Проектирование цементных заводов (стр. 38 )

Удельный расход тепла или топлива на обжиг сырьевой ших­ты определяется на основании теплового расчета или на осно­вании испытаний печной установки. С достаточной для проекти­рования точностью удельный расход тепла на обжиг может быть определен по номограмме 11 («Справочник по проектированию цементных заводов», Стройиздат, Л., 1969, стр. 50).

Часовой расход форсуночного топлива

Типоразмер ближайшей по производительности мельницы — (табл. 6.11) ШБМ 287/470 с подсушивающим устройством.

Характеристика мельницы:

Диаметр по средней линии выступов

брони Вб, мм — 2870

Длина Ьб, мм —4700

Число оборотов барабана N6, об./мин. — 18,7

Потребная мощность двигателя N& кВт не более — 500

Рекомендуемый вес загружаемых шат ров Ош

Диаметр патрубков — Опатр., мм — 800—1000

Производительность по антрацитовому штыбу Ва. ш., т/ч — 16

Насыпная масса шаровой загрузки ош. нас-, кг/м — 4900

Объем барабана V& м — 30,4

Коэффициент заполнения мельницы шарами:

Производительность мельницы по сырому углю определяется по формуле (8.134):

где Пвд — поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности угля на размолоспособность.

(8.135)

здесь Wmax — максимальная влажность топлива — 25,8%. Сред­няя влажность угля в барабане Wcp:

(8.136)

где W^ — влажность топлива перед мельницей после подсушива­ющего устройства, определяемая по формуле:

(8.137)

где а — количество влаги, удаленной в первой ступени подсушки в трубе-сушилке или при подсушке в нисходящем потоке (в долях от общего влагосьема в установке).

В случае применения трубы-сушилки а = 0,6; b = 0; при под­сушке в нисходящем потоке со вставками а = 0,5; b = 0; при сушке в нисходящем газопроводе а = 0,4; b = 0; b — количество влаги, удаленное во второй ступени, при двухступенчатой под­сушке и сбросе отработанного сушильного агента после первой ступени сушки в атмосферу. При трубе-сушилке и устройстве с нисходящей сушкой со вставками а = 0,6; b = 0,5; то же без вставок а = 0,6; b = 0,4. При отсутствии подсушки а = 0 и b = О и wm = w§p. cm; W* — влажность пыли=5%.

Влажность топлива перед мельницей при Wmax = 25,8%,

Wxmax = 17 /0.

Средняя влажность Wcp:

подставляя в (8.135), находим:

где Пм — поправочный коэффициент перевода массы угля со сред­ней влажностью Wc_ в массу сырого угля с влажностью WJL.

ср-см

Пдр — поправочный коэффициент, учитывающий степень предва­рительного дробления угля, характеризуемую остатком на сите с ячейками 5X5 мм (R5),

Kgp — коэффициент, учитывающий форму и износ брони, прини­маем

Кэкс — коэффициент, учитывающий эксплуатационные условия (степень износа шаров, равномерность загрузки); принимаем Кэкс = 0,9. По опытным данным для данной смеси углей с со­держанием летучих V* =19%; R^g = 8% ,

— коэффициент, учитывающий влияние степени вентиляции на производительность мельницы:

Скорость со ориентировочно может быть принята 2,5-f-3 м/сек (уточняется после теплового расчета) где Vgj, см — объем влажного газа или воздуха, просасываемого через мельницу, м3/ч; F6 — площадь поперечного сечения бара­бана мельницы (в свету), м2; m — показатель степени при -i=r - — V А зависит от коэффициента заполнения барабана шарами; ЧГ5 мо­жет быть определен по приведенным ниже данным:

Ψ6	M
0,25	0,4
0,20	0,3
0,15	0,2
0,1	0,1

При Уб = 0,235, т«0,365.

Принимая ориентировочно ю = 3,0 м/с, находим

Подставляя значение в формулу (8.134), определяем производительность мельницы по сырому углю. Производительность мельницы при начальной влажности Wcp. CM. = 21,8%.

Производительность при влажности угля 25,8%:

Производительность по форсуночному топливу:

Для обеспечения нормального режима работы печи при использовании углей с начальной влажностью около 25% необходимо применять схемы пылеприготовления, разомкнутые по­сле помола. В качестве сушильного агента используются отходящие газы от печи и горячий воздух от холодильника. Пред­варительная подсушка угля предусматривается в нисходящем потоке.

III. Определение температуры и количества сушильного агента на 1 кг угольной пыли перед мельничной установкой

1. Выход воды из угля:

ИЛИ

2. Объем сушильного агента при температуре 80 °С за сепа­ратором в нм при концентрации пыли (ic. a. = 0,40 кг/кг

3. Количество сушильного агента перед подсушивающим ус­тройством Vc. a.ny

при присосе воздуха 30%(КПрис. = 1,3).

4. Количество воздуха, присасываемого в мельничной уста­новке:

5. Тепловой баланс помольной установки с подсушивающим устройством на 1 кг угольного порошка.

А. Расход тепла а) Расход тепла на испарение влаги

б) Тепло, уносимое топливом, при температуре выходящих из мельницы газов «80 ° С:

в) Тепло, уносимое сушильным агентом: Vc. a. • Сс. а. • fc. a. = (1,76 • 1,410 + 0,267 • 1,503) • 90 = 230,6 кДж/кг.

г) Потери тепла в окружающую среду принимаем ориентиро­вочно равными 20,0 кДж/кп

Б: Приход тепла

а) Тепло, внесенное присасываемым воздухом при температу­ре — 15 °С:

б) Тепло работы шаров:

где Кмех для мельницы ШБМ = 0,70, а 3,60 — коэффициент пе­рехода кВт • ч — кДж.

Удельный расход энергии на помол:

в) Тепло, внесенное топливом:

где t™ — 10 °С — температура поступающего в мельницу угля, Cyj, — теплоемкость топлива, которая может быть рассчитана по формуле:

Ст — теплоемкость сухого топлива = 1,090 кДж/кг-град.

г) Тепло, внесенное в подсушивающее устройство сушильным агентом, определяем из уравнения теплового баланса:

Пренебрегая количеством тепла, вносимого влагой топлива, имеем:

д) Температура сушильного агента перед подсушивающим ус­тройством определяется по уравнению:

(8.139)

где Сса — теплоемкость сушильного агента перед подсушиваю­щим устройством, которую при 400 °С принимаем равной 1,465 кДж/кг. град, откуда:

е) Расход воздуха из холодильника при 600 °С перед подсу­шивающим устройством из уравнения теплового баланса перед подсушивающим устройством:

где 1,465 — теплоемкость смеси воздуха и газов перед подсуши­вающим устройством.

ж) Плотность вентилирующего агента за мельницей (перед сепаратором):

(8.140)

где

6. Определение температуры сушильного агента перед мель­ницей при средней влажности угля:

а) Выход воды, испаренной в подсушивающем устройстве, на 1 кг угольной пыли

или

Температуру вентилирующего агента перед мельницей опре­делим из теплового баланса подсушивающего устройства.

А. Приход тепла на 1 кг топлива

а) Тепло, внесенное сушильным агентом: 774,0 кДж/кг.

б) Тепло, внесенное топливом: 17,54 кДж/кг.

Б. Расход тепла на 1 кг топлива

а) Испарение влаги из топлива:

gw. ny 2491 = 0, = 264 кДж/ кг.

б) Потери тепла в окружающую среду принимаем около 20% от общей потери тепла установкой 20,0X0,2 = 4,0 кДж/кг.

в) Теплосодержание топлива при средней температуре топли­ва 50 °С (после подсушивающего устройства) по формуле:

где

г) Тепло, уносимое вентилирующим агентом:

774 + 17,54 — 264,0 — 4,0 — 84,6 = 439 кДж/кг.

Температуру сушильного агента перед мельницей определяем по формуле:

где Сс а — теплоемкость сушильного агента, принимается при температуре 200 °С; Cw — теплоемкость водяных паров при 200 °С —1, 520 кДж/нм3трад.

IV. Определение часовых расходов топлива и воздуха и выхода отходящих газов

1. Расход форсуночного топлива номинальный:

2. Количество вентилирующего агента перед мельничным вен­тилятором в режиме работы с коэффициентом запаса = 1,2.

3. Количество сушильного агента перед подсушивающим ус­тройством:

4. Количество сушильного агента после подсушивающего ус­тройства:

5. Максимальное количество отходящих газов от печи, пода­ваемое в подсушивающее устройство:

6. Максимальное количество воздуха при температуре 600 ° С от холодильника, подаваемое в подсушивающее устройство:

7. Содержание кислорода в газах в трактах установки и в мельнице:

что исключает возможность создания взрывоопасной ситуа­ции.

8. Скорость сушильного агента в мельнице:

Таким образом, производительность мельницы будет несколь­ко больше принятой в расчете.

V. Определение основных размеров подсушивающего устройства

По опытным данным паросьем в подсушивающем устройстве принимаем равным 360 кг/м3.

Объем подсушивающего устройства:

При средней скорости сушильного агента, отнесенной к пол­ному сечению подсушивающего устройства — 7 м/сек., сечение подсушивающего устройства:

Диаметр подсушивающего устройства:

принимаем d = 1,9 м.

Высота цилиндрической части подсушивающего устройства:

8.93 Пример теплового расчета вращающейся печи 0 5,0X185 м с колосниковым холодильником типа «Волга-75» при использовании в качестве технологического топлива природного газа

Определить: основные параметры работы печи (удельный и часовой расходы тепла и топлива на обжиг клинкера, расход воздуха и объем отходящих газов) и подобрать вспомогательное оборудование к печи и к колосниковому холодильнику" «Волга-75» (э/фильтры, вентилятор отсоса избыточного воздуха, а также вентиляторы общего и острого дутья).

Исходные данные:

1) Сырье: известняк, глина. Влажность сырьевой шихты 38%.

2) Топливо: газ Дашавского месторождения.

3) Температура газов на выходе из печи trn = 250 °С.

4) П. п.п. шлама = 35%.

5) Удельный расход сухого сырья gc = 1,56 кг/кг.

6) Коэффициент избытка воздуха в печи ап = 1,1.

7) Температура клинкера на выходе из холодильника 1к. х = = 100 °С.

8) Расход воздуха на охлаждение клинкера VRX. = 2,6 нм^кг-кл.

9) Температура вторичного воздуха tB. BT = 430 °С.

10) Температура клинкера из печи перед холодильником 1к. х =1200 0С кДж

11) Теплота сгорания сухого газа qh = 35684 ^=т-.

им

12) Состав газа:

13) Присос воздуха через неплотности головки печи в % от общего количества воздуха, потребного для горения топлива у = = 3%.

14) Температура окружающего воздуха te = 15 °С.

15) Теплоемкость воздуха Св = 1,298 кДж/нм3 • град.

16) Температура поступающего в печь шлама tffl = Ю °С.

17) Теплоемкость шлама Сш = 0,879 кДж/кг-град.

18) Влагосодержание воздуха do = 0,0161 нм3/нм .

19) Коэффициент избытка воздуха перед дымососом ад = = 1,6.

20) Унос пыли из печи — 10% или 0,156 кг/кг-кл.

21) В том числе возвращаемый в печь — 9,1%.

22) Концентрация пыли во вторичном воздухе — 100 г/нм.

23) Содержание СаО в сырье «45%.

Расход воздуха и выход отходящих газов

1) Теоретический расход сухого воздуха на горение топлива цо формуле

2) Выход отходящих газов: а) количество N2

б) количество CO2

в) количество H2О

г) Общее количество газов из топлива

Продукты обжига на 1 кг клинкера 1) Количество COi

2) Количество водяных паров

3) Количество безвозвратного уноса пыли

Тепловой баланс печи на 1 кг клинкера.

Приход тепла

1) Теплосодержание топлива химическое

где х — удельный расход газа на обжиг 1 кг клинкера в нм3.

2) Теплосодержание шлама

3) Тепло, внесенное присосанным воздухом,

4) Теплосодержание вторичного воздуха при температуре 430 °С

5) Тепло экзотермических реакций клинкера принимаем (ори­ентировочно)

6) Общий приход тепла:

Расход тепла

7) Расход тепла на диссоциацию СаСОз

8) Расход тепла на испарение влаги:

9) Теплосодержание отходящих газов:

где ССОг, CN2 и т. п.— средние объемные теплоемкости газов при температуре 250 °С.

10) Теплосодержание клинкера, выходящего из печи:

11) Теплосодержание уноса:

12) Потери тепла в окружающую среду:

Откуда:

где Fn — поверхность корпуса печи, м2:

Aq — потери тепла в окружающую среду 1м2 корпуса печи; при принятых условиях составляют около 19260 кДж/м2-ч.

13) По опытным данным, расход тепла на образование жидкой фазы:

14) Общий расход тепла:

Определение удельных показателей работы печной установки

1) Удельный расход топлива определяем из уравнения тепло­вого баланса:

2) Удельный расход тепла:

3) Общий расход воздуха, потребного для горещя топлива:

4) Количество вторичного воздуха:

5) Количество газов на выходе из печи:

Определение температуры избыточного воздуха из холодильника

Тепловой баланс холодильника на 1 кг клинкера

Приход тепла

1) Теплосодержание клинкера, поступающего в холодильник:

2) Теплосодержание воздуха, поступающего под решетку:

3) Общий приход тепла:

Расход тепла

1) Теплосодержание клинкера после холодильника:

2) Теплосодержание вторичного воздуха:

3) Потери тепла в окружающую среду согласно опытным дан­ным:

4) Тепло, уносимое избыточным воздухом. Оцениваем предва­рительно температуру воздуха 100 °С

5) Общий расход тепла:

Температура избыточного воздуха определяется из уравнения теплового баланса холодильника:

откуда имеем:

Определение часовых расходов газа и воздуха и выхода отходящих газов

1) Часовой расход природного газа:

2) Количество газов на выходе из печи по объему при тем­пературе 250 °С:

3) Количество влажного вторичного воздуха, поступающего в печь при температуре 430 °С:

4) Количество влажного воздуха, поступающего под решетку холодильника, при температуре 15 °С:

5) Количество избыточного воздуха от холодильника при тем­пературе 136 °С:

Выбор вспомогательного оборудования

Выбор электрофильтров. Для очистки избыточного (сбросного) воздуха от холодильников и очистки газов от вращающихся пе­чей рекомендуется принимать к установке электрофильтры. Ти­поразмеры электрофильтров выбираются в зависимости от рас­хода газов (воздуха) по площади активного сечения электрофильтра.

Для очистки избыточного воздуха от холодильника с темпе­ратурой 100—170 °С, с целью улучшения работы электрофильтра (повышения коэффициента очистки), необходимо предусматри­вать впрыск в холодильник распыленной воды в количестве 20— 50 г/кг кл. Температура газов при вводе воды должна быть на 20—25 °С выше температуры точки росы.

Принимаем величину удельного расхода воды — 25 г/кг кл.

Температура водовоздушной смеси может быть определена из условия:

tr эл = 64 °С, что допустимо по условиям конденсации воды в электрофильтре.

Объем газов в электрофильтре:

где Кэ — нормативный подсос воздуха в электрофильтре = 1,15, принимаемый по нормативным документам; Кзап — нормативный коэффициент запаса 1,15, учитывающий возможные режимные изменения температуры клинкера.

Секундный расход воздуха:

То же при временном отключении воды:

К установке принимается трехпольный электрофильтр УГ-2— 3—26 с площадью активного сечения — 26 м2. Скорость в элек­трофильтре при нормальном режиме:

То же при временном отключении воды:

что допустимо в обоих режимах работы.

Аналогично производится выбор электрофильтра для очистки отходящих газов от вращающейся печи.

Определяется количество газов в электрофильтре:

где Kj и Kg — коэффициенты подсоса воздуха, принимаемые по нормативным документам; Kt — коэффициент подсоса воздуха в камере холодного конца и через уплотнение печи «1,2; Кэ — коэффициент подсоса воздуха в электрофильтре „1Д5.

Температуру газов после электрофильтра — 1г. эл находим из теплового баланса участка камера — электрофильтр:

Подсос воздуха в электрофильтре — 4,95 — 3,59 = 1,36 нм^/кг - кл.

принимаем ориентировочно Сг= 1,423 при температуре ^,.эл = 200 °С

Принимаем трехпольный электрофильтр УГЗ-3-177 с пло­щадью активного сечения 177 м2 (табл. 7.43.). Скорость газов в электрофильтре:

Параметры тягодутьевых машин *.

* Тягодутьевые машины поставляются в комплекте с печным агрегатом.

Количество воздуха, подаваемого вентилятором острого дутья, составляет около 8% от общего количества воздуха, поступаю­щего под решетку холодильника. Необходимая производитель­ность вентилятора острого дутья с запасом 15% составит:

где 1,15 — нормативный коэффициент запаса по производитель­ности.

Сопротивление воздуховодов, решетки и слоя клинкера на этом участке составит, по опытным данным, около 5,0 кПа.

Необходимый общий напор вентилятора с запасом 15% со­ставит:

Мощность, потребляемая вентилятором:

Вентилятор общего дутья Производительность вентилятора с запасом 15% составит:

Сопротивление слоя клинкера на решетке для холодильников «Волга» может быть по опытным данным принято равным «2,0 кПа.

Потребный напор вентилятора общего дутья Нвод = 2,0-1,152 = 2,65 кПа.

Мощность, потребляемая вентилятором:

Потребная производительность дымососа (вентилятора) для из­быточного воздуха от холодильника с температурой 72—136 °С:

или 106000 м3/ч при температуре 67 °С.

где Кг — коэффициент подсоса воздуха в газоходе электро­фильтр — дымосос = 1,05; К — то же в дымососе (вентиляторе) = = 1,05.

Гидравлическое сопротивление газоходов в зависимости от их протяженности может быть оценено — 0,50-f-0,80 кПа.

Гидравлическое сопротивление электрофильтра — 0,30 кПа. Потребный напор дымососа

Печной дымосос

Потребная производительность:

где К3 — коэффициент подсоса воздуха в газоходах электро­фильтр — дымосос — 1,05| К4 — в дымососе — 1,05; Кзап — коэф­фициент запаса — 1,15; 1Г. Д — из теплового баланса тракта элек­трофильтр — дымосос — 153 °С. Потребный напор дымососа Нд:

где Нп — гидравлическое сопротивление печи и теплообменных устройств »1,70 кПа; Нгаз — гидравлическое сопротивление га­зоходов дымовая камера — труба«0,40 кПа; Нэл. ф.— гидравличе­ское сопротивление электрофильтра«0,25 кПа; Нд — гидравли­ческое сопротивление дымососа и входа в трубу = 0,20 кПа; Нтр — самотяга трубы высотой 100—120 м при температуре газов 150 °С»0,45 кПа

8.10 РАСЧЕТ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ СУХОГО СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА

8.10.1 Методика расчета

При проектировании печей для обжига сухой сырьевой шихты производительность печи принимается в соответствии с паспорт­ными данными завода-изготовителя. Уточнение (изменение) про­изводительности печи производится при условии использования сырьевой шихты отличного, от принятого в расчете завода-изго­товителя, состава.

Удельные расходы тепла и топлива определяются из теплового баланса печи с холодильником и циклонными теплообменниками.

Удельный расход воздуха на горение и выход отходящих газов определяются расчетом на основании элементарного состава сырья и топлива.

При расчете колосникового холодильника из теплового ба­ланса холодильника с печью и декарбонизатором определяются количество и температура избыточного воздуха, сбрасываемого в атмосферу, и условная температура клинкера. Последняя пред­ставляет собой такую температуру, при которой теплосодержание клинкера равно сумме теплосодержаний сбрасываемого в атмос­феру воздуха и клинкера при фактической температуре.

После определения часовых количеств первичного и вторич­ного воздуха, необходимого для сжигания топлива, избыточного воздуха, сбрасываемого от холодильника, и т. д. производится расчет и выбор вспомогательного оборудования: установки элек­трофильтров для очистки воздуха после холодильника, вентиля­торов общего и острого дутья, дымососов и пр.

Типоразмеры электрофильтров и газоходов определяются по количеству проходящего через них воздуха с учетом аэродина­мического сопротивления трактов, температуры газов и концен­трации пыли до и после них с учетом принятого коэффициента пылеосаждения.

Температура газов на выходе из циклона IV ступени при расчете принимается в пределах 340—360 °С.

При использовании тепла отходящих газов для сушки сырь­евых компонентов при их помоле, в качестве размольного аг­регата выбираются, как правило, мельницы с воздушной сепа­рацией.

Перед началом проектирования отделения помола произво­дится предварительный выбор мельницы, исходя из потребности печного агрегата в сухой сырьевой шихте. Производительность выбранного типоразмера мельницы пересчитывается на конкрет­ные условия работы: начальную влажность, размолоспособность, степень предварительного измельчения исходных сырьевых ком­понентов, а также конечную влажность и тонкость помола сырь­евой шихты.

В случае, если в результате произведенного расчета произво­дительность мельницы окажется меньшей, чем это требуется по заданию, расчет повторяется при измененных исходных данных: увеличивается шаровая загрузка, степень вентиляции, степень предварительного дробления и т. д.

По принятым в расчетах значениям размолоспособности сырь­евой шихты, коэффициента заполнения и тонкости помола, из условия необходимой размольной производительности мельницы, определяется производительность мельничного вентилятора.

Необходимая температура и удельный расход сушильного агента перед мельницей, а также количество присасываемого по тракту воздуха и количество вентилирующего агента после мель­ницы определяются из теплового расчета мельницы.

Температура вентилирующего агента после мельницы прини­мается в пределах 70—100 °С с таким расчетом, чтобы она была на 30—50 °С выше температуры точки росы.

В случае, если тепла отходящих из печи газов, поступающих в мельницу, будет недостаточно, предусматривается предвари­тельная подсушка глинистого компонента в специальной уста­новке с пересчетом теплового баланса мельницы.

Если размольная производительность значительно больше су­шильной, предусматривается рециркуляция сушильного агента после мельницы.

Выбор сепаратора производится, исходя из объема проходящих через него газов. Выбор циклонов и электрофильтров производится по объему обеспыливаемых газов в соответствии с допустимыми скоростями газов. Выбор трубы производится на основании действующих санитарных норм.

Определение сопротивления пылевоздушного тракта при вы­боре тягодутьевых машин производится на основании аэродина­мического расчета. Перед аэродинамическим расчетом следует подобрать сечения отдельных элементов установки по количеству проходящего через них газа (воздуха) в соответствии с реко­мендуемыми скоростями; наметить конфигурацию всего тракта по принятой схеме установки; подсчитать концентрацию пыли в газах (г-нм3/газа) и плотность газов на отдельных участках. Полученные данные для удобства расчета целесообразно вместе со схемой каждого участка оформить в виде таблицы.