Производительность печи

Производительность печи зависит от многих факторов. Наиболее важными являются гранулометрический состав шихты, температура в печи, время пребывания шихты в печи и габариты печи. С уменьшением размеров кусков карбонатного сырья возрастет интенсивность теплопередачи от газа к обжигаемому материалу, и обжиг ускоряется. Температура в печи зависит от количества подаваемого топлива и размеров его кусков. С уменьшением размеров кусков топлива интенсивность его сгорания увеличивается. Гранулометрический состав шихты характеризуется насыпной массой его компонентов.

Для определения производительности печи следует сначала рассчитать время пребывания шихты в печи. Время пребывания шихты в печи обычно рассчитывают по зонам: в зоне нагревания τ_н, в зоне обжига τ_об и в зоне охлаждения τ_ох.

τ= τ_н+ τ_об+ τ_ох (41)

Ввиду малого содержания карбоната магния в меле, при расчете времени пребывания мела в печи карбонат магния не учитывается.

Количество тепла, переходящее от среды к телу, зависит от температурного перепада, площади тела, времени соприкосновения фаз и от коэффициента К, выражающего число ватт, переходящее в 1 сек через 1 м² площади при температурном напоре 1 град.

вт/м²*град (42)

Где –коэффициент теплоотдачи от газа к телу, вт/м²*град,

–толщина подогреваемого куска мела, равная радиусу куска r, м.

–коэффициент теплопроводности мела, вт/м*град,

или (43)

Принимаются следующие значения : для зоны нагрева_н=13.96, для зоны обжига _об=20.93, для зоны охлаждения _ох=11.63. Для мела принимается =0.89.

1. Время пребывания шихты в зоне нагрева.

Чтобы нагреть кусок мела от Т_{поступающего мела}=14°С (температура поступающего мела в печь) до температуры его разложения Т_{разложения мела}=854 °С (температур начала разложения мела в печи), ему следует сообщить тепла:

q₁=m*0.816*(Т_{разложения мела}- Т_{поступающего мела}) кДж (44)

Где, m – масса шара, кг

m=4/3*π*r³*2650 (45)

Где, 2650 – плотность мела, кг/м³

q₁=4/3*π*r³*2650*0.816*(Т_{разложения мела}- Т_{поступающего мела}) (46)

q₁=4/3*π*r³*2650*0.816*(854-14)= 4/3*π*r³*1816604 кДж

С другой стороны, количество тепла, сообщаемое куску мела радиусом r за время τ_н:

q₂=K_H*F*Δt_н* τ_н*10^-3 _,кДж (47)

Где, К_Н – коэффициент теплопроводности, вт/м²*граад,

F – поверхность куска мела, м²,

Δt_н – температурный перепад, град,

τ_н – время пребывания в зоне нагрева, сек.

Находим коэффициент теплопроводности, К_Н:

(48)

Находим температурный перепад, Δt_н:

Δt_н= (49)

Δt_н=

q₂=6.65*4* π*r²*171* τ_н*10^-3=1.13715*4* π*r²*τ_н

Из равенства q₁=q₂ находим:

4/3*π*r³*1816604=1.13715*4* π*r²*τ_н ,откуда τ_н:

τ_н=(4/3*π*r³*1816604)/( 1.13715*4* π*r²*3600)

τ_н=(0,07*1816604)/(3*1,13715*3600)=10.35 часов.

2. Время пребывания шихты в зоне обжига

Количество тепла, поступающего при обжиге в шарообразный кусок мела через его поверхность:

q₃=K_об*F*Δt_об* τ_об*10^-3 _,кДж (50)

Для разложения этого куска мела необходимо сообщить ему тепла

q₄=m*1782.7 кДж (51)

Где, 1782.7 – тепло разложения СаСО₃ кДж/кг

q₄=4/3* π*r³*2650*1782.7=4/3* π*r³*4724155 кДж

Учитывая, что в меле содержиться 85% СаСО₃ и степень обжига 95%, получим:

q₄=4/3* π*r³*4724155*0.85*0.95 кДж (52)

q₄=4/3* π*r³*3873098.48 кДж

Для определения q₃ необходимо учесть коэффициент усадки мела 0.95, среднюю теплопроводность мела и извести. Для извести = 0.62 вт/м*град.

Радиус обжига:

r_об = (r_шара+ r_шара*0.95)/2 м (53)

r_об = (0.07+0.07*0.95)/2=0.068 м

Коэффициент теплопроводности:

_об=(_мела+_{извести})/2 вт/м*град (54)

_об=(0.89+0.62)/2=0.75 вт/м*град

Коэффициент теплопередачи:

Находим площадь поверхности соприкосновения:

(55)

Находим температурный перепад:

Δt_н= (56)

Δt_н=

Находим поступающее тепло:

q₃=7.22*3.8**170.5* τ_об*10^-3=4.68** τ_об кДж

Из равенства q₃=q₄

4.68** τ_об =4/3* π*r³*3873098.48 , от сюда τ_об:

τ_об=(4/3* π*r³*3873098.48)/( 4.68**3600)=21.46 часов.

3. Время пребывания шихты в зоне охлаждения

Кусок мела начального радиуса после обжига будет иметь массу:

(57)

При охлаждении этого куска до Т_{выходящего воздуха}=55°С (температура выходящей извести) он отдает тепла:

q₅=4/3* π*r³**Cp_{извести}*(Т_{мела выхдящего из зоны обжига}-Т_{выходящий золы}) (58)

Где, Cp_{извести} – теплоемкость извести, кДж/кг*град,

Т_{мела выхдящего из зоны обжига} – температура мела, выходящего из зоны обжига.

q₅=4/3* π*r³*1435.81*0.795*(935-55) = 4/3* π*r³*1004492.68 кДж

Тепло, отдаваемое поверхностью куска полученной извести в зоне охлаждения:

q₆= K_ох*F*Δt_ох* τ_ох*10^-3 _,кДж (59)

Коэффициент теплопередачи:

(60)

Находим температурный перепад, Δt_н:

Δt_н= (61)

Δt_н=

Находи поверхность соприкосновения F_ох:

F_ох=4* π*(0,95*r)²=3,61* π*r² м (62)

Находим теплоту q₆:

q₆=5.18*3.61* π*r²*195.65* τ_ох*10^-3=3.6598* π*r²* τ_ох кДж

Из равенства q₅=q₆ следует:

4/3* π*r³*1004492.68=3.6598* π*r²* τ_ох

τ_ох=(4/3* π*r³*1004492.68)/( 3.6598* π*r²* 3600)=7.12 часов

Общие время пребывания шихты в печи

τ= τ_н+ τ_об+ τ_ох часов (63)

τ = 10.35+21.46+7.12 = 39.33 часов

Для подсчета производительности известково-обжигательной печи определяют сначала удельный объем печи, необходимый для обжига 1000 кг карбонатного сырья в сутки.

Удельный объем печи U определяют по следеющей формуле, учитывающей время пребывания шихты в печи и объем составных частей шихты по зонам: зона подогрева, зона обжига, зона охлаждения:

(64)

Где,m_м – насыпная масса 1 м³ мела (1200 кг)

m_к – насыпная масса 1 м³ кокса (910 кг)

х – расход кокса на 1000 кг мела (90.1 кг)

S – коэффициент усадки шихты при обжиге (0.85)

м³/сутки = 2 м³/сутки (по ГОСТу) (65)

Полезный объем печи высотой 24 м и диаметром 6.2 м составляет 570 м³. Определяем производительность печи. Если для обжига 1000 кг/сутки карбонатного сырья требуется объем печи V_печи’=2 м³, то в печи объемом V_печи=570 м³ можно обжечь:

N= (V_печи*1000)/ V_печи’ (66)

N=(570*1000)/2=285000 кг/сутки мела,

Или

N₁= (V_печи*∑₀*%CaO*1000)/S (67)

N₁=(570*0.54387*0.85*1000)/0.85=310005,9 кг/ сутки стандартной извести.

Вывод: При расчете известково-обжигательной печи, были получены массы потоков веществ входящих в печь и массы потоков выходящих из печи, данные занесены в таблицу материального баланса (табл4). Так же было получено тепло входящие в печь и выходящие из нее, данные занесены в табл. (табл5).теплового баланса. Было найдено время нахождения шихты в разных областях печи: в зоне нагревая (τ_н=10.35 часов), обжига (τ_об=21.46 часов), охлаждения(τ_ох=7.12 часов), и обхие время нахождения шихты в печи (τ=39.33 часов). Производительность печи кг/сутки для стандартной извести 310005.9 кг/сутки.