після випалення набуває твердість каменю. Найбільш чисті глини складаються переважно з каолініту і називаються каолінами. До складу глин входять різні оксиди (А1 ₂ О _З, SiO _2, Fe ₂ O _3, CaO, Na ₂ O, MgO і К ₂ О), вільна і хімічно зв'язана вода і органічні домішки.

Великий вплив на властивості глини надають домішки. Так, при підвищеному вмісті SiO _2, не пов'язаного з А1 ₂ О _З, в глинистих мінералах зменшується єднальна здатність глин, підвищується пористість обпалених виробів і знижується їх міцність. З'єднання заліза, будучи сильними плавнями, знижують вогнетривкість глини. Вуглекислий кальцій зменшує вогнетривкість і інтервал спікання, збільшує усадку при випалюванні і пористість, що зменшує міцність і морозостійкість.

Глини характеризуються пластичністю, зв'язністю і сполучною здатністю, ставленням до сушіння і до дії високих температур.

У виробництві випалювальних матеріалів поряд з глинами використовуються діатоміти, трепели, сланці тощо Так для виробництва пористих заповнювачів - спучуються глини, перліт, вермикуліт.

На багатьох керамічних заводах відсутнє сировину, придатну в природному вигляді для виготовлення відповідних виробів. Така сировина вимагає введення добавок.

Глини, що містять підвищену кількість глинистих фракцій, мають більш високу зв'язністю, і, навпаки, глини з невеликим вмістом глинистих частинок мають малу зв'язність. Зі збільшенням змісту піщаних і пиловидних фракцій знижується єднальна здатність глини. Це властивість глини має велике значення при формуванні виробів. Сполучна здатність глини характеризується можливістю пов'язувати частки непластичний матеріалів (піску, шамоту та ін) і утворювати при висиханні досить міцне виріб заданої форми.

Основними критеріями придатності глинистої сировини для виробництва керамзиту є:

• його здатність спучуватися при термічної обробки в межах

• 1050-1250 С і утворювати при цьому матеріал, що має пористу будову з об'ємною вагою в шматку в межах 200-1350 кг / м ^3;

• зміст не більше 30% піщаних і пилуватих частинок. А окремі оксиди у таких межах: SiO ₂ - 50-55%

А1 ₂ О ₃ - 15-25%

CaO - доз%

MgO - до 4%

Fe ₂ O ₃ + FeO - 6,5-10%

Na ₂ O + K ₂ O - 3,5-5%

- Відсутність частинок карбонатів кальцію і магнію більше 0,2 мм і гіпсу;

- Утримувати тонкодисперсних органічних домішок в межах 1-2%, проте в деяких випадках недолік їх може бути заповнений відповідними добавками (нафтові продукти і відходи).

1.2 Процеси, що відбуваються при випалюванні керамзитового піску

Створення пористої структури керамзиту досягається спученням розм'якшеного при термічній обробці глинистої сировини газами (СО, СО _2, Н ₂ О, SO _2, O _2, N _2, CH), що виділяються в процесі нагрівання. Найкращий керамзит отримують при оптимальному співвідношенні в'язкості і зв'язності сировини в нагрітому стані за умови достатнього газовиділення. Це співвідношення має витримуватися протягом усього періоду газовиділення.

Отримання керамзиту з найкращими показниками пов'язане з характером газового середовища всередині гранул і в пічному агрегаті, також з режимом сушіння і випалу сирцю і охолодженні випалених гранул.

Характер газового середовища при термічній обробці сирцевих гранул обумовлюється:

A) складом продуктів згоряння палива;

Б) коефіцієнтом надлишку повітря;

B) складом газів, що виділяються органічними домішками глинистої породи (летючих і при окисленні коксового залишку), карбонатами і продуктами реакцій, що залежать від хімічного складу породи;

Г) складом пароподібних продуктів, що утворюються при видаленні хімічно зв'язаної води різних глинистих мінералів, також одержуваних при випаровуванні вологи сирцевих гранул, що завантажуються в піч.

Продукти згоряння палива і надлишкове повітря, що подаються в піч під тиском, спрямовуються в основному по осі печі. Пароподібні і газоподібні продукти, що виділяються вихідною сировиною при його нагріванні і випалюванні, відмивають гранули і потім перемішуються і видаляються з продуктом згоряння палива.

Спученням називають процес збільшення матеріалу в обсязі, що супроводжується утворенням внутрішньої, переважно замкнутої пористості.

а)

Рис. 1. Схема спучування елементарної комірки глиняного гранули а) суха гранула; б) спучена гранула; 1 - пора; 2 - спечена оболонка; 3 - суха гранула; 4 - спучена гранула

Уявімо собі, що нагрівається порожнистий глиняний кулька радіусом Го (рис. 1),

який можна уподібнити елементарної порі глиняного гранули. Під час нагрівання при досягненні певної температури глиняна оболонка розглянутого кульки почне розм'якшуватися, спікатися і в кінцевому рахунку ущільниться і стане газонепроникної, перебуваючи в піропластіческом стані. Якщо в цей момент усередині кульки з яких-небудь причин почнуть виділятися гази, то, не маючи виходу через оболонку, вони будуть створювати у внутрішній порожнині кульки надлишковий тиск, під впливом якого оболонка будучи розм'якшеною, почне розширюватися і радіус її стане r доп. Це і буде представляти собою спучування елементарної комірки глини.

Таким чином, процес спучування складається з двох стадій: перша - спікання з утворенням закритої пори і друга - власне спучування під тиском газів, що виділяються всередині закритої пори. Сума таких елементарних актів у кожному осередку глиняного гранули і зумовить загальний процес спучування всій гранули. При цьому, розглядаючи процес спучування всій гранули, необхідно мати на увазі, що за своєю товщі вона нагрівається нерівномірно: з поверхні нагрівається швидше, ніж у центрі. Тому поверхня гранули ще до того, як вся її маса набуває піропластіческое стан, покривається щільною спеченої газонепроникної оболонкою 2, запобігає витік газів з гранули навіть у тому випадку якщо поп тиском газів окремі перегородки пір виявляться прорваними.

Основною умовою, що забезпечує спучування глинистих порід при їх нагріванні, є суміщення в часі піропластіческого стану глини з інтенсивним газовиділенням всередині випалювального матеріалу. У глинах при їх нагріванні виділяється досить значна кількість газоподібних продуктів, причому експериментально встановлено, що Здатність до глин залежить від питомої газовиділення, яке у добре спучуються глин перевищує 100 мг / м. В даний час можна вважати встановленим, що джерелами газовиділення в глинах є реакції розкладу і відновлення оксидів заліза при їх взаємодії з органічними домішками або добавками у глині, а також хімічно зв'язана вода глинистих мінералів. Схема відновних реакцій може бути представлена ​​наступними рівняннями:

6 Fe ₂ O ₃ → 4 Fe ₃ O ₄ + О _2; 2 Fe ₃ O ₄ → 6 FeO + О _2;

Fe ₂ O ₃ + С = 2 FeO + СО; Fe ₂ O ₃ + СО = 2 FeO + СО _2.

Виникнення піропластіческого стану в глині ​​настає в результаті накопичення в ній достатньої кількості рідкої фази - силікатного розплаву. Інтенсивність накопичення рідкої фази залежить насамперед від хімічного складу глини. Вона зростає зі збільшенням вмісту лугів у глині ​​і різко зменшується в міру зростання в ній вільного кварцу. Відновлювальна середовище різко інтенсифікує процес накопичення рідкої фази.

На Здатність до глини впливає і режим нагріву, що створює певну інтенсивність теплообміну. Температурний перепад, що виникає в гранулі й залежний від інтенсивності теплообміну, може чинити вирішальний вплив на процес спучування глини.

Процес формування керамзитового структури при випалюванні глиняного гранули розвивається в три температурних етапи. В інтервалі температур 100-800 ° С в гранулі утворюються пори різних розмірів за рахунок видалення різних видів фізичної і частково хімічно зв'язаної води, а також за рахунок часткового вигоряння органічних домішок. У цьому ж інтервалі температур починається спікання глини. В інтервалі 800-1050 ° С відбувається утворення зовнішньої спеченої оболонки і подальший розвиток пористості, але вже за рахунок початку процесів спучування. У матеріалі розвиваються твердофазових реакції і відбувається накопичення рідкої фази. На третьому етапі (1050-1200 ° С) інтенсивно розвиваються і завершуються процеси спучування, наростають кількості середніх і великих пор радіусом до 50 мкм. Загальна пористість спученої гранули досягає 70 - 90%.

2. Теоретична частина

2.1 Зв'язок вологи з матеріалом

Всі матеріали, піддаються ТО, при виробництві будівельних виробів являють собою неоднорідні системи, в якій поєднані три фази агрегатного стану:

• тверда фаза (скелет матеріалу)

• рідка фаза (волога)

• газоподібна (повітря, пари води)

Тверда фаза матеріалу за рахунок вільної поверхневої енергії має велику адсорбційної здатності поглинати вологу. Ця волога зв'язується матеріалом і може їм утримуватися.

Вологі матеріали в залежності від їх властивостей діляться на три види:

колоїдні тіла. Вони характеризуються еластичними властивостями, що зберігаються навіть при видаленні вологи.

капілярно-пористі тіла. При видаленні вологи з них, вони набувають крихкість і можуть бути перетворені в порошок.

капілярно-пористі колоїдні тіла. При зволоженні вони збільшуються в розмірах - набухають. Видалення вологи з таких тіл супроводжується усадкою, причому видалення вологи пов'язано з порушенням зв'язку вологи з матеріалом і на це порушення необхідно витрачати певну енергію.

Всі форми зв'язку вологи з матеріалом діляться на три групи:

• хімічна

• фізико-хімічна

• фізико-механічна

Хімічна зв'язок найбільш міцна, тому що міститься в матеріалі волога є кристалізаційної. Вона міститься в суворо визначених кількісних співвідношеннях. Така волога видаляється з матеріалу тільки при високих температурах, а саме при прожарюванні або випаленні. Поглинання матеріалом рідини, хімічно зв'язаної з матеріалом супроводжується контракцією системи. Сутність цього явища пояснюється тим, що тіло, поглинаючи рідина, хоч і збільшується в розмірах, але обсяг набухає тіла зменшує суми початкових обсягів тіла і поглиненої вологи. Явище контракції проявляється при заутворі невеликою кількістю води цементу, гіпсу, глини. При введенні великої кількості води, явище контракції не зникає, але стає менш помітним.

Волога, пов'язана з матеріалом фізико-хімічним способом ділиться на:

• адсорбційно пов'язану

• асматіческі пов'язану

Адсорбційна пов'язана - така волога, яка абсорбована на зовнішній поверхні дією силового поля колоїдних частинок. Ця волога з поверхні міцел може частково проникати всередину міцели і утворювати в ній інтраміцелярний шар.

Асматіческі пов'язаної називається така волога, яка проникає в скелет колоїдного тіла шляхом дифузії за рахунок сил асматіческого тиску. Цю вологу ще називають вологою набухання. Для руйнування адсорбційних і асматіческіх зв'язків також потрібна велика енергія, проте вона значно менше, ніж для розриву хімічних зв'язків. Така волога може віддалятися при температурі не перевищує 100 С.

При фізико-механічної формі зв'язку волога утримується в мікро та макро порах за рахунок капілярного тиску і поверхневого натягу. До макрокапіллярам відносяться капіляри, які мають радіус більше 10 ^-5 см. ці капіляри не забирають вологу з повітря, а заповнюються тільки при безпосередньому контакті. Мікропори з радіусом менше 10 ^-5 см при дії сил капілярного тиску не заповнюються вологою за рахунок її сорбції з повітря, а також при її конденсацііна поверхні матеріалу. Волога змочування зв'язується з матеріалом тільки при безпосередньому контакті. Цей зв'язок сама нетривка і порушується навіть при повітряному зберіганні матеріалу з-за різниці парціальних тисків.

Вільна волога - волога, що видаляється з матеріалу до рівноважного стану з навколишнім середовищем.

Зв'язана волога - адсорбційна, асматіческая і заповнює мікрокапіляри.

2.2 Принцип створення киплячого шару

Псевдозрідженим, або киплячим шаром, називають особливий стан дисперсного матеріалу, що характеризується переміщенням твердих частинок відносно один одного за рахунок енергії газу або рідини, що пропускаються через шар матеріалу. Причому швидкість висхідного газу повинна бути достатньо високою, щоб порушити нерухомість і створити інтенсивне турбулентний рух, що нагадує кипіння рідини. При цьому

Усередині киплячого шару можна спалювати тверде, рідке і газоподібне паливо або подавати для випалу теплоносій ззовні. Поверхня контакту зерен випалювального матеріалу і теплоносія досягає в киплячому шарі максимальної величини, внаслідок чого коефіцієнт теплопередачі відрізняється досить високими показниками - близько 209 Вт / м ² - ^з С).

Збільшення поверхні контакту сприяє прискоренню тепло-і масообміну, а безперервне перемішування частинок матеріалу забезпечує вирівнювання температури в шарі, що дозволяє проводити процес швидко і в невеликих робочих об'ємах. Процеси в киплячому шарі легко регулюються і піддаються автоматизації. Як показала практика, в киплячому шарі можна обробляти зерна твердих матеріалів розміром від часток міліметра до 10 мм при різній вологості, тому що волога, яка потрапляє в киплячий шар, майже миттєво випаровується. Обпалюваний зернистий матеріал знаходиться в печі у вигляді псевдоожіжіенного шару, з якого виходить («зливається») готовий продукт. З шару видаляється стільки ж готового матеріалу, скільки в нього надходить сирцю. Тому продуктивність теплових агрегатів з киплячому шаром практично обумовлюється кількістю тепла, яке може бути виділено в процесі випалювання або підведено в шар в еденицу часу.

Поряд з великими достоїнствами метод киплячого шару має і низку недоліків. Так, інтенсивне Рух частинок в шарі і взаємне їх переміщення не дозволяють передбачити положення частинки в будь-який проміжок часу. Це означає, що частина надходять в камеру свіжих частинок може швидше вийти з шару, ніж це потрібно, і перегрівається, що для ряду технологічних процесів неприйнятно. Інший недолік методу випливає з умов взаємного зіткнення частинок і ударів їх об стінки камери, що призводить до стирання матеріалу і нагромадженню пилу, а також передчасного зносу апарату.

Щоб пояснити механізм створення киплячого шару розглянемо графік псевдорідинному в координатах: швидкість потоку - опір шару матеріалу.

P

Δ P

0 W ^_'кр W ^_кр''= W _в W

Рис. 2. Зміна опору шару сипучих матеріалів від швидкості сушильного агента

I Область фільтрації (ділянка ОА)

При проходженні повітряного потоку димових газів через шар дисперсного матеріалу останній чинить опір, але при такій швидкості потоку димових газів сили динамічного тиску цього потоку на шар матеріалу менше сили тяжкості самого шару, тому потік димових газів проникає через дисперсний шар матеріалу не змінюючи його стану, то є димові гази фільтруються через шар, а сам шар знаходиться в спокої.

При підвищенні швидкості потоку сили динамічного тиску зростають, настає момент, коли сили динамічного тиску врівноважують сили тяжіння шару (точка А). Шар набуває нових властивостей і переходить у завислий стан. Частинки матеріалу починають розсуватися, а шар збільшується по товщині.

Швидкість потоку димових газів, при якій шар переходить у завислий стан, називається критичною швидкістю початку псевдодвіженія або першої критичною швидкістю. При цій швидкості потоку опір шару досягає максимального значення. Ділянка підвищення швидкості і збільшення опору шару (АТ) називається областю фільтруючого шару.

II. Область псевдорідинному (АВ)

При подальшому збільшенні швидкості в шарі матеріалу починається вільне кипіння, частинки починають здійснювати рух без винесення часток з шару.

Ще більше збільшення швидкості призводить до інтенсифікації кипіння (точка В). Важливо мати на увазі, що у всьому діапазоні швидкостей, коли процес протікає в режимі псевдорідинному, швидкість газового потоку достатня, щоб відірвати частинки один від одного, але не достатня, щоб утримати їх. в потоці і винести за межі шару. Стан псевдорідинному і розбухання шару будуть продовжуватися до тих пір, поки швидкість димових газів не досягне значення другого критичної швидкості, або швидкості витання частинок.

Опір шару на цій ділянці постійно, що пояснюється зміною контактування частинок у шарі і можливістю їх переміщення з зростанням товщини шару.

III Область транспортування

Після досягнення швидкості витання кінетична енергія газового потоку здатна утримати в ньому частки і винести їх за межі шару, тобто настає зважений стан, при якому частинки матеріалу утворюють з газовими гетерогенну систему - аеровзвесь. Матеріал захоплюється потоком і транспортується в систему очищення димових газів та осадження тонкодисперсного матеріалу (напрям в циклони).

3. Конструктивна частина

Печі киплячого шару в залежності від характеру процесів, що протікають

в них, можуть бути одно-або багатокамерні, працювати без підведення тепла (при екзотермічних процесах) або з різними способами підведення тепла (при ендотермічних процесах). У багатокамерних печах камери можуть розташовуватися суміжно (однозонних печі) або у вертикальному положенні одна над іншою (багатозонні печі); окремі камери можуть повідомлятися між собою за допомогою зовнішніх або внутрішніх переточні пристроїв.

Піч киплячого шару складається з ряду окремих елементів, робочої камери, завантажувальних, розвантажувальних і тягодуттьових пристроїв, системи приладів для контролю і автоматичного регулювання процесу, а при ендотермічних процесах - пристроїв для спалювання палива. Робоча камера печі представляє собою футерованную шахту, перекриту склепінням. У залежності від способу підведення тепла до шахти печі прилаштовується виносна топка або пристрій для спалювання палива безпосередньо в киплячому шарі оброблюваного матеріалу. Найбільш суттєвою частиною печі є газорозподільні решітки, пристрій для спалювання палива та переточні пристрою.

Піч киплячого шару для випалу керамзитового піску показана на листі 1, Випал матеріалу проводиться таким чином: матеріал, що завантажується гвинтовим живильником 3, через течку 1 надходить у зону підігріву 2, з якого підігрітим до 750 ° С по зовнішньому переточні пристрою 5 вступає в зону випалу 6. Обпалений пісок через другий зовнішній перетік 7 надходить у холодильник 8, що працює також за принципом киплячого шару. Охолоджений до 100 ° С пісок по тічці 9 надходить на конвеєр 10. Зона підігріву обладнана подовими керамічними гратами 11, причому друга зона від зони випалу відокремлена глухою перегородкою 12. У подовий грати зони випалу вмонтовані газові пальники. Повітря турбовоздуходувной машиною нагнітається під грати холодильника і нагрітим за рахунок теплоти охолодженого піску за повітрозбірника 13 надходить у зону випалу до труб 14 пальників, забезпечуючи горіння газу.

Перемішування шару в радіальному напрямку в печах киплячого шару виражено слабко. Тому рівномірний введення палива через пальники має вирішальне значення для нормальної роботи печі. Продукти горіння із зони випалу надходять в гарячий футеровані циклон 15, де вони очищаються від винесення та, огинаючи глуху перегородку, надходять з температурою 950 ° С через грати в другу зону підігріву. Охолодити до 750 ° С через трубопровід 16 газів, що відходять направляються в циклон 4, Знепилену гази вентилятором 18 викидаються в атмосферу. Пилоподібна фракція обложеного пес із циклону по гвинтовому конвеєру 17 надходить на стрічковий конвеєр.

4. Розрахункова частина

Для розрахунку прийнята схемі установки, зображена на рис. 2, яка складається з двухзонной печі киплячого шару, футерованной циклону й холодильника киплячого шару. У холодильнику відбувається часткове охолодження матеріалу, остаточне охолодження виробляється при пневмотранспортірованіі. Холодильник виконує також роль гідрозатвори, який дозволяє з верхнього рівня шару, вільно вивантажувати матеріал. Відходять гази із зони випалу печі після осадження з них пиловидних фракцій готового продукту подаються в зону термопідготовки. Перед вступом до футеровані циклон гази, що відходять із зони випалу змішуються з холодним повітрям. Це дозволяє знизити температуру газів, що подаються в зону термопідготовки, до технологічно необхідної величини, а також полегшити роботу футерованной циклону в тепловому відношенні. Осаджена пил з газів, що відходять після зони термопідготовки повертається в зону випалу печі.

Рис. 3. Аппаратуная схема установки киплячого шару для випалу глинистої сировини

1 - циклон зони термопідготовки; 2 - зона термопідготовки; 3 - зона випалу; 4 - футеровані циклон; 5 - холодильник гідрозатвор.

Вихідні дані

Обсяг виробництва 50 тис. м ³ / рік. Насипна густина піску - 538 кг / м; коефіцієнт використання устаткування - 0,91. Температура в зоні термопідготовки 346 ° С; температура в зоні випалу - 1105 ° С; температура в холодильнику - 534 ° С; температура повітря 16 ° С; вологість сирцю 10%; втрати при прожарюванні -12%; у тому числі:

СО ₂ від дисоціації СаСО ₃ - 1,66%; СО ₂ від дисоціації MgCO ₃ -3,45%; дегідратації - 2,88%.

Зерновий склад%

Сирцю:

більше 5 мм 4

2,5-5 мм 16

1,2-2,5 мм ... 20

0,6-1.2 мм ... 26

0,3-0,6 мм ... 22

0,15-0, Змм ... 7

менше 0,15 мм 5

Піску: більше 5 мм 2

2,5-5 мм 18

1,2-2,5 мм ... 24 0,6-1.2 мм ... 28 0,3-0,6 мм ... 23 0,15-0, Змм ... 2 менше 0,15 мм 3

Матеріальний баланс

При складанні матеріального балансу необхідно враховувати наступні умови:

• видалення залишкової вологи відбувається в зоні термопідготовки;

• винесення пилу з зони термопідготовки становить 7 ... 8%

Віднесення дрібних фракцій керамзитового піску із зони випалу становить 18-20%

- Коефіцієнт осадження пилу з газів, що відходять в циклонах
термопідготовки і випалу дорівнює 0,8.

Розрахунок горіння природного газу

Визначити кількість повітря, необхідного для горіння 1 м природного газу наступного складу,%: СН4-72, 4; З ₂ Н ₆ -4,7; З ₃ М ₈ -7,3; C ₄ H _{I 0} -6,7; З _{5 Н] 2} -0,6; СО ₂ -2; N ₂ -6; H ₂ S - 0,3. Розрахунок горіння газу виробляємо в табличній формі з урахуванням різних значень коефіцієнта надлишку повітря а. Коефіцієнт надлишку повітря а = 1 використовується для теоретичного розрахунку витрати повітря, необхідного для горіння 1 кг або 1 м палива; сц-коефіцієнт надлишку повітря в корені факела (# 1 = 1,26); а ₂ - коефіцієнт надлишку повітря на завантажувальному кінці печі (а ₂ = 1, 55). Теплота згоряння палива (теплотворення): Q = 358,2 * 72,4 +637,5 * 4,7 +912,5 * 7,3 + l 186,5 * 6,7 +1460,8 * 0,6 = 44417,21 кДж / нм ³

Розрахунок горіння природного газу представлений в таблиці 1, розрахунок матеріального балансу у таблиці 2.

Таблиця 2. Розрахунок матеріального балансу

Зона термопідготовки

Прихід сирцю G, кг / ч.

Витрата:

• видалення вологи 0,091 G, кг / год;

• винесення пилу (1-0,091 G) * 0,08 = 0,072 G, k г / ч.

Вихід матеріалу із зони 1 - (0,091 G +0,072 G) = 0,828 G, кг / ч.

Зона випалу

Прихід

• із зони термопідготовки 0,828 G, кг / год;

• з циклонів зони термопідготовки 0,072 G * 0,8 = 0,0576 G, кг / ч.

Всього 0,8856 G, k г / год;

Витрата:

• Втрати при прожарюванні 0,8856 G * 0,12 = 0,1063 G, кг / год;

• винесення дрібних фракцій піску 0,8856 G * 0,19 = 0,1683 G, кг / ч.

Всього 0,2746 G кг / ч.

Разом вихід матеріалу:

• із зливу печі 0,8856 G 0,2746 G = 0,611 G, кг / год;

• з футерованной циклону 0,1683 G * 0,8 = 0,1346 G кт / ч.

ВСЬОГО 0,7456 G кг / ч.

Продуктивність печі по сирцю

G = кг / год,

де П - продуктивність печі за керамзитового піску, м ³ / рік;

ρ _н - насипна щільність керамзитового гравію, кг / м ³

Т _ф = 365 * 24 * 0,91 = 7971,6 год,

де 0,91 - коефіцієнт використання обладнання.

Визначення робочої швидкості псевдорідинному

Зона термопідготовки

1. Еквівалентний діаметр зерен сирцю.

де g _i - частка класу зерен за масою;

d _max - максимальний діаметр вузької фракції зерен сирцю, що визначається за формулою:

= = 3,467 мм,

де d ₁ і d ₂ - умовний діаметр зерна, який визначається за розміром отворів сит, відповідно прохідного і непрохідного.

2. Критерій Архімеда

A _R =

де ρ _Т - щільність твердих частинок, кг / м ^3;

ρ _Г - щільність газів при заданій температурі, кг / м ³

υ - кінематична в'язкість газу при заданій температурі, V * 10 ⁶ м ² / с

3. Критерій Рейнольдса

R _e =

4. Критична швидкість псевдорідинному при заданій температурі:

м / с

5. Критична швидкість, приведена до умов дуття:

м / с

де Т ₀ - температура повітря, що подається в зону термопідготовки, ⁰ С;

Т - температура в зоні термопідготовки, ⁰ С.

6. Робоча швидкість газів у зоні термопідготовки:

м / с,

де m - число псевдорідинному; для зон термопідготовки і охолодження 2 ... 2,5;

для зони випалу 2,5 ... 3,5.

Зона випалу

1. Еквівалентний діаметр зерен піску.

2. Критерій Архімеда

A _R =

3. Критерій Рейнольдса

R _e =

4. Критична швидкість псевдорідинному при заданій температурі:

м / с

5. Критична швидкість, приведена до умов дуття:

м / с

6. Робоча швидкість газів у зоні випалу:

м / с,

Холодильник

1. Критерій Архімеда

A _R =

2. Критерій Рейнольдса

R _e =

3. Критична швидкість псевдорідинному при заданій температурі:

м / с

4. Критична швидкість, приведена до умов дуття:

м / с

5. Робоча швидкість газів в холодильнику:

м / с,

Тепловий баланс

Зона випалу

Прихід тепла

1. З матеріалом із зони термопідготовки:

Q ₁ ^п = 0,828 G * _{C c} * t _M - 0.828 G * 0,924 * 346 = 264,715 G кДж / год,

де, t _M - температура матеріалу, який надходить на випал із зони термопідготовки;

З _с - питома теплоємність матеріалу, який надходить на випал, рівна 0,924

2. З повітрям, що подається в зону випалу:

Q ₂ ^п = В * V _в ^​​0 * а ₁ * З _в * t _в = B * ll, 743 * 1,26 * 1,344 * 16 = 318,18 У кДж / год,

де V _в ° - теоретичний об'єм повітря, необхідний для горіння 1 м ³ газу. Прийнято з розрахунку горіння палива для а = 1;

а ₁ - коефіцієнт надлишку повітря, що подається на горіння, що дорівнює 1,2 ... 1,3;

З _в - питома теплоємність повітря, що подається на горіння, рівна 1,344 кДж / м ³ * К;

t _в - температура повітря, що подається на горіння, ° С.

З.С теплом від горіння палива:

Q ₃ ^п = Q _н ^з * В = 44417,21 У кДж / ч.

4. З фізичним теплом палива:

Q ₄ ^п = B * C _t * t _T = l, 358 * 16 * B = 21,73 У кДж / год,

де t _T - температура палива, що подається на горіння, ° С;

Ст - питома теплоємність палива при температурі 16 ° С, визначається за формулою:

З _Т = 4,2 (0,323 + 0,00008 * t _T) = 4,2 (0,323 + 0,000018 * 16) = 1,358 кДж / м ³ * К.

Витрата тепла

1. На нагрівання матеріалу до температури спучування;

Q ₁ ^р = 0.8856 G * З _с * t _ОБЖ = 0.8856 G * 0,924 * 1105 = 904,22 G кДж / ч.

2. З відходять димовими газами:

Q ₂ ^р = В * V _ДГ * З _ДГ * t _ДГ = В * 16,002 * 1,44 * 1105 = 25462,38 У кДж / год,

де V _ДГ - об'єм димових газів, що визначається з розрахунку горіння палива для a ₁ = 1,26 м ^3;

t _ДГ - температура димових газів, ⁰ С;

З _ДГ - питома теплоємність димових газів при температурі 1105 ° С, визначається за формулою:

З _ДГ = 4,2 (0,323 +0,000018 * t _ДГ) = 4,2 (0,323 * 0,000018 * 1105) = 1,44 кДж / м ³ * К.

3. На дисоціацію СаСО _3:

Q ₃ ^р = , КДж / год

де - Втрати СО ₂ при дисоціації СаСО _3,%;

1587,6 - ендотермічний ефект від декарбонізації СаСО _3, кДж / кг

4. На дисоціацію MgC 0 _3:

Q ₄ ^р = , КДж / кг

де - Втрати при дисоціації MgCO _3,%;

1318,8 - ендотермічний ефект від декарбонізації MgCO 3, кДж / кг.

5. На дегідратацію глинистих мінералів:

Q ₅ ^р = , КДж / кг

де G _{H 2 O} - втрати гідратної води,%;

6720 - ендотермічний ефект дегідратації глинистих мінералів, кДж / кг.

6. На плавлення силікатної маси Q ₆ ^p = 0,828 G * 315 = 260,82 G кДж / год,

де 315 питома витрата тепла на освіту склоподібної фази, віднесений до 1 кг обпаленого піску, кДж / кг.

Рівняння теплового балансу

При складанні рівняння теплового балансу враховуємо втрати в навколишнє середовище, які приймаємо рівними 100% від загальної кількості приходу тепла. Вирішуючи це рівняння, знаходимо обсяг газу, що подається в зону випалу на горіння.

0,9 (Q ₁ ^п + ... + Q ₄ ^п) = Q ₁ ^p + ... + Q ₆ ^p;

0,9 (264,715 G + 318,18 В + 44417,21 В + 21,73 B) = 904,22 G + 25462,38 В + 23,35 G + 40,30 G + 171,44 G + 260,82 G

де G - продуктивність печі по сирцю. рівна 4297,06 кг / г;

звідки витрата газу складе: В = 336,9 мЗ / год

Відходять із зони випалу димові гази мають температуру 1100 З тому перед подачею в футеровані циклон їх потрібно розбавити холодним повітрям. Приймаються температуру суміші газів і повітря t _см = 571 ° С і визначаємо обсяг холодного повітря, необхідного для розведення.

7. Обсяг холодного повітря для розбавлення 1 м ³ димових газів:

З _ДГ * t _ДГ + V _хв * З _хв * t _хв = (1 + V _хв) * З _см * t _см, м ³

де V _XB - Обсяг холодного повітря, м;

t _{x в,} - температура холодного повітря, ° С;

З _хв - питома теплоємність холодного повітря, що дорівнює 1,344 кДж / м ³ * К;

T _ДГ - температура димових газів, ° С;

З _см - питома ємність суміші при температурі 600 ° С, визначається за формулою:

З _см = 4,2 (0,323 + 0.000018 * 571) - 1,4 кДж / м ³ * К, тоді

1,44 * 1105 + V _хл, * 1,344 * 16 = (1 + V _хв) * 1,4 * 571,

звідки V _хв = 1,018 м ³

8. Часовий вихід димових газів:

V _ДГ ^х = а ₁ * V _ДГ ^т * В = 1,26 * 12,949 * 336,9 = 5496,77

де V _ДГ ^т - об'єм димових газів _е. визначається з розрахунку горіння палива для а = 1;

а ₁ - коефіцієнт надлишку повітря, що дорівнює 1,26.

9. Об'єм повітря, що подається в зону випалу:
V ^{o БЖ} = V _у ^т * a ₁ * B = 11,743 * 1,26 * 336,9 = 4984,8 м ³ / год,

де V _a - теоретичний об'єм повітря, необхідний для горіння 1 м ³ газу. Визначається з розрахунку горіння палива при а = 1.

10. Часовий витрата повітря на розведення димових газів:

V _хв ^* = V _ДГ ^х * V _хв = 5496,77 * 1,018 = 5595,71 м ³ / ч.

11. Часовий вихід димових газів після розведення:

V _ДГ ^р = V _ДГ ^х * (V _хв +1) = 5496,77 * (1,018 +1) = 11092,48 М7 ч.

Зона термопідготовки

Прихід тепла

1. З сирцем:

Q ₁ ^п = G * З _с * t _c = G * 5,132 * 16 - 82,112 G кДж / год,

де t _c - температура сирцю,

2. З димовими газами, розведеними холодним повітрям:

Q ₂ ^п = V _ДГ ^р * З _см * t _см = 11092,48 * 1,4 * 571 = 8867328,5 кДж / ч.

3. З пилом з футерованной циклону:

Q ₃ ^п = 0,072 G * З _п * t _п = 0,072 G * 1,027 * 571 = 42,22 G кДж / год,

де t _п - температура пилу, ° С;

Витрата тепла

1. На випаровування вологи і перегрів пари:

Q ₁ ^р = 0,01 G * r + 0,01 G * C (t _тп - 418) = 249,9 G + 0,196 Gt _тп - 81,93 G кДж / год,

де С - теплоємність водяної пари, при температурі термопідготовки 1,96 кДж / кг * К;

r - прихована теплота пароутворення, рівна 2499 кДж / кг;

t _тп. - Температура термопідготовки матеріалу, ° С.

2. З виходом матеріалу із зони термопідготовки:

Q ₂ ^P = 0,828 G * C _з * t _тп = 0,8372 G * 0,924 * t _тп = 0,7650 Gt _тп кДж / ч.

3. На нагрівання пилу, що надходить в циклони зони термопідготовки:

Q ₃ ^P = 0,0576 G * З _п * t _тп = 0,0576 G * 0,924 * t _тп = 0,0532 Gt _тп кДж / ч.

4. З відходять димовими газами із зони термопідготовки

Q ₄ ^P = V ^р _ДГ * C _cv t _тп = 11092,48 * 1,4 * t _тп = 15529,47 t _тп кДж / ч.

Рівняння теплового балансу

Втрати тепла в навколишнє середовище приймаємо рівними 10% від загальної кількості приходу тепла. Вирішуючи рівняння теплового балансу, визначаємо допустиму температуру термопідготовки t _тп.

0,9 (Q ₁ ^п + Q ₂ ^п + Q ₃ ^п) = Q ₁ ^р + Q ₂ ^p + Q ₃ ^р + Q ₄ ^р

0,9 (82,112 G +8867328,5 +42,22 G) = 249,9 G +0,1960 t _тп - 81,93 G +0,765 Gt _тп +0,0532 Gt _тп +15529,47 t _тп

Підставляючи чисельне значення G, знаходимо t _тп = 389,17 що є технологічно допустимим.

5. Загальний об'єм газів, що подаються в зону термопідготовки:
   V _ГТП = V _ДГ ^р = 11092,48

6. Питома витрата тепла на виробництво 1 кг керамзитового піску:

q = кДж / год

Холодильник

Прихід тепла

1. З матеріалом із зони випалу:

Q ₁ ^п = 0,611 G * C _кп * t _ОБЖ = 0.611 G * 1,2 * 1105 = 810,19 G кДж / год, де t _ОБЖ - температура випалу, С;

З _кп - питома теплоємність керамзитового піску при температурі 1105 С:

З _кп = 0,84 (1 +0,00039 * 1105) = 1,2 кДж / кг * К,

2. З повітрям, що подається на псевдорідинному:

Q ₂ ^п = V _хол * З _в * t _в = V _хол * 1,344 * 16 = 21,504 V _хол

Витрата тепла

1. З піском, що виходять з холодильника:

Q ₁ ^п = 0,611 G * З _кп * t _кп = 0,611 G * 1,0149 * 534 = 331,135 G кДж / год

де t _кп - температура керамзитового піску, що виходить з холодильника, ° С;

З _кп - питома теплоємність керамзитового піску при температурі 534 ° С.

З _кп = 0,84 (1 +0,00039 * 534) = 1.0149 кДж / кг * К.

2. З йдуть повітрям:

Q ₂ ^P - V _хол * З _в * t _{y. В.} = V _хол * 1,344 * 534 = 717,696 V _хол кДж / ч.

Рівняння теплового балансу

Втрати тепла в навколишнє середовище приймаємо рівними 10% від загальної кількості приходу тепла. Вирішуючи рівняння теплового балансу, визначаємо об'єм холодного повітря, що подається в холодильник:

0,9 (Q ₁ ^п + Q ₂ ^п) = Q ₁ ^р + Q ₂ ^р

0,9 (810,19 G + 21,504 V _хол) = 331,135 +717,696 V _хол;

підставляючи чисельне значення G = 4297,06 кг / г, знаходимо: V _хол = 2456,77 м ³ / ч.

Визначення розмірів поперечного перерізу зон печі

Площа поперечного перерізу і діаметр кожної зони установки визначаються виходячи з розрахованої раніше робочої швидкості псевдорідинному і об'єму повітря або газів. Розрахунок поперечного перерізу кожної зони проводиться за формулою:

F = V / 3600 ω _p

де V - об'єм повітря або газів, що подаються в зону, м ³ / год

ω _p - Робоча швидкість газів у зоні, м / с

Зона термопідготовки

1. Поперечний перетин: F = м

2. Діаметр: d _{m. N.} = м

Зона випалу

1. Поперечний перетин: F = м

2. Діаметр: d _ОБЖ. = м

Холодильник

1. Поперечний перетин: F = м

Діаметр: d _{m. N.} = м