Теплотехнический расчет вращающейся печи для обжига бокситов

Содержание курсового проекта
Исходные данные………………………………………………………...........2
Оглавление ……………………………………………………………… …....3
Введение ………………………………………………………………… …....4
1.Описание конструкции проектируемого агрегата …………………. …… 6
2.Описание тепловой работы проектируемого агрегата………………….. 10
3.Расчеты материального баланса………………………………………….. 14
3.1.Расчет минералогического состава боксита……………………………14
3.2.Расчет минералогического состава известняка шихты………………..14
3.3.Расчет шихты……………………………………………………………..15
4.Технологические расчеты………………………………………………….21
4.1.Расчеты конечных продуктов…………………………………………... 21
4.2.Расчет горения топлива…………………………………………………. 25
4.3.Определение основных размеров печи………………………………….26
5.Расчеты теплового баланса……………………………………………...... 36
Заключение…………………………………………………………………... 42
Список литературы………………………………………………………….. 43

11) в количестве 14,55 м3); - средний объем газов в зоне кальцинации: 299,5+0,5·14,55=306,78 м3; - состав газов в зоне кальцинации:- СО2=25,74%; Н2О=4,51%; О2=3,84%; N2=80,19%;- для зоны подогрева при переходе в газовую фазу19,89 кг Н2О из исходной шихты ( 19,89·22,4/18=24,75 м3): - общий объем газов в конце зоны подогрева 306,78+14,55=321,33м3. - средний объем газов =306,78+0,5·14,55=314,06 м3; - содержание компонентов в газах зоны подогрева: - СО2=32,53%; Н2О=29,98%; О2=3,76%; N2=78,33%;- для зоны сушки при переходе в газовую фазуиз шихты внешней влаги в количестве 119,56 кг (= 119,56·22,4/18=148,79 м3): - общий объем газов в конце зоны сушки равен объему отходящих газов); - средний объем газов в зоне сушки =148,79·0,5+321,33=359,73 м3; - состав газов в зоне сушки:- CO2=31,58%; H2O=28,55%; O2=2,98%; N2=62,16%.Средняя температура газов в зоне подогрева ( формула логарифмического усреднения между газами и материалом печи):+960-tгн=1250°С – температура газа на входе в зону подогрева; - tгк=750°С – температура шихты на выходе зоны подогрева; - tш=450°С – температура реакции обезвоживания каолинита в зоне подогрева.Степень черноты СО2, Н2О и продуктов сгорания в зоне подогрева[7]: =0,2; =0,63; =0,83.Степень развития кладки в зоне подогрева: Приведенный коэффициент излучения в зоне подогрева: = 4,22Вт/(м2·К4), где: - С0=5,67Вт/(м2·К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; - =0,75 – степень черноты материала шихты; - к=1 – коэффициент однородности материала шихты.Величина теплового потока излучением:] =86005Вт/м2.Средняя скорость движения газов в зоне подогрева:1,39м/с, где F-= 1,335м2.Конвективный тепловой поток:=7426,4Вт/м2, где СVг =10,476кДж/(м3– теплоемкость газов.Средняя температура кладки:=(960+273)/2=705°С. Тогдаприведенный коэффициент излучения и лучистый тепловой поток, воспринимаемый кладкой: = 3,00Вт/(м2·К4); ] =19248Вт/м2, где - степень черноты материала кладки.Длина зоны подогрева: = 43,18м.Средняя температуpa газов в зоне кальцинации:˚С,где:- tгн=1400°С – принятая начальная температура в зоне кальцинации; - tгк=1250°С – конечная температура в зоне кальцинации; - tш=875°С – температура шихты в зоне кальцинации.Средняя температуpa кладки в зоне кальцинации:tк=(1320+875)/2=1100 °С.Состав газов в зоне кальцинации (в соответствии с предыдущими расчетами): 25,74% СО2; 4,51% Н2O.В зоне кальцинации происходит термическое разложение карбонатов, натриевого алюмосиликата, образование основной массы (до 90 %) алюмината натрия и двухкальциевого силиката, появляется небольшое количество жидкой фазы. Температура шихты на выходе из зоны достигает 1000°С, температура газов на входе в зону - 1400 °С. Унос пыли составляет 25 % от общего пылеуноса.Теплопотребление в зоне кальцинации:• нагрев шихты (спека) до 1000 °С:=0,88·140,36·(1000-750)·20=617584 кДж=617,60 МДж, гдеСсп = 0,88 кДж/(кг·К)- теплоемкость спека;• подогрев пыли до 1250 °С:=0,96·44,00·(1250-750)·16=422400кДж=422,40 МДж, гдеСп = 0,96 кДж/(кг·К) - теплоемкость пыли;• нагрев технологических газов (СО2) до 1250 °С:=2,202·14,55·(1250-750)·20=320391 кДж=320,39 МДж;• затраты тепла на разложениекарбонатов по реакции СаСОз=СаО+СО2 - 178000 кДжс массой в шихтетабл.13): 202984кДж=202,98МДж;• затраты тепла на разложениекарбонатов по реакции Na2CO3=Na2O+СО2 - 322000 кДж с массой в шихте табл.13): 2606377кДж=2606,38МДж;• затраты тепла при разложении натриевого алюмосиликатапо реакции Na2O·Аl2Оз·2SiО2=Na2O+Аl2О3+2SiO2 - 261000 кДж вколичестве кг из расчета по SiO2 в белом шламе на 1 тонну шихты:= 53937кДж = 53,94МДж.Теплота образования алюмината натрия по содержанию Аl2Оз в спеке (см.табл.13) по реакции Na2O+Аl2Оз=Na2O·Аl2О3 + 230000 кДж:= 2482647 кДж = 2482,65МДж.еплота образования двухкальциевого силиката устанавливается по содержанию СаО в спеке по реакции 2СаО+8SiO2=2CaO·SiО2 + 119000 кДж: 358700кДж =358,70 МДж.Суммарное теплопотреблениев зоне кальцинации: = =1338,44МДж.Ширина слоя (хорда lx) и контактная поверхность слоя с барабаном (1q) исходя из соотношений размеров сегмента спекаемых материалов в поперечном сечении участка:lx=Dпsinα/2=5sin(/2)=3,13 м;lq=πDпα/360=π·5(/360)=3,38 м, где =77,5 - центральный угол в зоне кальцинации[5].Эффективная длина лучей газового потока:= м,где - Sп==- периметр свободного сечения печи. Площадь свободного сечения печи:гдеφ =5,9 – коэффициент заполнения барабана печи(φ=4,8-7,0%[5]). Площадь сечения печи, занятая шихтой: =1,16м2.Степень черноты СО2, Н2О и продуктов сгорания в зоне кальцинации[7]: =0,17; =0,3024; =0,4724.Степень развития кладки в зоне кальцинации: =3,94Приведенный коэффициент излучения в зоне кальцинации:Вт/(м2·К4).Величина теплового потока излучением:Вт/м2.Средняя скорость движения газов в зоне кальцинации:1,39м/с, где F-= 1,335м2.Конвективный тепловой поток:qk=4145,45 Вт/м2.Лучистый тепловой поток при средней температуре кладкиtk=1100°С:54505,21Вт/м2.Длина зоны кальцинации: =5,11м.Протяженность зон спекания Lсп и охлаждения Lохл рассчитывается по необходимому времени пребывания шихты и спека в печи. (τсп=0,4 ч, τохл=0,25 ч[1]). Скорость движения спекаемых материалов определяется для печи со следующими параметрами: - угол наклона печи =2,5 %; - скорость вращения печи п=1,0 об/мин; - синус угла естественного откоса материалов в зоне спекания sinθсп=0,8; - то же для зоны охлаждения – sinθохл=0,72. Скорость движения материалов в зоне спекания и охлаждения для перечисленных условий: = 29,38м/ч; =32,63м/ч.Длина зоны спекания: = 11,75м.Длина зоны охлаждения: = 8,158м.Полная длина печи: 5.Расчеты теплового балансаРасчет ведется на 1 т глинозема. -1- Статьи прихода.-1.1- Теплота сгорания топлива:Qx=Gt·Qнр=Gt38886кДж, где Gt– расход топлива).-1.2-Физическая теплота воздуха при использовании колосникового холодильника с подогревом воздуха до температуры 200°С:Qв=GtCвtв=Gt· 3252,20кДж, где Св = 1,306 кДж/(кг-1.3- Физическая теплота пульпы с температурой tш =50°С[1]:Qш=Cшtшmш=3595,5·16·0,96·50=3595500кДж,где Сш=3595,5 кДж/(кг-1.4- Теплота экзотермических реакций образования алюминатов натрияи двухкальциевого силиката, протекающих в основном в зоне кальцинации: =2.840.750кДж.Общий приход теплоты в печь: (Gt∙42138+6.436.250)кДж.-2- Статьи расхода.-2.1- Физическая теплота спека при температуре 1000 °С:Qcп=CспGспtсп= 1.253.912кДж, где Ссп=0,88кДж/(кг-2.2- Физическая теплота пыли при температуре отходящих газов 250 °С:Qп=GпCпtп=96800 кДж (Сп =Ссп).-2.3-Теплота эндотермических реакций: испарение влаги;разложение гиббсита гидраргиллита, каолинита, карбонатов, алюмосиликатов; образование алюмината натрия и двухкальциевого силиката:Qэнд==5.897.470кДж.-2.4- Теплота отходящих газов, состоящих из продуктов сгорания топлива и технологических газов :Qг=Gt∙ Cг ∙Vα+CCO2VCO2+CH2OtдVH2O= (Gt∙2995,25+ +1.051.170)кДж, где Сi– теплоемкости соответствующих компонентов, кДж/(кг-2.5- Потери теплоты через стенку теплопроводностью по зонам:, кДж, где: - 5,50м – наружный диаметр кладки (футеровки) барабана печи; - =0,25м – толщина кладки; - =5,56м – наружный диаметр теплоизоляции барабана печи; -= 0,03м – толщина слоя теплоизоляции; - =5,60м – наружный диаметр барабана печи; -= 0,03м – толщина слоя теплоизоляции; - λкл =0,7Вт/(м2∙гр) – теплопроводность материала кладки (шамотный кирпич); - =0,163; =0,213;=0,247;=0,259;=0,15Вт/(м2∙гр) – теплопроводности материалов теплоизоляции по соответствующим зонам; - =0,06 – тепловое сопротивление при передаче тепла от наружной стенки печи окружающему воздуху;- зона сушки:- температура материала на входе 40°С;- температура на выходе 150°С; - средняя температура°С.- температура газов на входе 750°С;- температура газов на выходе 250°С; - средняя температура°С; - общее количество теплоты, теряемое в окружающую среду в зоне сушки: = 26681,54 кДж;- зона подогрева:- температура материала на входе 150°С; - температура на выходе 750°С; - средняя температура °С;- температура газов на входе 1250°С;- температура газов на выходе 750°С; - средняя температура газов°С;- общее количество теплоты, теряемое в окружающую среду в зоне подогрева:= 228148,8 кДж;- зона кальцинации:- температура материала на входе 750°С; - температура на выходе 1000°С; - средняя температура °С;- температура газов на входе 1400°С;- температура газов на выходе 1250°С; - средняя температура газов°С;- общее количество теплоты, теряемое в окружающую среду в зонекальцинации:= 69739,7 кДж;- зона спекания:- средняятемпература материала 1200°С; - средняя температура газов 1440°С. - общее количество теплоты, теряемое в окружающую среду в зоне спекания:= 97037,7 кДж;- зона охлаждения:- температура материала на входе 1200°С; - температура на выходе 1000°С; - средняя температура °С;- средняя температура газов 300°С;- общее количество теплоты, теряемое в окружающую среду в зоне охлаждения:= 38444,4 кДж.Общие потери теплоты за счет теплопроводности:26681,54+228148,8+69739,7+97037,7+38444,4=460052,14 кДж.Потери тепла излучением через торецпечи, примыкающий к зоне спекания:=3239,56кДж,где: Тmax=1440+273=1713–максимальная температура газов; температура газов в области форсуночной головки топливо-распылительного устройства:- в первом приближении принимается нулевое увеличение температуры газов в области головки - =0, что соответствует Тгол=873; - во втором приближении вычисляется :- с поправкой на =114,02;- Fбар=19,625м2 – площадь торца печи;- Ф=0,38 – коэффициент дифрагмирования печи[7]. Общий расход теплоты: = (Gt∙2995,25+8.762.643)кДж.Уравнение теплового баланса:Gt∙81280,95+4109856,3= Gt∙2995,25+8.762.643Расход топлива:Gt=50,564 м3/ч.Суточный расход топлива при 2х сменной работе печи: =16·Gt=50,564·16=809,02м3/сут.Итоговый тепловой баланс представлен в таблице 16.Удельный расход условного топлива: =98,333кДж УТ/кг спека.Коэффициент полезного действия печи спекания: =0,835.Таблица 16.Тепловой баланс печи спекания бокситов производительностью 20 т/ч№п/пПриход теплотыкДж%№ п/пРасход теплотыкДж%1Теплота от сгорания топливаGt∙38886 = =1.966.21622,951Физическая теплота спека1.253.91214,082Физическая теплота воздуха1644441,922Физическая теплотапыли968001,093Физическая теплота шихты3.595.50041,973Теплота эндотермическихреакций5.897.47066,144Теплота экзотермическихреакций2.840.75033,164Теплота отходящихгазов1.202.62213,49Итого8.566.9101005Потери теплоты в окр.ср.463291,75,20Невязка347186 -Итого8.914.096100ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данном проекте решены следующие задачи проектирования вращающейся барабанной печи для получения глинозема в процессе спекания боксита. 1.Расчет минерального баланса процесса спекания, исходя из заданного состава шихты.2.Расчет горения топлива заданного условием состава, в котором был определен теоретический расход воpдуха на горение, который составил 10,205 м3/м3 и действительный 12,451 м3/м3, теплоту сгорания топлива Qнр=38886 кДж/м3, состав и количество продуктов сгорания, определена теоретическая (1890 ˚С) и действительная (1512 ˚С) температуры горения природного газа.3.Расчет размеров печи, в результате которого были получены следующие величины:- внутренний диаметр рабочего пространства печи равен 5 м.- наружный диаметр печи – 5,6 м.- длина зоны сушки –12,58 м.- длина зоны подогрева – 43,18 м.- длина зоны кальцинации – 5,11 м.-длина зоны спекания – 11,75 м.- длина зоны охлаждения – 8,158 м.- общая длина печи составит – 81 м.4.Расчет теплового баланса рабочего пространства печи, на основании которого определен расход газового топлива Gt=50,564м3/ч. 5.Расчет удельного расхода топлива в целом на процесс, который равен gt=98,333 кДж усл. топл/кг спека.6.Расчет значения коэффициента полезного действия вращающейся печи, который равен η=83,5 %.Список литературы1.Получение глинозема из бокситов щелочным способом спекания.-http://luminy.narod/ru/ 2.Ляшков В.И. Теоретические основы теплотехники.М.: «Машиностроение-1», 2005.-171с. 3.Температура горения.-http://www.gazstroy.kz/8.3.%20Temperatyra%20gorenija.html4.ГОСТ 27120-86.Печи химических производств с вращающимися барабанами общего назначения.-М.:Изд-во стандартов, 1988.-20с. 5.Деревицкий Е.Г., Добровольский А.г., Коробок А.А. Повышение эффективности работы вращающихся печей.-М.: Стройиздат, 1990.-224с. 6.Сравнительный анализ эффективности технологических схем переработки тиманских бокситов на основе расчета параметров материальных потоков/ В.В.Медведев, С.Н.Ахмедов, В.М.Сизяков, В.П.Ланкин и др.-http://www.alkorus.ru/frticlts/13.ruhtml7.Лобасова М.С., Дектерев А.А., Серебренников Д.С. / Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Тепломассообмен».-Красноярск:ИПК СФУ, 2009.-156с.