Проектирование цементных заводов (стр. 35 )

Весовое дозирование осуществляется с помощью ленточных автоматических дозаторов с постоянной и переменной скоростями движения ленты. Весовые дозаторы могут быть одноагрегатными и двухагрегатными. Двухагрегатный весовой дозатор состоит из электровибрационного питателя и ленточного весоизмерителя. Весовые дозаторы позволяют осуществлять подачу материала с высокой точностью (0,254-0,5%).

Дозаторы ленточные автоматические применяются для дозирования сыпучих материалов (известняк, гипс, добавки и др.) с влаж­ностью не более 9%. Их производительность составляет 12, 25, 32, 60, 100 и 130 т/час. Дозатор ЛДА является двухагрегатным — с целью снижения давления материала на ленту подача его из бун­кера или силоса осуществляется вибропитателем.

Для весового дозирования материалов с максимальной круп­ностью кусков до 130 мм (известняка, мергеля, подсушенной гли­ны, клинкера) применяются ленточные весовые дозаторы типа СБ. Ширина ленты конвейера 1200 мм, производительность 6,3, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 и 200 т/час. Потребляемая мощность 1,6—3,2 кВт. Температура материала для сырья — до 60 °С, для клинкера — до 130°С.

В отечественной цементной промышленности получили доста­точное распространение ленточные весовые дозаторы зарубежной фирмы «Шенк» (Германия). Дозаторы «Шенк» используются для дозирования как кусковых, так и мелкодисперсных сыпучих ма­териалов. В качестве массоизмерителей материала, поступающе­го на ленточный конвейер, используются тензодатчики. Произ­водительность дозатора определяется скоростью перемещения ленты и количеством материала на ней. Ширина ленты дозаторов от 650 до 1800 мм. Производительность от 1 до 1000 т/час. Дозаторы «Шенк» могут использоваться для дозирования сыпу­чих материалов с высокой температурой (до 500 °С).

8.6. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ГИДРОТРАНСПОРТА СЫРЬЯ

При проектировании системы гидротранспорта шлама требуется определить следующие характеристики: состав и скорость транспортирования шалама, диаметр трубопровода, удельные гидравлические потери и параметры внешней среды, в условиях которой осуществляется транспорт (профиль трассы, влияние из­менений температуры воздуха и т. п.).

Для расчета необходимо иметь следующие исходные дан­ные:

— общий расход шлама, в м3/ч;

— плотность шлама, в кг/м3;

— характеристику гранулометрического состава твердой фазы;

— массовую или объемную концентрацию твердой фазы в шламе;

— температуру шлама и ее колебания.

Целью расчета является определение потерь напора при транспортировании шлама (Δh), диаметра трубопровода (D), мощ­ности привода насоса (N), выбор типоразмера насоса и необхо­димого количества перекачивающих станций, обуславливающих возможность перекачки шлама на заданное расстояние.

Расход шлама определяется из материального баланса с уче­том коэффициентов использования оборудования и нормативных запасов.

Плотность шлама рассчитывается по формуле:

(8.66)

где Т — масса твердого вещества в 1 т шлама; Ж — масса жидкости в 1 т шлама; ςs — плотность твердого вещества, кг/м3; ς0 — плотность жидкости, кг/м3; ς — плотность шлама, кг/м3.

Объемная концентрация твердой фазы (S) в шламе — отноше­ние объема твердой фазы к объему шлама — рассчитывается по формуле:

(8.67).

Полные потери напора при транспортировании Δh включа­ют линейные потери напора Ahi, местные гидравлические по­тери ΔhM и потери напора на преодоление разности высот между началом и концом трубопровода (геометрические поте­ри) Δhh.

Таким образом,

(8.68).

Линейные потери напора определяются вязко-пластическими свойствами транспортируемых суспензий. Тонкодисперсные высокопластичные глиняные, глино-меловые, глино-мергелистые, глино-известковые смеси с высокой объемной концентрацией (S = 0,3 — 0,5) твердой фазы относятся к классу псевдовязкопластичных суспензий (ПВПС). Одними из основных расчетных па­раметров, определяющих линейные потери напора, являются удельные потери давления при движении гидросмесей, определя­емые в зависимости от режима движения и реологических свойств транспортируемых суспензий. Основными константами при этом являются динамическое напряжение сдвига т0 и пла­стическая вязкость т).

Динамическое напряжение сдвига т0 характеризует такое со­стояние гидросмеси, когда под воздействием внешних сил нару­шаются структурные связи и суспензия начинает течь, при этом каждому градиенту скорости соответствует определенная степень разрушения структуры. В области малых скоростей структури­рованная система перемещается с практически неразрушенной структурой (так называемый шведовский режим течения). С уве­личением скорости движения перемещение суспензии происходит в режиме с непрерывно разрушающейся структурой; этот режим называют структурным режимом движения.

В отличие от обычных жидких сред (ньютоновские жидкости), вязкость которых не зависит от режима движения, структуриро­ванные суспензии, к которым относятся и цементные сырьевые шламы (глинистые, глино-меловые и др.), обладают аномальной вязкостью, меняющейся в зависимости от скорости движения. Различают вязкость неразрушенной структуры т]0 и вязкость пол­ностью разрушенной структуры г\т. Вязкость шлама, соответст­вующая определенной скорости, называется эффективной вязко­стью т)Эф. Величина вязкости т)эф. должна приниматься при расчете потерь напора для данной скорости движения шлама, иначе найденные значения потерь напора будут завышенными. Величина вязкости т)Эф. при скорости (v) в пределах 0,5—3,0 м/с будет равна Н0• К.

Значение поправочного коэффициента — К, полученное пу­тем обработки результатов эксплуатации систем гидротранс­порта на ряде цементных заводов, может быть рассчитано по формуле:

(8.69).

Помимо структурного, различают также переходный струк­турно-ламинарный и турбулентный режимы.

В качестве критерия подобия, определяющего динамическое состояние потока структурированных систем, предложено исполь­зовать обобщенный критерий Рейнольдса Re06.:

(8.70),

где V — скорость движения шлама, м/с; ς — плотность шлама, кг/м3; d — диаметр трубопровода, м; ηэф — эффективная вяз­кость, = т10-К, кг-с/см2.

По экспериментальным данным, вязкость различных шламов т) о, соответствующая их текучести 60 мм (по текучестемеру ТН-2), может изменяться в диапазоне 8—25 н-с/м, а предельное напряжение сдвига г|0 в пределах 12—50 н/м2. (табл. 8.24).

По данным с сотрудниками (институт Гип-роцемент), полученным на белгородских меловых шламах (табл. 8.25), при Re06-<2000 наблюдается структурно-ламинар­ный режим течения, при котором зависимость Я, (коэффициента гидравлического сопротивления) от Re06 линейная и выражается формулой

Линейные потери напора при структурно-ламинарном режиме (в диапазоне скоростей 1—3 м/с) можно определить по формуле Дарси — Вейсбаха:

(8.71).

При Re06- от 2000 до 4000 режим движения переходный, при этом К — зависит от Re06. и плотности шлама, а при Re06. более 4000 наступает турбулентный режим и К перестает зависеть от величины Re06.-

Таблица 8.24

Свойство сырьевых шламов

Шлам	Влажность, %	Условная текучесть, мм	Вязкость, нс/м2	Предельное напряжение сдвига, н/м2
Здолбуновский (гино-меловой)	37	60	8,0	12,0
Балаклейский (низкотитровый, Т=70)	46	60	5,0	13,0
Балаклейский (высокотитровый Т=85)	44	60	8,0	16,0
Амвросиевский (мергельный)	50	60	25,0	18,0
Белгородский (меловой)	53	60	28,0	29,5
Белгородский (меловой с ЛСТ)	41	60	14,0	33,0
Белгородский (глино-меловой)	41	60	17,0	42,0
Завод «Гигант» (известково-мергельный)	37	60	12,0	64,0

Таблица 8.25

Потери напора по опыту гидротранспорта мелового шлама (Белгородский цементный завод)

Диаметр шламопровода, мм	Температура шлама, 0С	Плотность шлама, г/см3	Потери напора в % при различной скорости транспортирования в м/с
		0,6	1	2	3
200	16-23	1,45	10,5	11,0	12,2	13,2
		1,50	24,0	25,5	27,5	28,5
		1,53	34,5	36,0	38,5	42,0
300	16-23	1,45	6,0	6,2	6,5	-
		1,50	14,5	14,8	15,2	-
		1,53	20,5	21,2	23,5	-

Для структурированных систем методика определения крити­ческих скоростей перехода из структурного в структурно-лами­нарный режим наименее изучена и для их расчета нет четких рекомендаций.

При определении потерь напора за счет местных сопротивле­ний (поворотов, задвижек, фланцевых соединений и т. п.) на основании опытных данных устанавливают зависимость коэффи­циента местных сопротивлений ξм = f (Re06.)- Установлено, что в диапазоне значений Re06. до 1500 изменение коэффициента ξм в зависимости от числа Re06. записывается в виде:

(8.72),

где В и n — эмпирические коэффициенты, зависящие от конструк­ций, обуславливающих местные сопротивления (степень открытия задвижки, угол поворота шламопровода и т. д.). Коэффициент В изменяется в пределах от 01.01.01, п — от 0,23 до 1.

Зависимость ξш от Re06. характерна для структурного и пе­реходного режимов, тогда как при турбулентном режиме течения и больших значениях Re06. коэффициент местных сопротивлений почти не зависит от Re06. Потери напора за счет местных со­противлений рассчитываются по формуле:

(8.73).

Данные о величине коэффициента местных сопротивлений шламопровода в зависимости от угла поворота оси приведены в табл. 8.26 в зависимости от отношения , где R — радиус за­кругления, a D — диаметр трубопровода.

Таблица 8.26

Значение коэффициента местных сопротивлений для шламопровода

Плавное закругление оси	Резкий поворот оси
α=900	α=600	α=300
при R/D
1,0	1,5	3,0	1,0	1,5	3,0	1,0	1,5	3,0	α=600	α=300
0,45	0,40	0,24	0,30	0,20	0,16	0,10	0,07	0,05	0,05	0,16

В случае, если длина трубопровода превышает 500 м, потери за счет местных сопротивлений могут быть оценены с помощью коэффициентов Ki и Кз:

(8.74),

где K1 = 1,10 — коэффициент, учитывающий местные потери на­пора (на стадии проекта); ki = 1,15 — коэффициент запаса. Геометрические потери напора можно определить по формуле:

(8.75),

где h — высота подъема шлама, м; ς — плотность шлама, кг/м3; ς0 — плотность жидкости (воды), кг/м3.

Произведение суммарных потерь напора Δh (8.75) на плот­ность шлама определяет рабочее давление в системе транспор­тной установки Рр:

(8.76).

Это значение не должно превышать характеристик, принятых для технологического оборудования. Для магистральных трубоп­роводов рекомендуется применять трубы из низколегированной стали. Трасса шламопровода в плане не должна иметь резких изгибов. Радиус закруглений на поворотах по трассе сварного трубопровода целесообразно принимать R^3D, где D — диаметр трубопровода. Радиус закруглений трубопровода из звеньев труб следует принимать не менее 100 D. Трасса напорных шламопроводов должна обеспечивать их полное самоопорожнение, т. е. не содержать V-образных участков. Наличие V-образных участков допускается только при переходе трубопроводов через долины рек, ручьев и больших оврагов с обязательным выполнением системы их опорожнения. Трассу следует выбирать таким обра­зом, чтобы промежуточные перекачивающие станции находились в точках излома профиля.

При выборе трассы шламопроводов следует учитывать возможность сокращения числа перекачивающих станций за счет последовательного соединения в одной из них пары шламовых насосов.

Для наблюдения, ремонта и замены трубопроводов по трассе следует предусматривать подъездные пути и проезды.

ПЕРЕСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСОВ

В каталогах обычно приводятся характеристики насосов при их работе на воде, вследствие чего при выборе оборудования следует произвести пересчет этих характеристик применительно к транспортировке гидросмесей. Следует учитывать, что при транспортировке высококонцентрированных и тонкодисперсных гидросмесей потребление мощности может повыситься в 1,5 раза, а КПД насоса уменьшится на 20%. Пересчет напора ведется исходя из уравнения: