ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Брянский государственный технический университет
Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
Курсовая работа
по дисциплине: Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки
Теплоэнергетический расчет известково-обжигательной печи
Преподаватель
к.т.н. Курбатская Н.А.
Студент группы 05-ПТЭ
Тимошенко О.С.
Брянск 2008
Произведен теплоэнергетический расчет известково-обжигательной печи, выполнены материальные расчеты топочного и технологического процесса обжига известняка, расчет параметров тепловой схемы технологического процесса, определена продолжительность тепловой обработки и найдены основные размеры рабочего пространства шахтной печи, обеспечивающие заданную производительность установки.
содержание
Введение
Исходные данные
1. Материальные расчеты теплотехнологического процесса
1.1 Расчет топочного процесса
1.2 Материальный расчет технологического процесса
2. Выбор рациональной структуры тепловой схемы
3. Материальный баланс теплотехнологического процесса и тепловой баланс рабочей камеры
3.1 Материальный баланс теплотехнологического процесса обжига известняка
3.2 Тепловой баланс рабочей камеры
4. Определение размеров рабочей камеры шахтной известково-обжигательной печи
Заключение
Список литературы
Введение
Промышленный теплотехнологический комплекс включает в себя высокотемпературные теплотехнологические системы, основным технологическим звеном которых являются различные промышленные печи, конвертеры, газогенераторы, а также газовые высокотемпературные теплотехнологические установки.
Печь-это тепловое устройство, в котором происходит преобразование того или другого вида энергии в теплоту и передача её материалу, подвергаемому тепловой обработке в тех или иных технологических целях.
Высокотемпературные теплотехнологические установки – это технологическое устройства, предназначенные для осуществления заданных химических и физико-химических превращений исходных веществ и материалов, при оптимальных температурах.
Высокотемпературные теплотехнологические процессы и высокотемпературные теплотехнологические установки лежат в основе многих процессов, таких, как: плавка металлов, изготовление деталей машин, строительных материалов, производство продуктов химии и нефтехимии, пищевая промышленность.
К важнейшим особенностям теплотехнологического процесса относятся: агрегатное состояние и состав исходных технологических материалов, число ступеней технологического процесса и их содержание, агрегатное состояние и состав продуктов технологического процесса, термодинамические параметры процесса (температура, давление), участие в технологическом процессе продуктов горения топлива.
Исходными материалами высокотемпературных теплотехноло-гических процессов чаще всего являются твердое минеральное сырье и полученные из него полупродукты, а также штучные полупродукты из металлов и металлических сплавов.
В данной работе технологическим продуктом процесса, является известь. Известь — вяжущий материал, получаемый обжигом и последовательной переработкой известняка, мела и других известково-магнезиальных горных пород.
Технологическим сырьем для получения извести служат природные карбонатные породы: известняк, мел, мраморная крошка, ракушечник и др. В производстве извести используются преимущественно карбонатные породы следующего состава:
СаСО3 ≥ 90%; MgCO3 ≤ 1…3%; SiO2 ≤ 4%; Аl2О3 + Fe2O3 ≤2% и H2O ≤18%.
Основными стадиями технологического процесса обжига известняка являются нагрев технологического сырья до температуры начала термической диссоциации СаСО3, диссоциирующей обжиг и охлаждение технологического продукта.
В пределах первой стадии, в процессе нагрева технологического сырья от tm.с. до tн.п., происходит удаление из сырья влаги и практически полностью завершается термическое разложение карбоната магния по реакции
MgCO3↔MgO + СО2.
В пределах второй стадии сырье нагревается до максимальной температуры /> и идет термическое разложение СаСО3
СаСО3 ↔СаО + СО2.
Третья стадия рассматриваемого технологического процесса не всегда обязательна. Если есть возможность использования у потребителя горячей извести, то ее охлаждение в обжиговой печи может оказаться нецелесообразным. В рамках курсовой работы рассматривается наиболее распространенный случай, когда продукт направляется на склад; в этом случае третья стадия процесса обжига известняка обязательна.
Все ступени теплотехнологического процесса осуществляются в реакторах, имеющих от одной до нескольких зон.
Шахтная печь — высокотемпературная теплотехнологическая установка, которая представляет из себя установленную вертикально на фундаменте шахту, снабженную в верхней части устройством для загрузки исходных материалов (в данной курсовой работе это крупно кусковой известняк), а в нижней – механизм для выгрузки продукции.
Конструктивная схема шахтной печи, имеет кроме зоны высоких температур (зона обжига и горения (ЗО)) еще две теплотехнические зоны рабочего пространства: экономайзерную зону (ЭЗ) и зону регенеративного охлаждения теплотехнического продукта (ЗРО). Через ЗРО шахтных печей, природным газом, целесообразно пропускать только часть расходуемого на сжигание топлива воздуха, а остальной подавать через двухпроводные горелки и воздушные сопла в ЗО. Такая схема распределения воздуха обеспечивает удовлетворительную полноту сжигания природного газа при относительно небольших коэффициентах расхода воздуха. Попытки использовать весь воздух для охлаждения технологического продукта в ЗРО с подачей всего природного газа через однопроводные горелки приводили к значительному росту химического недожега, до 30%.При определенных условиях нагрев воздуха, вводимого в ЗО помимо ЗРО, может дать заметное снижение видимого удельного расхода топлива на процесс. Подводимый к двухпроводным горелкам и воздушным соплам ЗО воздух можно нагреть путем использования теплоты отходящих газов в воздухоподогревателе ВП.
Исходные данные
Производительность печи />.
Характеристика технологического сырья (известняка):
а) состав сухого известняка в %
/>,
/>
б) влагосодержание />;
в) плотность />;
г) средний диаметр кусков />.
Характеристика процесса обжига и технологического продукта:
а) температурный уровень процесса />/>;
б) температура начала термической диссоциации />/>;
в) степень диссоциации />/>, />/>;
г) унос технологического сырья в %, от массы технологического сырья />;
д) плотность извести />.
Характеристика компонентов горения и топочного процесса
а) топливо – природный газ из газопровода №4:
/>
влагосодержание топлива />;
б) окислитель – атмосферный воздух, коэффициент расхода воздуха />;
влагосодержание воздуха />
в) химический недожог топлива />.
Параметры тепловой схемы:
а) температура топлива />;
б) температура холодного воздуха />;
в) температура технологического сырья />;
г) доля воздуха, проходящего через зону регенеративного обогрева />;
д) температура горячего воздуха на выходе из воздухоподогревателя />.--PAGE_BREAK--
1. Материальные расчеты теплотехнологического процесса
В теплоэнергетическом расчете процесса обжига известняка материальные расчеты топочного и технологического процесса целесообразно производить совместно, так как процесс горения газообразного топлива совмещен с диссоциацией известняка. Большая часть тепла, которая образуется при разложении углеводородов, идет на диссоциацию карбонатов.
1.1 Расчет топочного процесса
При проведении материального расчета топочного процесса, как и всех других видов теплоэнергетического расчета, кроме расчета химического недожога, исходят из предположения о том, что в ходе его осуществления происходит полное сгорание топлива.
В материальном расчете топочного процесса определяем удельный расход воздуха и удельные выходы продуктов горения природного газа.
Запишем уравнение материального баланса для топочного процесса:
/>
Определяем удельный расход воздуха, необходимого для горения, как произведение коэффициента расхода воздуха /> и теоретического количества расходуемого воздуха />:
/>/>
где />содержание в природном газе углеводородов (/>),% объёма.
Удельный выход углекислого газа определяем по формуле:
/>,
где />содержание в природном газе углекислого газа, % объёма.
/>
/>
Удельный выход водяных паров определяем по формуле:
/>,
где />влагосодержание топлива,
/>влагосодержание воздуха
/>
/>
Удельный выход азота, переходящего в продукты сгорания из воздуха и топлива, определяем по формуле:
/>
где />содержание в природном газе азота, % об.
Удельный выход кислорода, который не участвовал в процессе горения:
/>
Удельный выход продуктов горения (учитывая удельный выход водяных паров/>):
/>,
где /> удельный выход углекислого газа;
/>удельный выход азота;
/>
Удельный выход сухих продуктов горения:
/>
1.2 Материальный расчет технологического процесса
В материальном расчете технологического процесса определяем удельный расход технологического сырья /> и удельные выходы продуктов обжига известняка, которые отнесены к килограмму технологического продукта, т.е. к килограмму извести, />
Запишем уравнение материального баланса для технологического процесса:
/>
Определяем удельный расход технологического сырья:
/>,
где/>унос технологического сырья в % от массы технологического сырья,
[/>]=94%содержание /> в известняке;
/>— степень диссоциации />,
/>— молярная масса карбоната кальция;
/>— молярная масса углекислого газа.
/>
Удельный расход влажного технологического сырья:
/>,
/>влагосодержание технологического сырья;
/>
Удельный выход уноса:
/>
Удельный выход неразложившихся карбонатов кальция и магния, окиси магния, углекислого газа, водяных паров и извести:
/>
/>
/>
Удельный выход СО2 складывается из удельного выхода СО2 из /> удельного выхода />
/>
/>
/>
/>
Удельный выход водяных паров:
/>
/>
Технологическим продуктом является известь, которая представляет собой многокомпонентный продукт.
/>
В состав извести входят: СаО, />, неразложившиеся карбонат кальция СаСО3, карбонат магния />, и не прореагировавшие примеси.
С учётом приятых единиц измерения материального баланса технологического процесса, то удельный выход извести составит />.
/>
Исходя из этого находим удельный выход технологического продукта:
/>
/>
Удельные выходы углекислого газа и водяных паров:
/>
/> продолжение
--PAGE_BREAK--
Проводим проверку материального баланса:
/>
Небаланс />
Наибольшей составляющей расходной части является масса технологического продукта и влага продукта. Значение небаланса равно 0,009 кг/кгCaO — это 0,005% от приходной части.
2. Выбор рациональной структуры тепловой схемы
Для крупнокускового технологического сырья вопрос о выборе более выгодных технологических условий в рабочем пространстве высокотемпературной технологической установки однозначно решается в пользу фильтруемого плотного слоя с противоположным движением кусковых материалов сверху вниз и газов снизу вверх. Такие условия реализуются в конструктивной схеме шахтной печи, имеющей кроме зоны высоких температур (зоны обжига и горения) еще две технологические зоны рабочего пространства: экономайзерную зону (ЭЗ) и зону регенеративного охлаждения (ЗРО) технологического продукта.
Так как в зоне обжига происходит диссоциация известняка, то целесообразно технологическое сырье в эту зону подавать с температурой равной температуре начала диссоциации, которая находится в интервале от 850/> до 950/>:
/>
Температуру технологического продукта на выходе принимаем равной температуре на выходе равной 1300/>:
/>
Через зону регенеративного охлаждения шахтных печей, отапливаемых природным газом, экономически выгодно пропускать только часть расходуемого на сжигания топлива воздуха, что по условию задана и равна 30%, и температура воздуха на выходе принимаем на 5% ниже температуры технологического продукта на выходе из ЗО:
/>,
а остальная часть воздуха подаётся через двухпроводные горелки и воздушные сопла в зону обжига (ЗО) (70%). Такая схема распределения воздуха обеспечивает удовлетворительную плотность сжигания природного газа при относительно небольших коэффициентах избытка воздуха.
При определенных условиях нагрева воздуха, вводимого в зону обжига, помимо зоны регенеративного обогрева, можно добиться заметного снижения видимого удельного расхода топлива в процессе. Учитывая, что подводимый к двухпроводным горелкам и к воздушным соплам зоны обжига воздух нагревается теплотой отходящих газов в воздухоподогревателе (ВП), то принимаем температуру технологического сырья на 5% меньше температуры отходящих газов:
/>
Следовательно, для уменьшения потерь тепла и расхода топлива, целесообразно принять температуры равными:
/>
Тепловая схема известково-обжигательной шахтной печи представлена на рис.1
/>
Рис. 1 Тепловая схема
Математическая формулировка задачи о выводе параметров тепловой схемы сводится к записи системы уравнений тепловых балансов зоны обжига (ЗО), экономайзерной зоны (ЭЗ), воздухоподогревателя (ВП) и зоны регенеративного охлаждения (ЗРО) технологического продукта.
Запишем уравнение теплового баланса для зоны обжига:
/>,
где />— химическая теплота топлива, />;
/>-энтальпия поступающего топлива, />;
/>— энтальпия воздуха при входе в ЗО из ВП, />;
/>-энтальпия горячего воздуха при входе в ЗО из ЗРО, />;
/>— энтальпия технологического сырья при входе в ЗО, />;
/>— энтальпия технологического продукта на выходе из ЗО, />;
/>-тепловой эффект эндотермической реакции и фазовых превращений
в ЗО, />;
/>— энтальпия отходящих газов из ЗО, />;
/>— теплота химического недожога в ЗО, />;
/>— потери теплоты через ограждения ЗО, />.
Уравнение теплового баланса в экономайзерной зоне имеет вид:
/>
где />-энтальпия технологического сырья в ЭЗ, />;
/>-энтальпия отходящих газов из ЭЗ, />;
/>— теплота химического недожога в ЭЗ, />;
/>-тепловой эффект эндотермической реакции и фазовых превращений в ЭЗ,/>
/>-потери теплоты через ограждения в ЭЗ, />.
Уравнение теплового баланса в воздухоподогревателе примет вид:
/>,
где />— энтальпия холодного воздуха, поступающего в ВП, />;
/>— энтальпия уходящих газов, />;
/>— энтальпия горячего воздуха, уходящего из ВП, />;
/>— потери теплоты через ограждения ВП, />.
Уравнения теплового баланса в зоне регенеративного подогрева:
/>
где />— энтальпия холодного воздуха, поступающего в ЗРО, />
/>-энтальпия технологического продукта, поступающего в ЗРО, />;
/>— потери теплоты через ограждения ЗРО, />.
Определение параметров тепловой схемы целесообразно выполнять в следующем порядке: продолжение
--PAGE_BREAK--
Находим слагаемые уравнения теплового баланса:
Удельный расход технологического сырья, проходящего через входное сечение ЗО, />, />, рассчитываемся по формуле:
/>,
следовательно
/>
Энтальпия технологического сырья при входе в ЗО />, />, рассчитываемся по формуле:
/>,
где />— теплоемкость технологического сырья при температуре />., [1, стр.19].
/>
Энтальпия технологического продукта на выходе из ЗО/>, />, определяется по формуле:
/>,
где />-теплоемкость технологического продукта при температуре />.[1, стр.19].
/>
Тепловой эффект эндотермической реакции и фазовых превращений в ЗО определяют по формуле:
/>,
следовательно
/>.
Определяем видимый удельный расход топлива в />, по формуле:
/>,
/>доля воздуха, проходящего через ЗРО
/>энтальпия горячего воздуха
/>коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду из цели экономия топлива в шахтной печи выбирают из интервала />=0,15…0,20
Теплота сгорания топлива />, />, определяют по формуле:
/>
где />
/>
удельные теплоты сгорания соответствующих компонентов />, />, />, />, />, />, />, />, [5, стр.17].
Удельная теплоемкость топлива />, />, при температуре />, определяют по формуле:
/>
где />, />, />, />, />, />, />, /> продолжение
--PAGE_BREAK--
-удельные теплоемкости соответствующих компонентов />, />, />, />, />, />, />, />,. [1, стр.19].
Энтальпия горячего воздуха на выходе из ВП вычисляется:
/>,
где />
— удельная теплоемкость горячего воздуха на выходе из ВП, [1, стр.19].
/>
Энтальпия горячего воздуха на выходе из ЗРО вычисляется по формуле:
/>,
где />/>
— удельная теплоемкость горячего воздуха на выходе из ЗРО
/>
Энтальпия отходящего газа из ЗО:
/>
/>
Тогда видимый удельный расход топлива равен:
/>
Расход топлива />/>определяем по формуле:
/>,
где Р=1,5 />
— производительность шахтной известково-обжигательной печи (исходные данные).
/>/>
Определяем энтальпию технологического сырья при входе в ЭЗ:
/>,
где />/>
– теплоемкость технологического сырья при температуре 20 />, [1, стр.19].
/>
Определяем тепловой эффект эндотермических реакций и фазовых превращений в ЭЗ:
/>, имеем:
/>
Определяем энтальпию отходящих из ЗО газов, />:
/>,
где />/>/>/>/>/>/>/>/>/> продолжение
--PAGE_BREAK--
— теплоемкость углекислого газа, водяных паров, азота, кислорода при температуре 947,4 />, [1, стр.19], следовательно
/>/>
Определяем температуру отходящих газов:
/>
Принимаем />
Удельная теплоемкость отходящих газов />(3, стр.79), определяется по формуле:
/>, получаем:
/>
/>;
Второе приближение: />;
/>;
/>;
Третье приближение: />;
/>;
/>;
Окончательно принимаем: />— температура отходящих газов не высокая, значит и потери с отходящими газами будут небольшими.
Находим слагаемые уравнения теплового баланса ВП:
Энтальпию холодного воздуха/>при входе в ВП определяем по формуле:
/>,
где />/>
— теплоемкость холодного воздуха, поступающего при температуре 20/>
/>;
Энтальпия горячего воздуха/>на выходе из ВП:
/>;
Определяем температуру уходящих газов:
/>;
Для определения температуры уходящих газов />, используется метод последовательных приближений и в первом приближении принимаем />.
Определяем теплоемкость уходящего газа по формуле:
/>,
/>
/>;
Второе приближение: />;
/>;
/>;
Окончательно принимаем: />.
Находим слагаемые уравнения теплового баланса ЗРО:
Энтальпия холодного воздуха/>при входе в ЗРО:
/>
Энтальпия горячего воздуха/>на выходе из ЗРО: продолжение
--PAGE_BREAK--
/>;
Определяем температуру технологического продукта:
/>,
где />— теплоемкость технологического продукта при температуре технологического продукта, />.
/>;
Первое приближение: />;
/>.
Окончательно принимаем: />
3. Материальный баланс теплотехнологического процесса и тепловой баланс рабочей камеры
3.1 Материальный баланс теплотехнологического процесса обжига известняка
Материальный баланс рабочей камеры — состоит из приходной и расходной частей. В приходной части баланса — сухое технологическое сырье />, влагосодержание сырья, воздуха и топлива />, количество топлива />, количество воздуха />, поступающего в рабочую камеру для сжигания. В расходной части материального баланса — известь (технологический продукт) />, отходящие газы />, унос />.
/>
В табл. 1 через /> обозначена плотность i-го газа при t=0 и P=101325 Па, через /> — удельный выход i-го газа в продуктах горения.
Таблица 1 Материальный баланс теплотехнологического процесса обжига известняка
Приход
кг/кг CaO
%
Расход
кг/кг CaO
%
1. Сухое технологическое сырьё />
1,998
42,0
1. Жженая известь/>
1,133
23,84
2. Влага сырья, топлива и воздуха />
0,220
4,6
2. Унос />
0,04
0,84
3. Топливо/>
0,129
2,7
3. Отходящие газы/>
3,58
75,32
4. Воздух
/>
2,409
50,7
Итого
4,756
100
4,754
100
Невязка баласа: 0,04 %
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Указанное выше значение небаланса, равное 0,4% CaO свидетельствует о том, что расчет материального баланса тепло-технологического процесса обжига известняка между приходной и расходной его частью произведен верно.
3.2 Тепловой баланс рабочей камеры
В установке при сжигании топлива происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию продуктов сгорания. Выделившаяся теплота, за вычетом потерь, передается рабочему веществу (известняку), в результате получается полезная продукция — технологический продукт.
Основным методом оценки уровня полезного теплоиспользования в теплотехнологической установке является составление теплового баланса. Анализ составляющих теплового баланса позволяет выяснить пути совершенствования энергетической оптимизации установки, определить основные технико-экономические характеристики в целом и отдельных ее элементов или зон. Тепловой баланс рабочей камеры сведен в таблицу 2.
Таблица 2 Тепловой баланс рабочей камеры
Приход
кДж/кг CaO
%
Расход
кДж/кг CaO
%
1. Химическая теплота топлива/>
5863,7
95,95
1. Энтальпия технологического продукта
/>
362,6
5,94
2. Энтальпия топлива
/>
5,28
0,09
2. Тепловой эффект эндотермических реакций
/>
3771 продолжение
--PAGE_BREAK--
61,74
3. Энтальпия воздуха
/>
184,05
3,01
3. Химический недожог
/>
175,91
2,88
4. Энтальпия технологического сырья
/>
58,16
0,95
4. Энтальпия отходящих газов и уноса />
1221,8
20
5. Потери теплоты через ограждения рабочего пространства
/>
576,81
9,44
Итого
6111,19
100
Итого
6108,12
100
Невязка баланса: 0,05 %
Расчет неизвестных слагаемых теплового баланса рабочей камеры
Химическая теплота топлива
/>
Энтальпия топлива
/>
Энтальпия воздуха
/>, />
Энтальпия технологического продукта
/>
Тепловой эффект эндотермических реакций
/>
Химический недожог
/>
Потери теплоты через ограждения рабочего пространства
/>
/>
Рассчитанное выше числовое значение небаланса, равное 2,07кДж/кгCaO (0,05%) свидетельствует о том, что расчет теплового баланса теплотехнологического процесса обжига известняка между приходной и расходной его частью произведен верно.
4. Определение размеров рабочей камеры шахтной известково-обжигательной печи
Шахтная известково-обжигательная печь для обжига известняка имеет цилиндрическую шахту высотой 8-10 м. Нижняя часть шахты заканчивается вращающейся вокруг вертикальной оси дробильно-разгрузочной решеткой, или конусной дробилкой, либо многовалковым дробильным аппаратом.
Первичный воздух, необходимый для горения топлива, вводится в печь снизу, через решетку дробильно-разгрузочного устройства или фурмы, а технологическое сырье- подается сверху.
Шахтные обжиговые печи имеют реактор переменного поперечного сечения, что обеспечивает равномерное опускание шихтовых материалов без зависания и циркуляций, уменьшения скорости газовых потоков в верхнем и увеличение в нижнем сечении реактора с соответствующей интенсификацией теплообмена внизу и уменьшением выноса пыли вверху. [6.стр.29]
Рабочее пространство печи для обжига известняка можно разделить на зоны: воздушный подогреватель (ВП), экономайзерная зона (ЭЗ), зона обжига (ЗО), зона регенеративного охлаждения (ЗРО). Конструктивная схема шахтной известково-обжигательной печи приведена на рисунке 2.
/>
Рис. 2. Конструктивная схема шахтной известково-обжигательной печи: 1-загрузочное устройство, 2-взрывной клапан, 3-стены, 4-воздушные сопла, 5-двухпроводные горелки, 6-однопроводные горелки, 7-разгрузочная решетка, 8-барабанный затвор
Рабочее пространство ЗО и ЭЗ имеет форму цилиндра. Площадь его поперечного сечения рассчитывается по напряжению PS, которое обычно имеет значение 0,12…0,16 кгCaO/(м2∙с). Принимаем PS=0,16 кгCaO/(м2∙с), тогда
S=P/ PS=1,5/0,16=8,75 м2.
Внутренний диаметр шахтной печи в пределах зоны обжига и экономайзерной зоны определяется как
D=(4S/π)0,5=(4∙8,75/3,14)0,5=3,34 м.
Нижнее сечение ЗРО представляет собой квадрат со стороной В, площадь этого сечения />принимается равной (0,35…0,40)S. Принимаем
/>=0,38∙8,75=3,325 м2.
Площадь среднего сечения ЗРО равна
/>м.
Сжигание топлива в среднем ярусе (при газовом отоплении с помощью шести-восьми горелок) ведется в основном потоке воздуха, поднимающегося снизу и нагретого до 600-800/>в результате охлаждения обожженной масс, опускающихся вниз. Поэтому высоту ЗО шахтной печи, отапливаемой природным газом, целесообразно принимать по практическим данным равной LЗО=3,5 м.
Высота ЭЗ и ЗРО рассчитывается по продолжительности нагрева технологического сырья в ЭЗ – τЭЗи охлаждения технологического продукта в ЗРО – τЗРО.
Расчет τЭЗи τЗРОвыполняется в следующей последовательности.
Находим средние по высоте зоны температуры газов, известняка, воздуха и технологического продукта.
/>°С.
/>°С.
/>°С.
/>°С.
Далее рассчитываем средние по высоте зон приведенные скорости газов и воздуха и соответствующие им числа Рейнольдса.
/>,
где />– средний по высоте экономайзерной зоны удельный выход отходящих газов, рассчитываемый по формуле
/>
/>м3/кгCaO.
Тогда
/>м/с;
/>,
где />– коэффициент кинематической вязкости газов при />, м2/с.
/>м/с; продолжение
--PAGE_BREAK--
/>,
где />– коэффициент кинематической вязкости воздуха при />, м2/с.
Ведомым теплообменом в ЗРО и ЭЗ является теплоотдача, значит можно определить коэффициенты теплоотдачи. Коэффициенты теплоотдачи от газов к поверхности кусков />и от поверхности кусков к воздуху />при Re>200 определяем по зависимости:
/>
Коэффициенты теплоотдачи от газов к поверхности кусков />и от поверхности кусков к воздуху />при Re>200:
/>Вт/(м2∙К),
где />– коэффициент теплопроводности газа при />.
/>Вт/(м2∙К),
где />– коэффициент теплопроводности воздуха при />.
Далее рассчитываем средние по высоте зон числа Био
/>,
где />– коэффициент теплопроводности технологического сырья при />, кВт/(м∙К).
/>,
где />– коэффициент теплопроводности жженой извести при />, кВт/(м∙К).
Находим условную удельную теплоемкость известняка в ЭЗ с учетом эндотермических эффектов реакции термического разложения MgCO3и испарения влаги технологического сырья, кДж/(кг·град):
/>;
mтс– средний по высоте ЭЗ удельный расход технологического сырья, кг/кг CaO.
/>
Находим среднюю по высоте ЗРО удельную теплоемкость извести, кДЖ/(кг*град):
/>mn=/>;
/>
Продолжительность нагрева известняка в ЭЗ и охлаждения извести в ЗРО находим по формулам:
/>
/>
Высоты экономайзерной зоны, зоны регенеративного охлаждения и полная высота рабочего пространства шахтной известково-обжигательной печи, м:
/>
/>
Полная высота рабочего пространства шахтной известково-обжигательной печи, м:
/>
где 1,25 – коэффициент, учитывающий высоту газового коллектора;
ε – порозность плотного слоя кусковых материалов, ε ≈ 0,5.
Наибольшую продолжительность имеет ЗО равную 3,5 м (55% от общей высоты рабочего пространства), где и происходит основной процесс- обжиг известняка, ЭЗ рабочую протяженность равную 1,18м ( это 18%), ЗРО- 1,3м (20%). Рассчитанная высота рабочего пространства L=6.28 обеспечивать продолжительность нагрева, температуры веществ по зонам установки и требуемые параметры продукта на выходе.
Заключение
Спроектированная шахтная печь, для обжига извести обеспечивает заданную производительность Р=1,5 кг СаО/с.
При расчете топочного процесса было определено, что количество воздуха необходимого для горения газообразного топлива составляет 868/>и удельный выход продуктов сгорания равен 12.62/>, в состав которого входят: углекислый газ, водяные пары, азот, кислород.
При осуществлении материального расчета технологического процесса, выяснили, что удельный расход технологического сырья (извести) равен/>, удельный выход уноса составляет/>, удельный выход технологического продукта- />
Составленный материальный баланс показал, что наибольшей составляющей приходной части материального баланса является масса сухого технологического сырья и воздуха, в расходной части – отходящие газы.Значение небаланса, между приходной и расходной частями, равное 0,002кг/кг CaO, что составляет 0,04% от приходной части, следовательно расчет материального баланса тепло-технологического процесса обжига известняка произведен верно.
При определении расчетно-структурной схемы выяснили, что температура начала диссоциации равна />, а конца- />. Потери через внешнее ограждения рабочего пространства составляют /> — это 9,4 % от все теплоты, поступающей в печь. Наибольшую часть этих потерь составляют потери в ЗО-88%, что объясняется интенсивностью теплообмена. Потери с отходящими газами и уносом составляют />/>-20% от общего количества теплоты. При данных потерях в окружающую среду и с отходящими газами удельный расход топлива составляет />.
Составленный тепловой баланс показал, что наибольшая составляющая приходной части теплового баланса – химически связанная теплота топлива, расходной части – теплота экзо- и эндотермических реакций. Числовое значение небаланса между приходной и расходной частями, равное 3,07кДж/кгCaO — 0,05 % от приходной части, говорит о том, что расчет теплового баланса теплотехнологического процесса обжига известняка произведен верно, так как данная величина меньше меньшей составляющей теплового баланса.
Для рациональной организации процесса обжига известняка в шахтной печи выполнентеплоэнергетический расчёт, предусматривающий определение расхода топлива и снижение его до оптимальных значений. Для этой цели в шахтной печи предусмотрены зона регенеративного охлаждения (ЗРО), экономайзерная зона (ЭЗ), а на выходе устанавливается воздухоподогреватель (ВП), их наличиепозволяет значительно уменьшить потерю тепла в окружающую среду. Если из рабочего пространства шахтной печи убрать эти зоны, и оставить только ЗО, то расход топлива, необходимый для обеспечения производительности печи Р=1,5 кгCaO/с, будет равен В=1995 />. В следствии того, что спроектированная нами шахтная печь для обжига известняка имеет зоны ЗЭ, ЗРО и ВП, экономия топлива составляет 56%. С учетом зон температура уходящих газов снижается с 947 />до 268/>, что приводит к уменьшению потерь с уходящими газами.
Окислитель, целесообразно разбить на два потока, что так же приведет к экономию топлива. Холодный воздух поступает в ЗРО в количестве 2,604/> — это 30% от общего количества, а остальной окислитель направляется в воздушный подогреватель, где нагревается до 120 />.
Лимитирующий теплообмен в ЗО — излучение, в ЗРО и ЭЗ, ВП- теплоотдача. Рассчитан внешний теплообмен в рабочем пространстве. Коэффициенты теплоотдачи от газов к поверхности кусков определяется скоростью движения отходящих газов в ЭЗ, которая равна/> м/с, а коэффициент/> Вт/(м2∙К), от поверхности кусков к воздуху в ЗРО, при скорости воздуха /> м/с, равен/> Вт/(м2∙К).
Продолжительность нагрева известняка в экономайзерной зоне составляет/>, в течение которого технологическое сырье нагревается до температуры />; время охлаждения извести в ЗРО/>, с истечением которого воздух нагревается в зоне до температуры/>.
Найдены основные размеры рабочего пространства шахтной известково-обжигательной печи. Наибольшую высоту имеет ЗО равную 1,5 м (55 % от общей высоты рабочего пространства), где и происходит основной процесс- обжиг известняка, рабочее пространство ЭЗ составляет 1,18м (19%), ЗРО- 1,3 м (20%). Рассчитанная высота рабочего пространства L=6.28 обеспечивает продолжительность нагрева, температуры веществ по зонам установки и требуемые параметры продукта на выходе.
Список используемой литературы
1. Ключников А.Д. и др. Теплообмен и тепловые режимы в промышленных печах.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-176 с.
2. Кондаков С.А. Теплоэнергетический расчет известково-обжигательной печи. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 100700 – «Промышленная теплоэнергетика». Изд. 2-ое, исправ. – Брянск: БГТУ, 2002. — 20 с.
3. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справ./ Под общ. Ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина.-М.: Энергоатомиздат, 1983.-552с.
4. Табунщиков Н.П. Производство извести.-М.: Химия, 1974.-240с.