Расчет вращающейся печи для спекания боксита производительностью по спеку (стр. 6 из 8)

14358,64 кДж=14,359 МДж.

В итоге теплопотребление в зоне подогрева составит

Qп=84114,72+39645,01+6040,8+147343,8+6743,48+25574,4+14358,64=

=323820,85 кДж=323,8 МДж

Ширину слоя (хорда l_х) и контактную поверхность его с барабаном (1_q)определим исходя из соотношений размеров сегмента материалов в поперечном сечении участка. Из практических данных принимаем центральный угол в зоне подогрева 82,5°. Тогда

l_x=D_пsinα/2=5·sin(82,5/2)=3,296 м.

L_q=πD_пsinα/360=3,14·5·82,5/360=3,598 м.

Эффективную длину лучей газового потока определяем по формуле

где S_пер.- периметр свободного сечения печи, м.

S_nep=

=

=

По практическим данным для зоны подогрева можно принять коэффициент заполнения барабана печи φ= 5,6 - 8,0 %. Выбираем φ = 6,8 %.

Тогда

м.

Определим состав газов по зонам.

Согласно данным расчета процесса горения топлива, в продуктах сгорания 100 м³ газа присутствует 98,9 м³ СО₂; 194 м³ Н₂О; 794,3 м³N₂; 15,6 м³ О₂. Для зоны спекания состав газов соответствует составу продуктов сгорания топлива,

т. е. СО₂=8,968 %; Н₂О=17,592 %; N₂=72,026 %;О₂=1,415 %.

В зоне кальцинации полностью разлагаются карбонаты. Тогда объем газов от горения топлива при его расходе 25 % от веса сухого боксита (практические данные) составит 1102,8·0,25=275,7 м³.

С учетом объема СО₂, выделившегося при разложении карбонатов (см. табл. 15) в количестве 14,08 м³, общий объем газов в зоне кальцинации составит 14,08+275,7=289,78 м³. Средний объем газов в зоне кальцинации равен 275,7+0,5·14,08=282,74 м³. Тогда состав газов в зоне кальцинации будет следующим:

%;

%;

%

%

В зоне подогрева в газовую фазу переходит 11,55 кг Н₂О из исходной шихты, или 11,55·22,4/18=14,37 м³.

Общий объем газов в конце зоны подогрева составит 282,74+14,37=297,11м³.

Средний объем газов равен 282,74+0,5·14,37=289,925 м³.

Содержание компонентов в газах зоны подогрева равно

%;

%;

%;

%

В зоне сушки в газовую фазу переходит из шихты внешняя влага в количестве 154,6 кг, или 154,6·22,4/18=192,391 м³. Общий объем газов в конце зоны равен объему отходящих газов, т.е. 192,391+297,11=489,504 м³. Средний объем газов в зоне составляет 192,391·0,5+297,11=393,31 м³. Тогда состав газов в зоне сушки таков:

%;

%;

%;

%

Среднюю температуру газов в зоне подогрева находим по формуле логарифмического усреднения между газами и материалом

Здесь t_г^н=1250°С;t_г^к=750°С; t_ш=450°С,

˚С

Степень черноты СО₂ и Н₂О находим по графикам

При P_СО2S_эф =0,1338·7,74·101,325=101,27 кПа·м

t_Г=960°C;ε_CO2=0,2

Р_H2OS_эф=0,1921·7,47·101,325=145,4 кПа·м;

t_Г=960°С; ε΄_H2O=0,35; ε_H2O=1,8·0,35=0,63;

ε_Г=0,2+0,63=0,83.

Степень развития кладки в зоне подогрева составляет

Вт/(м²·К⁴).

Определяем величину теплового потока излучением:

Вт/м².

Средняя скорость движения газов в зоне подогрева равна

м/с;

тогда конвективный тепловой поток составит величину

q_k=10,476·0,87(960-450)=4648,2 Вт/м².

Средняя температура кладки составит t_k=(960+273)/2=705°С. Тогда

Вт/м².

Длина зоны подогрева составит

м.

В зоне кальцинации начальную температуру газов принимаем t_г^н=1400°С; конечную температуру газов t_г^к=1250°С; температуру шихты t_ш=875°С. Средняя температура газов в зоне равна

˚С.

Средняя температуpa кладки в зоне составляет

t_к=(1320+875)/2=1100 °С.

Состав газов в зоне кальцинации (в соответствии с предыдущими расчетами): 11,23% СО₂; 17,15% Н₂O.

В зоне кальцинации происходит термическое разложение карбонатов, натриевого алюмосиликата, образование основной массы (до 90 %) алюмината и феррита натрия и двухкальциевого силиката, появляется небольшое количество жидкой фазы. Температура шихты на выходе из зоны достигает 1000°С, температура газов на входе в зону - 1400 °С. Унос пыли составляет 25 % от общего пылеуноса.

Теплопотребление в зоне кальцинации по статьям идет:

• на нагрев шихты (спека) до 1000 °С

0,88·128,8·(1000-750)·16=453376 кДж=453,4 МДж,

где 0,88 - теплоемкость спека, кДж/(кг·К);

• подогрев пыли до 1250 °С

096·41,95·(1250-750)·16=322176 кДж=322,2 МДж,

где 0,96 - теплоемкость пыли, кДж/(кг·К);

• нагрев технологических газов (СО₂) до 1250 °С

2,202·14,37·(1250-750)·16=253141,9 кДж=253,14 МДж;

• разложение карбонатов.При этом количество СаСО₃ (молекулярная масса - 100) в шихте (в известняке и боксите) (табл. 17) через СаО (молекулярная масса - 56) равно

Тогда в соответствии с уравнением

СаСО_з=СаО+СО₂ - 178000 кДж

затраты тепла составят

(4+5,365)·16(100/56)·(178000/100)=476277,1 кДж=476,3 МДж.

Количество Na₂CO₃ (молекулярная масса - 106) в шихте (в соде и оборотном растворе) через Na₂O (молекулярная масса – 62) равно

Тогда в соответствии с уравнением

Na₂CO₃ =Na₂O+СО₂ - 322000 кДж

затраты тепла будут равны

=2791220,65 кДж=2791,22 МДж.

При разложении натриевого алюмосиликата количество Na₂O·Аl₂О₃·2SiО₂ (молекулярная масса - 284) на 1 тонну шихты рассчитывают по SiO₂ (молекулярная масса - 60) в белом шламе:

0,66·284·16/(2·60)=24,9 кг.

Ввиду отсутствия экспериментальных данных по тепловому эффекту разложения этого соединения принимаем, что он равен тепловому эффекту реакции разложения Na₂O·Аl₂Оз·2SiО_2. Тогда принимаем

Na₂O·Аl₂Оз·2SiО₂=Na₂O+Аl₂О₃+2SiO₂ - 261000 кДж;

22883 кДж=22,8 МДж.

Теплоту образования алюмината натрия определяем по содержанию Аl₂О₃ (молекулярная масса 102) в спеке (см. табл. 17) и исходя из уравнения

Na₂O+Аl₂О_з=Na₂O·Аl₂О₃ + 230000 кДж.

Тогда

1964470,6 кДж=1964,5 МДж.

Теплоту образования ферритов натрия устанавливаем по Fe₂O₃ (молекулярная масса - 160) в спеке согласно уравнению

Na₂O+Fe₂O₃=Na₂O·Fe₂О₃ + 178000 кДж;

409400 кДж=409,4 МДж.

Теплоту образования титаната натрия устанавливаем по TiO₂ (молекулярная масса - 80) в спеке в соответствии с уравнением

Na₂O+TiO₂=Na₂O·TiO₂ + 178000 кДж.

Тогда

60520 кДж=60,5 МДж.

Теплоту образования двухкальциевого силиката устанавливаем по СаО (молекулярная масса - 56) в спеке в соответствии с уравнением

2СаО+8SiO₂=2CaO·SiО₂ + 119000 кДж,