Введение

Объектом исследования курсовой работы является высокотемпературная установка - известково-обжигательная печь и теплотехнологические процессы, происходящие в ней.

Известково-обжигательная печь представляет собой устройство, предназначенное для тепловой обработки технологических материалов. В установке осуществляется заданные химические и физико-химические превращения исходных веществ под действием температуры.

Высокотемпературные теплотехнологические процессы и высокотемпературные теплотехнологические установки лежат в основе многих процессов, таких, как: плавка металлов, изготовление деталей машин, строительных материалов, производство продуктов химии и нефтехимии, пищевая промышленность. Поэтому требуют к себе повышенного внимания.

Грамотная организация работы высокотемпературной установки требует проведения теплоэнергетического расчёта, который в свою очередь, связан с пониманием особенностей теплотехнологического процесса , таких как: свойства и состав исходных технологических материалов, топлива, число ступеней технологического процесса и их содержание, агрегатное состояние и состав продуктов технологического процесса, термодинамические параметры процесса (температура, давление), участие в технологическом процессе продуктов горения топлива.

В данной работе технологическим продуктом процесса, является известь. Известь - вяжущий материал, получаемый обжигом и последовательной переработкой известняка, мела и других известково-магнезиальных горных пород. Исходным технологическим сырьем для получения извести служат природные карбонатные породы: известняк, мел, мраморная крошка, ракушечник и др. Химический состав данного сырья определяется преимущественно содержанием СаСО₃ (карбоната кальция) с примесями MgCO₃ (карбоната магния) и др. Для того чтобы при обжиге известняка получить известь заданных свойств и качества, необходимо обеспечить в печи определенный тепловой режим.

Основными стадиями технологического процесса обжига известняка являются нагрев технологического сырья до температуры начала термической диссоциации СаСО₃, диссоциирующий обжиг и охлаждение технологического продукта.

Для осуществления данных стадий шахтная печь условно имеет 4 теплотехнологические зоны: воздухоподогреватель (ВП), экономайзерную зону (ЭЗ), зону обжига (ЗО) и зону регенеративного охлаждения. Но процесс обжига реализуется в 3х последних зонах. Зона ВП выступает как дополнительный энергосберегающий элемент.

Целью данной работы является теплоэнергетический расчёт известково-обжигательной печи.

Для достижения цели необходимо решить ряд задач:

-составить материальные балансы процесса горения и технологического процессов шахтной печи;

- на основе балансов рассчитать удельные расходы сырья, окислителя и выходы технологического продукта, продуктов горения;

- обосновать выбор тепловой схемы и её рациональность;

-сформировать соответствие заданных температур со структурой размещения зон в технологическом процессе;

-определить недостающие температуры на стыке зон;

- составить уравнение теплового баланса для ЗО и на его основании определить видимый удельный расход топлива;

- определить температуру отходящих, уходящих газов и технологического продукта методом итерации;

- составить уравнения теплового баланса для каждой зоны;

- составить уравнение теплового баланса для рабочей камеры и проверить его выполнение;

-проверить выполнение уравнения материального баланса;

- с помощью данных о видимом удельном расходе топлива рассчитать характеристики шахтной печи, определяющие заданную производительность.

-определить конструктивные размеры рабочей камеры печи заданной конфигурации;

-проанализировать и систематизировать полученные данные.

Детальное рассмотрение теплотехнологического процесса и правильное определение расхода топлива и окислителя (в качестве которого выступает воздух) для исследуемой шахтной печи заданной производительности, позволит оптимально планировать возможные режимы работы, рационально рассчитывать расходы и экономить энергетические ресурсы.

Исходные данные по составу топлива:

МДж/м³

кг/м³

1. Материальные расчеты.

В теплоэнергетическом расчете процесса обжига известняка материальные расчеты процесса горения и технологического процесса целесообразно производить раздельно. В расчете процесса горения, основной целью является нахождение удельного расхода воздуха и продуктов горения природного газа в м³/м³ топлива. В материальном расчете технологического процесса необходимо найти удельные выходы продуктов обжига известняка. В завершении материальных расчетов необходимо проверить балансы этих процессов.

1.1.Материальный расчет процесса горения

При проведении материального расчета процесса горения, как и всех других видов теплоэнергетического расчета, кроме расчета химического недожога, исходят из предположения о том, что в ходе его осуществления происходит полное сгорание топлива-газа.

В материальном расчете процесса горения определяем удельный расход воздуха и удельные выходы продуктов горения природного газа.

Запишем уравнение материального баланса для процесса горения:

- удельный расход топлива, кг/м³ _топ,

- удельный расход воздуха, необходимый для сжигания 1 м³, кг/м³ _топ,

- удельная масса влаги, содержащейся в окислителе и воздухе, кг/м³ _топ,

- удельный выход углекислого газа, образующегося в процессе горения, кг/м³ _топ ,

- удельный выход азота в процессе горения, кг/м³ _топ,

- удельный выход кислорода, выделившегося при процессе горения из подаваемого в установку атмосферного воздуха, кг/м³ _топ,

- удельный выход водяных паров, выделившихся в ходе процесса горения кг/м³ _топ,

В материальном расчете процесса горения определяют удельный расход воздуха, необходимого для сжигания 1 м³ топлива:

_{м3/м3топ}

где содержание в природном газе углеводородов ( );

- теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м³_топ;

Определяем удельное количество влаги, содержащейся в топливе и воздухе:

м³/м³_топ

где влагосодержание топлива, кг/м³

влагосодержание воздуха, кг/м³;

Удельный выход углекислого газа определяется по формуле:

_{м3/м3топ}

где содержание в природном газе углекислого газа, % объёма;

Удельный выход водяных паров в процессе горения, вследствие испарения влаги, содержащейся в топливе и воздухе, а также их образование при окислительных реакциях горения компонентов природного газа:

м³/м³_топ

где влагосодержание топлива, кг/м³

влагосодержание воздуха, кг/м³;

Удельный выход азота, переходящего в продукты сгорания из воздуха и топлива, определяется по формуле:

м³/м³_топ

где содержание в природном газе азота, % объема.

Удельный выход кислорода, поступающего с воздухом и не участвующего в процессе горения:

м³/м³_топ

_Удельный выход сухих продуктов горения:

м³/м³_топ

где удельный выход углекислого газа;

удельный выход азота;

- удельный выход кислорода, не участвующего в процессе горения;

Удельный выход продуктов горения:

м³/м³_топ

где - удельный выход водяных паров;

Удельный объёмный расход воздуха и удельные выходы продуктов горения позволяют определить удельные массовые выходы и составить уравнение материального баланса.

Проводим проверку материального баланса топочного процесса:

, где:

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

Где , кг/м³_топ

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

= кг/м³_топ

Таблица 1