Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
6.
Расчет
температур
на
границах
технологических
зон
и
построение
графика
распределения
температур
по
длине
печи
Для
расчета
и
построения
кривой
температур
обжига
печь
разбивают
на участки
и
для
каждого
участка
состав
ляют
тепловой
баланс,
в
котором
неизвестной
величиной
является
температура
газов,
поступающих
из
одной
зо
ны
(участка)
в
другую.
Эту
температуру
находим
с
по
мощью
I-t-диаграммы
по
энтальпии
газов,
покидающих
данную
зону
печи.
При
расчете
температурной
кривой
длинные
вращающиес-я
печи
разбивают
на
следующие
участки,
начиная
с
участка
подачи
топлива
в
печь.
Зона
Охлаждения
и
спекания
Экзотермических
реакций
Декарбонизации
Подогрева
.
Дегидратации
.
Досушки
...
Испарения
Температура
материала,
ос
1350-1450-1350
1350-950
950-750
750-500
500-250
250-100
100-15
Рассчитываем
тепловой
баланс
зон
(табл.
VII.5-
VII.10) .
Т
а б л
и
ц
а
VH.5.
Тепловой
баланс
зоны
охлаждения
и
спекания
на
1
кг
клинкера
(температура
материала
1350-1450-t350°
С)
Приходные
статьи
От
сжигания
топлива
Ql
Энтальпия
воздуха,
на
гретого
в
холодильни
ке
и
печи
охлаждаю
lЦимся
клинкером:
140
/"п
=с"л
(1450-
_f"л)
=
1,11
(1450-
-100)
Итого
.
5456
1498
6954
Расходные
статьи
На
нагрев
материала:
Qf
=с"л
(1450-
-1350)
=
1,07
·100 .
На
образование
жидкой
фазы:
Q~=qr.
. .
с
избыточным
воздухом
и
выходящим
клинке
ром
из
холодильника
Q
~
(учтены
в
п.
2
при
ходной
статьи)
. . .
в
окружающую
среду
Qo:c
[3]
. . . . . .
Расчетная
энтальпия
уходящих
газов
Итого
.
I
I<оличе
СТВО,
кдж
107
209
147
463+
+/спек
о.г
Энтальпия
газов
при
выходе
из
зоНы
спекания
1~~reK=
6954
-
463
=
6491
кДж.
Расчетную
температуру
газового
потока,
соответству
ющую
энтальпии
I~~:K
=6491
кДж,
определяют
методом
подбора.
Для
этого
сначала
определим
объемный
выход
газов
(м
3
)
в
зоне
спекания:
V
co
, =
Vto.
х
Т
=
0,988·0,155 0,153
м
3
;
VH,o=
V1,ox
T
= 1,939.0,155
0,30:
м
3
;
V
o
,
V
O
,x
T
=0,1957.0,155
=
О,030м
1
;
V
N
,
=
V~,
х
Т
=
8,147·0,155 = 1,263
м
3
•
При
(",=2100
0
С
(v
со,
Ссо,
+ V
н.о
С
Н,О
+ V
О.
Со,
+ V
N,
CN.) t
х
=
= (0,153.2,4699 + 0,301!1 ,9633 + 0,030·1 ,5743 + 1,263·1
,4914)Х
Х
2100 = 6090
кДж,
где
Ссо.'
Сн,о'
Со,,
c
N
, -
средние
объемные
теплоемкости
газов
при
температуре
2100
ос,
кДж/(м
3
,ОС)
[24]
При
(
у
=2200
0
С:
I
y
= (V
со,
Ссо.
+ V
H
•
O
Сн,о
+ V
o
,
Со.
+ V
N
• c
N
.)
t
y
=
(0,153.2,4837 + 0,301·1 ,9813 + 0,030·1
,5851
+
1,263·1,4981)Х
Х
2200
=
6415
кДж,
/'де
ССО,'
СН.О'
C
N
.'
Со.
-
средние
объемные
теплоемкости
газов
при
температуре
2200
ос,
кДж/(м
3
,
О
С)
[24].
Тогда
спек
О.Г
х
(
(
IcneK_1 )
tрасч=tх+
Iy-I
x
ty-t
x
)
=
2100+
(
6491
- 6090 )
+
6415
__
6090
(2200 -
2100)
=
22230
С.
Так
как
продукты
горения
топлива
нагреваются
до
высоких
температур,
то
происходит
частичная
диссоциа
ция
С0
2
и
Н
2
О
(достигающая
иногда
10%),
которая
со
провождается
поглощением
тепла.
Поэтому
практичес
кая
температура
t
cneR
будет
всегда
ниже
t~~~~.
Количе-
141
ство
теплотыI
На
Диссоциацию
определяют
по
формуле
[35] :
[
[со.
+
[н.о
ДНО
=
дне
дне
'
где
[~~.
=аУ
со,
Qco.
Здесь
а
-
коэффициент
диссоциации
СО!.
При
а=
1,1
и
t=2200°C
а=0,225
(см
приложение
15);
QCO
-
эндо
термический
тепловой
эффект
диссоциации
СО
При
температуре
2200
ос
QCO =
12
326
кДж
на
1
м
З
СО;
[~~~
= 0,225·0,153'12326 =
425
кДж;
[~~~
= bV
H.oQH.'
где
Ь-степень
диссоциации
Н
2
О.
При
а=I,1
и
t=2200°C
Ь=0,035
(см.
приложение
15),
QH.
-
эндотермический
тепловой
эффект
дис-
социации
Н
2
;
при
температуре
2200
ос
QH.
=
11
080
кдж
на
1
м
З
Н
2
;
[~~~
=
О,035·0,301·11
080
=
117
кДж.
Принимаем
удельное
количество
теплоты,
переданной
в
результате
долевого
(торцового)
излучения
в
размере
QИЗJI
= 840
кДж.
Тогда
энтальпия
уходящих
газов
с
учетом
диссоциа
цИИ
СО
2
,
Н
2
О
И
долевого
излучения
[
спе><
_[спек
[со.
[н.о
Q -
6491
425
117
пр
-
расч-
дне
-
дне
-
И1J1-
- - -
-
840
=
5109
кДж.
Практическую
температуру
газового
потока
при
вы
ходе
из
зоны
спекания,
соответствующую
энтальпии
I~r:K
=5109
кДж
на
1
кг
клинкера,
определяют
MeTO.ll.QM
подбора:
142
при
t
x
=1600C)C
[х
=
(У
со.
Ссо.
+ V
н.о
Сн.о
+
У
О
•
Со.
+ V
N.
cN.)
t
x
=
= (0,153·2,3849 + 0,301·1 ,8619 +
0,030·1,5400+
+ 1,263·1,4554)
1600
=
4496
кДж;
при
t
y
= 1700°
С
[у
=
(У
со.
Ссо.
+
У
н
•
о
Сн.о+
У
О
•
Со.
+ V
N
•
cN.)
t1/
=
= (0,153·2,4042 + 0,301·1
,8841
+ 0,030·1,5483 +
+ 1,263·1,4625)
1700
=
4809
кДж.
Объемные
теплоемкости
газов
приняты
согласно
при
ложению
6
,~прек
= 1600 + (5109 4496) (1700
-1600)
=
18000
С
4809-4496
Энталъпия
газов
при выходе
из
зоны
экзотермических
реакций
(табл.
VII
6)
[ЭКЗ
=
7124
1173
=
5951
кДж.
о.г
т
а б л
и ц
а
VII.6.
Тепловой
баланс
зоны
экзотермических
реакций
на
1
кг
клинкера
(температура
материала
1350-9500
С)
I
l(оличе
Приходиые
статьи
ство.
кдж
I
I<оличе-
Расходные
статьи
ство.
кдж
Энтальпия
поступивших
газов
J~r:.eк.
. .
••
6491
На
образование
клинкер-
На
наl
ревание
материа
ла
от
950
до
13500
С:
Q~=cc
(1350-950)=
ных
минералов
Q
IIКЭ
449
Энтальпия
выделившего-
= 1,06.400 . .
..
424
ся
СО
2
из
сырья:
[со.
=
11:0,
х
х
(1
-
~)
Ссо.
·950=
= 0,277(1 - 0,7)
Х
Х2,2·950
(~
-
степень
разло-
ження
СаСО
з
в
зоне
дека
рбонизации)
Итого
.
174
7124
На
завершение
эндотер
мического
процесса
де
карбонизации
QleK
=
a~
Са
ОС
Х
Х29,64
(1
-~)
=
=
1,563·42,25Х
Х
29,64·0,3
•..•
Удаленное
в
окружаю
щую
среду
Q~c
[60] .
Энтальпия
газов,
выхо
дящих
из
зоны
экзо
термических
реакций
Итого
594
155
[.из
ог
1173+
+[ЭКЗ
о.г
Расчетную
температуру
газового
потока,
соответству
ющую
I~~.
определяют
следующим
образом:
при
t
x
=1800°C
[z
=
(У
со,
Ссо.
+ V
Н.О
Сн.о
+
У
о
,
Со,
+ V
N.
,c
N
,)
t
z
==
=
(0,236.2,4226+
0,301.1,9055+
0,030-1,5559 +
+ 1,263·1,4705)
1800
= 5400
кДж;
143
при
t
y
=1900°C
/у
= (V
со.
С
еО
•
+ V
Н,О
СН.О
-1-
V
o
•
Со.
+ V
N
,
CN,)
t
y
=
=
(0,236.2,4393 + 0,301·1 ,9252 + 0,030·1,5638 +
-1-
1,263·1,4780)
1900
= 5700
кДж,
Тогда
(
ркз
_/
)
ЭI(З
о
Г
Х
( 8
t
р8сч
=tx-l-
ty-t
x
)
=
100+
ly-1x
(
5951
- 5400 )
-1-
(1900 -
1800)
=
1983°
С.
I 5700 - 5400
Определяем
количество
СО
2
в
начале
зоны
экзотер
мических
реакций:
V
CO
•
= 0,153 +
(1
-
/3)
V
Co
• = 0,153 +
(1
-
0,7)
0,277 = 0,236
м
3
•
Количество
теплоты
на
диссоциацию
СО
2
составит
l~~~
=
aV
co
•
Qeo =
0,15·0,153·12
310 =
282
кДж;
l~i~
= bV
Н,О
QH.
= 0,0075·0,301
·11
180
=
24
кДж.
Количество
теплоты
в
результате
долевого
излучения
принимаем
по
данным
работ
[33]:
Qизл=420
кДж.
Тогда
1;~3
=
/~~;
- (282 +
24
+ 420) =
5951
-
726
= 5225
кДж.
Температура
газового
потока
с
учетом
поправки
на
диссоциацию:
!х=4800
кДж
и
!у=5100
кДж.
Отсюда
(
5225
- 4800 )
t~~З
=
1600+
5100-4800
(1700-1600)
=
1741°С.
Энтальпия
газов
на
выходе
из
зоны
декарбонизации
и
подогрева
(табл.
УII.7):
144
l~~~
=
6383
- 2369 = 4014
кДж;
при
t
x
= 1200°
С
I
х
= (V
со.
Сео.
+ V
Н,О
СН.О
+ V
o
•
Со,
+ V N, C
N
.)
t
It
=
=
(0,43·2,2886
+ 0,301·1,7657 + 0,030·1 ,5065 +
+ 1,263·1,4065)
1200
= 3996
кДж,
где
V
СО.
= 0,236 +
/3V
co
• = 0,236 +
0,7.0,277
= 0,43
м
3
;
Т
а
б
л
и
ц
а
VII.7.
Тепловой
баланс
З0НЫ
декарбони3аЦИИ
и
подогрева
на
1
кг
клинкера
(температура
материала
950-5000
С)
Приходные
стаТьи
I
J<оличе-II
СТВО.
кДж
Энтальпия
поступивших
газов
l~~;
. .
5951
При
образовании
мета
каолина
QM=6 ,53
a~
A120~
=
=
6,53·1,563·3,2...
33
Энтальпия
выделившего-
ся
СО
2
'
/
со.
=
V~o.
~CCO.
Х
Х950=О,277·0,7Х
X2,192·950
....
Итого
при
t
y
=
13000
С
399
6383
Расходные
статьи
На
нагрев материала:
QY
=
(G~-Gw)Сс
Х
Х
(950
-
500)
=
=
(1,563-
O,0175)X
Хl,07·450
.....
На
декарбонизацию
МgСО
з
Q~=1
7
MgO
C
a~
=
=17·0,75·1,563.
На
декарбонизацию
СаСО
з
.
Q~
=
29,6СаО
С
a~
Х
X~
=
29,6.42,25Х
Хl,563·0,7.
В
ОКJружающую
среду
Qo
с
[60]
. .
Энтальпия
уходящих
га
зов
Ито
го
I
J<оличе
СТВО,
кДж
742
20
IЗ57
250
/дек
о.г
2369+
+/дек
о.г
/
у
=
(V
со.
Ссо.
+ V
Н.О
СН.О
+ V
o
•
Со.
+ V N. C
N
.)
t
11
=
=
0,43·
2,3158 + 0,301·1,7908 +
О
,аза·
1 ,5123 +
+ 1 ,263·
1,4290)
1300
= 4342
кДж.
Температура
газов,
покидающих
зону
подогрева,
со
ставит
ог
х
(
/дек
-1
)
tпод=t
х
+
Iy-I
x
(ty-t
x
)
=
1200+
(
4014
-
3996)
+ 4342 _ 3996 (1300 -
1200)
=
1205°
С.
10-266
}45
Энтальпия
газов,
покидающих
зону
дегидратации
(та'л.
VII.8):
/~~:
=
4031
- 616 =
3415
кДж;
Т
а б
JI
И
Ц
а
УН.В.
Тепловой
баланс
зоны
дегидратации
на
t
кг
клинкера
(температура
материала
500-2500
С)
I
~оличе·
~
I
~ОJlиче-
Приходиые
статьи
ство,
Расходные
статьи
СТВО,
кдж
кдж
Энтальпия
поступивших
На
нагревание
материа-
газов
}~~K
4014
ла:
Энтальпия
гидратной
Qf
=
O~.Cc
(500-
воды:
/8 =
У~С8.п·500=
-
250)
=
1,563Х
Х
1
,06·250.
414
=0,022.1,5831·500
17
На
дегидратацию
као-
лина:
Q~
= 23,
78О
С
A1zO~=
=23,78·1,563·3,2
118
В
окружающую
среду
[3]
.
84
Энтальпия
уходящих
га-
зов
/дек
о.г
Ито
го
4031
Ито
го
616+
+/дег
о.г
при
t
x
= 1000°
С
/
х
=
(У
СО,
ссо.
+ V
Н.О
СН.О
+
У
О
•
СО.
+ V
N.
cN,)
t
1&
=
= (0,43.2,2266 + 0,323·1,7133 + 0,030.1,4801 +
+ 1 ,263·1,3938)
1000
=
3315
кДж,
где
V
Н.О
=0,301+
Vrv
=0,301+0,022=0,323
м
З
;
при
t
y
=1100°C
146
/"
=
(У
СО,
С
оо
,
+ V
Н.О
СН,О
+
У
О
•
Со,
+ V
N,
cN,)
t g =
= (0,43.2,2593 + 0,323·1,7397 + 0,030·1 ,4935 +
+
1,263·1,4056)
1100
= 3688
кДж.
Температура
газов
на
выходе
из
З0Ны
дегидратации
составит
t
Aer
= t +
О.Г
-
Х
(t
- t ) =
1000
+
(
/дег
/)
о.г
" / g
_/),
у
х
+
(::~:
=
::~:
) (1100 - 1000) =
10270
С.
Энтальпия
газов,
покидающих
зону
досушки
(табл.
VII.9) :
/~~гC
= 3427 - 453 = 2974
кДж;
Т
а б
л
и
ц
а
УII.9.
Тепловой
баланс
зоны
досушки
на
1
кг
клинкера
(температура
матернала
250-1000
С)
Приходиые
статьи
I
количе'll
СТВО,
кДж
Энтальпия
поступивших
газов
I~.~r.
. . 3415
Энтальпия
водяного
па·
ра,
выделившегося
из
материала.
аС
Qп=_с-
х
!>в.п
х(
W
OCT
)х
1OO-W
OCT
1,563
ХС
В
п·1ОО
=
--
Х
. 0,805
XC~4)
1,5019Х
Х
100
......
.
Итого
при
t
x
=800°
С
12
3427
Расходные
статьи
На
нагревание
сухого
сырья
Qf
=
~
С
с
(250 -
-
100)
= 1,563
Х
I
Количе·
СТВО,
кДж
Х
1,059·150
249
На
испарение
остаточной
влаги.
х
(
WOC'l'
)
Х
100-W
ост
Х
2500 = 1
,563Х
Х
с
004
4)2500
..
в
окружающую
среду
Qo
с
....•••
Энтальпия
уходящих
га·
зов
164
40
/ДОС
О.Г
Итого
.•.
'!
453+
+
/ДОС
О.Г
/"
=
(V
СО.
Ссо.
+
V
и
•
о
С
и
•
о
+ V
o
•
СО.
+ V
N
•
cN.)t
x
=
10*
147
=
(О
,43. 2 ,1517 + 0,404·1,6601 + 0,030·1 ,4529 +
+
1,263.1,3683)
800
=
2688
кДж,
ас
(W
)
где
V =
о
323
+
_С
ОСТ
=
О
323
+
Н,О
'
РВ
п
100-W
ост
'
+
=0
404
м
З
1,563 ( 4 )
0,805
100-4
' ,
при
t
y
=900°
С
т
а б л
и
Ц
а
УII.10.
Тепловой
баланс
зоны
испарения
на
1
кг
клинкера
(температура
материала
100-15°
С)
Приходиые
статьи
Энтальпия
поступивших
газов
I~ОгС
•
Энтальпия
паров
воды,
выделивши"{ся
из
мате
риала
ас
I
n
=
_с_
Х
Рв п
-
х
W
OCT
)
100-W
ост
1,563
ХС
в
п·1ОО=
--
Х
0,805
x(~-
100-36
I
Количе
11
ство
кДж
2974
Раслодные
статьи
На
нагревание
сухого
сырья
Qf=
a~
cc(lOO-15) =
=1,563·1,059'85.
На
испарение
влаги
(от
Wc
дО
W
OCT
)
Q
P_
ас
(
WC
_
2-
с
100-
WC
-
х
W
OCT
)
100-W
ост
Х2500
= 1,563
Х
(
36
Х
100-36-
_-4-)2500
100-4
В
окружающую
среду
I
Количе
СТВО,
"Дж
141
2024
-
_4_)1
5019.100
151
100-4
'
Qoc
40
Итого
Qпр
3125
148
Энтальпия
10
г,
выходя
щих
из
печи
газов
(яв
ляется
величиной,
из
вестной
из
теплового
баланса)
923
и
т
о
r
о
Qp
3128
При
t
y
=900°
С
/ v =
(У
со.
Ссо.
+ V
Н.О
Сн,О
+
У
О
,
Со.
+ V
N.
C
N
.)
t v =
= 0,43·2,1915 + 0.404·1,6865 + 0,030·1,4663 +
+
1,263·1,3817)
900
=
3060
кДж.
Определяем
температуру
газов
на
выходе
из
зоны
до
сушки'
t~~C
=
t%
+ (
/;:C~:x
)
(t
y
-
(
х
)
800 +
(
2974
-
2688
)
+
3060
_
2688
(900 -
800)
=
854°
С.
Составляем
уравнение
тетIЛОВОГО
баланса
последней
зоны
печи
(табл.
VII.IO)
Qпр=Qр-t\Q;
3125=3128-3.
Величина
погрешности
составит
Е
= t\Q.100
Q
3·100
5456 = 0,055%.
Определяем
энтальпию
отходящих
газов
по
теплово
му
балансу
зоны
испарения:
/0
г
=
3125
-
2205
=
920
кДж;
при
t
x
=200°
С
/ % =
(У
со,
С
со
•
+ V
Н.О
СН.О
+
У
О
•
Со,
+ V
N.
C
N
,)
t
х
=
= (0.43·1,8079 + 1,504·1,5174 +
0,030·1,3369+
+ 1,263·1,3030)
200
=
941
кДж,
где
У
н
•
о
= 0,404 +
Vt.
= 0,404 + 1,1 1,504
м
З
;
при
t
y
=300°
С
/ v =
(У
со,
Ссо.
+ V
Н,О
СН.О
+ V
о,
Со,
+ V N. C
N
.)
t g =
=
(0,43·1,8808 + 1,504.1,5379 + 0,030·1,3583 +
+ 1,263·1,3080)
300
=
1439
кДж.
Тогда
температура
отходящих
газов
составит
(
/or-Jx)
tог=t
х
+
ly-1x
(ty-t
x
)=
(
920 -
941
)
=200+
1439-941
(300-200)=196°C.
149