Расчет вагранки

 

 

 

Рис.7 Слоевой холодильник  к печи производительностью 100000 м³ керамзита в год:

1- решетка для задержания  сваров; 2-термопара; 3-противосваровое  дутье; 4-приемный бункер; 5-футеровка; 6-колосниковые решетки; 7-люки для  ремонта и осмотра; 8-пластинчатые перегородки; 9-корпус; 10-трубы аварийного водяного охлаждения; 11-бункер просыпи; 12-колонны; 13-барабанный разгружатель; 14-фланец для подвода охлаждающего воздуха

 

 

Рис.8 Барабанный разгружатель:

 

1 — патрубок  для  отсоса запыленного воздуха; 2 — люк обслуживания; 3 — шестерня;  4 — заслонка; 5 - регулирующие планки; 6 — корпус;  7 — барабан; 8 — люк обслуживания; 9 — заслонка  просыпи.

 

Рис.9 Кинематическая схема холодильника.

 

1 — бункер ;2 — решетка;  3 — барабанный  разгружатель; 4 — муфта  кулачковая; 5 — редуктор;  6 — муфта  7 — электродвигатель; 8 — исполнительный механизм; 9 — муфта.

4. Расчетная  часть

1. Расчет горения газообразного топлива

Определить  количество воздуха, необходимого для  горения 1 м³ Ставропольского газа следующего состава, %:

СH₄-98; C₂H₆-0,3; C₃H₈-0,1; C₄H₁₀-0,1; CO₂-0,3; N₂-0,4. Теплота сгорания топлива Q_н^р - 35504,75 кДж/Нм³.

    Составляем реакции горения топлива:

 

  СН₄+2O₂=CO₂+2H₂O;  C₂H₆+3,5O₂=2CO₂+3H₂O;

  C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O;  C₄H₁₀+6,5O₂=4CO₂+5H₂O;

Расчет горения  газа производим в табличной форме  с учетом различных значений коэффициента избытка воздуха α (табл 1).

Коэффициент избытка воздуха α=1 используется для теоретического расчета расхода воздуха, необходимого для горения 1 кг или 1м3 топлива; α₁ — коэффициент избытка воздуха в корне факела; α₂ — коэффициент избытка воздуха на загрузочном конце печи.

Материальный  баланс процесса горения газа

таблица 2

приход	кг	%	расход	кг	%
Природный газ			Продукты горения
СН4=98*0,717	70,266	5,16	CO2=0,996*100*1,977	196,909	14,46
C2H6=0,3*1,356	0,4068	0,03	H2O=1,978*100*0,804	159,031	11,68
C3H8=0,1*2,02	0,202	0,015	N2=7,903*100*1,251	988,665	72,61
C4H10=0,1*2,84	0,284	0,02	O2=0,119*100*1,429	17,06	1,25
CO2=0,3*1,977	0,5931	0,043	Невязка (100*1,015)/1360,65= =0,075%
N2=0,4*1,251 воздух O2=198,2*1,06*1,429 N2=198,2*1,06*3,76*1,251	0,5004     300,2   988,2	0,037		-1,015	0,075
итого	1360,65	100		1361,665	100

 

 

 

 

   4.2 Расчет теплового баланса вращающейся печи

 

   4.2.1 Приход тепла

 

  

1. От горения топлива:

Q₁^П=Q₁^а=35504,75*В=35504,75В кДж,

где  В — часовой  расход топлива, м³ или кг.

2. Тепло, вносимое топливом:

         Q₂^П=В*С_т*t_т=В*1,358*18=24,4 кДж.

   где  С_т — удельная теплоемкость топлива, кДж/кг*К; t_т — температура топлива, поступающего на горение,  ^oC.

Удельную теплоемкость для газа определяют по формуле:

      С_т=4,2(0,323+0,000018*t_т)

где  t_т — температура топлива, поступающего на горение. Для расчетов можно принимать в пределах от 18 до 20 ^oC.

      С_т=4,2(0,323+0,000018*18)=1,358 кДж/м³*К.

3. Тепло, вносимое сырцом

 Q₃^П= G_c*C_c*t_c = 4960,15*1,1369*58=327073,28 кДж

где  C_c — удельная теплоемкость сырца,  кДж/м³*К, определяемая по формуле

         

 Cc= 0,924*     + 4,2 * =0,924* + 4,2* = 1,1369     кДж/кг К.

4. Физическая телота воздуха, подаваемого на горение:

    Q₄^П=В*V_в^о*α₁* t_в*С_в=В*9,434*1,06*200*1,344=2688,01В кДж,

где  С_в удельная теплоемкость воздуха, равная 1,344 кДж/кг*К;   V_в^о — теоретический объем воздуха, необходимый для горения 1м³ или 1 кг толива. Принят из расчета топлива для α=1;  t_в — температура воздуха подаваемого на горение. Для расчетов можно принимать в пределах от 150 до 250 ^oC. ( t_в=200 ^oC).

 

5. Физическая теплота воздуха, подсасываемого через неплотности головки печи:

 Q₅^П= В*V_в^о* (α₂ — ά)* t_в^o*С_в=В*9,434*(1,83-1,5)*18*1,344=75,32В кДж,

  где ά — коэффициент избытка воздуха со стороны выгрузки печи, обычно принимают 1,4...1,5.

6. Физическая теплота вторичного воздуха, поступающая в печь из холодильника:

  Q₆^П=В*V_в^о* (ά — α₁)*t_в^'*С_в=В*9,434*(1,5-1,06)*150*1,344=836,83В кДж,

           где t_в^' — температура воздуха, выходящего из холодильника, равная 150...180 ^oC. (t_в^' =150).

 

        4.2.2 Расход тепла

 

1. На испарение влаги из сырца

     Q₁^Р= П_х^к*G_H2O^Г*2499=4294,5*0,076*2499=815628,62 кДж.

Где 2499-скрытая теплота  парообразования воды при 0 ^oC, кДж/кг;  П_х^к — часовая производительность печи по обожженному керамзиту, кг;  G_H2O^{Г —} объем воды, выделяющийся при обжиге сырца, приходящийся на 1 кг керамзита, кг.

Определяем П_х^к. При насыпной плотности керамзита ρ_н=350 кг/м³ и производительность печи 12,27  м³/ч.

     П_х^к=350*12,27=4294,5кг/ч.

 G_H2O^Г=G_W^Г — G_Г^С,

где G_Г^С — расход абсолютно сухой глины на 1 кг обожженного керамзита.

 

G_Г^С = кг/кг

 

 

Расход сырца  на 1 кг обожженного керамзита

 

G_W^Г= *100= *100=1,175 кг/кг

 

 

тогда  G_H2O^Г= 1,175-1,099=0,076 кг/кг керамзита.

 

2. На химические реакции:

2.1. Разложени СаСО₃.

   Q_2.1^P=П_х^к*G_СаСО3*1587,6= 4294,5*0,016*1587,6=109087,17 кДж,

где 1587,6 — эндотермический эффект декаборнизации  СаСО₃, кДж/кг.

G_саСО3= *G_Г^С;

 

где СаО — содержание оксида кальция в глине, %.

100 моль СаСО₃, СаО — 56.

 

G_саСО3= *1,099=0,016; СаСО₃= =1,43

 

2. Разложение MgCO₃.

   Q_2.2^P= П_х^к*G_MgCO3*1318,8=4294,5*0,029*1318,8=164244,01 кДж,

где 1318,8 — эндотермический  эффект декарбонизации MgCO₃, кДж/кг.

G_MgCO3= *G_Г^С; МgСО₃ =

 

 где MgO — содержание оксида магния в глине, %; 84,32 — моль MgCO₃, 40,32 — моль MgO.

 

 G_MgCO3= ;   МgСО₃=

 

 

3. Дегидратация глинистых материалов

Q_2.3^P= П_х^к*G_H2O^х*6720=4294,5*0,0759*6720=2190401,136 кДж,

где 6720 — эндотермический  эффект дегидратации глинистых материалов, кДж/кг;  G_H2O^х — расход тепла на дегидратацию глинистых материалов.

 

G_H2O^х = -  G_CO2=

где G_H2O=( G_CaCO3 +  G_MgCO3) - ( ) * G_Г^С

 G_CO2= (0,016+0,029) -  ( ) *1,099=0,023.

 

4. Плавление силикатной массы

  Q_2.4^P= 315* П_х^к=315*4294,5=1352767,5 кДж,

где 315 кДж — удельный расход теплоты на образование стекловидной фазы, отнесенной к 1 кг обожженного керамзита.

Общий расход тепла на химические реакции

   Q₂^Р= Q_2.1^P+ Q_2.2^P+Q_2.3^P+Q_2.4^P=109087,17+164244,01+2190401,136+1352767,5

   Q₂^Р=3816499,816 кДж.

3. Потери тепла с керамзитом на выходе из печи

   Q₃^Р= П_х^к*С_к*t_к=4294,5*1,1676*1000=5014258,2 кДж,

где  t_к — удельная температура керамзита на выходе из печи,  ^oC, обычно 800...1100 ^oC;  С_к — удельная теплоемкость обожженного керамзита при температуре t_к, кДж/кг*К, вычисляется по формуле

  С_к=0,84(1+0,00039* t_к)=0,84(1+0,00039*1000)=1,1676 кДж/кг*К.

4.  Потери тепла в окружающую среду

   Q₄^Р=35504,75*0,2*В=7100,95В кДж.

Потери тепла в окружающую среду можно принимать в размере 20% от теплоты горения топлива.

5. Потери тепла с отходящими газами.

5.1. С физической теплотой продуктов горения

Q_5.1^Р=В*V^ОГ*t^ОГ=В*20,242*1,391*450=12670,48В кДж,

где  V^ОГ объем продуктов горения на 1 м³ или 1 кг топлива при α₂ принимают из расчета горения топлива;

С_О.Г удельная теплоемкость отходящих газов при их температуре на выходе из печи. Определяют по формулам:

С_О.Г=4,2*(0,323+0,000018* t^ОГ)=4,2*(0,323+0,00018*450)=1,391 кДж/куб.м*К.

5.2 С физической теплотой водяных паров гигроскопической и химической связанной влаги

 

Q_5.2^Р=П_х^к(G_H2O^Г+G_H2O^Х)G_H2O^ОГ*t^ОГ=4294,5(0,076+0,0759)*2,1048*.450=617865,19 кДж,

где G_H2O^ОГ удельная теплоемкость водяных паров при температуре отходящих газов принимаем из табл 3. приложения

5.3 С физической теплотой:

  Q_5.3^Р= П_х^к*G_ОРГ^Л*С_СН4^ОГ* t^ОГ=4294,5*0,099*3,7044*450=708725,72 кДж,

где  G_ОРГ^Л — расход тепла с летучими органическими веществами.

Определяется  по формуле:

   G_ОРГ^Л= * G_Г^С= *1,099=0,099

где  С_СН4^ОГ — удельная теплоемкость метана при температуре отходящих газов, принимаем из табл 2 приложения.

5.4 С физической теплотой СО₂, образовавшегося при разложении карбонатов:

  Q_5.4^P= П_х^к*G_СО2* t^ОГ* С_СО2^ОГ=4294,5*0,023*450*1,1361=50497,46 кДж,

где  С_СО2^ОГ удельная теплоемкость углекислого газа при температуре отходящих газов, принимаем из табл 3 приложения.

Общие потери тепла с отходящими газами

Q₅^Р=Q_5.1^P+ Q_5.2^P +Q_5.3^P +Q_5.4^P=12670,48В+617865,19+708725,72+50497,46  =

=  12670,48В+1377088,37 кДж.

6.  Потери тепла с химическим недожогом топлива:

   Q₆^Р=Х*В*Q_Н^С=0,01*В*35504,75=355,04В кДж,

где Х —  потери тепла с химическим недожогом  топлива. Для расчетов можно принимать  равным 1% теплоты от горения топлива.

Общее уравнение  теплового баланса вращающейся  печи за 1ч работы.

   Q₁^П+ Q₂^П+Q₃^П+ Q₄^П +Q₅^П+Q₆^П=Q₁^Р +Q₂^Р +Q₃^Р +Q₄^Р +Q₅^Р +Q₆^Р.

35504,75В+24,4В+327073,28+2688,01В+75,32В+836,83В=815628,62+3816499,816+5014258,2+7100,95В+12670,48В+1377088,37+355,04В

   19002,84В=10696401,73

откуда часовой  расход газа В=562,88 м³.

 

 

 

 

Найденное значение расхода топлива подставляем  в те уравнения, где эта величина была неизвестной и пересчитываем их. Затем составляем сводную таблицу теплового баланса, из которой находим удельный расход тепла на обжиг 1 кг керамзитового гравия (табл 2).

Q₁^П=35504,75*562,88=19984913,68 кДж.

Q₂^П=24,4*562,88=13734,27 кДж.

Q₄^П=2688,01*562,88=1513027,07 кДж.

Q₅^П=75,32*562,88=42396,12 кДж.

Q₆^П=836,83*562,88=471034,87 кДж.

Q₄^Р=7100,95*562,88=3996982,74 кДж.

Q_5.1^Р=12670,48*562,88=7131959,78 кДж.

Q₆^Р=355,04*562,88=199844,92 кДж.

 

Список литературы

 

1.   С.П. Онадский «Производство керамзита», М., Издательство литературы по строительству, 1971г.

2. Строительные машины. Справочник, под ред. В.А. Баумана, 3 изд., М., 1965 г.
3. К.Э. Горяйнов, К.Н. Дубенецкий, С.Г. Васильков, Л.Н. Попов «Технология минеральных теплоизоляционных материалов и легких бетонов», М., Стройиздат, 1976 г.