Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Принимаем, что при сжигании природного газа во вращающейся печи используют горелочное устройство с частичным перемешиванием. Поэтому коэффициент расхода воздуха =1,08, а величина химического недожога составляет q₃/Q_н^р=2%. При влажности газа g^с.г.=10,3 г/м³ содержание водяных паров в газе равно:

%

%

Пересчитаем состав природного газа с учетом того, что в нем содержится 1,266 % водяных паров, в который входит CH₄^с.г., C₂H₆^с.г., C₃H₈^с.г., C₄H₁₀^с.г., N₂^с.г., CO₂^с.г..

, %

%

%

%

%

%

%

Определим количество чистого кислорода для сжигания кубометра топлива

V_O2=0,01[(m+n/4)C_mH_n], м³/кг.

V_O2=0,01[293,5+31,185+50,494+6,50,296]=1,949 кг/м³.

Определим теоретический расход воздуха на горение

L₀=(1+k)V_O2, м³/м³, k=const=3,76;

L₀=(1+3,76)1,949=9,277 м³/м³.

Определим действительный расход воздуха на горение

L=L₀, м³/м³;

L=9,2771,08=10,019 м³/м³.

Найдем объемы отдельных составляющих продуктов сгорания

V^CO2=0,01[ CO₂^в.г.+m C_mH_n^в.г.], м³/м³;

V^CO2=0,01[ 0,395+93,50+21,185+30,494+40,296]=0,989 м³/м³;

V^H2O=0,01[ H₂O^в.г.+n/2 C_mH_n^в.г.], м³/м³;

V^H2O=0,01[293,5+31,185+40,494+50,296]=1,94 м³/м³;

V^N2=0,01 N₂^в.г.+k V_O2, м³/м³;

V^N2=0,012,863+3,761,9491,08=7,943 м³/м³.

V^О2_изб.=(-1) V_O2, м³/м³;

V^О2_изб.=(1,08-1)1,949=0,156 м³/м³.

Тогда суммарный выход сгорания продуктов при =1,08 будет равен

V= V^CO2 +V^H2O +V^N2 +V^О2_изб.=0,989+1,94+7,943+0,156=11,028 м³/м³.

Состав продуктов сгорания равен

Определим низшую теплоту сгорания газов

Q_н^р= 358CH₄^с.г.+636C₂H₆^с.г.+913C₃H₈^с.г.+1185C₄H₁₀^с.г., кДж/м³;

Q_н^р= 35893,50+6361,185+9130,494+11850,296=35028,4 кДж/м³.

Химическую энтальпию продуктов сгорания с учетом химического недожога вычисляем по выражению

, кДж/м³;

кДж/м³;

Содержание воздуха в продуктах сгорания равно

,%

Тогда по "i-t" - диаграмме теоретическая температура горения природного газа составляет t^т = 1890 °С. Действительная температура горения при пирометрическом коэффициенте _пир=0,8 равна t_д=0,81890=1512 °С.

6. Определение основных размеров печи

1. Диаметр барабанной печи, м определяем из условия оптимальной скорости движения газового потока в печи

.

При принятом пылевыносе из печи 20 % средняя скорость газов должна быть умеренной. Принимаем ее равной 5 м/с.

Производительность печи по спеку составляет 16 т/ч , а по бокситу равна

т/час

где m_сп - выход спека из боксита (см. табл. 13).

Среднее время пребывания шихты в печи может быть определено как

=1/G_сп=1/12,422=0,081 ч.

Объем газообразных продуктов горения топлива определяем из выражения

V_д=qVm_cп/Q_н^р

где q – удельный расход теплоты на 1 т спека. По опытным данным можно принять равным 5860 кДж/кг.

Тогда м³.

Общее количество отходящих газов из печи равно сумме продуктов сгорания и технологических газов (см. табл. 15) и составляет

V=V_Д+V_H2O+V_CO2, м³.

В соответствии с данными материального баланса процесса спекания (см. табл. 17)

V=м³.

где 0,804 и 1,97 - плотность соответственно Н₂О и СО₂, кг/м³.

Расход отходящих газов с учетом среднего времени пребывания материалов в печи составит

м³/с.

С учетом средней температуры газов в печи С общий расход отходящих газов составляет

м³/с.

Тогда в соответствии с формулой (1)м.

Принимаем D = 5 м.

При использовании двухслойной футеровки, состоящей из высокоглиноземистого кирпича размером 250 мм и слоя тепловой изоляции 30 мм при толщине стенки кожуха 20 мм, наружный диаметр печи будет равен D_печи=5+0,252+0,032+0,022=5,6 м.

Длину зоны сушки рассчитываем в соответствии с выражением

Производительность печи по шихте составляет

G_ш=т/час.

Исходную влажность шихты определяем по данным материального баланса (см. табл. 17)

,

а величину конечной влажности принимаем W"=0.

С учетом способа загрузки (распыл) напряжение рабочего пространства сушильной зоны по влаге принимаем равным 0,08 т/(м²ч). Таким образом, длина зоны сушки составляет

м.

Определяем длину зоны подогрева по формуле:

В этой зоне удаляют связанную воду; шихту подогревают до температуры 750 °С. Температуру газов на входе в зону принимаем равной 1250 °С. Унос материала из зоны равен 25 % от общего пылеуноса. Тогда теплоту, поступающую в зону подогрева, затрачивают:

• на нагрев шихты до 750 °С

0,96(322,5– 165,98 – 41,950,25)(750 - 150)=84114,72 кДж=84,114МДж

где 0,96 - теплоемкость шихты, кДж/(кг • К);

• на испарение влаги и нагрев паров воды

11,55(2257+)=36945 кДж=39,645 МДж

где 0,3764,1868 - теплоемкость паров воды, кДж/(мольК);

2257 - удельная теплота испарения воды, кДж/кг;

• на подогрев пыли до 750 °С

0,9641,950,25(750 - 150)=6040,8 кДж=6,041 МДж;

• на разложение гидроксида алюминия диаспора и бемита по реакции

2Аl(ОН)_з = Аl₂О_з + ЗН₂О - 2580 кДж

57,112580 = 147343,8 кДж=147,343 МДж;

• на разложение каолинита по реакции

Al₂O₃2SiO₂2H₂O= Al₂O₃2SiO₂+2H₂O - 934 кДж

7,22934 = 6743,48 кДж=6,743 МДж;

• на разложение гидрогематита по реакции

Fe₂O₃ 3H₂O= Fe₂O₃+3H₂O - 3840 кДж

6,66·3840= 25574,4 кДж= 5,574МДж.

Тепловой эффект обезвоживания алюмосиликатов принимаем по выражению

;

где m_1p, m_2p, m_Fe - расходы гиббсита, каолинита и гидроксида железа; M_1p^H2O, M_2p^H2O,M_Fe^H2O - молекулярные массы гибсита, каолинита и гидроксида железа; t_1p, t_2p, t_Fe - температуры протекания соответствующих реакций: 750 -температура газов, выходящих из зоны подогрева. В соответствии со справочными данными устанавливаем t_1p=550°С; t_2p=450°С; t_Fe=400°С. Тогда

14358,64 кДж=14,359 МДж.

В итоге теплопотребление в зоне подогрева составит

Qп=84114,72+39645,01+6040,8+147343,8+6743,48+25574,4+14358,64=

=323820,85 кДж=323,8 МДж

Ширину слоя (хорда l_х) и контактную поверхность его с барабаном (1_q) определим исходя из соотношений размеров сегмента материалов в поперечном сечении участка. Из практических данных принимаем центральный угол в зоне подогрева 82,5°. Тогда

l_x=D_пsinα/2=5·sin(82,5/2)=3,296 м.

L_q=πD_пsinα/360=3,14·5·82,5/360=3,598 м.

Эффективную длину лучей газового потока определяем по формуле

где S_пер.- периметр свободного сечения печи, м.

S_nep==

=

По практическим данным для зоны подогрева можно принять коэффициент заполнения барабана печи φ= 5,6 - 8,0 %. Выбираем φ = 6,8 %.

Тогда м.

Определим состав газов по зонам.

Согласно данным расчета процесса горения топлива, в продуктах сгорания 100 м³ газа присутствует 98,9 м³ СО₂; 194 м³ Н₂О; 794,3 м³ N₂; 15,6 м³ О₂. Для зоны спекания состав газов соответствует составу продуктов сгорания топлива,

т. е. СО₂=8,968 %; Н₂О=17,592 %; N₂=72,026 %; О₂=1,415 %.

В зоне кальцинации полностью разлагаются карбонаты. Тогда объем газов от горения топлива при его расходе 25 % от веса сухого боксита (практические данные) составит 1102,8·0,25=275,7 м³.

С учетом объема СО₂, выделившегося при разложении карбонатов (см. табл. 15) в количестве 14,08 м³, общий объем газов в зоне кальцинации составит 14,08+275,7=289,78 м³. Средний объем газов в зоне кальцинации равен 275,7+0,5·14,08=282,74 м³. Тогда состав газов в зоне кальцинации будет следующим:

%;

%;

%

%

В зоне подогрева в газовую фазу переходит 11,55 кг Н₂О из исходной шихты, или 11,55·22,4/18=14,37 м³.

Общий объем газов в конце зоны подогрева составит 282,74+14,37=297,11м³.

Средний объем газов равен 282,74+0,5·14,37=289,925 м³.

Содержание компонентов в газах зоны подогрева равно

%;

%;

%;

%

В зоне сушки в газовую фазу переходит из шихты внешняя влага в количестве 154,6 кг, или 154,6·22,4/18=192,391 м³. Общий объем газов в конце зоны равен объему отходящих газов, т.е. 192,391+297,11=489,504 м³. Средний объем газов в зоне составляет 192,391·0,5+297,11=393,31 м³. Тогда состав газов в зоне сушки таков:

%;

%;

%;

%

Среднюю температуру газов в зоне подогрева находим по формуле логарифмического усреднения между газами и материалом

Здесь t_г^н=1250°С; t_г^к=750°С; t_ш=450°С,

˚С

Степень черноты СО₂ и Н₂О находим по графикам

При P_СО2S_эф =0,1338·7,74·101,325=101,27 кПа·м

t_Г=960°C; ε_CO2=0,2

Р_H2OS_эф=0,1921·7,47·101,325=145,4 кПа·м;

t_Г=960°С; ε΄_H2O=0,35; ε_H2O=1,8·0,35=0,63;

ε_Г=0,2+0,63=0,83.

Степень развития кладки в зоне подогрева составляет

Вт/(м²·К⁴).

Определяем величину теплового потока излучением:

Вт/м².

Средняя скорость движения газов в зоне подогрева равна

м/с;

тогда конвективный тепловой поток составит величину

q_k=10,476·0,87(960-450)=4648,2 Вт/м².

Средняя температура кладки составит t_k=(960+273)/2=705°С. Тогда

Вт/м².

Длина зоны подогрева составит

м.

В зоне кальцинации начальную температуру газов принимаем t_г^н=1400°С; конечную температуру газов t_г^к=1250°С; температуру шихты t_ш=875°С. Средняя температура газов в зоне равна

˚С.

Средняя температуpa кладки в зоне составляет

t_к=(1320+875)/2=1100 °С.

Состав газов в зоне кальцинации (в соответствии с предыдущими расчетами): 11,23% СО₂; 17,15% Н₂O.

В зоне кальцинации происходит термическое разложение карбонатов, натриевого алюмосиликата, образование основной массы (до 90 %) алюмината и феррита натрия и двухкальциевого силиката, появляется небольшое количество жидкой фазы. Температура шихты на выходе из зоны достигает 1000°С, температура газов на входе в зону - 1400 °С. Унос пыли составляет 25 % от общего пылеуноса.

Теплопотребление в зоне кальцинации по статьям идет:

• на нагрев шихты (спека) до 1000 °С

0,88·128,8·(1000-750)·16=453376 кДж=453,4 МДж,

где 0,88 - теплоемкость спека, кДж/(кг·К);

• подогрев пыли до 1250 °С

096·41,95·(1250-750)·16=322176 кДж=322,2 МДж,

где 0,96 - теплоемкость пыли, кДж/(кг·К);

Характеристики

Список файлов курсовой работы