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

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

Задание

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

|2,03 |22,6 |63,3 |3,92 |1,06 |6,56 |0,53|

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 = ??Lв0 = 1.15 ? 6,465 = 7,435 [нм3/кг. т.]

mв0 = ? ? 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 ? (? – 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.

|Приход |Количество |Выход |Количество |
|материалов | |материалов | |
| |кг | |кг |
|Топливо: |1 |1. |2,327 |
| | |Углекис-лый | |
| | |газ |0,374 |
| | |2. Водяные | |
| | |пары |7,453 |
|Воздух | |3. Азот |0,011 |
|действительный |9,613 |4. Сернистый | |
| | |газ |0,292 |
| | |5. Кислород |0,226 |
| | |6. Ар | |
|Итого: |10,613 |Итого: |10,683 |

Невязка:

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

2. Материальный баланс цементной вращающейся печи.

1. Расходные статьи материального баланса.

1. Топливо. хт [кг/кгкл]

1.2 Воздух.

Gв = [pic]?хт =[pic]

Gв =[pic]= 13,522xт [кг/кгкл]

1.3 Теоретический расход сухой сырьевой смеси.

[pic] ;

[pic]=1,524 [кг/кгкл]

Расход сырьевой смеси

[pic] [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%:
[pic]= 1,524 [pic]=0,152 [кг/кг.кл]
2. Приходные статьи материального баланса.

2.1 Общий пылеунос

[pic]= 10 ? 1,539/100 = 0,154 [кг/кг.кл]

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 |Количество, кг/кг.кл |Расход |Количество, |
| | | |кг/кг.кл |
|1.Выход |1 |1.Расход |хт |
|клинкера | |топлива | |
|2.Выход |10,683 ? xг + 0,539 |2.Сырьевая |1,554 |
|отходя-щих| |смесь | |
|газов | |3.Воздуха на |9,613 ? хт |
|3.Oбщий |0,154 |горение | |
|пылевы-нос| |4. Пылевынос |0,154 |
|Сумма |10,683 ? xт + 1,693 |Сумма |10,683 ? xт + |
| | | |1,706 |

3. Тепловой баланс холодильника

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 · ? ·(tк – toc)/Bкл

где tк=500С, tос=100С,

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

а) S=? · 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`` = ?Qпр – (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 |Количество, |Расход |Количество, |
| |кДж/кг.кл | |кДж/кг.кл |
|1.С клинкером |1452,6 |1452,6 |С клинкером |165,8 |78 |
|входящим | | |выходящим | | |
|2. Воздух на |77,145?хт|38,91 | | | |
|охлаждение | | |2. Теплота через |52,13 |44,27 |
| | | |корпус | | |
| | | |3.Воздух: | | |
| | | |- избыточный |- |587,25 –|
| | | | | |1164,3?х|
| | | | | |т |
| | | |- вторичный |1234,67 + | |
| | | | |77,145 · |781,99 +|
| | | | |хт |1164,3·х|
| | | | | |т |
|сумма |1452,6 + |1491,51 |сумма |1452,6+ |1491,51 |
| |77,145?хт| | |77,145 · | |
| | | | |хт | |

4. Тепловой баланс вращающейся печи.

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.]

1. С клинкером, выходящим из печи:

Qклп=Qклвх=1452,6 [кДж/кг Кл.]

2. Тепло с пылью:

Qп= Gпобщ ? Сп ? tо.г., [кДж/кг Кл.],

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

3. Тепло на испарение влаги из сырья

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

4. Потери тепла корпусом в окружающую среду:

Qч/к.=(F?((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

?1 = (3,5 + 0,062 ? tн) ? 4,19 = (3,5 + 0,062 ?150 ) ?4,19 = 53,63
?2 = (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.]
5. Потери тепла с отходящими газами
Qог = [(LCO2? C CO2 + LH2O? C H2O + LN2? C N2 + LSO3? C SO3 + LO2? C O2)
? xт +
+(GH2OW + GH2Oг)/?H2O?CH2O + GCO2/? 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.]

5. Сводные данные.

Таблица 6. Материальный баланс печи

|Приход |Количество, |Расход |Количество, |
|Материала |Кг/кгкл |материала |кг/кгкл |
| |а |б | |а |б |
|1. Клинкер |1 |1 |1. Топливо |0,108 |0,118 |
|2. Отходящие |1,692 |1,799 |2. Воздух на |1,038 |1,134 |
|газы | | |горение топлива | | |
|3. Общий |0,154 |0,154 |3. Сырьевая |1,554 |1,554 |
|пылеунос | | |смесь | | |
| | | |4. Пылевозврат |0,152 |0,152 |
|Сумма: |2,846 |2,953 |Сумма: |2,859 |2,966 |

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

|Приход |Количество, |Расход |Количество, |
| |кДж/кг.кл | |кДж/кг.кл |
| |а |б | |а |б |
|1.С клинкером |1452,6 |1452,6 |1.С клинкером |165,8 |78 |
|входящим | | |выходящим | | |
|2. Воздух на |8,33 |38,91 | | | |
|охлаждение | | |2.Через корпус |52,13 |44,27 |
| | | | | | |
| | | |3.Воздух | | |
| | | |- избыточный |- |449,86 |
| | | |- вторичный |1243,0 |919,38 |
| | | | | | |
|сумма |1460,93 |1491,51 |сумма |1463,01 |1491,51|

Таблица 7. Тепловой баланс печи

|Приход |Количество, кДж/кг.кл|Расход |Количество, кДж/кг.кл|
| |а |б | |а |б |
|1. Сгорание |3160 |3453,53 |1. ТЭК |1833,03 |1833,03 |
|топлива | | | | | |
|(химическая | | |2. С клинкером| | |
|теплота) | | | |1452,6 |1452,6 |
|2.Физическая | | |3. С пылью |48,97 |48,97 |
|теплота |6,955 |7,599 |4. Испарение | | |
|3.Сырьевая | | |влаги |37,5 |37,5 |
|смесь |26,86 |26,86 |5.Через корпус| | |
|4.Возвратная |16,112 |16,112 |печи |523,2 |523,2 |
|пыль | | |6. Отходящие | | |
|5. Воздух | | |газы |516,87 |549,81 |
|- первичный |2,021 |2,208 | | | |
|- вторичный |1243 |919,38 | | | |
|cсумма |4455,868 |4425,689 |сумма |4412,17 |4445,11 |

Невязка: а) 100 ? (4455,868– 4412,17) / 4412,17=0,99% б) 100 ? (4463,163– 4461,582) /4463,163 =0,03%

6. Аэродинамический расчет

1. Объем газообразных продуктов на выходе из печи

Vпг=Vог ? 1000 ? Вкл [pic]

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 [pic] = 1,59 ? 1000 ? 10,2 [pic]= 34039,97 м3/ч =
= 9,45 м3/с б) Vпг=Vог ? 1000 ? Вкл [pic] = 1,49 ? 1000 ? 10,2 [pic]= 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:

(р=(рц + (рвхгаз +(рвыхгаз + (рп+(рэл.ф.,

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

(рэл.ф. – гидравлическое сопротивление электрофильтра,

(рэл.ф.=200-250Па,

(ргаз –сопротивление газоходов, (ргаз=70-100Па,

(рц – сопротивление циклона = 200 – 300 Па

?рвыхгаз, (рвхгаз – сопротивление входящих и выходящих газоходов
(рвыхгаз = 50 – 150 Па; (рвхгаз = 50 – 100 Па

(робщ = 1,2 ? (р = 1,2 ?720 = 852 Па

Мощность, потребляемая дымососом:

Nд=х ? Vп.г.` ? (робщ/(общ , 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:
(тепл=[(Qтэк+Qисп)/Qг]?100%,

а) (тепл=[(1833 + 37,5)/4488,089] ? 100=41,67 %, б) (тепл=[(1833,03 + 37,5)/4463,163] ? 100=41,91%.

2) Технологическое КПД печи:

(тех=(Qтех/Qг)?100%,

а) (тех=(1833,03/3160,92)?100=57,99%, б) (тех=(1833,03/3453,53)?100=53,077%.

Заключение.

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 %.

Литература

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