Расчёт теплотехнической эффективности замены барабанного холодильника на колосниковый на Паранайском цементном заводе

Наиболее распространёнными холодильниками клинкера являются рекуператорные (планетарные), колосниковые и барабанные (трубные). Известны и другие виды холодильников, но масштабы их применения в промышленности менее значительны. В этой работе предлагается замена барабанного холодильника на колсниковый на Паранайском цементном заводе.

Барабанный (трубный) холодильник представляет собой металлический барабан диаметром 2,5—6,0 м и длиной 20—100 м, вращающийся на бандажах и опорных роликах с частотой 3—6 об/мин. Кожух холодильника обычно, имеет такой же диаметр, что и кожух печи.

Привод барабана, так же как и привод вращающейся печи, состоит из электродвигателя, редуктора, венцовой и подвенцовой шестерен. Угол наклона барабана к горизонту равен 4— 6°. Горячая часть барабана отфутерована шамотным кирпичом или чугунными плитами. На остальной части корпуса барабана в шахматном порядке установлены лопасти (швеллеры), которые пересыпают клинкер и способствуют увеличению поверхности теплообмена.

Мелкий клинкер после выхода из печи просыпается через решетку, а крупные его куски направляются в дробилку.

Загрузочное устройство холодильника выполнено в виде керамической шахты с наклонным дном. Места соединения шахты с головкой печи и барабаном холодильника уплотняются. В барабанном холодильнике клинкер охлаждается с 1273—1373 до 373—573 К. Охлаждающий воздух, нагреваемый до температуры 773—873 К, используется в качестве вторичного воздуха.

Барабанный холодильник у печи с циклонными теплообменниками производительностью 1800 т/сут имеет диаметр 4,6 м и длину 50 м, угол его наклона 4,5°, а частота вращения 2,4 об/мин. Он эффективно работает, если футерован огнеупорной массой на 70— 80% своей длины, а на участке между 16 и 28 м в нем устаиовлены литые лопатки и далее до конца холодильника —лопатки из стального листа.

Вместо лопаток можно устанавливать ковши из жаростойкого литья. Для понижения температуры клинкера до 423— 473 К необходимо впрыскивание воды внутрь барабана при расходе ее около 3 м 3 /ч.

Барабанный холодильник не оборудуется дробилкой, так как крупные зерна клинкера разбиваются при пересыпании.

Преимуществами барабанных холодильников являются простота конструкции и надежность в эксплуатации, отсутствие избыточного воздуха, относительно низкий расход электроэнергии. К. недостаткам холодильника относится недостаточно строго регулируемое количество вторичного воздуха, большая его запыленность, что ухуджает видимость в печи, необходимость установки вращающихся печей на высоких фундаментах, Недостаточно высокая стойкость пересыпающих лопаток и полок.

Возможный перегрев нефутерованного корпуса холодильника до 523—673 К частично устраняется путем орошения его водой.

Барабанные холодильники распространены недостаточно широко.

Колосниковые холодильники различных конструкций работают по одному и тому же принципу — охлаждение клинкера осуществляется присасыванием воздуха сквозь его слой.

Колосниковые холодильники имеют колосниковую решетку, состоящую из отдельных колосников — палет, на которой слоем толщиной 150—300 мм распределяется горячий клинкер.

Холодный воздух подается под решетку и проходит слой клинкера, охлаждая последний до 333— 353 К. В промышленности применяют колосниковые холодильники некоторых марок, отличающиеся один от другого некоторыми конструктивными особенностями. В холодильниках «Волга» и «Фуллер» горизонтальные колосниковые решетки изготовлены из одинакового количества чередующихся подвижных и неподвижных колосников Решетка заключена в металлический кожух, верхняя часть которого отфутерована шамотным огнеупором.

Неподвижные колосники решетки прочно закреплены в кожухе, а подвижные смонтированы на общей раме и совершают возвратно-поступательное движение с помощью кривошипно-шатунного механизма, благодаря чему осуществляется продвижение клинкера, лежащего на решетке слое толщиной 150—300 мм. Рамы совершают 8-16 движений в минуту при величине хода до 100 мм. Зазор между плитами достигает 5—8 мм, а живое сечение всей решетки—10%. Подрешеточное пространство разделено на две, три зоны и более в зависимости от габаритов холодильника. В секции камеры подается холодный воздух, наиболее горячая часть которого (из 1-й секции) используется в качестве вторичного воздуха, а остальная часть (из двух секций отводится наружу. Для резкого охлаждения клинкера и равномерного распределения его на решетке применяют острое дутье воздуха высокого давления или ступенчатую наклонную решетку. В разгрузочном конце холодильника установлены решетка или грохот, отсеивающие нор малыше зерна клинкера и направляющие крупные зерна в дробилку. Под колосниковой решеткой установлен скребковый , транспортер для удаления мелких фракций клинкера, просыпавшихся через зазоры между колосниками. Одной из наиболее изученных в настоящее время схем является совмещение колосникового холодильника с шахтно-секционным холодильником . Клинкер охлаждается от 1623 до —673 К в колосниковом холодильнике, при этом весь охлаждающий воздух поступает в печь. Затем клинкер проходит дробилку предварительного дробления и подается во второй холодильник, представляющий собой систему шахтных секций, в которые горячий клинкер загружается сверху с помощью элеватора, скребкового конвейера и поворотных заслонок.

Клинкер движется по шахтам вниз со скоростью 2,5—3 см/мин и проходит их за 2—3 ч.

Выгрузка клинкера с температурой 343—353 К синхронизирована с нагрузкой.

Холодный воздух низкого давления., по специальным трубопроводам, проходящим в шахтах-секциях, подается сверху вниз и нагревается до 333—373 К, после чего направляется в колосниковый холодильник. Так как воздух не контактирует с клинкером, то он не содержит пыли и понуждается в очистке.

Экономичен также двойной просос охлаждающего воздуха через слой клинкера в разных камерах. В этом случае температура подогрева вторичного воздуха может достигать 1073—1173 К. К недостаткам колосниковых холодильников относят то что они имеют сложную конструкцию и много движущихся частей, часто выходящих из строя. При охлаждении мелкого клинкера значительная часть его просеивается через отверстия между колосниками и перегружает скребковый транспортер, что вызывает остановку агрегата.

Однако они характеризуются высокой удельной производительностью [800— 900 кг/(м 2 .ч)] и глубоким (до 323—353 К) охлаждением клинкера. В связи с тем что найдены способы уменьшения, степени влияний отмеченных недостатков, в последнее время стали проектироваться колосниковые холодильники как средней, так и большой (3000 -10000 т/сут) производительности. 1. Расчет горения топлива.

W P A p С p Н p N p O p S p
2 ,0 3 22 , 6 63,3 3,92 1,06 6,56 0, 53
1.1 Теоретический объемный и массовый расход воздуха. L в 0 = 0,0889 С p +0,265 Н p + 0,333( O p - S p ) = 0,088 63,3 + 0,265 3,92 + 0,0333(6,56 – 0,53)=6,465 [нм 3 /кг. т.] m в 0 = 1,293 L в 0 = 1,293 6,465 = 8,359 [кг/кг т.] 1.2 Действительный расход воздуха L в д = L в 0 = 1.15 6,465 = 7,435 [нм 3 /кг. т.] m в 0 = m в 0 = 1.15 8,359 = 9,613 [ кг / кг т .] 1.3 выход продуктов горения L CO 2 = 0,0186 C p = 0,0186 63,3 = 1,117 [нм 3 /кг. т.] L Н2О = 0,112 Н p + 0,0124 W P = 0,112 3,92 + 0,0124 2,03 = 0,464 [нм 3 /кг. т.] L N 2 = 0,79 L в д + 0,018 N p =0,79 7,435 + 0,08 1,06 = 5,958 [нм 3 /кг. т.] L SO2 = 0,007 S p = 0,0075 0,53 = 0,0037 [ нм 3 / кг . т .] L O2 = 0,21 ( – 1) L в 0 = 0,21 (1,15 – 1) 6,465 = 0,204 [ нм 3 / кг . т .] L п . г .= 1,117 + 0,464 + 5,958 + 0,0037 + 0,204 = 7,807 [ нм 3 / кг . т .] m CO2 = 1,977 L CO2 = 1,977 1,177 = 2,327 [ кг / кг . т .] m Н2О = 0,805 L Н2О = 0,805 0,464 = 0,374 [кг/кг. т.] m N 2 = 1,251 L N 2 = 1,251 5,958 = 7,453 [кг/кг. т.] m SO2 = 2,928 L SO2 = 2,928 0,0037 = 0,011 [ кг / кг . т .] m O2 = 1,429 L O2 = 1,429 0,204 = 0,292 [ кг / кг . т .] m п.г.= 2,327 + 0,374 + 7,453 + 0,011 + 0,292 =10,457 [кг/кг. т.] Таблица 1. Материальный баланс горения топлива.
Приход материалов Количество Выход материалов Количество
кг кг
Топливо: Воздух действительный 1 9,613 1. Углекис-лый газ 2. Водяные пары 3. Азот 4. Сернистый газ 5. Кислород 6. Ар 2,327 0,374 7,453 0,011 0,292 0,226
Итого: 10,613 Итого: 10,683
Невязка: 100% ( G пр – G рас ) / G max = 100% (10,613– 10,683) / 10,683= 0,65% 2. Материальный баланс цементной вращающейся печи. 1. Расходные статьи материального баланса. 1.1 Топливо. х т [кг/кг кл ] 1.2 Воздух. G в = т = G в = = 13,522 x т [кг/кг кл ] 1.3 Теоретический расход сухой сырьевой смеси. ; кл ] Расход сырьевой смеси [кг/кг кл ] 1.4 Воздух для горения топлива V в г = L в д х т = 7,435 х т [нм 3 /кг. кл.] G в г = m в д х т =9,613 х т [кг/кг т.] 1.5 Пылевозврат Действительный расход сухого сырья, где а пу принимаем равным 1%: =0 , 152 [ кг/кг.кл ] 2. Приходные статьи материального баланса. 2.1 Общий пылеунос 2.2 Выход отходящих газов G ог = m пг *х т + G Н2О г+ w + G CO 2 c [кг/кг.кл] G СО2 с = G с д ((ППП с – 0,35 Al 2 O 3 )/100) = 1,539((34,4 – 0,35 3,73)/100) = 0,509 [кг/кг.кл] G H 2 O г = G o c - G СО2 с – G кл = 1,539/(100 – 1) = 0,015 [кг/кг.кл] G ог = 0,509 + 0,015 + 10,683 x т = 10,683 x т + 0,539 Таблица 2. Предварительный материальный баланс печи
Приход Количество, кг/кг.кл Расход Количество, кг/кг.кл
1.Выход клинкера 2.Выход отходя-щих газов 3. Oбщий пылевы-нос 1 10,683 x г + 0,539 0,154 1.Расход топлива 2.Сырьевая смесь 3.Воздуха на горение 4. Пылевынос х т 1,554 9,613 х т 0,154
Сумма 10,683 x т + 1,693 Сумма 10,683 x т + 1,706
3. Тепловой баланс холодильника Приход: 1) Теплота с клинкером, входящим в холодильник: Q кл вх = m кл С кл t кл , [кДж/кг.кл], где t кл вх =1350 0 С, С кл =1,076 [кДж/м 3 К], Q кл вх =1 1350 1,076=1452,6 [кДж/кг.кл.] 2) Теплота с воздухом на охлаждение: а) Барабанный холодильник V в охл = V в вт =0,8 L в д х т = 0,8 7,435 х т = 5,948 х т [кДж/кг.кл]; t c = 10 0 C ; C в = 1,297 [кДж/кг.кл]; Q в охл = 5,948 х т 10 1,297 =77,145 х т б) Колосниковый холодильник Q в охл = 3 1,297 10 = 38,91 [кДж/кг.кл]; где V в охл =3 [м 3 /кг. кл]. Расход: 1) Теплота с клинкером выходящим из холодильник: а) Q кл вых = m кл С кл t кл вых ; где С кл =0,829 кДж/кг Кл, t кл вых =200 0 С, Q кл вых =1 0,829 200=165,8 [кДж/кг Кл]. б) С кл =0,785 [кДж/кг Кл], t кл вых =100 0 С, Q кл вых =1 0,785 100=78 [ кДж/кг К ] . 2) Теплота с избыточным воздухом: б) Q в изб = ( V в охл - V в вт ) C в = (3 – 5,948 х т ) 150 1,305 =587,25 – 1164,32 х т 3) Теплота через корпус: Q ч . к . х = S · ·(t к – t oc )/B кл где t к =50 0 С, t ос =10 0 С, = (3,5+0,062 · t к ) · 4,19 = (3,5 + 0,062 · 50) · 4,19 = 27,67 а) S = · D · L =3,14 · 3 · 50 = 471 [м 3 ] Q ч.к. х = 471,0 · 27,67 · (50 – 10)/10000 = 52,13 [кДж/кг. Кл .] б ) S = 2 ·l ·h+2 · b · h+l · b S = 20 · 6 · 2 + 6 · 5 · 2 + 20 · 5 =400 [ м 2 ] Q ч.к. х = 400 · 27,67 · (50 – 10)/10000 = 44,27 [кДж/кг. Кл .] 4) Теплота со вторичным воздухом: Q в `` = Q пр – ( Q в изб – Q кл вых – Q ч.к. х ) а) Q в `` = 1452,6 + 77,145 · х т – 165,8 – 52,13 = 1234,67 + 77,145 · х т [кДж/кг Кл.] б) Q в `` = 1452,6 + 38,91 – 78 – 587,25 + 1164 · х т – 44,27 = 781,99 + 1164,32 · х т [кДж/кг Кл.] Таблица 3. Предварительный тепловой баланс холодильника
Приход Количество, кДж/кг.кл Расход Количество, кДж/кг.кл
1.С клинкером входящим 2. Воздух на охлаждение 1452,6 77,145 х т 1452,6 38,91 1. С клинкером выходящим 2. Теплота через корпус 3.Воздух: - избыточный - вторичный 165,8 52,13 - 1234,67 + 77,145 · х т 78 44,27 587,25 – 1164,3 х т 781,99 + 1164,3·х т
сумма 1452,6 + 77,145 х т 1491,51 сумма 1452,6+ 77,145 · х т 1491,51
4. Тепловой баланс вращающейся печи.

Приход 1) Тепло от горения топлива Q н р = 389 С р + 1030 H p + 108.9 ( O p + S p ) – 25 W p = =389 63,3+ 1030 3,9 + 108,9 (6,56 + 0,53) – 25 2,03 = 29267,217 [кДж/кг ] Q т = Q н р x г = 29267,817 х т [кДж/кг Кл.] 2) Тепло вносимое топливом Q т ф = х т С т t т =0,92 70 х т = 64,4 х т [кДж/кг Кл.] 3) Тепло вносимое сырьевой смесью Q c / c м = ( G c / c м д С c / c м + G Н2О W C Н2О ) t c = (1,539 0,832 + 0,015 4,19) 20 = 26,86 [кДж/кг Кл.] 4) Тепло возвратной пыли. Q п Возв = G п Возв С п t п = 0,152 1,06 100 = 16,112 [кДж/кг Кл.] 5) Тепло воздуха вторичного и первичного Q в пер = V в С в t в = 0,2 L в д х т 10 1,259 =0,2 7,435 х т 10 1,259 = 18,72 х т Теплота вторичного воздуха из теплового баланса холодильника а) Q в вт =1234,67 + 77,145 · х т [кДж/кг Кл.] б) Q в вт = 781,99 + 1164,3·х т [кДж/кг Кл.] Расход 1. Тепловой эффект клинкерообразования: Q тек = Q дек + Q дег + Q ж.ф. - Q экз где Q дек = G СаСО3 1780 – теплота на декарбонизацию, G СаСО3 = G СО2 с МсаСО 3 /(44 МСО 2 ), G СаСО3 =0,59 100/44=1,157 кг/кг. кл, Q дек =1,157 1780 = 2059,46 [кДж/кг Кл.] Q дег = G Н2О г 7880 – теплота на дегидратацию глины. Q дег = 0,015 7880 = 118,2 [кДж/кг Кл.] Теплота образования жидкой фазы: Q ж.ф. =100 [кДж/кг Кл.]. Теплота образования клинкерных минералов: Q экз =0,01 (528 C 3 S+715 C 2 S+61 C 3 A+84 C 4 AF), Q экз =0,01 (528 50+715 23+61 10+84 12) = 444,63 [ кДж / кг Кл .] Q тек = 2056,46 + 118 ,2 + 100 – 444,63 = 1833,03 [ кДж / кг Кл .] 2. С клинкером, выходящим из печи: Q кл п = Q кл вх =1452,6 [кДж/кг Кл.] 3. Тепло с пылью: Q п = G п общ С п t о.г. , [кДж/кг Кл.], Q п =1,06 300 0,154 = 48,97 [кДж/кг Кл.] 4. Тепло на испарение влаги из сырья Q м = 2500 G Н2О г =2500 0,015 =37,5 [кДж/кг Кл.] 5. Потери тепла корпусом в окружающую среду: Q ч/к. = S F a ( t c - t в )/В, [кДж/кг Кл.], 1. участок декарбонизации 50%, 150 - 250 2. участок: обжиг и охлаждение 50%, 200-300 0 С. F 1 =3,14 2,9 0,2 0,56 + 0,3 0,56 3,14 2,44 = 230,7 м 2 F 2 = 3,14 2,44 56 0,5 = 214,5 м 2 1 = (3,5 + 0,062 t н ) 4,19 = (3,5 + 0,062 150 ) 4,19 = 53,63 2 = (3,5 + 0,062 t к ) 4,19 = (3,5 + 0,062 200 ) 4,19 = 66,62 Q ч/к п . = (230,7 53,63 (150-10) + 214,5 66,62 (200 – 10))/10200 = 436.0 [кДж/кг Кл.] тогда потери через корпус печи, при условии что через корпус теряется около 80% тепла. Q ч/к = 436 + 436 0,2 = 523,2 [кДж/кг Кл.] 6. Потери тепла с отходящими газами Q ог = [( L CO 2 C CO 2 + L H 2 O C H 2 O + L N 2 C N 2 + L SO 3 C SO 3 + L O 2 C O 2 ) x т + +( G H 2 O W + G H 2 O г )/ H 2 O C H 2 O + G CO 2 / CO 2 C CO 2 ] t ог = [(1,177 1,863 + 0,464 1,542 + 5,958 1,307 + 0,0037 1,955 + 0,204 1,356) x т + (0,015 + 0,015)/1,542 + 0,509/1,977 1,863] 300 = 3293,76 х т + 161,15 Находим удельный расход топлива а) 29267,817 · х т + 64,4 · х т + 26,4 + 16,112 + 1234,67 + 77,145· х т + 18,72 · х т = 1833,03 + 1452,6 + 48,97 + 37,5 +583,2 + 3293,76 · х т + 161,15 26134,322 · х т = 2839,268 х т = 0,108 [кДж/кг Кл.] [ x ] = 29267.817 · 0108/10200 = 0,309 =309 [кг. Усл. т/т. Кл.] б) 29267,817 · х т + 64,4 +26,4 + 16,112 + 781,99 + 1164,32 · х т + 18,72 · х т = 1833,03 + 1452,6 + 48,97 + 37,5 + 523,5 + 3293,76 · х т + 161,15 27221,497 · х т = 3232,248 х т = 0,118 [кг/кг Кл.] [х т ] = 29267,817 · 0,118/10200 = 0,338 =338 [кг. Усл. т/т. Кл.] 5. Сводные данные.

Таблица 6. Материальный баланс печи

Приход Материала Количество, Кг/кг кл Расход материала Количество, кг/кг кл
а б а б
1. Клинкер 1 1 1. Топливо 0,108 0,118
2. Отходящие газы 1,692 1,799 2. Воздух на горение топлива 1,038 1,134
3. Общий пылеунос 0,154 0,154 3. Сырьевая смесь 1,554 1,554
4. Пылевозврат 0,152 0,152
Сумма: 2,846 2,953 Сумма: 2,859 2,966
Невязка: а) 100 (2,859– 2,846) / 2,846=0,35% б) 100 (2,966– 2,953) / 2,953=0,33% Таблица 6 . Тепловой баланс холодильника
Приход Количество, кДж/кг.кл Расход Количество, кДж/кг.кл
а б а б
1.С клинкером входящим 2. Воздух на охлаждение 1452,6 8,33 1452,6 38,91 1.С клинкером выходящим 2.Через корпус 3.Воздух - избыточный - вторичный 165,8 52,13 - 1243,0 78 44,27 449,86 919,38
сумма 1460,93 1491,51 сумма 1463,01 1491,51
Таблица 7. Тепловой баланс печи
Приход Количество, кДж/кг.кл Расход Количество, кДж/кг.кл
а б а б
1. Сгорание топлива (химическая теплота) 2.Физическая теплота 1. 3.Сырьевая смесь 2. 4.Возвратная пыль 3. 5. Воздух 4. - первичный 5. - вторичный 3160 6,955 26,86 16,112 2,021 1243 3453,53 7,599 26,86 16,112 2,208 919,38 1. ТЭК 2. С клинкером 3. С пылью 4. Испарение влаги 5.Через корпус печи 6. Отходящие газы 1833,03 1452,6 48,97 37,5 523,2 516,87 1833,03 1452,6 48,97 37,5 523,2 549,81
c сумма 4455,868 4425,689 сумма 4412,17 4445,11
Невязка: а) 100 (4455,868– 4412,17) / 4412,17=0,99% б) 100 (4463,163– 4461,582) /4463,163 =0,03% 6. Аэродинамический расчет 1. Объем газообразных продуктов на выходе из печи V пг = V ог 1000 В кл а) V о.г. = L п.г. х т + G Н2О w +г + G СО2 с = 7,807 0,135 + 0,015 + 0,015 + 0,509 = 1,59, м 3 /кг.кл, б) V о.г. = L п.г. х т + G Н2О w +г + G СО2 с = 7,807 0,123 + 0,015 + 0,015 + 0,509 = 1,59, м 3 /кг.кл, а) V пг = V ог 1000 В кл = 1,59 1000 10,2 3 /ч = = 9,45 м 3 /с б) V пг = V ог 1000 В кл = 1,49 1000 10,2 3 /ч = = 8,86 м 3 /с Объем газообразных продуктов перед дымососом увеличивается из-за подсосов воздуха и составит: V п.г. ` =1,15 V п.г. , м 3 /с, а) V п.г. ` = 1,15 9,45 =10,86 м 3 /с, б) V п.г. ` = 1.15 8,86 =10.18 м 3 /с.

оценка грузового автомобиля в Смоленске
оценка товарного знака в Курске
оценка авторских прав в Твери