Реферат: Расчёт теплотехнической эффективности замены барабанного холодильника на колосниковый на Паранайском цементном заводе

Реферат: Расчёт теплотехнической эффективности замены барабанного холодильника на колосниковый на Паранайском цементном заводе

Содержание:

Задание   2

Введение. 3

1. Расчет горения топлива. 6

2. Материальный баланс цементной вращающейся печи. 7

3. Тепловой баланс холодильника   9

4. Тепловой баланс вращающейся  печи. 11

5. Сводные данные. 14

Таблица 6. Материальный баланс печи   14

6. Аэродинамический расчет   15

Заключение. 18

Литература   19

         Теплотехническая эффективность замены барабанного холодильника на  колосниковый на Паранайском цементном заводе.

Исходные данные для расчета.

Сырьё – извесняк

Производительность печи =10 т/ч

Размеры печи 2,90х2,44х56

Топливо – уголь

Qтп=21000

Химико-минералогический состав.

С3S=50%

C2S=23%

C3A=10%

C4AF=12%

%Al2O3 = 3,73

ПППс = 34,4

         Наиболее распространёнными холодильниками клинкера являются рекуператорные (планетарные), колосниковые и барабанные (трубные). Известны и другие виды холодильников, но масштабы их применения в промышленности менее значительны.

         В этой работе предлагается замена барабанного холодильника на колсниковый на Паранайском цементном заводе.

         Барабанный (трубный) холодильник представляет собой метал­лический барабан диаметром 2,5—6,0 м и длиной 20—100 м, вра­щающийся на бандажах и опорных роликах с частотой 3—6 об/мин. Кожух холодильника обычно, имеет такой же диаметр, что и кожух печи. Привод барабана, так же как и привод вращаю­щейся печи, состоит из электродвигателя, редуктора, венцовой и подвенцовой шестерен. Угол наклона барабана к горизонту равен 4— 6°. Горячая часть барабана отфутерована шамотным кирпичом или чугунными плитами. На остальной части корпуса барабана в шах­матном порядке установлены лопасти (швеллеры), которые пересыпают клинкер и способствуют увеличению поверхности теплообме­на. Мелкий клинкер после выхода из печи просыпается через ре­шетку, а крупные его куски направляются в дробилку. Загрузочное устройство холодильника выполнено в виде керамической шахты с наклонным дном. Места соединения шахты с головкой печи и ба­рабаном холодильника уплотняются. В барабанном холодильнике клинкер охлаждается с 1273—1373 до 373—573 К. Охлаждающий воздух, нагреваемый до температуры 773—873 К, используется в качестве вторичного воздуха.

Барабанный холодильник у печи с циклонными теплообменни­ками производительностью 1800 т/сут имеет диаметр 4,6 м и длину 50 м, угол его наклона 4,5°, а частота вращения 2,4 об/мин. Он эф­фективно работает, если футерован огнеупорной массой на 70— 80% своей длины, а на участке между 16 и 28 м в нем устаиовлены литые лопатки и далее до конца холодильника —лопатки из сталь­ного листа. Вместо лопаток можно устанавливать ковши из жа­ростойкого литья. Для понижения температуры клинкера до 423— 473 К необходимо впрыскивание воды внутрь барабана при расходе ее около 3 м3/ч. Барабанный холодильник не оборудуется дро­билкой, так как крупные зерна клинкера разбиваются при пересы­пании. Преимуществами барабанных холодильников являются простота конструкции и надежность в эксплуатации, отсутствие из­быточного воздуха, относительно низкий расход электроэнергии. К. недостаткам холодильника относится недостаточно строго регу­лируемое количество вторичного воздуха, большая его запылен­ность, что ухуджает видимость в печи, необходимость установки вращающихся печей на высоких фундаментах, Недостаточно вы­сокая стойкость пересыпающих лопаток и полок. Возможный пере­грев нефутерованного корпуса холодильника до 523—673 К частич­но устраняется путем орошения его водой. Барабанные холодиль­ники распространены недостаточно широко.

Колосниковые холодильники различных конструкций работают по одному и тому же принципу — охлаждение клинкера осущест­вляется присасыванием воздуха сквозь его слой. Колосниковые хо­лодильники имеют колосниковую решетку, состоящую из отдельных колосников — палет, на которой слоем толщиной 150—300 мм рас­пределяется горячий клинкер. Холодный воздух подается под ре­шетку и проходит слой клинкера, охлаждая последний до 333— 353 К.

В промышленности применяют колосниковые холодильники не­которых марок, отличающиеся один от другого некоторыми кон­структивными особенностями.                                                                                                                                                                                                                                                                          

В холодильниках «Волга» и «Фуллер» горизонтальные колос­никовые решетки изготовлены из одинакового количества чередую­щихся подвижных и неподвижных колосников Решетка  заключена в металлический кожух, верхняя часть которого отфутерована шамотным огнеупором. Неподвижные колосники ре­шетки прочно закреплены в кожухе, а подвижные смонтированы на общей раме и совершают возвратно-поступательное движение с помощью кривошипно-шатунного механизма, благодаря чему осу­ществляется продвижение клинкера, лежащего на решетке слое толщиной 150—300 мм. Рамы совершают 8-16 движений в мину­ту при величине хода до 100 мм. Зазор между плитами достигает 5—8 мм, а живое сечение всей решетки—10%. Подрешеточное пространство разделено на две, три зоны и более в зависимости от габаритов холодильника. В секции камеры подается холодный воздух, наиболее горячая часть которого (из 1-й секции) используется в качестве вторичного воз­духа, а остальная часть (из двух секций отводится наружу. Для резкого охлаждения клинкера и равномерного распределения его на решетке применяют острое дутье воздуха высокого давле­ния или ступенчатую наклонную решетку. В разгрузочном конце холодильника установлены решетка или грохот, отсеивающие нор малыше зерна клинкера и направляющие крупные зерна в дро­билку. Под колосниковой решеткой установлен скребковый , транспортер для удаления мелких фракций клинкера, просыпавшихся через зазоры между колосниками.

Одной из наиболее изученных в настоящее время схем является совмещение колосникового холодильника с шахтно-секционным хо­лодильником . Клинкер охлаждается от 1623 до —673 К в колосниковом холодильнике, при этом весь охлаж­дающий воздух поступает в печь. Затем клинкер проходит дробилку предварительного дробления и подается во второй холодильник, представляющий собой систему шахтных секций, в которые горя­чий клинкер загружается сверху с помощью элеватора, скребко­вого конвейера и поворотных заслонок. Клинкер движется по шах­там вниз со скоростью 2,5—3 см/мин и проходит их за 2—3 ч. Выгрузка клинкера с температурой 343—353 К синхронизирована с нагрузкой. Холодный воздух низкого давления., по специальным трубопроводам, проходящим в шахтах-секциях, подается сверху вниз и нагревается до 333—373 К, после чего направляется в ко­лосниковый холодильник. Так как воздух не контактирует с клин­кером, то он не содержит пыли и понуждается в очистке.

Экономичен также двойной просос охлаж­дающего воздуха через слой клинкера в разных камерах. В этом случае температура подогрева вторичного воздуха может дости­гать 1073—1173 К.

К недостаткам колосниковых холодильников относят то что они имеют сложную конструк­цию и много движущихся частей, часто выходящих из строя. При охлаждении мелкого клинкера значительная часть его просеивается через отверстия между  колосниками и перегружает  скребковый транспортер, что вызывает остановку агрегата. Однако они харак­теризуются    высокой    удельной производительностью  [800— 900 кг/(м2.ч)] и глубоким (до 323—353 К) охлаждением клинкера. В связи с тем что найдены способы уменьшения, степени влияний отмеченных недостатков, в последнее время стали проектироваться колосниковые холодильники как средней, так и большой (3000 -10000 т/сут) производительности.

1.1 Теоретический объемный и массовый расход воздуха.

Lв0 = 0,0889 ∙ Сp +0,265 ∙  Нp + 0,333(Op - Sp) = 0,088∙63,3 + 0,265 ∙ 3,92 + 0,0333(6,56 – 0,53)=6,465 [нм3/кг. т.]

mв0 = 1,293 ∙ L в0 = 1,293 ∙ 6,465 = 8,359 [кг/кг т.]

1.2  Действительный расход воздуха

Lвд = α∙Lв0 = 1.15 ∙ 6,465 = 7,435  [нм3/кг. т.]

mв0 = α ∙ mв0 = 1.15 ∙ 8,359 = 9,613 [кг/кг т.]

1.3 выход продуктов горения

LCO2 = 0,0186 ∙ Cp = 0,0186 ∙ 63,3 = 1,117 [нм3/кг. т.]

L Н2О = 0,112 ∙ Нp + 0,0124 ∙ W­P = 0,112 ∙ 3,92 + 0,0124∙ 2,03 = 0,464 [нм3/кг. т.] 

L N2 = 0,79 ∙ Lвд + 0,018 ∙ Np =0,79 ∙ 7,435   + 0,08 ∙ 1,06 = 5,958  [нм3/кг. т.]

L SO2 = 0,007 ∙ Sp =  0,0075 ∙ 0,53 = 0,0037 [нм3/кг. т.]

L O2 = 0,21 ∙ (α – 1) ∙ Lв0 = 0,21 ∙ (1,15 – 1) ∙ 6,465 = 0,204 [нм3/кг. т.]

Lп.г.= 1,117 + 0,464 + 5,958  + 0,0037 + 0,204 = 7,807 [нм3/кг. т.]

m CO2 = 1,977 ∙ LCO2 = 1,977 ∙ 1,177 = 2,327 [кг/кг. т.]

m Н2О = 0,805 ∙ LН2О = 0,805 ∙ 0,464 = 0,374 [кг/кг. т.]        

m N2 = 1,251 ∙ L N2 = 1,251 ∙  5,958  = 7,453 [кг/кг. т.]

m SO2 = 2,928 ∙ L SO2 = 2,928 ∙ 0,0037 = 0,011 [кг/кг. т.]

m O2 = 1,429 ∙ L O2 = 1,429 ∙ 0,204 =  0,292 [кг/кг. т.]

m п.г.= 2,327 + 0,374 + 7,453 + 0,011 + 0,292 =10,457 [кг/кг. т.]

Таблица 1. Материальный баланс горения топлива.

  Невязка:

         100% ∙ (Gпр – Gрас) / Gmax = 100% ∙ (10,613– 10,683) / 10,683= 0,65%

1.   Расходные статьи материального баланса.

1.1  Топливо.

хт  [кг/кгкл]

1.2 Воздух.

    Gв = ∙хт =

Gв == 13,522xт [кг/кгкл]

      1.3 Теоретический расход сухой сырьевой смеси.

 ;

=1,524 [кг/кгкл]

Расход сырьевой смеси

          [кг/кгкл]   

      1.4 Воздух для горения топлива

         Vвг = Lвд ∙ хт = 7,435 ∙ хт  [нм3/кг. кл.]

Gвг = mвд ∙ хт =9,613 ∙ хт [кг/кг т.]

         1.5 Пылевозврат

Действительный расход сухого сырья, где апу принимаем равным 1%:

  = 1,524 =0,152  [кг/кг.кл]

2. Приходные статьи материального баланса.

2.1 Общий пылеунос

= 10 ∙ 1,539/100 = 0,154 [кг/кг.кл]

2.2   Выход отходящих  газов

Gог=mпг*хт+GН2Ог+w +GCO2c [кг/кг.кл]

GСО2с = Gсд ((ПППс – 0,35Al2O3)/100) = 1,539((34,4 – 0,35∙3,73)/100) = 0,509 [кг/кг.кл]

GH2Oг = Goc - GСО2с – Gкл = 1,539/(100 – 1) = 0,015 [кг/кг.кл]

         Gог = 0,509 + 0,015 + 10,683 ∙ xт = 10,683 ∙ xт  + 0,539

Таблица 2. Предварительный материальный баланс печи

Приход:

1)   Теплота с клинкером, входящим в холодильник:

Qклвх=mкл ∙ Скл ∙ tкл, [кДж/кг.кл],

где tклвх=13500С,

       Скл=1,076 [кДж/м3 ∙ К],

 Qклвх=1∙1350 ∙ 1,076=1452,6 [кДж/кг.кл.]

2)   Теплота с воздухом на охлаждение:

а) Барабанный холодильник

Vвохл = Vввт =0,8 ∙ Lвд ∙хт = 0,8∙7,435 ∙хт = 5,948∙хт  [кДж/кг.кл];

tc = 10 0C; Cв = 1,297 [кДж/кг.кл];

Qвохл = 5,948∙хт  ∙10 ∙ 1,297 =77,145∙хт 

б) Колосниковый холодильник

Qвохл = 3 ∙ 1,297 ∙ 10 = 38,91 [кДж/кг.кл];

где Vвохл =3 [м3/кг. кл].         

Расход:

1)   Теплота с клинкером выходящим из холодильник:

а) Qклвых=mкл∙Скл∙tклвых;

где Скл=0,829 кДж/кг∙Кл,       tклвых=2000С,

Qклвых=1∙0,829∙200=165,8 [кДж/кг∙Кл].

б)  Скл=0,785 [кДж/кг ∙Кл],       tклвых=1000С,

Qклвых=1∙0,785∙100=78 [кДж/кг∙К].

2)   Теплота с избыточным воздухом:

б) Qвизб = (Vвохл - Vввт)∙ Cв = (3 – 5,948 ∙ хт) ∙ 150 ∙ 1,305 =587,25 – 1164,32 ∙ хт

3)   Теплота через корпус:

Qч.к.х = S · α ·(tк – toc)/Bкл

где tк=500С,

       tос=100С,

α = (3,5+0,062 · tк) · 4,19 = (3,5 + 0,062 · 50) · 4,19 = 27,67

а) S=π · D · L =3,14 · 3 · 50 = 471 [м3]

Qч.к.х = 471,0 · 27,67 · (50 – 10)/10000 = 52,13 [кДж/кг. Кл.]

б) S = 2 ·l ·h+2 · b · h+l · b

S = 20 · 6 · 2 + 6 · 5 · 2 + 20 · 5 =400 [м2]

Qч.к.х = 400 · 27,67 · (50 – 10)/10000 = 44,27 [кДж/кг. Кл.]

4)   Теплота со вторичным воздухом:

Qв`` = ΣQпр – (Qвизб – Qклвых – Qч.к.х)

а) Qв`` = 1452,6 + 77,145 · хт – 165,8 – 52,13 = 1234,67 + 77,145 · хт [кДж/кг ∙ Кл.]

б) Qв`` = 1452,6 + 38,91 – 78 – 587,25 + 1164 · хт – 44,27 = 781,99 + 1164,32 · хт [кДж/кг ∙ Кл.]

Таблица 3. Предварительный тепловой баланс холодильника

Приход

1)   Тепло от горения топлива

Qнр = 389 ∙ Ср + 1030 ∙ Hp + 108.9 (Op + Sp) – 25 Wp = =389 ∙ 63,3+ 1030 ∙ 3,9 + 108,9 (6,56 + 0,53) – 25 ∙ 2,03 = 29267,217 [кДж/кг ]

Qт = Qнр ∙ xг = 29267,817∙хт  [кДж/кг Кл.]       

2)   Тепло вносимое топливом

 Qтф = хт ∙ Ст ∙ tт =0,92 ∙ 70 ∙хт = 64,4 ∙хт [кДж/кг Кл.]

3)   Тепло вносимое сырьевой смесью

Qc/cм = ( G c/cмд ∙С c/cм +  GН2ОW ∙ CН2О) ∙ tc = (1,539 ∙ 0,832 + 0,015 ∙ 4,19) ∙ 20 = 26,86 [кДж/кг Кл.]

4)   Тепло возвратной пыли.

QпВозв = GпВозв ∙Сп ∙ tп = 0,152 ∙ 1,06 ∙ 100 = 16,112 [кДж/кг Кл.]

5) Тепло воздуха вторичного и первичного

Qвпер = Vв ∙ Св ∙ tв = 0,2 Lвд ∙ хт ∙10 ∙ 1,259 =0,2 ∙7,435 ∙хт ∙ 10 ∙ 1,259 = 18,72∙ хт

Теплота вторичного воздуха из теплового баланса холодильника

а) Qв вт =1234,67 + 77,145 · хт [кДж/кг Кл.]

б) Qв вт = 781,99 + 1164,3·хт [кДж/кг Кл.]

Расход

1. Тепловой эффект клинкерообразования:

Qтек = Qдек + Qдег + Qж.ф. - Qэкз

где Qдек=GСаСО3∙1780 – теплота на декарбонизацию,

GСаСО3=GСО2с∙МсаСО3/(44 ∙ МСО2),

GСаСО3=0,59∙100/44=1,157 кг/кг. кл,

Qдек=1,157 ∙ 1780 = 2059,46 [кДж/кг Кл.]

Qдег=GН2Ог∙7880 – теплота на дегидратацию глины.

Qдег= 0,015 ∙ 7880 = 118,2  [кДж/кг Кл.]

Теплота образования жидкой фазы:

Qж.ф.=100 [кДж/кг Кл.].

Теплота образования клинкерных минералов:

Qэкз=0,01∙(528∙C3S+715∙C2S+61∙C3A+84∙C4AF),

Qэкз=0,01∙(528∙50+715∙23+61∙10+84∙12) = 444,63 [кДж/кг Кл.]

Qтек = 2056,46 + 118,2 + 100 – 444,63 = 1833,03  [кДж/кг Кл.]

2.   С клинкером, выходящим из печи:

Qклп=Qклвх=1452,6 [кДж/кг Кл.]

3.   Тепло с пылью:

Qп= Gпобщ ∙ Сп ∙ tо.г., [кДж/кг Кл.],

Qп=1,06 ∙ 300 ∙ 0,154 = 48,97  [кДж/кг Кл.]

4.   Тепло на испарение влаги из сырья

Qм = 2500 ∙ GН2Ог =2500 ∙ 0,015 =37,5 [кДж/кг Кл.]

5.   Потери тепла корпусом в окружающую среду:

Qч/к.=SF∙a(tc-tв)/В, [кДж/кг Кл.],

1. участок декарбонизации  50%, 150 - 250

2. участок: обжиг и охлаждение 50%, 200-3000С.

F1 =3,14 ∙2,9 ∙ 0,2 ∙ 0,56 + 0,3 ∙ 0,56 ∙ 3,14 ∙ 2,44 = 230,7 м2

F2 = 3,14 ∙ 2,44 ∙ 56 ∙ 0,5 = 214,5 м2

α1 = (3,5 + 0,062 ∙ tн) ∙ 4,19 = (3,5 + 0,062 ∙150 ) ∙4,19 = 53,63

α2 = (3,5 + 0,062 ∙ tк) ∙ 4,19 = (3,5 + 0,062 ∙200 ) ∙4,19 = 66,62

Qч/кп.= (230,7 ∙ 53,63∙ (150-10) + 214,5 ∙ 66,62 ∙ (200 – 10))/10200 = 436.0

  [кДж/кг Кл.]

тогда потери через корпус печи, при условии что через корпус теряется около 80% тепла.

Qч/к = 436 + 436 ∙ 0,2 = 523,2     [кДж/кг Кл.]

6.   Потери тепла с отходящими газами

Qог = [(LCO2∙ C CO2 + LH2O∙ C H2O + LN2∙ C N2 + LSO3∙ C SO3 + LO2∙ C O2) ∙ xт + 

+(GH2OW + GH2Oг)/ρH2O∙CH2O + GCO2/ρ CO2 ∙ CCO2] ∙ tог = [(1,177∙ 1,863 + 0,464∙ 1,542 + 5,958∙ 1,307 + 0,0037∙ 1,955 + 0,204∙ 1,356) ∙ xт + (0,015 + 0,015)/1,542 + 0,509/1,977 ∙ 1,863] ∙ 300 = 3293,76 ∙хт + 161,15

Находим удельный расход топлива

а) 29267,817 · хт + 64,4 · хт  + 26,4 + 16,112 + 1234,67 + 77,145· хт + 18,72 · хт = 1833,03 + 1452,6 + 48,97 + 37,5 +583,2 + 3293,76 · хт + 161,15

26134,322 · хт = 2839,268

хт = 0,108   [кДж/кг ∙ Кл.]

[x] = 29267.817 · 0108/10200 = 0,309 =309 [кг. Усл. т/т. Кл.]

б) 29267,817 · хт + 64,4 +26,4 + 16,112 + 781,99 + 1164,32 · хт + 18,72 · хт = 1833,03 + 1452,6 + 48,97 + 37,5 + 523,5 + 3293,76 · хт + 161,15

27221,497 · хт = 3232,248

хт = 0,118 [кг/кг ∙ Кл.]

[хт] = 29267,817 · 0,118/10200 = 0,338 =338 [кг. Усл. т/т. Кл.]

Невязка:

                   а) 100 ∙ (2,859– 2,846) / 2,846=0,35%

                   б) 100 ∙ (2,966– 2,953) / 2,953=0,33%

Таблица 6. Тепловой баланс холодильника

Таблица 7. Тепловой баланс печи

Невязка:

                   а) 100 ∙ (4455,868– 4412,17) / 4412,17=0,99%

                   б) 100 ∙ (4463,163– 4461,582) /4463,163 =0,03%

1.   Объем газообразных продуктов на выходе из печи

Vпг=Vог ∙ 1000 ∙ Вкл

а) Vо.г.=Lп.г.∙хт+GН2Оw+г+GСО2с = 7,807 ∙ 0,135 + 0,015 + 0,015 + 0,509 = 1,59, м3/кг.кл,

б) Vо.г.=Lп.г.∙хт+GН2Оw+г+GСО2с = 7,807 ∙ 0,123 + 0,015 + 0,015 + 0,509 = 1,59, м3/кг.кл,

а) Vпг=Vог ∙ 1000 ∙ Вкл  = 1,59 ∙ 1000 ∙ 10,2 = 34039,97 м3/ч =

= 9,45 м3/с

б) Vпг=Vог ∙ 1000 ∙ Вкл  = 1,49 ∙ 1000 ∙ 10,2 = 31899,09 м3/ч =

= 8,86 м3/с

Объем газообразных продуктов перед дымососом увеличивается из-за подсосов воздуха и составит:

Vп.г.` =1,15∙Vп.г., м3/с,

а) Vп.г.`= 1,15∙9,45 =10,86 м 3/с,

б) Vп.г.`= 1.15∙ 8,86 =10.18 м3/с.

Аэродинамические сопротивления печной установки:

Dр=Dрц + Dрвхгаз +Dрвыхгаз + Dрп+Dрэл.ф.,

где Dрп – сопротивление вращающейся части печи вместе с переходной камерой можно принять равным 100 Па

Dрэл.ф. – гидравлическое сопротивление электрофильтра,

             Dрэл.ф.=200-250Па,

Dргаз –сопротивление газоходов, Dргаз=70-100Па,

Dрц – сопротивление циклона = 200 – 300 Па

∆рвыхгаз, Dрвхгаз – сопротивление входящих и выходящих газоходов

Dрвыхгаз = 50 – 150 Па;  Dрвхгаз = 50 – 100 Па

Dробщ = 1,2 ∙ Dр = 1,2 ∙720 = 852 Па

Мощность, потребляемая дымососом:

Nд=х ∙ Vп.г.` ∙ Dробщ/hобщ­  , кВт,

а) Nд=1,2 ∙ 10,86 ∙ 852/1000=11,1 кВт,

б) Nд=1,2 ∙ 10,18 ∙ 852/1000=10,4 кВт.

Основные теплотехнические показатели печной установки:

1)   Тепловой КПД печи:

hтепл=[(Qтэк+Qисп)/Qг]∙100%,

а) hтепл=[(1833 + 37,5)/4488,089] ∙ 100=41,67 %,

б) hтепл=[(1833,03 + 37,5)/4463,163] ∙ 100=41,91%.

2)   Технологическое КПД печи:

hтех=(Qтех/Qг)∙100%,

а) hтех=(1833,03/3160,92)∙100=57,99%,

б) hтех=(1833,03/3453,53)∙100=53,077%.

         В данном курсовом проекте требовалось рассчитать теплотехническую эффективность замены барабанного холодильника на колосниковый.  По результатам расчета удельный расход топлива на обжиг 1 кг клинкера до замены составлял 0,108  кг/кгкл, после замены после замены увеличился до 0,118 кг/кгкл. Увеличились потери с избыточным воздухом на 449,86 кДж/кг). Но уменьшились потери с выходящим из холодильника  на 87,7. После замены удельный расход условного топлива увеличился на 29 кг.Усл.т/т.Кл.. Уменьшился теплотехнический КПД печи на 4 %.

1.   Ю.М. Бутт, М. М. Сычёв, В. В. Тимашев «Химическая технология вяжущих материалов» М. Высшая школа 1980

2.   Левченко П. В. «Расчет печей и сушил силикатной промышленности» М. Высшая шкала 1968 г.

3.   Теплотехнические расчёты тепловых агрегатов в производстве вяжущих материалов  Б. 1986