Определение размеров рабочей камеры шахтной известково-обжигательной печи

 

Шахтная известково-обжигательная печь для обжига известняка имеет цилиндрическую шахту высотой 8-10 м. Нижняя часть шахты заканчивается вращающейся вокруг вертикальной оси дробильно-разгрузочной решеткой, или конусной дробилкой, либо многовалковым дробильным аппаратом.

Первичный воздух, необходимый для горения топлива, вводится в печь снизу, через решетку дробильно-разгрузочного устройства или фурмы, а технологическое сырье- подается сверху.

Шахтные обжиговые печи имеют реактор переменного поперечного сечения, что обеспечивает равномерное опускание шихтовых материалов без зависания и циркуляций, уменьшения скорости газовых потоков в верхнем и увеличение в нижнем сечении реактора с соответствующей интенсификацией теплообмена внизу и уменьшением выноса пыли вверху. [6.стр.29]

Рабочее пространство печи для обжига известняка можно разделить на зоны: воздушный подогреватель (ВП), экономайзерная зона (ЭЗ), зона обжига (ЗО), зона регенеративного охлаждения (ЗРО). Конструктивная схема шахтной известково-обжигательной печи приведена на рисунке 2.

 

Рис. 2. Конструктивная схема шахтной известково-обжигательной печи: 1-загрузочное устройство, 2-взрывной клапан, 3-стены, 4-воздушные сопла, 5-двухпроводные горелки, 6-однопроводные горелки, 7-разгрузочная решетка, 8-барабанный затвор

 

Рабочее пространство ЗО и ЭЗ имеет форму цилиндра. Площадь его поперечного сечения рассчитывается по напряжению P_S, которое обычно имеет значение 0,12…0,16 кгCaO/(м²∙с). Принимаем P_S=0,16 кгCaO/(м²∙с), тогда

 

S=P/ P_S=1,5/0,16=8,75 м².

 

Внутренний диаметр шахтной печи в пределах зоны обжига и экономайзерной зоны определяется как

 

D=(4S/π)^0,5=(4∙8,75/3,14)^0,5=3,34 м.

 

Нижнее сечение ЗРО представляет собой квадрат со стороной В, площадь этого сечения  принимается равной (0,35…0,40)S. Принимаем

 

=0,38∙8,75=3,325 м².

 

Площадь среднего сечения ЗРО равна

 

 м.

 

Сжигание топлива в среднем ярусе (при газовом отоплении с помощью шести-восьми горелок) ведется в основном потоке воздуха, поднимающегося снизу и нагретого до 600-800  в результате охлаждения обожженной масс, опускающихся вниз. Поэтому высоту ЗО шахтной печи, отапливаемой природным газом, целесообразно принимать по практическим данным равной L_ЗО=3,5 м.

Высота ЭЗ и ЗРО рассчитывается по продолжительности нагрева технологического сырья в ЭЗ – τ_ЭЗ и охлаждения технологического продукта в ЗРО – τ_ЗРО.

Расчет τ_ЭЗ и τ_ЗРО выполняется в следующей последовательности.

Находим средние по высоте зоны температуры газов, известняка, воздуха и технологического продукта.

 

 °С.

 °С.

 °С.

 °С.

 

Далее рассчитываем средние по высоте зон приведенные скорости газов и воздуха и соответствующие им числа Рейнольдса.

 

,

 

где  – средний по высоте экономайзерной зоны удельный выход отходящих газов, рассчитываемый по формуле

 

 м³/кгCaO.

 

Тогда

 

 м/с;

,

 

где – коэффициент кинематической вязкости газов при , м²/с.

 

 м/с;

,

 

где – коэффициент кинематической вязкости воздуха при , м²/с.

Ведомым теплообменом в ЗРО и ЭЗ является теплоотдача, значит можно определить коэффициенты теплоотдачи. Коэффициенты теплоотдачи от газов к поверхности кусков  и от поверхности кусков к воздуху  при Re>200 определяем по зависимости:

 

 

Коэффициенты теплоотдачи от газов к поверхности кусков  и от поверхности кусков к воздуху  при Re>200:

 

 Вт/(м²∙К),

 

где – коэффициент теплопроводности газа при .

 

 Вт/(м²∙К),

 

где – коэффициент теплопроводности воздуха при .

Далее рассчитываем средние по высоте зон числа Био

 

,

 

где – коэффициент теплопроводности технологического сырья при , кВт/(м∙К).

 

,

 

где – коэффициент теплопроводности жженой извести при , кВт/(м∙К).

Находим условную удельную теплоемкость известняка в ЭЗ с учетом эндотермических эффектов реакции термического разложения MgCO₃ и испарения влаги технологического сырья, кДж/(кг·град):

 

;

 

m_тс – средний по высоте ЭЗ удельный расход технологического сырья, кг/кг CaO.

 

 

Находим среднюю по высоте ЗРО удельную теплоемкость извести, кДЖ/(кг*град):

 

_mn=  ;

 

Продолжительность нагрева известняка в ЭЗ и охлаждения извести в ЗРО находим по формулам:

 

Высоты экономайзерной зоны, зоны регенеративного охлаждения и полная высота рабочего пространства шахтной известково-обжигательной печи, м:

 

 

Полная высота рабочего пространства шахтной известково-обжигательной печи, м:

 

 

где 1,25 – коэффициент, учитывающий высоту газового коллектора;

ε – порозность плотного слоя кусковых материалов, ε ≈ 0,5.

Наибольшую продолжительность имеет ЗО равную 3,5 м (55% от общей высоты рабочего пространства), где и происходит основной процесс- обжиг известняка, ЭЗ рабочую протяженность равную 1,18м (это 18%), ЗРО- 1,3м (20%). Рассчитанная высота рабочего пространства L=6.28 обеспечивать продолжительность нагрева, температуры веществ по зонам установки и требуемые параметры продукта на выходе.

 

Заключение

 

Спроектированная шахтная печь, для обжига извести обеспечивает заданную производительность Р=1,5 кг СаО/с.

При расчете топочного процесса было определено, что количество воздуха необходимого для горения газообразного топлива составляет 868  и удельный выход продуктов сгорания равен 12.62 , в состав которого входят: углекислый газ, водяные пары, азот, кислород.

При осуществлении материального расчета технологического процесса, выяснили, что удельный расход технологического сырья (извести) равен , удельный выход уноса составляет , удельный выход технологического продукта-

Составленный материальный баланс показал, что наибольшей составляющей приходной части материального баланса является масса сухого технологического сырья и воздуха, в расходной части – отходящие газы. Значение небаланса, между приходной и расходной частями, равное 0,002кг/кг CaO, что составляет 0,04% от приходной части, следовательно расчет материального баланса тепло-технологического процесса обжига известняка произведен верно.

При определении расчетно-структурной схемы выяснили, что температура начала диссоциации равна , а конца- . Потери через внешнее ограждения рабочего пространства составляют - это 9,4 % от все теплоты, поступающей в печь. Наибольшую часть этих потерь составляют потери в ЗО-88%, что объясняется интенсивностью теплообмена. Потери с отходящими газами и уносом составляют -20% от общего количества теплоты. При данных потерях в окружающую среду и с отходящими газами удельный расход топлива составляет .

Составленный тепловой баланс показал, что наибольшая составляющая приходной части теплового баланса – химически связанная теплота топлива, расходной части – теплота экзо- и эндотермических реакций. Числовое значение небаланса между приходной и расходной частями, равное 3,07кДж/кгCaO - 0,05 % от приходной части, говорит о том, что расчет теплового баланса теплотехнологического процесса обжига известняка произведен верно, так как данная величина меньше меньшей составляющей теплового баланса.

Для рациональной организации процесса обжига известняка в шахтной печи выполнен теплоэнергетический расчёт, предусматривающий определение расхода топлива и снижение его до оптимальных значений. Для этой цели в шахтной печи предусмотрены зона регенеративного охлаждения (ЗРО), экономайзерная зона (ЭЗ), а на выходе устанавливается воздухоподогреватель (ВП), их наличие позволяет значительно уменьшить потерю тепла в окружающую среду. Если из рабочего пространства шахтной печи убрать эти зоны, и оставить только ЗО, то расход топлива, необходимый для обеспечения производительности печи Р=1,5 кгCaO/с, будет равен В=1995 . В следствии того, что спроектированная нами шахтная печь для обжига известняка имеет зоны ЗЭ, ЗРО и ВП, экономия топлива составляет 56%. С учетом зон температура уходящих газов снижается с 947 до 268 , что приводит к уменьшению потерь с уходящими газами.

Окислитель, целесообразно разбить на два потока, что так же приведет к экономию топлива. Холодный воздух поступает в ЗРО в количестве 2,604 - это 30% от общего количества, а остальной окислитель направляется в воздушный подогреватель, где нагревается до 120 .

Лимитирующий теплообмен в ЗО - излучение, в ЗРО и ЭЗ, ВП- теплоотдача. Рассчитан внешний теплообмен в рабочем пространстве. Коэффициенты теплоотдачи от газов к поверхности кусков определяется скоростью движения отходящих газов в ЭЗ, которая равна  м/с, а коэффициент  Вт/(м²∙К), от поверхности кусков к воздуху в ЗРО, при скорости воздуха  м/с, равен  Вт/(м²∙К).

Продолжительность нагрева известняка в экономайзерной зоне составляет , в течение которого технологическое сырье нагревается до температуры ; время охлаждения извести в ЗРО , с истечением которого воздух нагревается в зоне до температуры .

Найдены основные размеры рабочего пространства шахтной известково-обжигательной печи. Наибольшую высоту имеет ЗО равную 1,5 м (55 % от общей высоты рабочего пространства), где и происходит основной процесс- обжиг известняка, рабочее пространство ЭЗ составляет 1,18м (19%), ЗРО- 1,3 м (20%). Рассчитанная высота рабочего пространства L=6.28 обеспечивает продолжительность нагрева, температуры веществ по зонам установки и требуемые параметры продукта на выходе.

 

Список используемой литературы

 

1. Ключников А.Д. и др. Теплообмен и тепловые режимы в промышленных печах.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-176 с.

2. Кондаков С.А. Теплоэнергетический расчет известково-обжигательной печи. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 100700 – "Промышленная теплоэнергетика". Изд. 2-ое, исправ. – Брянск: БГТУ, 2002. - 20 с.

3. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справ./ Под общ. Ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина.-М.: Энергоатомиздат, 1983.-552с.

4. Табунщиков Н.П. Производство извести.-М.: Химия, 1974.-240с.