Расчет теплового баланса вращающейся печи

2. Расчет теплового баланса вращающейся печи

2.1 Устройство вращающейся печи для обжига керамзитового гравия

Керамзитовый гравий в большинстве случаев обжигают в однобарабанных вращающихся печах. Корпус печи выполнен в виде цилиндра из листового металла, который установлен на роликовых опорах под определенным углом к горизонту. Изнутри корпус печи футерован огнеупорными материалами. Во вращательное движение печь приводится при помощи электродвигателя и редуктора посредством пары шестерен, подвенцовой и венцовой, последняя из которых насажена на корпус печи.

Печь имеет загрузочные и разгрузочные устройства. Она загружается сырцом через загрузочный лоток, который смонтирован на корпусе осадительной камеры вместе с механизмом очистки. Разгрузочная часть печи имеет специальную откатную головку, предназначенную для уплотнения выходного торца печи и для установки форсунки или горелки, а также приема готового материала. Охлаждение обожженного керамзита осуществляется в холодильнике до температуры 60-80 °С, который соединяется с откатной головкой печи.

2.2 Сырье для производства керамзитового гравия

В производстве керамзита используют легкоплавкие глинистые породы, которые способны при быстром обжиге вспучиваться. Содержание отдельных оксидов в хорошо вспучивающемся глинистом сырье находится в следующих пределах, %:

SiO₂ 50... 55; Аl₂О₃ 15...25; Fe₂0₃+FeO 6,5... 10; СаО до 3; MgO до 4; Na₂0+K₂0 3,5...5.

Температура вспучивания должна быть не более 1250 °С, а интервал вспучивания - не менее 50 °С.

2.3 Методика составления теплового баланса вращающейся печи

Тепловой баланс вращающейся печи для обжига керамзита составляют по следующей схеме.

Приходные статьи баланса:

1.Теплота от горения топлива.

2.Физическая теплота, вносимая топливом.

З.Теплота, вносимая сырцом.

4.Физическая теплота первичного воздуха, подаваемого к топливосжигающему устройству.

5.Физическая теплота вторичного воздуха, поступающего в печь из холодильника.

6.Физическая теплота воздуха, подсасываемого через неплотности головки печи.

Расходные статьи баланса

1.Расход тепла на испарение влаги.

2.Расход тепла на химические реакции.

З.Потери тепла с керамзитом на выходе из печи.

4Лотери тепла в окружающую среду.

5.Потери тепла с отходящими газами.

6.Потери тепла с химическим недожогом.

Конечной целью расчета теплового баланса является определение расхода топлива, сжигаемого за 1 час работы печи, и его удельного расхода на 1 кг полученного керамзитового гравия. Для этого на основании статей прихода и расхода тепла составляют общее уравнение теплового баланса, из которого находят искомые величины.

2.4 Расчет теплового баланса вращающейся печи

Прежде чем приступить к расчету теплового баланса печи, необходимо произвести дополнительные вычисления, результаты которых понадобятся в дальнейшем. В качестве топлива для печей могут использоваться мазут, природный или попутный газ. При расчете процессов горения определяют количество воздуха, необходимого для полного сжигания топлива и количество образующихся продуктов горения. Процесс горения рассчитывают независимо от количества сжигаемого топлива, поэтому количество воздуха, необходимое для горения, и объем дымовых газов, образующихся в результате сжигания топлива, определяют на единицу массы жидкого топлива и на единицу объема газообразного топлива, т.е. выражают в нм³/кг или нм³/нм³ топлива. Рассмотрим примеры расчета жидкого топлива- мазута.

Расчет горения мазута

Задание. Определить теплопроводность, объем воздуха и количество образующихся продуктов горения при сжигании мазута в туннельных печах для обжига кирпича. Мазут имеет горючую массу следующего состава, %:

Cr	Hr	Sr	Nr	Or	∑
87,2	11,7	0,5	0,4	0,2	100

Содержание золы A^r= 0,1%, содержание влаги W^r= 2%.

Произведем пересчет горючей массы топлива на рабочую:

;

 и т. д.;

S^p=0,49; N^p=0,39; O^p=0,19.

Состав рабочего топлива, % по массе:

Cр	Hр	Sр	Nр	Oр	Ар	Wр	∑
85,4	11,45	0,49	0,39	0,19	0,2	2	100

Теплоту сгорания топлива определяем по формуле(1):

Теоретически необходимое для горения количество сухого воздуха при коэффициенте избытка  определяется по формуле:

Где С^р, Н^р, О^р, S^р - содержание в рабочем топливе соответствующих элементов, %.

Атмосферный воздух содержит некоторое количество влаги, которое можно выразить влагосодержанием d г/кг сухого воздуха. Поэтому объем влажного атмосферного воздуха будет больше, чем рассчитанный выше. Для подсчета количества влажного атмосферного воздуха со значением d=10 г/кг сухого воздуха воспользуемся формулой:

Действительное количество воздуха при коэффициенте избытка в корне факела :

Сухого воздуха

;

Атмосферного воздуха

Количество и состав продуктов полного горения при коэффициенте находим по формулам:

Всего сухих газов:

Общее количество продуктов горения при :

Процентный состав продуктов горения при :

;

;

;

;

.

Сумма продуктов горения 100%.

Таблица 1 – Материальный баланс процесса горения мазута

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Топливо-мазут	100	5,84
Воздух:			Продукты горения:
О2=100 12,444 0,21 1,429	373,43	21,7	СО2=100 1,584 1,977	313,16	18,21
N2=100 12,444 0,79 1,251	1229,83	71,53	Н2О=100 1,506 0,804	121,08	7,04
Н2О=100 12,444 0,0016 10 0,804	16	0,93	N2=100 9,834 1,251	1230,23	71,54
			SO2=100 0,00343 2,926	1	0,06
			О2=100 0,379 1,429	54,16	3,15
			Невязка:
			(100 0,37)/1719,63=0,02	0,37	0,02
Итого	1719,26	100	Итого	1719,63	100

Исходные данные

Длина печи 40 м, диаметр 2,5 м; топливо- мазут марки 20, производительность печи , формовочная влажность глины W=22%, влажность гранул на выходе из сушильного барабана W_c=7,5%, температура сырца при загрузке в печь t_c=66◦С, температура керамзита на выходе из печи t_к=830 ◦С, температура отходящих газов t_ог=430◦С, температура воздуха, подаваемого на горение t_в=200◦С, насыпная плотность керамзита 450кг/м³, масса сырца, загружаемого в печь Gc=6562,94 кг/ч, химический состав глины, %: СаО- 0,93; MgO- 4; ППП-7,7.

Приход тепла

1.         От горения топлива:

кДж,

где В- часовой расход топлива, м ³ или кг.

2.         Тепло, вносимое топливом:

кДж,

где С_т- удельная теплоемкость топлива, кДж/кг*К; t_T- температура топлива, поступающего на горение, ◦С; t_T=75 ◦С.

Удельная теплоемкость определяется по формуле:

для мазута

С_т=4,2(0,415+0,0006 t_T)=4,2(0,415+0,000675)=1,932, кДж/кг*К.

3.         Тепло, вносимое сырцом:

кДж,

Где G_C- масса сырца:

кДж;

 кг/м³;

С_С- удельная теплоемкость сырца, кДж/кг*К:

 кДж/ кг*К.

4.         Физическая теплота воздуха, подаваемого на горение:

 кДж,

где С_В- удельная теплоемкость воздуха, равная 1,344 кДж/м³*К;

_- теоретический объем воздуха, необходимый для горения 1м³ или 1 кг топлива. Принят из расчета горения топлива для ; t_В- температура воздуха, подаваемого на горение. Принята t_В=200◦С.

5.         Физическая теплота воздуха, подсасываемого через неплотности головки печи:

кДж,

Где ’- коэффициент избытка воздуха со стороны выгрузки печи, обычно принимают 1,4…1,5.

6.         Физическая теплота вторичного воздуха, поступающего в печь из холодильника:

кДж,

Где - температура воздуха, выходящего из холодильника, равная 150…180^оС.

Расход тепла