Определение производительности вращающейся печи. Расчет корпуса вращающейся печи

Цель:

Освоить и закрепить практические навыки определения производительности и основных параметров печных агрегатов по заданным условиям, а так же выбора вспомогательного оборудования для данного вида печей

 

Задание:

Определить длину печей, тепловую мощность и производительность печных агрегатов диаметром 4,5 м (смотри по вариантам) мокрого способа при влажности шлама 38 %, сухого способа с циклонными теплообменниками при удельном расходе тепла q_c =  3600 кДж/на 1 кг клинкера, с циклонными теплообменниками и декарбонизатором при q_д = 1630 кДж на 1 кг клинкера.

 

Таблица 1 – Варианты заданий

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
D, м	4,5	5,5	5	6	7	8	4	7	6,4	4,5
qд, кДж/кг	1600	1650	1700	1750		1800	1900		1850
qс, кДж/кг	3300	3400	3500	3600	3700		3800	3900		3500
Кw	38		39		40	28	34	36	32	35

 Методические указания

Рисунок 1 – Вращающаяся печь а – общий вид; б – кинематическая схема

Вращающаяся печь с теплообменными устройствами внутри корпуса (5х 185 м) состоит из следующих основных узлов (рис. 1, а): корпуса 1 с надетыми на не­го бандажами 2, роликовых опор 3, предохранительных упоров и контроль­ных роликов, установленных на опорах, и привода 4. Корпус представляет собой трубу с внутренним диаметром 5 л и длиной 185 м, уложенную на опоры. Труба сварена из стальных кольцевых обечаек и отфутерована внутри огне­упорным кирпичом. Подбандажные обе­чайки сваривают из листовой стали тол­щиной 60 мм, в зоне спекания — 40 мм, в остальных пролетах — 30 мм.

В пролетах между опорами для повы­шения поперечной жесткости корпуса установлены кольца жесткости 5. Бан­дажи, имеющие прямоугольную форму, устанавливают на корпусе печи свобод­но на регулировочных прокладках, ме­няя которые, получают необходимый, зазор между бандажом и корпусом. Кор­пус печи опирается на роликоопоры и имеет уклон 3,5%. Каждая опора сос­тоит из двух роликов, монтируемых на станине. Угол между линией, соединяю­щей центры корпуса печи и ролика, и вертикальной плоскостью равен 30°. Оси опорных роликов установлены в под­шипниках скольжения с бронзовыми вкладышами. В последнее время имеется тенденция к установке их на роликопод­шипниках. Смазка подшипников жид­кая; подают ее черпаками, расположен­ными на специальном кольце, закреплен­ном на оси. Подшипники роликоопор имеют водяное охлаждение. В каждом подшипнике установлены термометр и маслоуказатель для визуального контро­ля за температурой и уровнем масла, а также термосигнализатор, автоматиче­ски предупреждающий о перегревах. Для контроля за продольным переме­щением печи на одной из опор устана­вливают контрольные ролики, а на дру­гой для фиксации — предохранительный упор, который удерживает печь от про­дольного перемещения в случае среза осей контрольных роликов.

На корпусе печи, на шарнирах (или рессорных подвесках) крепится зубча­тый венец 6. Привод печи состоит из главных 7 и вспомогательных 8 электро­двигателей и системы редукторов. Глав­ные электродвигатели предназначены для вращения печи во время работы (с ше­стью скоростями от 0,010 до 0,20 об/сек). Вспомогательный привод предназначен для проворачивания корпуса печи во время ремонтных, футеровочных и ава­рийных работ. (Угловая скорость печи при работе вспомогательного привода сос­тавляет 0,0012 об/сек. Главный привод (рис. 1,) состоит из двух электродви­гателей 1, двух редукторов 2, двух подвенцовых шестерен 3 и венцовой шестерни 4. Между редукторами главного приво­да и вспомогательными электродвигате­лями 5 устанавливают двухступенчатые редукторы 6. Для контроля угловой ско­рости печи на приводе имеется тахогенератор 7.

Печь может быть оборудована филь­тром-подогревателем 9 (см. рис. 1, а), установленным внутри печи на расстоя­нии 2 м от холодного конца. Принцип работы фильтра-подогревателя основан на подогреве поступающего в печь шла­ма теплом отходящих газов. Газы про­ходят через смоченные шламом цепные полотна; при этом одновременно с по­догревом шлама происходит осаждение части содержащейся в - газах пыли. Цепная завеса 10 с гирляндной навес­кой повышает теплообмен между шла­мом и отходящими газами. За цепной завесой, внутри корпуса печи, встроено теплообменное устройство ячейкового ти­па, которое обеспечивает подогрев обжи­гаемого материала. Теплообменник 11 состоит из литых жаростойких полок, одни концы которых крепят к корпусу печи, а вторые соединяют между собой попарно. Полки обеспечивают подъем материала, который затем свободно ссы­пается с них.

Отходящие газы из печи поступают в пылеосадительные устройства (пыльную камеру, циклон, электрофильтр, рукав­ный фильтр с повышенной теплостой­костью), где происходит очистка газов от пыли.

Печь оборудована устройством для возврата пыли (за цепную завесу), уло­вленной пылеосадительными устройст­вами.

Печной агрегат представляет собой комплекс машин, механизмов и устройств, осуществляющих термохимический про­цесс обжига сырьевых материалов, охлаждение готового продукта— клинкера, обеспыливание отходящих дымовых газов и аспирационного воздуха, а также контроль и управление процессами.

Печные агрегаты разделяют по различным признакам:

- по способу производства — на печи мокрого, сухого и полусу­хого способов, а также с шахтными печами;

- по типу охладителей клинкера — на печи с рекуператорными (планетарными), колосниковыми, барабанными и другими охлади­телями;

- в зависимости от размеров вращающейся печи на длинные (80— 230 м) и короткие (до 80 м) печи.

Вращающуюся печь в зависимости от характера процессов, про­текающих в обжигаемом материале, условно можно разделить на шесть зон: сушки, подогрева, декарбонизации (кальцинирования) экзотермических реакций, спекания и охлаждения.

Исходное сырье — шлам поступает в первую зону — зону сушки — с начальной влажностью 30— 50%. Часть этой зоны обычно оснащается цепными завесами различной конфигурации для интенсификации процесса сушки. По мере нагревания и испарения влаги происходит загустевание шлама, начинается его гранулирование, и в следующую зону — зону подогрева — материал входит с температурой 100—150 °С, а выходит с температурой 500—600°С.

Начиная с 600°С происходит слабый, а с повышением температуры до 900—1000°С усиливающийся до максимума процесс разложения карбоната кальция с выделением углекислого газа и образованием свободной извести (СаО₂). Одновременно в этой зоне — зоне декарбонизации — происходит и образование кристаллов двухкальциевого силиката. Зона декарбонизации является основной теплопотребляющей зоной в печи.

Дальнейшее увеличение температуры материала до 1300°С происходит в зоне экзотермических реакций за счет выделения тепла при реакциях образования двухкальциевого силиката, алюминатов и алюмоферритов кальция. На этой стадии про­цесса появляется жидкая фаза, часть материала расплавляется и происходит образование трехкальциевого силиката.

Наиболее ответственной частью печи является зона спекания, где при температурах 1350— 1450 °С завершается процесс клинкерообразования. Результат обжига определяется количеством неусвоенной окиси кальция (СаО_св) и кристаллической структурой полученного клинкера. При правильном выборе режима работы зоны спекания и последующей его стабилизации можно снизить расход тепла на обжиг при сохранении заданного качества клинкера.

Пройдя зону спекания, в зоне охлаждения клинкер снижает свою температуру до 1100—1000 °С, а затем окончательно охлаждается в холодильнике. Вторичный воздух, отбирающий тепло от клинкера (200—250 ккал/кг клинкера), входит в печь с температурой 600—800 °С.

При мокром способе производства все эти зоны расположены непосредственно во вращающейся печи, причем более половины длины всей печи (50—60 %) приходится на подготовительные зоны (сушки и подогрева). При сухом способе процессы сушки, подогрева, а также частично декарбонизации, происходят в запечных теплообменниках, а остальные более высокотемпературные процессы — непосредственно в короткой вращающейся печи. В шахтных печах эти зоны не раз­граничивают, так как процессы обжига происходят без движения материала.

Печные агрегаты являются самым энергоемким оборудованием технологических линий производства цемента, на долю которых приходится около 80 % затрат тепловой и электрической энергии. Поэтому этот вид цементного оборудования подвергают постоянному совершенствованию, направленному на снижение этих затрат. При эксплуатации действующих линий ведут работы по снижению влаж­ности шлама, использованию теплоты корпуса печи и отходящих газов и др.

 

 

Дано D = 4,5 м qд = 1630 кДж/кг qс = 3600 кДж/кг Кw= 38 % Найти:  Lс =? Lм=? Lд=? Qм=? Qс=? Qд=?

Пример решения

Длину печей определяем по формулам:

 

Длина вращающейся печи мокрого способа

 

L_M = 41 · (D_п - 0,5) · К_п, м;

где D_п - внутренний диаметр корпуса печи, м;

К_п - поправочный коэффициент, К_п = 0,97 ÷ 1,03; в большинстве случаев принимают равным 1.

 

Длина вращающейся печи сухого способа с циклонными теплообменниками

L_с = 17 · (D_п - 0,5) · К_п, м;

 

Длина вращающейся печи сухого способа с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами

L_Д = 20 · (D_п - 0,5) · К_п, м;

 

Подставляя значения получаем:

 

L_M = 41 (4,5 — 0,5) 1 = 164 м, принимаем 1_М = 170 м;

L_C = 17 (4,5 — 0,5) 1 = 68 м, принимаем L_c = 70 м;

L_Д = 20 (4,5 — 0,5) 1 = 80 м.

 

Производительность печных агрегатов определяем по формулам:

 

Производительность печного агрегата мокрого способа (в т/м)

Q_м = 3,6 N_тм К_п / q _м,

где

N_тм – тепловая мощность печного агрегата, кВт

q _м – Удельный расход теплоты на обжиг 1 кг клинкера, кДж/кг

 

Удельный расход теплоты определяем по формуле:

 

q _м = 17 · 10³ · К_w

где

       К_w - коэффициент влажности шлама (0,38)

 

q _м = 17 ·10³ ·0,38 = 6460 кДж на 1 кг клинкера

 

Производительность печного агрегата сухого способа с циклонными теплообменниками

Q_С = 3,6 N_тс К_п / q _с

 

Производительность печного агрегата способа с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами (в т/м)

 

Q_д = 3,6 N_тд К_п / q_д

 

Тепловая мощность печных агрегатов вычисляется по формулам:

 

Тепловая мощность печного агрегата мокрого способа

N_тм = 29 D²_n L_М K_п

                             

Тепловая мощность печного агрегата сухого способа с циклонными теплообменниками (в т/м)

N_тс = 45 D²_n L_с K_п

 

Тепловая мощность печного агрегата сухого способа с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами (в т/м)

N_тд = 38 D²_n L_д K_п

 

Подставляя значения в формулы получаем:

N_тм = 29 · 4,5² · 170 · 1= 99832 кВт                            

N_тс = 45 · 4,5² · 70 · 1= 63788 кВт

N_тд = 38 · 4,5² · 80 · 1= 61560 кВт

 

Q_м = 3,6 · 99832 · 1 / 6460 = 55,6 т/ч

Q_С = 3,6 · 63788 · 1 / 3600 = 63,8 т/ч

Q_д = 3,6 · 61560 · 1 / 1630 = 135,9 т/ч

 

Вопросы для самоконтроля

 

1 Для чего предназначены вращающиеся печи?

2 Как классифицируются вращающиеся печи?

3 На какие зоны условно можно разделить вращающиеся печи?

4 Опишите устройство и принцип работы вращающейся печи.

5 Что называется печным агрегатом?

6 Какое вспомогательное оборудование используется при работе вращающихся печей?

7 Чем отличаются вращающиеся печи, работающие при мокром способе производства от таких же печей, работающих при сухом способе производства?

8 Для чего в печи применяются цепные завесы?

9 Для чего вместе с вращающимися печами ставят пылеуловители?

10 Что такое декарбонизаторы и для чего они применяются?

11 Какое оборудование применяется для охлаждения клинкера и как оно классифицируется?

 

Практическая работа № 22-23