Принимаем, что при сжигании природного газа во вращающейся печи используют горелочное устройство с частичным перемешиванием. Поэтому коэффициент расхода воздуха a=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)åC_mH_n], м³/кг.

V_O₂=0,01[2×93,5+3×1,185+5×0,494+6,5×0,296]=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_a=L₀×a, м³/м³;

L_a=9,277×1,08=10,019 м³/м³.

Найдем объемы отдельных составляющих продуктов сгорания

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

V_a^CO2=0,01×[ 0,395+93,50+2×1,185+3×0,494+4×0,296]=0,989 м³/м³;

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

V_a^H2O=0,01×[2×93,5+3×1,185+4×0,494+5×0,296]=1,94 м³/м³;

V_a^N2=0,01× N₂^в^.^г^.+k× V_O2×a, м³/м³;

V_a^N²=0,01×2,863+3,76×1,949×1,08=7,943 м³/м³.

V_a^О2_изб.=(a-1)×V_O₂, м³/м³;

V_a^О2_изб.=(1,08-1)×1,949=0,156 м³/м³.

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

V_a= V_a^CO² +V_a^H²^O +V_a^N² +V_a^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= 358×CH₄^с.г.+636×C₂H₆^с.г.+913×C₃H₈^с.г.+1185×C₄H₁₀^с.г., кДж/м³;

Q_н^р= 358×93,50+636×1,185+913×0,494+1185×0,296=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_a^т = 1890 °С. Действительная температура горения при пирометрическом коэффициенте h_пир=0,8 равна t_д=0,8×1890=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

t=1/G_сп=1/12,422=0,081 ч.

Объем газообразных продуктов горения топлива определяем из выражения

V_д=q¢V_am_c_п/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_å=V_Д+V_H₂_O+V_CO₂, м³.

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

V_å=

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+0,25×2+0,03×2+0,02×2=5,6 м.

Длину зоны сушки рассчитываем в соответствии с выражением

Производительность печи пошихте 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 – 41,95×0,25)×(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 0,376×4,1868 -теплоемкость паров воды, кДж/(моль×К);

2257 - удельная теплота испарения воды, кДж/кг;

• на подогрев пыли до 750 °С

0,96×41,95×0,25(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

57,11×2580 = 147343,8 кДж=147,343 МДж;

• на разложение каолинита по реакции

Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O= Al₂O₃×2SiO₂+2H₂O - 934 кДж

7,22×934 = 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 m₁_p, m₂_p, m_F_e - расходы гиббсита, каолинита и гидроксида железа; M₁_p^H²^O, M₂_p^H²^O,M_Fe^H²^O - молекулярные массы гибсита, каолинита и гидроксида железа; t₁_p, t₂_p, t_Fe - температуры протекания соответствующих реакций: 750 -температура газов, выходящих из зоны подогрева. В соответствии со справочными данными устанавливаем t₁_p=550°С; t₂_p=450°С; t_Fe=400°С. Тогда

Расчет вращающейся печи для спекания боксита производительностью по спеку (стр. 5 из 8)

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

Длину зоны сушки рассчитываем в соответствии с выражением