--PAGE_BREAK--
Тепловой эффект образования бемита из гидраргиллита
,
где — стандартная теплота образования гидраргиллита, кДж/кг;
— стандартная теплота образования бемита, кДж/кг;
— стандартная теплота образования воды, кДж/кг.
.
Тепловой эффект образования γ-Al2O3из бемита
,
где — стандартная теплота образования γ-Al2O3, кДж/кг.
.
Тепловой эффект реакции перекристаллизации при переходе из γ-Al2O3в α-Al2O3
,
где — стандартная теплота образования α-Al2O3, кДж/кг.
.
При образовании 100 % α-Al2O3из γ-Al2O3тепловой эффект реакции составляет –320,4118 кДж/кг, тогда при образовании 10 % α-Al2O3тепловой эффект реакции равен –32,0412 кДж/кг.
.
4 Затраты тепла на испарение влаги ,
,
где 0,53 — содержание кристаллизованной влаги в гидроокиси алюминия, кг;
2258,41 — скрытая теплота испарения воды, кДж/кг.
.
5 Затраты тепла на нагрев влаги до температуры отходящих газов ,
,
где 22,4 — объем занимаемый одной грамм-молекулой водяного пара;
18 — молекулярный вес воды;
— средняя теплоемкость водяных паров при температуре отходящих газов, кДж/м3°С;
— температура водяных паров, °С. Принимается равной температуре отходящих газов в холодном обрезе печи.
.
6 Затраты тепла с воздухом подсоса со стороны холодной головки вращающейся печи ,
,
где — объем воздуха подсасываемого в печь, м3/кг. Принимается равным 11,7 % от теоретически необходимый объем воздуха;
— средняя теплоемкость воздуха, при температуре дымовых газов, кДж/м3°С;
— средняя теплоемкость подсасываемого воздуха, кДж/м3°С;
— температура подсасываемого воздуха, °С.
.
7 Затраты тепла с пылью в систему газоочистки ,
,
где — количество пыли в отходящих из печи газах, кг/кг глинозема;
— средняя теплоемкость пыли при данной температуре в зависимости от фазового состава, кДж/кг°С;
— температура пыли, °С.
.
8 Теплопотери в окружающую среду поверхностью оборудования ,
,
где 0,12 — потери в окружающую среду печью.
.
Таблица 1.3 – Тепловой баланс печи кальцинации
Приход тепла
кДж/кг
Расход тепла
кДж/кг
1 Теплота сгорания топлива
3985,396
1 Физическое тепло глинозема, выходящего из печи
762,37
2 Физическое тепло топлива
19,0045
2 Физическое тепло отходящих газов
407,3144
3 Теплосодержание сухого гидрата
75,6463
3 Тепло затраченное на реакцию дегидратации и перекристаллизации гидроокиси алюминия
684,3667
4 Теплосодержание внешней влаги в гидроокиси алюминия
28,492
4 Затраты тепла на испарение влаги
1580,887
5 Теплосодержание воздуха, поступающего в печь на сжигание топлива
689,2915
5 Затраты тепла на нагрев влаги до температуры отходящих газов
334,3324
6 Теплосодержание пыли из системы пылеулавливания
6 Затраты тепла с воздухом подсоса со стороны холодной головки вращающейся печи
386,5196
7 Затраты тепла с пылью в систему газоочистки
612,7678
8 Теплопотери в окружающую среду поверхностью оборудования
478,2476
Итого
5246,9483
Итого
5246,8055
1.2.2 Определение температуры горения топлива
Теоретическую температуру горения , рассчитывают по формуле:
,
где — физическое тепло нагретого воздуха, кДж/кг;
— физическое тепло топлива,кДж/кг;
— количество тепла, расходуемого на диссоциацию RО2 и Н2О,кДж/кг;
— потеря тепла от неполноты горения (в данном случае ),кДж/кг;
— объем продуктов сгорания, м3/кг;
— средняя теплоемкость продуктов сгорания, кДж/м3°С.
Физическое тепло воздуха при получении 1 кг Al2O3определяется из формулы, кДж/кг,
,
.
Объем газов от горения 0,0955 кг мазута, м3:
Итого 1,1563 м3
где 0,1562; 0,1431 и т. д. — количество продуктов сгорания, образующихся при горении 1 кг мазута.
Принимаем, что равно 2200 ° С.
Тогда количество тепла, расходуемого на диссоциацию RО2 и Н2О , определяется по формуле:
,
где 12758,55 и 10810,2 — теплоты диссоциации RО2 и Н2О кДж/м3 (приведено к нормальным условиям);
0,03 и 0,18 — степени диссоциации, определяющиеся по графику.
.
Тепло продуктов сгорания при 2200 °С
,
,
,
Принимаем ; при этом .
Принимаем также .
Действительная максимальная температура газов в печи несколько ниже :
,
где — пирометрический коэффициент, учитывающий реальные условия горения.
Для вращающихся трубчатых печей . Принимаем .
Тогда
,
округленно принимаем 1800 °С.
1.2.3 Определение основных размеров печи
Внутренний диаметр барабанной печи , определяется из условия оптимальной скорости движения газового потока в печи по формуле:
.
Принимаем, по данным практики, . Определяем действительное количество газов () при производительности печи 44 т/ч и газовом потоке 2,0779 м3/кг.
Секундное количество отходящих газов, м3/с:
,
при средней температуре газов в печи ,
,
.
Округленно получаем , при этом наружный диаметр .
Длину печи определяют из условия теплообмена в основных зонах печи. Ниже приводится метод зонального теплового расчета печи кальцинации (таблицы 1.4 и 1.5).
Принимаем потери тепла в окружающую среду, кДж: холодильник 40,651; I зона 80,8238; II зона 214,255; III зона 61,694; IV зона 44,477; V зона 36,3468.
Таблица 1.4 – Распределение материалов по зонам, кг
Зона
Температура материала в начале зоны
t'м, °С
Температура материала в конце зоны
t″м, °С
Наименование
Твердый материал в слое
Gм
Вода физическая
Gω
Вода гидратная
Пыль
Gп
Всего твердого материала
Gм∙п∙з
I
200
40
Поступает: гидроокись пыль из зон II и III
1,537+0,535
0,295
0,210
–
0,550
2,917
Выделяется
0,535
0,210
–
0,300
0,835
Выходит
2,082
–
–
–
2,082
II
900
200
Поступает
2,082
–
–
0,150
2,232
Выделяется
–
–
0,532
0,550
1,082
Выходит
1,150
–
–
–
1,150
III
1200
900
Поступает
1,150
–
–
–
1,150
Выделяется
–
–
–
0,150
0,150
Выходит
1,000
–
–
–
1,000
IV
1050
1200
Поступает
1,000
–
–
–
1,000
Выходит
1,000
–
–
–
1,000
V
700
1050
Поступает
1,000
–
–
–
1,000
Выходит
1,000
–
–
–
1,000
продолжение
--PAGE_BREAK--
Таблица 1.5 – Количества газов на границах зон I–V
Материал
V
IV
III
II
II
поступает
выходит
поступает
выходит
поступает
выходит
поступает
выходит
поступает
выходит
Топливо, кг
0,0955
0,0955
0,0955
–
–
–
–
–
–
–
Воздух, кг
1,0608
1,0608
1,0608
–
–
–
–
–
–
–
RO2, м3
–
–
–
0,1562
0,1562
0,1562
0,1562
0,1562
0,1562
0,1562
H2O, м3
–
–
–
0,1431
0,1431
0,1431
0,1431
0,8051
0,8051
1,0647
N2, м3
–
–
–
0,8241
0,8241
0,8241
0,8241
0,8241
0,8241
0,8241
O2, м3
–
–
–
0,0329
0,0329
0,0329
0,0329
0,0329
0,0329
0,0329
Итого
1,1563
1,1563
1,1563
1,1563
1,1563
1,1563
1,1563
1,8183
1,8183
2,0779
Пыль, кг
–
–
–
–
–
0,150
0,150
0,550
0,550
0,300
Количество тепла, получаемое или отдаваемое материалом, определяется как разность между количествами энергии, полученными материалом к началу и к концу зоны.
Зона I.
Общий расход энергии на нагрев материала к концу зоны I, ,
,
.
Общий расход энергии на нагрев материала к началу зоны I, ,
,
.
Общее количество тепла, , которое необходимо передать материалу:
,
в том числе — количество тепла, которое, затрачивается на превращение и нагрев неразложившихся исходных веществ и твердых продуктов реакции .
Зона II
,
.
,
Зона III
,
,
Зона IV
Зона V
Таблица 1.5 – Исходные данные для расчета температур газового потока по зонам
I
II
III
IV
V
, кДж/кг
1074,1065
2483,6644
407,7944
–113,978
–266,11
, кДж/кг
80,8238
214,255
61,694
44,477
36,3468
продолжение
--PAGE_BREAK--
При последовательном расчете температур газового потока на границах зон известны его начальная температура и энтальпия . Из расчета находим конечные энтальпию и температуру :
,
где — количество тепла, которое газовый поток получил или отдал в данной зоне, кДж/кг.
1.2.4 Температуры газового потока на границах зон
При сгорании топлива в условиях вращающейся печи не все выделяющееся тепло идет на нагрев продуктов сгорания, часть его передается излучением в зоны, примыкающие с обеих сторон к зоне горения, а также поступает в зону I вследствие рециркуляции продуктов сгорания. Поэтому действительная температура газового потока в зоне горения ниже . Остальные зоны печи также отдают тепло излучением соседним зонам, имеющим более низкую температуру.
При определении энтальпии и температуры газового потока в остальных зонах печи, кроме V и I, необходимо вводить поправку, учитывающую прямую отдачу тепла газовым потоком и степень равномерности его температуры. Такая поправка является функцией критерия Во.
Для зоны II вращающейся печи величину , определяют по формуле:
,
где — количество тепла, отданное в зону I,кДж/кг;
— количество тепла, выделившееся в зоне в результате сгорания топлива,кДж/кг;
-количество тепла, полученное или отданное материалом,кДж/кг;
— потери тепла в окружающую среду, кДж/кг;
,
,
,
где — производительность печи, т/ч.
— теоретическая температура горения, К;
— диаметр печи внутренний, м.
Для зоны IIIиз формулы исключается величина z, а для остальных зон она принимает вид:
.
Определяем значения критерия Во, γ и х для II–IV зон
Переходим к расчету газового потока отдельных зон.
Зона V. Начальную энтальпию газового потока , определяем по формуле:
,
где — энтальпия глинозема, выходящего из печи и холодильника, кДж/кг;
— энтальпия воздуха, выбрасываемого из холодильника,кДж/кг;
— потеря тепла в окружающую среду холодильником,кДж/кг;
— физическое тепло топлива, поступающего в печь,кДж/кг;
— энтальпия воздуха, поступающего на установку,кДж/кг.
.
Начальная температура газового потока определяется методом подбора.
Энтальпия газового потока при 400 и 500 °С, кДж/кг:
,
,
,
.
Температура воспламенения газа 1000° С, определяем при этой температуре энтальпию газового потока ,
.
Разность энтальпий газового потока на границах зон ,
,
.
Газовый поток в зоне V получает тепло от охлаждающегося глинозема и из соседней зоны путем рециркуляции продуктов сгорания и прямой отдачи.
Количество тепла, , получаемое из соседней зоны:
,
Зона IV
,
Зона III
,
Зона II
,
Зона I
,
Определяем температуры газовых потоков.
Зона IV. Энтальпия газового потока:
при 1700 °С
при 1600 °С
.
Зона III. Энтальпия газового потока:
при 1500 °С
при 1400 °С
.
Зона II. Энтальпия газового потока:
при 700 °С
при 600 °С
.
Зона I. Энтальпия газового потока определяется при температуре 250 °С, т.к. ,
Определяем средние температуры материала , по зонам:
,
Зона I.
Зона II.
Зона III.
Зона IV.
Зона V.
Определяем средние температуры газового потока , по зонам:
,
Зона I.
Зона II.
Зона III.
Зона IV.
Зона V.
Определяем состав газовой фазы по зонам.
Зона III: , , (при α=1,15), .
Зона II: ,
,
.
Зона I: ,
,
.
Определяем скорость движения материала в печи, коэффициент заполнения печи материалом, значения и по зонам.
Скорость движения материала в печи , определяем по формуле:
,
где — угол наклона печи. При принимаем, что ;
— число оборотов печи, об/мин. Принимается равным.
Коэффициент заполнения печи материалом определяем из формулы:
,
где — среднее количество материала, проходящего через зону, т/ч;
— средняя объемная масса материала в зоне, т/м3;
— время работы печи в сутки, ч.
Зона I
,
,
.
Площадь сегмента , (части печи, заполненной материалом):
,
.
где — центральный угол сегмента, град.
При
При
.
,
.
Эффективная длина лучей газового потока ,
,
где — периметр свободного сечения печи, м;
— площадь свободного сечения печи, м.
Определяем периметр свободного сечения печи:
.
Площадь свободного сечения печи определяется по формуле:
,
,
.
Зона II
Зона III.
Чтобы определить α, задаемся и .
При
При
Зона IV(в зоне Vте же значения).
.
Полученные значения , , , сводим в таблицу 1.6 (туда же значения и , которые рассчитываются ниже).
Таблица 1.6 – Сводные данные
Зона
φ
, %
lx
, м
l
д
, м
S
эфф
, м
εг
l
д.ф
.
, м
I
11,23
3,0
3,39
3,3
0,659
9,18
II
9,41
2,86
3,18
3,35
0,536
9,39
III
7,4
2,66
2,91
3,4
0,279
9,66
IVи V
7,57
2,68
2,94
3,4
0,25
9,63
продолжение
--PAGE_BREAK--