Пример расчета состава сырьевой смеси

Расчет вращающихся печей.

Геометрические размеры вращающихся печей, их тепловую мощность и производительность можно определять на основе эмпирических соотношений, полученных при статистической обработке технических характеристик действующих печей.

Печи мокрого способа производства.

L_м = 41 (D_п –0,5)К_п; N_т.м. = 29 D_п²L_мК_п; Q_м = 3,6 N_т.м.К_п/ q_м,

где: L_м – длина печи мокрого способа производства, м; D_п – внутренний диаметр корпуса печи, м; 0,5 – двойная толщина футеровки печи, м; N_т.м. – тепловая мощность печи мокрого способа производства, кВт; Q_м – производительность печи мокрого способа по клинкеру, т/ч; q_м – удельный расход теплоты на обжиг клинкера, кДж/кг; К_п- поправочный коэффициент =0,97÷1,03.

Приближенно удельный расход тепла на обжиг можно вычислить по формуле: q_м= 17•10³К_w, где К_w– коэффициент влажности шлама, доли единицы.

Тепловой баланс вращающейся печи мокрого способа производства (без холодильника)

Приход теплоты.

1. Теплота от горения топлива: Q_т^х = Q_н^р В, кВт.

Где Q_н^р- теплотворная способность топлива кДж/кг (м³), В – расход топлива кг(м³)/с.

2. Физическая теплота топлива: Q_т^ф =С_тt·_т·В, кВт

Температура подогрева мазута 70-90⁰С, пылевидного топлива – 50⁰С, газ не подогревается.

С_т – средняя теплоемкость топлива кДж/кг град. Для мазута С_т = 2,05 кДж/кг град, для пылевидного С_т – 0,97 кДж/кг град

а) Физическая теплота первичного воздуха Q_в^п = К· L_д·t_в^п ·с_в·В, кВт, температура первичного воздуха – 20⁰С. Теплоемкость воздуха при 20^оС составляет 1,297 кДж/кг град

б) Физическая теплота вторичного воздуха: Q_в^вт. = (1-К) · L_д·t_в^вт. ·с_в·В, кВт, температура вторичного воздуха – 400 - 800⁰С. в зависимости от типа холодильника. Для определения теплосодержания воздуха используют i-tдиаграмму.

К – доля первичного воздуха (зависит от вида топлива: для жидкого –0,1-0.25, для пылевидного – 0,2-0,3).

Расход теплоты.

1. Расход теплоты на нагрев материала: Qм = Р_к· с_к·Т_к - Р_с·С_м·Т_м, кВт,

где: Р_к–секундная производительность печи по клинкеру кг/с

Р_с – секундный расход сухого сырья Р_с = Р_к · 100 / 100- ппп (потери при прокаливании);

с_к и с_м- теплоемкости клинкера и сухого сырья соответственно кДж/кг град (с_к = 1,05 и

с_м = 0,875)

Т_к – температура клинкерообразования =1250⁰С, Т_м – температура исходного шлама – 20⁰С.

2. Расход тепла на испарение влаги: Q_исп =(q_исп+ i/p_вл – с_вt_в) W_вл, кВт,

Где q_исп – скрытая теплота парообразования при 0^оС, кДж/кг влаги, принимается равной 2500кДж/кг влаги;

i– энтальпия водяных паров при температуре отходящих продуктов горения, кДж/кг влаги (принимается равной 304,4)

p_вл –плотность водяных паров при температуре отходящих продуктов горения, кг/м³(принимается равной 0,804)

с_в – теплоемкость воды при температуре исходного шлама = 4,19 кДж/кг град

t_в – температура исходного шлама, ^оС

W_вл– секундное количество испаряемой влаги, кг, определяют по уравнению

W_вл= (W/ 100 – W) •Р_с

3. Расход теплоты на реакции клинкерообразования: Q_кл = q_кл· Р_к, кВт,

где q_к – удельная теплота реакций клинкерообразования, кДж/кг клинкера, определяют по уравнению:

q_к = G_c^т ( 4,52 Al₂O₃ + 29,64 CaO+ 17,0 MgO) – 285, кДж/кг

где 4,52 Al₂O₃, CaO, MgO– содержание соответствующих оксидов в сырьевой смеси, масс.%;

G_c^т – теоретический расход сухого сырья равный Р_с / Р,

4. Потери теплоты с уходящими продуктами диссоциации сырьевых компонентов

Q_дис = V со₂· iсо₂ +Vн₂о· i н₂о, кВт,

Где V со₂- объем удаляемого углекислого газа, м³/с, определяется по формуле:

V со₂= 0,01Р_с (0,4 СаО + 0,553MgO);

Vн₂о – объем удаляемых паров влаги, м3/с, определяют по формуле:

Vн₂о= 0,0124Р_с (п.п.п. – СО₂), где СО₂ = 0,786 CaO+ 1,09 MgO

i – энтальпии углекислого газа и воды при температуре отходящих газов ( 200⁰С), кДж/м³ (i со₂ = 357,8 и i н₂о = 304,4)

5. Потери теплоты с уносом. Принимается, что общий унос сухого сырья (φ) составляет 10 мас.%, из этого количества 80 мас.% возвращается обратно в печь при температуре (t_ун ) 50^оС.

Степерь полноты декарбонизации уноса (ß) составляет 50 масс.%

Q_ун =G_ун•с_ун•t_п.г. - G′_ун•с′_ун•t_ун, кВт,

Где G_ун = Р_с• φ/100 ( 1- ß • п.п.п./100)

G′_ун– количество уноса, возвращаемого в печь, кг/с;

с_ун и с′_ун – теплоемкости уноса при температуре отходящих продуктов горения и температуре уноса, возвращаемого в печь соответственно, кДж/кг град (принимаются равными 1,05);

t_п.г. – и t_ун – температура отходящих продуктов горения и температура уноса, возвращаемого в печь соответственно, ^оС

6. Расход теплоты на декарбонизацию и дегидратацию уноса:

Q_ун^х = G′_ун (23,78Al₂O₃ + 29,64 CaO+ 17,0 MgO), кВт

7. Q_ун^дис= 0,1•0,5• Q_дис., кВт

8. Потери теплоты с продуктами горения топлива: Q_пгт = V_пгт· i_пгт· В, кВт.

Где V_пгт – объем продуктов горения топлива м³/кг или м³/м³;

Теплосодержание продуктов горения топлива определяется по i-tдиаграмме при температуре отходящих газов 200^оС

9. Потери теплоты корпусом печи Q_корп = К (t_{газового потока} - t_{окр. среды})F. Считается по зонам, результат суммируется. В контрольной работе задается в % от Q_т^х

10. Неучтенные потери Q_неучт =0,02Q_н^р В, кВт.

На основе произведенных расчетов значений статей теплового баланса составляют уравнение теплового баланса, определяют удельный расход топлива на процесс обжига и к.п.д. теплового агрегата

Тепловой коэффициент полезного действия η₁= [(Q_кл + Q_исп ) / Q_пр] • 100%

Технологический коэффициент полезного действия η₂= (Q_кл / Q_пр) • 100%

Пример расчета состава сырьевой смеси.

Предположим, что необходимо получить клинкер следующего минералогического состава:С₃S= 55%; С₂S = 20%, C₃A = 8%, C₄AF = 14% (масс.%)

Находим состав клинкера в оксидах:

СаО = 0,737• 55 + 0,691• 20 + 0,623•8 + 0,461• 14 = 64,99;

SiO₂ =0,263 • 55 + 0,349 • 20 = 21,45;

Al₂O₃ = 0,377 • 8 + 0,210 • 14 = 5,95;

Fe₂O₃ = 0,329 • 14 = 4,61

Определяем коэффициент насыщения КН = (СaO – 1,65Al₂O₃ – 0,35Fe₂O₃) / 2,8 SiO₂

Где SiO₂; Al₂O₃; CaO; Fe₂O₃ – концентрации соответствующих компонентов в клинкере, масс.%.

Состав исходных сырьевых компонентов

Наименование оксидов	Концентрация оксидов
	1-й компонент известняк	2-й компонент глина
SiO2	0,86	54,35
Al2O3	0,18	24,61
Fe2O3	0,18	7,89
CaO	51,911	2,78
MgO	1,45	1,50
SO3	0,37	0,61
П.п.п.	45,05	7,60
Итого	100,0	100,0

Находим отношение концентрации первого компонента к концентрации второго компонента сырьевой смеси:

X= [(2,8·КН·S₂ + 1,65·A₂ + 0,35F₂) – C₂] / [C₁ - (2,8·КН·S₁ + 1,65·A₁ + 0,35F₁)] =3,560

Где S₂, A₂, F₂, C₂ – концентрации SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO во втором компоненте (глине), а S₁, A₁, F₁, C₁ – концентрации SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO в первом компоненте (известняке).

Следовательно, для получения клинкера с заданным минералогическим составом необходимо приготовит сырьевую смесь, в которой на 1 массовую часть глина приходится 3,560 массовые части известняка.

Определяем концентрацию оксидов в сырьевой смеси:

CaO = (X· C₁ + C₂) / (X + 1) = (3,56·5,911 + 2,78) / (3,56 + 1) = 41,13

Al₂O₃ = (X· A₁ + A₂) / (X + 1) = (3,56·24,61 + 0,18) / (3,56 + 1) = 5,54

SiO₂ = (X·S₁ + S₂) / (X + 1) = (3,56·54,35 + 0,86) / (3,56 + 1) = 12,59

Fe₂O₃= (X· F₁ + F₂) / ( X + 1) =(3,56·7,89 + 0,18) / ( 3,56 + 1) = 1,83

MgO = (X· M₁ + M₂) / ( X + 1) =(3,56·1,50 + 1,45) / ( 3,56 + 1) = 1,46

П.П.П. = (X· П.П.П.₁ + П.П.П.₂) / ( X + 1) =(3,56·7,60 + 45,05) / ( 3,56 + 1) = 36,84

Примечание: / - означает деление.