Конечная влажность шихты.
W11 = 0.
Напряжённость рабочего пространства сушильной зоны – w =0.08т/м3 * час.
Площадь поперечного сечения рабочего пространства, м2.
F = 3.14 * R2 = 12.19
L(исп) = (51.56* 0.38)/(0.08* 12.19) = 20.1 м.
8.2.Длина зоны подогрева.
L(под.) = Gг*Qп/[(qл + qк )* lx + qл1*lд],
Gш – производительность зоны, т/ час;
Qп – расход тепла на подогрев шихты до 700 0С;
Lx, lд – ширина слоя шихты (хорда) и контактная поверхность (длина дуги);
8.2.1.Теплопотребление Qп рассчитываем по статьям:
Нагрев шихты до 700 0С.
q(700) = С(700)* mш* Dt,
mш – масса шихты = итого – mН2О
mш = 7789.5 – 2987.6 = 4801.9 кг,
С(700) – теплоёмкость шихты при 7000 С = 0.96 КДж / кг* К,
q(700) = 0.96* 4801.9* (750 – 150 )= 2765894 КДж.
8.2.2. Затраты тепла на химические реакции протекающие в этой зоне.
В этой зоне протекают реакции (1), (3).
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O – 2580 КДж (1);
2580 – тепловой эффект реакции.
Al2O3*2SiO2*2H2O = Al2O3*2SiO2 + 2H2O – 934 КДж (3);
934 – тепловой эффект.
Гидроокись алюминия в количестве 1395.18 кг разлагается полностью. Теплопотребление реакции (1) составит:
q1р = 1395.18* 2580 = 3599564 КДж.
Каолинит в количестве 498.28 кг разлагается полностью. Теплопотребление реакции (3) составит:
q3р = 498.28* 934 = 465393.52 КДж.
8.2.3. Нагрев влаги выделившейся при реакциях (1) и (3) при нагреве до 750 0С.
qн = m1p* (M1pH2O/ M1p)*(22.4/18)* CH2O* (750 – t1p) +
+ m3p* (M3pH2O/ M3p)*(22.4/18)* CH2O* (750 – t3p);
где m1pи m3p – расход гиббсита и каолинита;
M1pH2O и M3pH2O – молекулярные массы гиббсита и каолинита;
t1pи t3p – температуры соответствующих реакций;
qн = (1395/18* 54* 22.4* 1.57* 200)/(102* 18) +
+ (498.28* 36* 22.4* 1.57* 300)/(258* 18) = 284546.5 КДж.
Qп = q(700) + q1p + q3p + qн = 7115398.02 КДж.
8.2.4. Определение lx и lд.
Данные величины определяются с помощью отношения Fc/R2и математической таблицы.
Площадь сегмента Fc =(3.14* Д2)*j/4, где j - коэффициент заполнения;
j = 6.8 %.
Fc = (3.14* 3.942* 0.068)/4 = 0.83 м2.
Fc/R2 = 0.83* 4/3.942 = 0.21, отсюда a0 = 82,5 0, lx/R = 1.318;
lx = 1.318* R = 2.6 м;
lд = 3.14* Д*a0/360 = 3.14* 3.94* 82.5/360 = 2.84 м.
8.2.5. Расчёт тепловых потоков.
qл = Cгкм* [(Tг/100)4 – (Tш/100)4], КДж/(м2* час);
qл1 = Cкм* [(Tг/100)4 – (Tш/100)4], КДж/(м2* час);
qk = 9*w0*(tг – tш), КДж/ (м2* час); где,
Сгкм = 13.82; Скм = 12.56, КДж/(м2* час* К4).
Тг = tг + 273 = (1250 + 750)/2 + 273 = 1273 К;
Тш= tш + 273 = (150 + 700)/2 + 273 = 698 К;
Тк = (Тг + Тш)/2 = (1273 + 698)/2 = 986 К;
w0 – средняя по сечению скорость газов
w0 = V0/(F – Fc) = 18.58/(12.19 – 0.83) = 1.64 м/с;
qл = 13.82* [(1273/100)4 – (698/100)4] = 330039.7 КДж/м2*час;
qл1 = 12.56*[(986/100)4 – (698/100)4] = 88902.8 КДж/м2*час;
qк = 37.68* 1.64* [1000 – 425] = 35533.4 КДж/м2*час.
L(под) = 6.62* 7115398/[(330039.7 +35522.4)*2.6 + 88902.8*2.84] = 39.16 м.
8.3.Длина зоны кальцинации (рассчитывается так же, как зона подогрева).
8.3.1. Затраты тепла на нагрев материалов (спека).
Спек нагреваем в интервале температур от 700 до 1000 0С.
Сспека = 0.88 КДж/кг* К, 3747 – количество спека, кг;
q1000 = 0.88* 3747*(1000 – 700) = 989208 Кдж;
8.3.2. Затраты тепла на химические реакции.
Na2CO3 + Al2O3 = Na2O*Al2O3 + CO2 – 791 КДж; (4)
Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O*Fe2O3 + CO2 – 647 КДж; (5)
CaCO3 = СaO +CO2 – 1780 КДж; (8)
Сода взаимодействует с 1286.3 Al2O3 (4) при этом связывается Na2O в количестве,
1286* 62/102 = 781.87 кг, где
62 и 102 – молекулярные веса Na2O и Al2O3соответственно.
В результате получилось 2068.169 кг Na2O*Al2O3.
Теплопотребление реакции (4) равно:
q4p = 2068.169* 791 = 1635921.7 КДж.
Сода взаимодействует с 512.9 Fe2O3 (5) при этом связывается Na2O в количестве,
519.9* 62/160 = 198.75 кг,
где 62 и 160 – молекулярные веса Na2O и Fe2O3соответственно.
В результате получилось 711.65 кг Na2O*Fe2O3.
Теплопотребление реакции (5) равно:
q5p = 711.65* 647 = 46043.6 КДж.
По реакции (8) получаем 399.14 CaO, тогда теплопотребление равно;
q8p = 399.14* 1780 = 710496.2 КДж.
Проверка по материальному балансу Табл.4.
В реакциях (4) и (5) количество Na2O равно:
198.75 + 781.87 = 980.62 кг.
По таблице 4 количество Na2O равно 980.77 кг.
Отклонение составляет 0.015 % - это значит, что другие реакции протекать не будут.
8.3.3. Затраты тепла на нагрев газов.
Нагреваем CO2 от температуры разложения до 1250 0С;
Температура разложения известняка 910 0С;
Масса CO2, выделившегося по реакции (8), равна 367.68 кг;
Теплоёмкость CO2равна 1.31 КДж/кг* К.
qг = 1.31* 367.68* (1250 – 910) = 163764.7 КДж.
Общее теплопотребление данной зоны равно:
Qк = q1000 + q4p +q5p + q8p + qг
Qk = 989208 + 1635921.7 + 460437.6 + 710469.2 + 163764.7 = 3959801.2 КДж.
8.3.4. Определяем длину хорды и дуги.
Площадь сегмента Fc = 3.14* 3.942* 0.059/4 = 0.719 м2, где
j = 5.9 %.
Fc/R2 = 0.719/1.972 = 0.1853; a = 77.5 0.
lx =2* 1.97* sin(77.50/2) = 2.466 м.
lд = 3.14* 3.94* 77.5/360 = 2.665 м.
Сгкм = 14.24 КДж/м2* час* К4; Скм = 12.56 КДж/м2* час* К4;
Тг = tг + 273 = (1400 + 1250)/2 + 273 = 1598 К;
Тш = (700 + 1000)/2 + 273 = 1123 К;
Тк =(1598 + 1123)/2 +273 = 1360 К;
Средняя скорость движения газов:
w0 = 18.58/(12.19 –0.719) = 1.62 м/с.
Тепловые потоки равны:
qл = 14.24* [(1598/100)4 – (1123/100)4] = 702095.66 КДж/м2* час;
qл1 = 12.56* [(1360/100)4 – (1123/100)4] = 229920.07 КДж/м2* час;
qк = 37.68* 1.62* (1325 – 850) = 28995.68 КДж/м2* час.
Длина зоны кальцинации равна:
L(кальц.) = 6.62*3959801.2/[(702095.66+6925.5)*2.466+229920.07* 2.665]= 11.10 м.
8.4.Протяженность зон спекания и охлаждения.
L = Wм* t,
где Wм – скорость движения материала, м/час;
t – необходимое время пребывания в печи.
Принимаем tcпекания = 0.4 час; tохл = 0.25 час.
Wм = 1.88* Д*i*n/Sin(b), где
i – осевой наклон i = 2.0 – 3.0 %. Принимаем 2.5 %;
n – частота вращения печи n = 0.75 – 1.5 об/мин. Принимаем n = 1 об/мин;
b - угол естественного наклона. Sin(b) = 0.75 – 0.85 для спекания;
Sin(b) = 0.7 – 0.75 для охлаждения.
Wмсп = 1.88* 3.94* 2.5* 1.0/0.8 = 23.15 м/час;
Wмох = 1.88* 3.94* 2.5* 1.0/0.72 = 25.719 м/час.
L(спек) = 0.4* 23.1475 = 9.26 м.
L(охл) = 0.25* 25.719 = 6.43 м.
Общая длина печи.
L = 20.1 + 39.16 + 11.1 + 9.26 + 6.43 = 86.05, примем 86 м.
5.3. Тепловой баланс печи.
Статьи прихода тепла.
1.Тепло от сгорания топлива.
Qx = B* Qнр = В* 39639.2 КВт.
2. Физическое тепло воздуха нагретого до 300 0С.
Qв = La* Cв* tв*B = 12.424* 1.315* 300* В = 4901.268* В.
где, Св – средняя теплоёмкость воздуха в интервале температур 0 – 4000 С.
3. Физическое тепло шихты.
Qш = Сш* tш* mш,
где mш – масса шихты в кг на 1 т готового продукта;
Сш – средняя теплоёмкость шихты, КДж/кг* К;
tш - температура шихты = 500 С;
Qш = 0.96* 50* 7789.47 = 373894.56 КВт.
4. Тепло экзотермической реакции, протекающей в зоне спекания.
2*CaO + SiO2 = 2CaO*SiO2 + 676.2 КДж/ моль.
Взаимодействует 269.12 кг SiO2и 502.24 СaO получается 771.36 2СaO*SiO2и при этом выделяется тепло в размере;
Qэкз = mp* qp = 771.36* 676.2 = 521593.6 КВт.
Статьи расхода тепла.
1. Тепло уносимое спеком и пылью.
Qсп = 1000* Сш* tш; Qп = mп* Сп*tш, где
1000 – 1т готового продукта;
mп – выход пыли (20 % от общего), кг/т;
Сп, Сш – теплоёмкости продукта и пыли, КДж/кг*0С;
tш – температура продукта и пыли, 0С;
Qсп = 1000* 3746.8* 0.879 = 3297184 КВт.
Qп = 0.2* 7789.47* 200* 0.88 = 274189.3 КВт.
2. Тепло, расходуемое на испарение гидроскопической влаги.
Qисп = 2256.7* mвл = 2256.7* 2721.33 = 6141185.135 КВт.
3. Тепло эндотермических реакций.
Qэнд = q1p + q3p + q4p + q5p + q8p;
Qэнд = 3599564 + 465393.52 + 1635921.7 + 460437.6 + 710469.2 = 6871786.02 КВт.
4. Тепло, уносимое отходящими газами.
Qг = Vсумм* Сг* Tг, где
Vсумм – суммарный объём газов, м3/т;
Сг – средняя теплоёмкость газов равная 1.424 КДж/м3*град;
Тг – температура газов Тг = 200 0С.
Qг = (11.405* В+1016.34 + 2987.63)* 200* 1.424 = 3248.144* В + 1140330.656 КВт.
5. Потери в окружающую среду.
Qпот = [a*(tст – tокр)*Fп]/Gг, где
a = 50.24 – 67 КДж/м2*час*град;
Fп – площадь наружной поверхности;
tcт – температура наружной стенки 150 – 170 0С;
Gг – производительность по глинозёму, т/час;
Qпот = [58.6152* (160 – 20)* 3.14* 4.54* 86]/6.62 = 1520493.17 КВт.
Составим уравнение теплового баланса.
Сумма Qприх = Сумма Qрасх;
Qприх | Qрасх |
39639.2* В | 3248.144* В |
4901.268* В | 1140330.656 |
373894.56 | 6871786.02 |
521593.6 | 6141185.135 |
3297184 | |
274189.3 | |
1520493.17 |
41292.324* В = 18349680.12; В = 444.38 м3/т.
Часовой расход топлива.
Вt = В*Gг = 444.38* 6.62 = 2941.8 м3/час.
Расход условного топлива.
b = Bt* Qнр/29307.6*G = 2941.8* 39639.2/(29307.6* 24.8) = 160.44 кг усл. топл./т.
Таблица 5.
Тепловой баланс.
№ | Приход | КДж/т | % | № | Расход | КДж/т | % |
1. | Qx | 17614867.7 | 85.14 | 1. | Qсп | 3297184 | 15.94 |
2. | Qв | 2178025.47 | 10.53 | 2. | Qп | 274189.3 | 1.33 |
3. | Qш | 373894.56 | 1.81 | 3. | Qисп | 6141185.135 | 29.68 |
4. | Qэкз | 521593.6 | 2.52 | 4. | Qэнд | 6871786.02 | 33.22 |
5. | Qг | 2583740.89 | 12.49 | ||||
6. | Qпот | 1520493.17 | 7.35 | ||||
Невязка | 197.185 | 0 | |||||
Итого | 20688381.33 | 100 | Итого | 20688578.52 | 100 |
Коэффициент полезного действия печи.