Расчет теплового баланса вращающейся печи

Прежде чем приступить к расчету теплового баланса печи, необходимо произвести дополнительные вычисления, результаты которых понадобятся в дальнейшем. В качестве топлива для печей могут использоваться мазут, природный или попутный газ. При расчете процессов горения определяют количество воздуха, необходимого для полного сжигания топлива и количество образующихся продуктов горения. Процесс горения рассчитывают независимо от количества сжигаемого топлива, поэтому количество воздуха, необходимое для горения, и объем дымовых газов, образующихся в результате сжигания топлива, определяют на единицу массы жидкого топлива и на единицу объема газообразного топлива, т.е. выражают в нм³/кг или нм3/нм3 топлива. Рассмотрим примеры расчета жидкого топлива- мазута.

Расчет горения мазута

Задание: Определить объем воздуха и количество образующихся продуктов горения мазута , имеющего горючую массу следующего состава , % :

Содержание золы A^p=0,2 % , содержание влаги W^p=3 % /

Произведем пересчет горючей массы топлива на рабочую:

C^p = C^r× = 87.6× ;

H^P = 10.7× ;

S^P = 0.7 × = 0.68 % ;

N^P = 0.6 × = 0.58 % ;

O^P = 0.4 ×

Состав рабочего топлива , % по массе:

Теоретически необходимое для горения количество сухого воздуха при его коэффициенте избытка α =1 определяют по формуле:

= 0,0889 × Ср + 0,265 × Нр - 0,0333(O^P - S^P) нм³/кг,

= 0,0889 × 84,8 % + 0,265 × 10,36 % - 0,0333 (0,39% – 0,68%) =

= 7,54 +2,75 – (-0,0027) = 10,3 %

где С^P,Н^P,S^P,О^P - содержание в рабочем топливе соответсвующих элементов , %.

Количество атмосферного воздуха содержащего влагу будет равно:

= 1.016 × = 1.016 × 10.46 нм³ / кг.

Количество атмосферного воздуха в корне факела при коэффициенте избытка α₁=1,2:

Сухого воздуха:

= × α₁ = 10,3 % × 1,2 = 12,36 нм³/кг.

Влажного воздуха :

= × α₁ = 10,46 % × 1,2 = 12,552 нм³/кг

Количество и состав продуктов полного горения при коэффициенте

избытка α₁ =1,2:

V_СO2 = 0,01855 × C^P = 0,01855 × 84,8= 1,573 нм³/ г;

V_SO2 = 0,007× S^P = 0,07 × 0,68= 0.0048 нм³/ г;

V_N2 = 0,79 × N^P = 0,79 × +0,008 × N^P =

= 0,79 × 12,36 + 0,008 × 0,58 =

= 9,764 +0,00464 = 9,77 нм³/ г;

V_O2 = 0,21 × (α₁ - α) × = 0,21 × (1,2-1,0)× 10,29 = 0,43 нм³/ кг;

Всего сухих газов :

= V_СO2 + V_SO2 + V_N2 + V_O2 =

=1,573 + 0,0048 + 9,77 +0,43 = 11,78 нм³/кг

V_H2O = 0,112 × H^P + 0,0124 × W^P + 0,00016 × d × =

= 0,112 × 10,36 + 0,0124 × 3 + 0,0016 ×10 × 12,36 =

=1,16 +0,0372 +0,197 = 1,395 нм³/кг

где d-влагосодержание атмосферного воздуха равное

10г/кг сухого воздуха.

Общее количество продуктов горения :

V^вл = + V_H2O = 11,78 +1,395 = 13,18 нм³/кг

Действительное количество воздуха на загрузочном конце печи при

коэффициенте избытка α₂ = 1,95:

сухого воздуха :

= × α₂ =10,29 × 1,95 = 20,07 нм³/кг

атмосферного воздуха :

= × α₂ = 10,46 × 1,95 = 20,397 нм³/кг

Количество и состав продуктов полного горения при коэффициенте избытка α₂ = 1,95 :

V_CO2 = 0,01855 × 84,8 = 1,573 нм³/кг

V_SO2 = 0,007 × 0,68 = 0,0048 нм³/кг

V_N2 = 0,79 × + 0,008 × N^P = 0,79 × 20,07 + 0,008 × 0,58 =

15,855 + 0,0046 = 15,86 нм³/кг

V_O2 = 0,21 (1,95 - 1) × 10,29 =2,05 нм³/кг

Всего сухих газов :

= 1,573 + 0,0048 +15,86 +2,05 = 19,488 нм³/кг

V_H2O = 0,112 × 10,36 +0,0124 × 3 + 0,0016 ×10 ×20,07 =

= 1,16 + 0,0372 + 0,321 =1,518 нм³/кг

Общее количество продуктов горения:

= 19,488 + 1,518 = 21,006 нм³/кг.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Длина печи 40 м, диаметр 2,5 м ; топливо-мазут марки 60, теплота сгорания топлива = 35500 кДж/нм³, производительность печи =12 м³/ч , формовочная влажность глины W=22 %, влажность гранул на выходе из сушильного барабана Wc=8,6 %, температура сырца при загрузке в печь tc=53 °С, температура керамзита на выходе из печи t_к= 910°С, температура отходящих газов t_о.г =464 °С; температура воздуха, подаваемого на горение , t_в = 12O °С; насыпная плотность керамзита р_к = 395 кг/ м³; масса сырца, загружаемого в печь . G_с = 5714 кг/ч ; химический состав глины, % :

Si0₂ - 53 ; Al₂O₃ - 24 ; Fe₂O₃+FeO - 8 ; CaO – 1,39 ;

MgO – 3,82 ; Na₂O + K₂O - 4; ППП-10,3.

ПРИХОД ТЕПЛА

1.0т горения топлива:

= × В = 35500 В кДж;

где В - часовой расход топлива , м³ или кг.

2. Тепло, вносимое топливом:

= B × C_т × t_т = 1,95 15 = 29,25 В кДж

где Ст - удельная теплоемкость топлива, кДж/кгК ; t_т - температура топлива , поступающего на горение, °С . В зависимости от марки мазута находится в пределах цщя марок 40, 100,200 - соответственно 75 ... 100 ; 90 ... 115 ; 110... 140 °С. Удельную теплоемкость определяют по формулам: для мазута

C_т = 4,2 (0,415 + 0,0006 t_т) = 4,2 (0,415 + 0,0006 × 80) =

= 4,2 (0,415 + 0,048) = 1,95 кДж / м³К

3. Тепло, вносимое сырцом:

= Gc× Cс ×t_c = 5714 ×1,205 × 53 = 364924,61

где - Сс- удельная теплоемкость сырца, кДж/кг*К , определяемая по формуле

С_с = 0,924 = 0,924 × 0,914 + 0,36 = 1,205 кДж / м³ К

4. Физическая теплота воздуха, подаваемого на горении:

= B × × α₁ × t_в × С_в = B × 9,415 × 1,2 × 120 × 1,344 =1822,14 B кДж

С_в - удельная теплоемкость воздуха , равная 1,344 кДж/м³К ;

- теоретический объем воздуха,необходимый для горения 1 м³ или 1 кг топли

ва.Принят из расчета горения топлива для α = 1 ; t_в - температура воздуха, по-даваемого на горение. Для расчетов можно принимать в пределах от 150 до 250 °С.

5. Физическая теплота воздуха, подсасываемого через неплотности головки печи:

= B × (α₂ - α') × × С_в =

9,415 × (1,95 – 1,5) × 20 × 1,344 = 113,884 B кДж

где а'- коэффициент избытка воздуха со стороны выгрузки печи, обыч­но принимают 1,4... 1,5.

6. Физическая теплота вторичного воздуха, поступающая в печь из холодильника:

= B × (α' – α₁) × × С_в = B × 9,415 × (1,5-1,2) × 150 × 1,344 =

= 569,42 B кДж

где - температура воздуха ,выходящего из холодильника, равная

150…….180 °С.

РАСХОД ТЕПЛА

l. Ha испарение влаги из сырца

= × × 2499 = 4740 × 0,105 × 2499 = 1243752,3

= 395 × 12 = 4740 кг/ч

= - = 1,22 – 1,115 = 0,105

гае расход абсолютно сухой глины на 1кг обожженного керамзита

= = = = 1,115

Расход сырца на 1 кг обожженного керамзита

= × 100 = × 100 = 1,22

где 2499 - скрытая теплота парообразования воды при 0 °С , кДж/кг; - часовая производительность печи по обожженному керамзиту, кг , - объем воды, выделяющейся при обжиге сырца, приходящейся на 1 кг керамзита, кг.

2. На химические реакции:

2.1. Разложение СаСОз.

= × G_CaCO3 × 1587,6 = 4740 × 0,028 = 210706,27 кДж

где 1587,6-эндотермический эффект декарбонизации СаСОз. кДж/кг.

CaCO₃ = (CaO × 100 ) / = 139 / 56 = 2,48

G_CaCO3 = (CaCO₃ / 100 ) × = (2,48 / 100 ) × 1,115 = 0,028

где СаО - содержание оксида кальция в глине, %;

Разложение MgCO₃

= × G_MgCO3 × 1318,8 = 4740 × 1318,8 × 0,089 = 5556348,968

G_MgCO3 = (MgCO₃ / 100 ) × = (2,48 / 100 ) × 1,115 = 0,028

MgCO₃ = (MgO × 84,32 ) / = 7,989

где MgO - содержание оксида магния в глине , % ; 84,32 - моль MgCO₃,

40,32 - моль MgO.

2.3. Дегидратация глинистых материалов

= × × 6720 =4740 × 0,00385 × 6720 = 122474,016

где 6720 - эндотермический эффект дегидратации глинистых материалов, кДж/кг; расход тепла на дегидратацию глинистых материалов.

= (( × ППП ) / 100 ) - G_CO2 =

=(1,115 × 10,3 /100) – 0,111 = 0,00385

G_CO2 =( G_CaCO3 + G_MgCO3) – ((СаО + MgO) /100) × =

= (0,028 +0,089) – (0,052 × 1,115) = 0,117 – 0,0059915 = 0,111.

2.4. Плавление силикатной массы.

= 315 × = 315 × 4740 = 1493100 кДж ,

где 315 кДж- удельный расход теплоты на образование стекловидной фазы, отнесенной к 1 кг обожженного керамзита.

Общий расход тепла на химические реакции.

= +...+ =

=210706,27 + 5556348,968 +122474,016 = 2382629,254кДж

3. Потери тепла с керамзитом на выходе из печи

= × С_к × t_к = 4740 × 1,138 × 910 = 4909149,554 кДж

где t_к -температура керамзита на выходе из печи, °С, обычно

800...1100 °С; Ск удельная теплоемкость обожженного керамзита при температуре

t_к , кДж/ кгК , вычисляется по формуле :

Ск = 0,84(1 + 0,00039 t_к)=0,84( 1 +0,00039×910)= 1,138 кДж/кгК.

4. Потери тепла в окружающую среду

= 35500 × 0,2 × В = 7100В кДж.

Потери тепла в окружающую среду можно принимать в размере 20% от теплоты горения топлива.

5. Потери тепла с отходящими газами.

5.1. С физической теплотой продуктов горения

= В × V^or × С_ог × t _ог = В ×17,928 × 1,077 × 464 = 8959,124 В кДж,

где V^{о г} объем продуктов горения на 1 м³ или 1 кг топлива при α₂ принимают из расчета горения топлива ;

С_о.г удельная теплоемкость отходящих газов при их температуре на выходе из печи. Определяют по формулам:

Co.r=4,2(0.25+0,0000l4t_o.r) кДж/куб.м *К, =

= 4,2(0.25+0,0000l4 × 464) =1,077.

При расчетах можно принимать следующие значения температуры отходящих газов , °С :

Для печей длиной 12 м 700...750;

22 м 500...600;

40 м 400...500;

60 м 250...300.

5.2. С физической теплотой водяных паров гигроскопической и химически связанной влаги.

= ( + ) × t _ог =

- 4740 (0,105 + 0,00385)2,071 x 464 = 495798,096 кДж,

где удельная теплоемкость водяных паров при температуре отходящих газов

5.3. С физической теплотой:

= × × ×t_or = 4740 × 0,1148 ×3,5406 × 464 = 893953,80 кДж,

расход тепла с летучими органическими веществами. Определяется по формуле

=( ППП / 100 ) × = (10,3/100) × 1,115 = 0,1148

где - удельная теплоемкость метана при температуре отходящих газов .

5.4. С физической теплотой CO₂, образовавшегося при разложении

карбонатов:

=_ × G_CO2 × t_or × = 4740 × 0,111× 464 × 1,1138 = 271910.84 кДж,

где удельная теплоемкость углекислого газа при температуре отходящих газов

Общие потери тепла с отходящими газами

= 8959,124 В + 495798,096 + 893953,80 +271910.84 =

= 1391836,206 кДж.

IIотери тепла с химическим недожогом топлива:

=X × B × = 0,01 × В × 35500 = 355 В кДж,

где X- потери тепла с химическим недожогом топлива. Для расчетов можно принимать равными 1 % теплоты от горения топлива.

Общее уравнение теплового баланса вращающейся печи за 1 ч работы

+...+ = +...+

1243752,3 + 2382629,254 + 4909149,554 + 7100 В + 1391836,206 + 8959,124 В + 355 В =

= 35500 В + 29,25 В + 364924,61 + 1812,14 В + 113,884 В + 569,42 В

откуда часовой расход газа В = 442,27 м³

Найденное значение расхода топлива подставляем в те уравнения, где эта величина была неизвестной, и пересчитываем их. Затем составляем сводную таблицу теплового баланса, из которой находим удельный расход тепла на обжиг 1 кг керамзитового гравия.

= 35500 × 442,27 = 15700585

= 569,42 × 442,27 = 251837,38

= 29,25 × 442,27 = 12936,398

= 1812,14 × 442,27 = 801455,158

= 113,884 × 442,27 = 50367,48

= 7100 × 442,27 = 3140117

= 8959,124 × 442,27 =3962351,772

= 355 × 442,27 =157005,85

Конструктивная часть

Поиск по сайту: