5. Определение размеров рабочей камеры шахтной известково-обжигательной печи.

Шахтная известково-обжигательная печь для обжига известняка имеет цилиндрическую шахту высотой 8-10 м. Нижняя часть шахты заканчивается вращающейся вокруг вертикальной оси дробильно-разгрузочной решеткой, или

конусной дробилкой, либо многовалковым дробильным аппаратом.

Первичный воздух, необходимый для горения топлива, вводится в печь снизу, через решетку дробильно-разгрузочного устройства или фурмы, а технологическое сырье - подается сверху.

Шахтные обжиговые печи имеют реактор переменного поперечного сечения, что обеспечивает равномерное опускание шихтовых материалов без зависания и циркуляций, уменьшения скорости газовых потоков в верхнем и увеличение в нижнем сечении реактора с соответствующей интенсификацией теплообмена внизу и уменьшением выноса пыли вверху.

Рабочее пространство печи для обжига известняка можно разделить на зоны: экономайзерная зона (ЭЗ), зона обжига (ЗО), зона регенеративного охлаждения (ЗРО) и воздушный подогреватель (ВП). Конструктивная схема шахтной известково-обжигательной печи приведена на рисунке 6.

Рис.6. Конструктивная схема шахтной известково-обжигательной печи:

1-загрузочное устройство, 2-взрывной клапан, 3-стены, 4-воздушные сопла, 5-двухпроводные горелки, 6-однопроводные горелки, 7-разгрузочная решетка, 8-барабанный затвор.

Рабочее пространство ЗО и ЭЗ имеет форму цилиндра. Площадь его поперечного сечения рассчитывается по напряжению P_S , которое обычно имеет значение 0,12…0,16 кгCaO/(м²∙с). Принимаем P_S=0,15 кгCaO/(м²∙с), тогда

S=P/ P_S=1,4/0,15=9,33 м².

Внутренний диаметр шахтной печи в пределах зоны обжига и экономайзерной зоны определяется как

D=(4S/π)^0,5=(4∙9,33/3,14)^0,5=3,4 м.

Нижнее сечение ЗРО представляет собой квадрат со стороной В, площадь этого сечения принимается равной (0,35…0,40)S. Принимаем исходя из нормируемого напряжения

=0,4∙9,33=3,7 м².

Средняя площадь поперечного сечения ЗРО равна

м².

Сжигание топлива в среднем ярусе (при газовом отоплении с помощью шести-восьми горелок) ведется в основном потоке воздуха, поднимающегося снизу и нагретого до 600-800 в результате охлаждения обожженной масс, опускающихся вниз. Поэтому высоту ЗО шахтной печи, отапливаемой природным газом, целесообразно принимать по практическим данным равной L_ЗО=4 м.

Высота ЭЗ и ЗРО рассчитывается по продолжительности нагрева технологического сырья в ЭЗ – τ_ЭЗ и охлаждения технологического продукта в ЗРО – τ_ЗРО.

Расчет τ_ЭЗ и τ_ЗРО выполняется в следующей последовательности.

Находим средние по высоте зоны температуры газов, известняка, воздуха и технологического продукта.

°С.

°С.

°С.

°С.

Далее рассчитываем средние по высоте зон приведенные скорости газов и воздуха и соответствующие им числа Рейнольдса.

,

где ­ – средний по высоте экономайзерной зоны удельный выход отходящих газов, рассчитываемый по формуле

Тогда

м/с;

,

где – коэффициент кинематической вязкости газов при , м²/с.

м/с;

,

где – коэффициент кинематической вязкости воздуха при , м²/с.

Ведомым теплообменом в ЗРО и ЭЗ является теплоотдача, значит можно определить коэффициенты теплоотдачи. Коэффициенты теплоотдачи от газов к поверхности кусков и от поверхности кусков к воздуху при Re>200 определяем по зависимости:

Коэффициенты теплоотдачи от газов к поверхности кусков и от поверхности кусков к воздуху при Re>200:

Вт/(м²∙К),

где – коэффициент теплопроводности газа при .

Вт/(м²∙К),

где – коэффициент теплопроводности воздуха при .

Далее рассчитываем средние по высоте зон числа Био:

,

где – коэффициент теплопроводности технологического сырья при , кВт/(м∙К).

,

где – коэффициент теплопроводности жженой извести при , кВт/(м∙К).

Полученные коэффициенты Bi определяют соотношение изменения темпов температуры в слое, и следовательно скорости теплоотдачи. Видим, что в ЗРО процесс буде идти медленнее.

Находим условную удельную теплоемкость известняка в ЭЗ с учетом эндотермических эффектов реакции термического разложения MgCO₃ и испарения влаги технологического сырья, кДж/(кг·град):

кДж/кгК

m_тс – средний по высоте ЭЗ удельный расход технологического сырья, кг/кг CaO.

Находим среднюю по высоте ЗРО удельную теплоемкость извести, кДж/кгК:

_mn= кДж/кгК;

Продолжительность нагрева известняка в ЭЗ и охлаждения извести в ЗРО находим по формулам:

Видим, что время пребывания в ЗРО немного больше чем в ЗО.

Высоты экономайзерной зоны, зоны регенеративного охлаждения и полная высота рабочего пространства шахтной известково-обжигательной печи:

м

Полная высота рабочего пространства шахтной известково-обжигательной печи, обеспечивающей заданную производительность, м:

где 1,25 – коэффициент, учитывающий высоту газового коллектора;

ε – порозность плотного слоя кусковых материалов, ε ≈ 0,5.