Расчет печи кипящего слоя

Всего 0,277G, kг/ч;

Расход:

·            Потери при прокаливании 0,8956G*0,12=0,107G, кг/ч;

·            унос мелких фракций песка 0,892488G*0,19=0,1696G, кг/ ч.

Всего                                                          0,2696G кг/ч.

Итого выход материала:

·            из слива печи                    0,8956G-0,277G=0,6186G, кг/ч;

·            из футерованного циклона 0,17G*0,8=0,136G кт/ч.

ВСЕГО                     0,7546G кг/ч.

Производительность печи по сырцу

G = кг/ч,

где П – производительность печи по керамзитовому песку, м3/год;

ρн – насыпная плотность керамзитового гравия, кг/м3

Тф = 365*24*0,89 = 7796,4 ч,

где 0,92 – коэффициент использования оборудования.    

 

Определение рабочей скорости псевдоожижения

Зона термоподготовки

1. Эквивалентный диаметр зерен сырца.

 

где gi – доля класса зерен по массе;

dmax – максимальный диаметр узкой фракции зерен сырца, определяемый по формуле:

= =3,467мм.

где d1 и d2 – условный диаметр зерна, определяемый по размеру отверстий сит, соответственно проходного и непроходного.

2.Критерий Архимеда

A_R=

где ρТ – плотность твердых частиц, кг/м3;

ρГ – плотность газов при заданной температуре, кг/м3

υ – кинематическая вязкость газа при заданной температуре, V*106 м2/с

3.Критерий Рейнольдса

Re = 

4.Критическая скорость псевдоожижения при заданной температуре:

м/с

5.Критическая скорость, приведенная к условиям дутья:

 м/с

где Т0 – температура воздуха, подаваемого в зону термоподготовки, 0 С;

Т – температура в зоне термоподготовки, 0 С.

6. Рабочая скорость газов в зоне термоподготовки:

   м/с,

где m – число псевдоожижения; для зон термоподготовки и охлаждения 2…2,5;

для зоны обжига 2,5…3,5.

Зона обжига

1.Эквивалентный диаметр зерен песка.

2.Критерий Архимеда

A_R=

3.Критерий Рейнольдса

Re =  1,54

4.Критическая скорость псевдоожижения при заданной температуре:

м/с

5. Критическая скорость, приведенная к условиям дутья:

 м/с

6. Рабочая скорость газов в зоне обжига:

   м/с,

Холодильник

1.Критерий Архимеда

A_R = 

2.Критерий Рейнольдса

Re = 

3.Критическая скорость псевдоожижения при заданной температуре:

м/с

4. Критическая скорость, приведенная к условиям дутья:

 м/с

5. Рабочая скорость газов в холодильнике:

 м/с,

Тепловой баланс

Зона обжига

1. С материалом из зоны термоподготовки:

Q1п = 0,841G *Cc*tM = 0.841G * 0,924 * 357= 277,42G кДж/ч,

где, tM – температура материала, поступающего на обжиг из зоны термоподготовки;

Сс – удельная теплоемкость материала, поступающего на обжиг, равная 0,924

2. С воздухом, подаваемым в зону обжига:

Q2п = В*Vв0 *а1*Св*tв = B * 9,58 * 1,21 * 1,344 * 21 = 15,58В кДж/ч,

где Vв° – теоретический объем воздуха, необходимый для горения 1 м3 газа. Принят из расчета горения топлива для а= 1;

а1 – коэффициент избытка воздуха, подаваемого на горение, равный 1,2… 1,3;

Св – удельная теплоемкость воздуха, подаваемого на горение, равная 1,344 кДж/м3*К;

tв – температура воздуха, подаваемого на горение, ° С.

З.С теплом от горения топлива:

Q3п = Qнс * В = 37256,43В кДж/ч.

4. С физическим теплом топлива:

Q4п = B*Ct*tT = l,358*B*21 = 28,52В кДж/ч,

где tT – температура топлива, подаваемого на горение, ° С;

Ст – удельная теплоемкость топлива при температуре 16 °С, определяемая по формуле:

СТ = 4,2 (0,323 + 0,000018*tT) = 4,2 (0,323 + 0,000018*21) = 1,358 кДж/м3*К.

Расход тепла

1. На нагрев материала до температуры вспучивания;

Q1р = 0.8925 G * Сс* tобж = 0.8925 G * 0,924 * 1128 = 933,46G кДж/ч.

2. С отходящими дымовыми газами:

Q2р = В*Vдг*Сдг* tдг=В*11,1*1,44* 1128=18029,95В кДж/ч,

где Vдг – объем дымовых газов, определяемый из расчета горения топлива для a1 = 1,26 м3;

tдг – температура дымовых газов, 0 С;

Сдг – удельная теплоемкость дымовых газов при температуре 1105 °С, определяемая по формуле:

Сдг=4,2 (0,323+0,000018*tдг) = 4,2 (0,323*0,000018*1128)=1,44 кДж/м3*К.

3. На диссоциацию СаСО3:

Q3р =27,12 , кДж/ч

где   – потери СО2 при диссоциации СаСО3, %;

1587,6 – эндотермический эффект от декарбонизации СаСО3, кДж/кг

4. На диссоциацию MgC03:

Q4р =  , кДж/кг

где  - потери при диссоциации MgCO3, %;

1318,8 – эндотермический эффект от декарбонизации MgCO3, кДж/кг.

5. На дегидратацию глинистых минералов:

Q5р = , кДж/кг

где GH2O – потери гидратной воды, %;

6720 – эндотермический эффект дегидратации глинистых минералов, кДж/кг.

6. На плавление силикатной массы

Q6p= 0,841G* 315= 264,9G кДж/ч,

где 315 - удельный расход тепла на образование стекловидной фазы, отнесенный к 1 кг обожженного песка, кДж / кг.

Уравнение теплового баланса

При составлении уравнения теплового баланса учитываем потери в окружающую среду, которые принимаем равными 100% от общего количества прихода тепла. Решая это уравнение, находим объем газа, подаваемого в зону обжига на горение.

0,9 (Q1п + … +Q4п) = Q1p+ … + Q6p;

0,9 (277,42G + 15,58В + 37256,43В + 28,52B)=933,46G + 18029,95В + 27,12G + 37,9G + 142,65G + 264,9G

где G – производительность печи по сырцу. равная 5405,26 кг/г;

откуда расход газа составит: В=362,67 мЗ/ч

Отходящие из зоны обжига дымовые газы имеют температуру 1128 С поэтому перед подачей в футерованный циклон их требуется разбавить холодным воздухом. Принимаем температуру смеси газов и воздуха tсм = 600 °С и определяем объем холодного воздуха, необходимого для разбавления.

7. Объем холодного воздуха для разбавления 1 м3 дымовых газов:

Сдг* tдг+ Vхв* Схв* tхв = (1+Vхв)* Ссм* tсм, м3

где Vхв - объем холодного воздуха, м;

t xв, – температура холодного воздуха, °С;

Схв – удельная теплоемкость холодного воздуха, равная 1,344 кДж/ м3*К;

Tдг – температура отходящих дымовых газов, °С;

Ссм – удельная емкость смеси при температуре 600 °С, определяемая по формуле:

Ссм = 4,2 (0,323 + 0.000018*571) – 1,4 кДж/м3*К, тогда

1,44* 1128 +Vхл,* 1,344*21 = (1+Vхв)* 1,4*600,

откуда Vхв= 0,966 м3

8. Часовой выход дымовых газов:

Vдгх = а1* Vдгт * В = 10,95*1,21*362,67=4805,2м3/ч

где Vдгт – объем дымовых газовэопределяемый из расчета горения топлива для α1=1,21;

α1 – коэффициент избытка воздуха, равный 1,21.

9. Объем воздуха, подаваемого в зону обжига: 
 Voбж = Vвт * a1 * B = 11,1*1,21*362,67=4871,82м3/ч,

где Va – теоретический объем воздуха, необходимый для горения 1 м3 газа. Определяется из расчета горения топлива при α=1.

10. Часовой расход воздуха на разбавление дымовых газов:

Vхв*=Vдгх * Vхв = 4805,2*0,966 = 4641,82 м3/ч.

 

11. Часовой выход дымовых газов после разбавления:

Vдгр = Vдгх *(Vхв+1) = 4805,2*(0,966+1) = 9447,02 м3/ ч.

 

 

Зона термоподготовки

Приход тепла

1. С сырцом:

Q1п = G * Сс * tc =G *1,26*21 = 26,46G кДж /ч,

где tc – температура сырца,

2. С дымовыми газами, разбавленными холодным воздухом:

Q2п = Vдгр * Ссм * tсм = 9447,2*1,4*600 = 7935497 кДж /ч.

3. С пылью из футерованного циклона:

Q3п = 0,068G * Сп * tп = 0,068G * 1,036 * 600 = 42,27 G кДж /ч,

где tп – температура пыли, °С;

Расход тепла

1. На испарение влаги и перегрев пара:

Q1р = 0,09G * r + 0,09G * C(tтп – 418) = 224,91G + 0,176Gtтп – 73,74G кДж/ч,

где С – теплоемкость водяного пара, при температуре термоподготовки 1,96 кДж / кг*К;

r – скрытая теплота парообразования, равная 2499 кДж / кг;

t тп. – температура термоподготовки материала, °С.

2. С выходом материала из зоны термоподготовки:

Q2P = 0,841G *Cс* tтп = 0,841G * 0,924 * tтп = 0,777Gtтп кДж /ч.

3. На нагрев пыли, поступающей в циклоны зоны термоподготовки:

Q3P = 0,0546G * Сп * tтп = 0,0546G * 0,924 * tтп = 0,0504Gtтп кДж /ч.

4.         С отходящими дымовыми газами из зоны термоподготовки

Q4P= Vрдг * Ccv tтп=9447,03 * 1,4 * tтп = 13225,83 tтп кДж /ч.

 
Уравнение теплового баланса

Потери тепла в окружающую среду принимаем равными 10% от общего количества прихода тепла. Решая уравнение теплового баланса, определяем допустимую температуру термоподготовки tтп.

0,9 (Q1п+Q2п+Q3п) = Q1р+Q2p+Q3р+Q4р

0,9 (26,46G +7935497+42,27G)=232,41G+0,182Gtтп – 76,19G+0,771Gtтп+0,0536Gtтп+13825,36tтп

Подставляя численное значение G, находим tтп =389,17 что является технологически допустимым.

5.  Общий объем газов, подаваемых в зону термоподготовки: 
V_гтп= V_дг^р =9447,02

6.  Удельный расход тепла на производство 1 кг керамзитового песка:

q=  кДж/ч

Холодильник

Приход тепла

1.   С материалом из зоны обжига:

Q1п=0,6229G*Cкп*tобж = 0.6493G* 1,21* 1128 = 886,22G кДж/ч, где tобж – температура обжига, С;

Скп – удельная теплоемкость керамзитового песка при температуре 1043 С:

Скп =0,84 (1+0,00039 * 1043) = 1,21 кДж/кг*К,

2.   С воздухом, подаваемым на псевдоожижение:

Q2п =Vхол* Св * tв= Vхол *1,344*21=28,22 Vхол

Расход тепла

1.   С песком, выходящим из холодильника:

Q1п=0,6493G* Скп* tкп = 0,6493G *1,0087*515=337,3 G кДж/ч

где tкп – температура керамзитового песка, выходящего из холодильника, °С;

Скп – удельная теплоемкость керамзитового песка при температуре 532 °С.

Скп = 0,84 (1+0,00039*515)= 1.0087 кДж/кг*К.

2.   С уходящим воздухом:

Q2P – Vхол * Св * ty.в. = Vхол * 1,344 * 515 = 692,12 Vхол кДж /ч.

Уравнение теплового баланса

Потери тепла в окружающую среду принимаем равными 10% от общего количества прихода тепла. Решая уравнение теплового баланса, определяем объем холодного воздуха, подаваемого в холодильник:

0,9 (Q1п + Q2п) =Q1р+ Q2р

0,9 (779,62G + 25,4 Vхол)=337,3+692,12 Vхол;

подставляя численное значение G=5405,25 кг/г, находим:

Vхол = 3731,76 м3/ч.

Определение размеров поперечного сечения зон печи

Площадь поперечного сечения и диаметр каждой зоны установки определяются исходя из рассчитанной ранее рабочей скорости псевдоожижения и объема воздуха или газов. Расчет поперечного сечения каждой зоны производится по формуле:

F=V/3600ωp

где V – объем воздуха или газов, подаваемых в зону, м3/ч

ωp – рабочая скорость газов в зоне, м/с

Зона термоподготовки

1.         Поперечное сечение: F= м

2.         Диаметр: dm.n.= м

Зона обжига

1.         Поперечное сечение: F= м

2.         Диаметр: dобж.= м

Холодильник

1.         Поперечное сечение: F= м

2.           Диаметр: dm.n.= м

 

Конструктивная часть

             Печи кипящего слоя в зависимости от характера процессов, протекающих в них, могут быть одно- или многокамерными, работать без подвода тепла (при экзотермических процессах) или с различными способами подвода тепла (при эндотермических процессах). В многокамерных печах камеры могут располагаться смежно (однозонные печи) или в вертикальном положении одна над другой (многозонные печи); отдельные камеры могут сообщаться между собой при помощи наружных или внутренних переточных устройств.

              Печь кипящего слоя состоит из ряда отдельных элементов; рабочей камеры, загрузочных, выгрузочных и тягодутьевых устройств, системы приборов для контроля и автоматического регулирования процесса, а при эндотермических процессах – устройств для сжигания топлива. Рабочая камера печи представляет собой футерованную шахту, перекрытую сводом. В зависимости от способа подвода тепла к шахте печи пристраивается выносная топка или устройство для сжигания топлива непосредственно в кипящем слое обрабатываемого материала. Наиболее существенной частью печи являются газораспределительные решетки, устройство для сжигания топлива и переточные устройства.

               Печь кипящего слоя для обжига керамзитового песка показана на листе 1, Обжиг материала производится следующим образом: материал, загружаемый винтовым питателем 3, через течку 1 поступает в зону подогрева 2, из которого подогретым до 750 °С по внешнему переточному устройству 5 поступает в зону обжига 6. Обожженный песок через второй внешний переток 7 поступает в холодильник 8, работающий также по принципу кипящего слоя. Охлажденный до 100 °С песок по течке 9 поступает на конвейер, 10- Зона подогрева оборудована подовыми керамическими решетками 11, причем вторая зона от зоны обжига отделена глухой перегородкой 12. В подовую решетку зоны обжига вмонтированы газовые горелки. Воздух турбовоздуходувной машиной нагнетается под решетку холодильника и нагретым за счет теплоты охлажденного песка по воздухосборникам 13 поступает в зону обжига к трубам 14 горелок, обеспечивая горение газа.

             Перемешивание слоя в радиальном направлении в печах кипящего слоя выражено слабо. Поэтому равномерный ввод топлива через горелки имеет решающее значение для нормальной работы печи. Продукты горения из зоны обжига поступают в горячий футерованный циклон 15, где они очищаются от уносов и, огибая глухую перегородку, поступают с температурой 950 °С через решетку во вторую зону подогрева. Охладившись до 750° С через трубопровод 16 отходящих газов направляются в циклон 4, обеспыленные газы вентилятором 18 выбрасываются в атмосферу. Пылевидная фракция осажденного пес из циклона по винтовому конвейеру 17 поступает на ленточный конвейер.