Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
Содержание
СаО
в
извести
равно:
49,16·100 6
58 1
= 84,
%.
,
ИЗ
100
кг
известняка
получается
85%-ной
извести:
стандартной
58,1·84,6
85 = 57,83
кг.
Следовательно,
материальный
расчет
выполнен
пра
вильно.
т
а
б
л
и
ц
а
УII.14.
Материальный
баланс
обжига
на
100
кг
известняка
Приходиые
сТатьи
Известняк:
СаСО
з
МgСО
з
R2
0
з+
Si0
2
Н
2
О
Итог
о
Газ:
Количе
ство,
h.r
93,5
0,5
3
3
100
Расходные
ста
гьи
Известь:
СаО
MgO
СаСО
з
R2
0
з+
S
i0
2
•
Ито
го
СО
2
из
СаСО
з
.
38,6
СО
2
ИЗ
МgСО
з
0,3
Н
2
О
из
известня-
ка
0,3
Итого
41,9
Всего
100
I
Количе
ство,
кг
49,16
0,24
5,7
3,0
58,1
Теоретически
для
получения
1
кг
СаО
необходимо
100
затратить
для
обжига
- = 1,786
кг
СаСО
з
.
Как
видно,
56
практически
при
обжиге
известняка
получается
мень
шее
количество
жженой
извести
и
углекислого
газа,
так
как
не
весь
известняк,
загруженный
в
печь,
разлагается.
3.
Расчет
времени
обжига
Время
нахождения
известняка
в
печи
зависит
от
ве
личины
кусков
загружаемого
материала,
температурно
го
перепада
и
коэффициента
теплопередачи.
Время
на-
170
хождения
известняка
в
печи
обычно
рассчитывают
по
зонам:
в
зоне
нагревания
t
H
,
в
зоне
обжига
tоб
и в
зоне
охлаждения
t
ox
:
t = tH +
'
о
6
+
!ох.
Для
расчета
t
к
принятым
ранее
исходным
данным
добавляем
показатели
температуры.
Начало
разложения
известняка.
. .
.
Известняка,
выходящего
из
зоны
обжига
.
Средний
радиус
куска
известняка
d
(прини
мается,
что
куски
известняка
имеют
фор-
му
шара)
. .
..
......
.
Температура
воздуха
на
входе
в
зону
обжи-
га
(
р
=856
0
С
t~6=940
ос
0,06
м
(
о
6=400
ос
Ввиду
малого
содержания
карбоната
магния
в
из
вестняке
при
расчете
времени
обжига
последнего
в
печи
это
содержание
не
учитывают.
Количество
теплоты,
переходящей
от
среды
к
телу,
зависит
от
температурного
перепада,
площади
тела,
времени
соприкосновения
фаз
и
коэффициента
теплопе
редачи
К,
выражающего
число
ватт,
переходящее
в
1
с
через
1
M~
площади
при
разности
температур
10
С:
1
К=
1
б'
-+-
(х
л
где
(Х
-
кОЭффициент
теплоотдачи
от газа
к
известняку,
Вт/
(м
2
•
ОС);
б
-
толщина
подогреваемого
слоя
куска
известняка,
равная
ра
диусу
куска
"
м;
л
-
теплопроводность
известняка,
Вт/
(м.
ОС).
Принимаем
следующее
значение
сх/Вт(м
2
•
О
С)
[27]:
для
зоны
нагрева
ан=
13,96;
для
зоны
обжига
tXоб=
=20,93
и
для
зоны
охлаждения
CX~x=
11,63.
Для
известняка
л=2,3
ВТ/
(м·
ОС)
[17].
Время
нахождения
извеСТНяка
в
печи
рассчитываем
следующим
образом:
1)
В
зоне
нагрева
Чтобы
нагреть
кусок
извеСТНяка
от
160
С
до
темпе
ратуры
его
разложения
(8560
С),
ему
следует
сообщить
количество
теплоты,
определяемое
с
одной
стороны
по
формуле
171
где
с
-
удельная
теплоемкость
известняка,
равная
2,33
кДж
(hf
ОС)
[17] ,
m-
масса Шdра,
равная
4
m=-n,зр
кг,
3
где
р
-
плотность
известняка,
равная
2650
KrjM
3
.
Тогда
4 4
Ql
=3
n,з
рс
ир-
t
M
)
= 3 n,3·2650·2,33
(856-
16)
=
4
= 3 n,3·5 186580.
(УII.2)
с
другой
стороны,
количество
теплоты,
сообщаемое
куску
известняка
радиусом
r
за
время
t
H
,
составляет
Q2
=
К
Н
8М
н
t
h
·10-
3
,
(УII.3)
где
К
Н
-
КОЭффициент
теплопередачи
в
зоне
подогрева,
Вт/(м
2
.ОС);
8 -
площадь
поверхности
куска
известняка,
м
2
;
Аt
и
-
разность
температур,
ОС;
t
H
-
время
нахождения
известняка
в
зоне
нагрева,
с
Определяем
значения
Кн,
Лiн
И
S:
1 1
К
Н
= =
10
BT/(Mt.oC)·
_1
+.!...
_1_
+ 0,06 '
Тогда
ан
')"
13,96
2,3
М
н
=
(tобж
-
[
р
)
+ (tvx - tM )
2
(1080-
856)
+
(350-
16)
= =
2790
С;
2
Так
как
Ql=Q2,
то,
подставляя
числовые
значения
в
формулы
(УII.2)
и
(УII.3),
получаем:
4
3 n,1I5186 580 = 4n,2.2 ,79tH'
172
Отсюда
для
куска
с
,=О,О6
м
4лг
3
·5
186580
0,06·5
186580
t
H
= =
=10,3ч
3·4л,2.2,79·3600
3·2,79·3600
2)
В
зоне
обжига
Количество
теплоты,
поступающей
при
обжиге
к
ша
рообразному
куску
известняка
через
его
поверхность:
(VH.4)
Для
разложения
этого
куска
известняка
ему
необ
ходимо
сообщить
количество
теплоты.
Q4
=
т·
1782,7,
где
m -
масса
известняка,
1782,7 -
удельное
количество
теплоты
на
разложение
СаСО
з
,
кДж/кг
Тогда
4 4
Q4
= -
л,з.2650·1782,7
=
~
л,3·4
724155.
3 3
Учитывая,
что
в
известняке
содержится
93,5%
СаСО
з
и
степень
обжига
составляет
94,3%,
получим:
4 4
Q4
=
з
1t
,з'4
724155·0,935·0,943
=
3"
1t,З·4
157256.
Для
определения
Qз
необходимо
учесть
среднюю
теплопроводность
известняка
и
извести.
Для
извести
л=0,62
вт/(м,ОС)
2,3
+
0,62
I..об
= 2 = 1,46
Вт/(м.ОС).
Определяем
коэффициент.
теплопередачи
и
темпера
турный
перепад
в
зоне
обжига:
1 1
Коб=----
----=11,1
Вт!(м2·"С).
_1_
+
_'_
__1_
+
0,06
СХОб
I..об
20,93 1,46
Температурный
перепад
равен:
t~б
+ t
p
940 + 856
Моб=tоб-
2
=1080-
2
=182"C.
173
Площадь
поверхности
куска известняка
составляет
S =
4nг
2
,
м
2
•
Подставляем
числовые
значения
в
формулу
(VII.4):
Qз
=
11,
1.4nг2.182tоб·l0-3
=
8,08nг2f
о
б.
Так
как
Qз=
Q4,
то,
следовательно,
4
8,08nг2f
о
б
=
"'3
nг
3
•
4
157
256.
Отсюда
tоб
=
3·8,
08nг
2
•
3600
3)
В
зоне
охлаждения
4г·4
157256
-----
=
114
ч.
24,24·3600 '
~acca
куска известняка
начального
радиуса
r
после
обжига
составляет
4
р·58,1
4
т
= -
nг
3
--
= -
nr
3
·1540
кг
3
100
3 '
4
где
3
nг
3
р
-
масса
куска
известняка
до
обжига,
кг;
58,1
100
-
выход
извести
из
1
кг
массы
известияка
(см.
табл
VII 14).
При
охлаждении
куска
известняка
до
500
С
он
отда
ет
количество
теплоты
(
, ) 4 3
Q5
=
те
t
об
-
t
ИЗБ
=
зnг
·1540·0,795 (940 -
50)
=
4
= -
nг
3
·1
089627,
3
где
0,795
-
удельиая
теплоемкость
извести,
кджf(кг.ОС).
Количество
теплоты,
отдаваемой
площадью
поверх
ности
куска
полученной
извести
в
зоне
охлаждеНШI,
оп
ределяют
по
формуле
Qe
=
Кох
SM
ox
f
ox
·10-
3
•
(VII.5)
174
Определяем
коэффициент
теплопередачи
и
средне
логарифмическую
разность
температур:
Кох
=
1 1
1 ,
-+-
а
ох
Л
----
=
5,47
Вт/(м
2
•
О
С);
_1_+
0,06
11,63
0,62
(
t'б
-
t
В
б
\
-
(!
- t )
о о
изn
в
t' t
B
2 31
об
-
об
, g
t
иэв
- t
B
(940 -
400)
- (50 -
16)
=
1830
С.
231
940-400
, g
50-
16
Следовательно,
подставляя
числовые
значения
в
фор
мулу
(VII.5),
получим:
QG
=
5,47
.4:rt,2.
18з
,ох
·10-3=
4
,004л,2
'ох.
ИЗ
равенства
Qs=
Q6
следует
4
""3
:rt,з.
1
089
627
= 4,
0О4л,2
t
ox
.
Откуда
4л'3·1
089627
4,·1
089
627
!ох
=
3.4,ОО4л,2.3600
= 12,012.3600 = 6,05
ч.
Полное
время
нахождения
известняка
в
печи
со-
ставит
t = 10,3 +
II
,4
+ 6,05 = 27,75
ч.
4.
Расчет
конструктивных
размеров
шахтной
печи
Полезный
объем
шахты
V
Ш
(м
3
)
определяем
из
урав
нения,
приведенного
в
работе
[15]:
Откуда
V
Ш
1'.24
t=-p-
.
Pt
V
Ш
= 1'.24 '
где
t -
время
пребывания
материала
в
печи,
ч;
l'
-
масса
1
м
3
извести,
равная
800
кг/м
3
;
р
-
производительность
печи
(кг
извести
в
сутки).
Тогда
полезный
объем
шахты
составит
200000·27,75 3
V
Ш
= 800.24 =
290
м
.
175
Отношение
высоты
шахты
к
среднему
диаметру
при-
\
Н
нимаем
-
=3
[35]
Средний
диаметр
шахты
опреде
D
cp
ляем
из
выражения
где
nD~p
V
=--Н
щ
4 '
Н=
3D
cp
•
ТОГда
средний
диаметр
печи
3/4v:;
3V
4·290
DCP=J
3-;:-=
з.з,14=4,97М.
Принимаем
диаметр
D
cp
=5
м.
Тогда
высота
шахты
печи
H=3D
cp
=3.5=15
м.
Суточный
удельный
съем
извести
с
1
м
3
полезного
(рабочего)
объема
шахты
составляет:
р
200
р
=-=-=07т
v
V
щ
290
' .
Суточный
удельный
съем
извести
с
1
м
2
поперечно
го
сечения
шахты
Р,=
2
~
0,785D
cp
Р
200
_.::.::..:~
= 10,2
т.
0,785·52
Величины
удельной
производительности
с
1
м
З
И
1
м
2
В
сутки
P
v
и
Р
В
для
практически
работающих
шахтных
печей
составляют:
Р
v =
0.5
...
о
, 9
т
и
выше,
P
s
=9
..
16т.
В
нормально
работающей
печи
тепловые
зоны
зани
мают
примерно
следующую
часть
всего
объема
печи
(%
или
м
З
)
[43]:
зона
подогрева
.
»
обжига
..
»
охлаждения
25,
или
72,5
50,
или
145
25,
ИJШ
72,5
Зона
подогрева
начинается
в
той
части
печи,
где
температура
газов
составляет
около
9000
С.
С
точки
зрения
экономичности
работы
большое
значение
имеет
высота
этой
зоны,
так
как
недостаточная
ее
высота
при-
176
80ДИТ
К
повышенной
температуре
отходящих
газов
и
как
следствие
к
недостаточному
использованию
тепло
ты.
Поэтому
высота
зоны
подогрева
обычно
должна
состаВЛfj:ТЬ
h
n
=3,75
м.
Зона
обжига
является
зоной
основных
химических
реакций,
протекающих
в
печи.
Начало
и
конец
этой
зо
ны
определяется
температурой
обжигаемого
материа
ла.
Начало
ее
соответствует
той
высоте
шахты,
где опу
скающийся
загруженный
в
печь
известняк
достигает
температуры
850-9000
С.
Конец
зоны
обжига
соответ
ствует
высоте
шахты,
где
обожженный
материал
под
,влиянием
встречного
воздуха
охлаждается
и
достигает
температуры
около
800-8500
С.
Высота
зоны
обжига
составляет
h
о
б=7,5
м.
Высота
зон
подогрева
и
обжига
в
шахтных
газовых
печах
составляет
обычно
h
об
=
=8
..
.10
м
Зона
охлаждения
начинается
на
той
высоте
печи,
где
прекращается
Fорение
топлива
и
достигает
места
выгрузки
извести.
Высота
ее
h
ox
=3,5
м.
5.
Расчет
горения
природного
газа
Определим
количество
воздуха,
состав
и
количество
продуктов
горения
методом
расчета
процесса
горения
топлива.
Расчет
производим
на
100
м
З
газа
(табл.
VII.15).
ДЛЯ
проверки
расчета
составляем
мате
риальный
баланс
при
(1=
1.
Поступило
Газ
-
100
моль
В
том
числе,
кг
СН.
- 93,2·
16
=
1491,2
С
2
Н
6
-
0,7·30=21
СзН
s
-
0,6·44=26,4
C
4
H
10
- 0,6·58=34,8
N
2
-4,9·28=
137,2
В
с е
г
о
-
1710,6
Воздух
- 932,06
моль,
В
том
числе,
кг
02
-195,75·32=
=6264
N2
-736,31
·28=
=20616,68
В
с
е
r
о
- 28591,28
Расхождение
составляет
0,017%
Получено
Продукты
горения
-
1033,8
моль
В
том
числе,
кг
С0
2
- 98,8·44=
=4347,2
Н
2
О
-193,9·18=
=3490,2
N
2
-741,11·28=
=20751,08
Невязка
+4,8
Всег6
- 28591,28
Определяем
теплотворную
способность
газа,
исполь
зуя
тепловые
эффекты
реакций
горения
горючих
эле
ментов:
805560·0,932
+ 1 323580·0,007 + 2044156·0,006 +
Q~=
---)о
22,4
177
Т
а
б
JI
И
Ц
а
VII.15.
Расчет
горения
газа
на
100
м
3
газа
у
~
~------------------------------------------------------------
топли.о
Участвуют
в
горении
со
'"
...
6
<;~
~~~
Образуется
продуктов
горення.
м'
воздух
состав
газа.
0/0
реа«ция
горения
()
Qj
..
..
<;
O~
:а
:.:~
",<t~
I
О
••
м
'
!N
••
м
'
.а
о
•
всего,
м
'
СО.
Н
2
О
О,
N,
всего
:.:~
<;><"
Qj()<t
<t"
о
;"0.0.
СН.-
СН4+2О2=С02+19З,21
2 1186,4
93.2
+2Н
2
О
С
2
Н.-О.7
С
2
Н
6
+ 3,502 =
0,7
3,5
1
2,45
=2С0
2
+3Н
2
О
С
з
Н.-О,6
СЗНВ+502=3С02+1
0,6!
5 3
+4Н
2
О
С
4
Н
10
-
C
4
H
10
+ 6,502 =
0,6
I
6,5
1
3,9
0.6
=4С0
2
+5Н
2
О
N
2
-4.91
N2топ-+N2ДЫМ
Приа=1
%
При
1
а=I.25
%
4,9
100 195,75
21
1
- 1 - 1244'68
- -
21
93,2 1186,4
1,4
I
2,1
195,75Х
/195,75+
X3,762=+736.31=1
1,81
2,4
=736,31
=932,06
736,31
79
2,4!
3
932,06198,8119з,9
100
9,55
18,75
=1
~
=!
920'3811165'06198'81193'9148'93
79
100
7,8
15,3
3,8
736,31
(из
воз
духа)
4,9
741,21
71,7
1033,91
100
925'18/1266.88
73,1
100
- + 2 658 745·
О
,006 _
35
2
О
Д
/ 3
> -
о к
ж/м.
22,4
Начальная
энтальпия
продуктов
горения
будет
равна:
Q~
35200
10
= - = = 3400
кДж/м
3
•
V
д
10,338
для
определения
действительной
температуры
горе
ния
топлива
по
l-t-диаграмме
определяем
энтальпию
продуктов
сгорания
за
вычетом
теплоты,
потерянной
в
окружающую
среду:
[,
=
'I1n
1
o
,
где
11
II
пироыегрический
КО.:Jффициент
полезного
действия
горения.
для
шахтных
печей,
работающих
на
газообразном
топливе
1]п=О,67
...
0,73 [35].
т
а б
л
и
ц а
VII.16.
Тепловой
баланс
ЗОНbI
охлаждения
на
1
кг
извести
Приходные
статьи
С
известью,
нагре-
той
в
зоне
об-
жига
до
9400
С:
Q'
'
=сиt
об
=
=0,965·940,
где
си
-
удель-
ная
теплоемкость
извести,
кДж/(кг,ОС)
.
Итого
.
12*
Количество
теплоты
кДж
I %
850
100
850
I
100
Расходные
статьи
Количество
теплоты
-
кДж
I %
С
известью,
вы-
гружаемой
из
печи
при
500
С:
Q"=сиt
и
=
=0,78·50
39
4,6
Во
внешнюю
среду
принимают
nr=
=4%
количест-
ва
теплоты,
по~~
ступающей
в
зо-
ну
охлаждения:
QOl<p=Q'nr==
=850'0,04
34
4
С
воздухом,
про-
ходящим
через
зону
охлажде-
ния:
QB=850-
-(39-34)
777
91,4
Итого
.850
I
100
179