Расчет вращающейся печи для спекания боксита производительностью по спеку (стр. 7 из 8)

159205 кДж=159,2 МДж

Итого, теплопотребление в зоне кальцинации составляет

453,4+322,2+253,14+476,3+2791,22-0,9·(22,8+1964,5+409,4+60,5+159,2)=1941,5 МДж.

Ширину слоя (хорда l_x) и контактную поверхность его с барабаном (1_q) определим исходя из соотношений размеров сегмента метариалов в поперечном сечении участка. Из практических данных принимаем центральный угол в зоне кальцинации равным 77,5°. Тогда

l_x=D_пsinα/2=5sin(77,5/2)=3,13 м.

l_q=πD_пα/360=π·5(77,5/360)=3,38 м.

Определяем эффективную длину лучей газового потока

где S_пер - периметр свободного сечения печи, м.

S_nep=

=

По практическим данным для зоны кальцинации можно принять коэффициент заполнения барабана печи φ=4,8...7,0 %. Выбираем φ=5,9 %. Тогда

;

S_nep=

=

Степень черноты для СО₂ и Н₂О в зоне кальцинации находим из состава газов в ней:

P_CO2S_эф=0,1123·7,37·101,325=83,86 кПа·м,

при t_Г=1320°С ε_CO2=0,17;

P_H2OS_эф=0,1715·7,37·101,325=128,1 кПа·м,

приt_Г=1320°С ε΄_H2O=0,28; β=1,08; ε_H2O=0,28·1,08=0,3024;

Тогда степень черноты газов составит ε_Г=0,17+0,3024=0,4724. Степень развития кладки в зоне кальцинации составляет

Приведенный коэффициент излучения равен

3,87 Вт/(м²·К⁴).

Определяем величину тепловых потоков:

181998,1 Вт/м².

Средняя скорость движения газов в зоне кальцинации равна

0,89 м/с;

Тогда конвективный тепловой поток

q_k=10,467·0,89·(1320-875)=4145,45 Вт/м².

С учетом температуры кладки 1100 °С получим

54505,21 Вт/м².

Длина зоны кальцинации составит

6,46 м.

Протяженность зон спекания L_сп и охлаждения L_охл рассчитываем по необходимому времени пребывания шихты и спека в печи. Принимаем для зоны спекания τ_сп=0,4 ч, для зоны охлаждения τ_охл=0,25 ч.

Находим скорость движения материалов, принимая угол наклона печи γ=2,5 %, а скорость вращения печи п=1,0 об/мин. Пусть синус угла естественного откоса материалов в зоне спекания составит 0,8, а для зоны охлаждения - 0,72. Тогда скорость движения материалов в зоне спекания составит

а в зоне охлаждения

Следовательно, L_сп=29,38·0,4=11,75 м; L_охл=32,63·0,25=8,158 м.

Полная длина печи составит 136,01+35,91+6,46+11,75+8,158=75,3 м. Принимаем полную длину печи 80 м.

7. Тепловой баланс печи

Расчет ведем на 1 т глинозема.

1. Статьи прихода.

1.1. Теплоту от сгорания топлива определяем из расчета горения топлива

Q_x=B·Q_н^р=35028,4 кВт.

1.2. При использовании колосникового холодильника воздух подогревается до температуры 200°С. Тогда физическую теплоту воздуха определяем по формуле

Q_в=C_вt_вL_αB=В·1,306·200·10,019=2616,96 В кВт.

1.3. Физическая теплота пульпы с температурой 50°С, принимаемой из данных практики работы вращающихся печей:

Q_ш=C_шt_шm_ш=3595,5·16·0,96·50=2761344 кВт.

1.3.1. Теплота экзотермических реакций образования алюминатов натрия, феррита натрия, двухкальциевого силиката, титаната натрия, которые протекают в основном в зоне кальцинации (см. раздел 5):

Qэкз=Q_Na2OAlO3+Q_NaFeO3+Q_2CaO·SiO2+Q_2CaO·TiO2

Qэкз =(1964,5+409,4+60,5+159,2)·1000=2593600 кВт.

Общий приход теплоты в печь составит

35028,4 B +2616,96 В+2761344+2593600=

=37645,36 B+5354944 кВт.

2. Статьи расхода

2.1. Физическая теплота спека при температуре 1000 °С

Q_cп=C_спG_спt_сп=0,88·1340,5·1000=1179640 кВт.

2.2. Физическая теплота пыли при температуре отходящих газов 250 °С

Q_п=G_пC_пt_п=444·0,88·250=97680 кВт.

2.3. Теплота эндотермических реакций испарения влаги, разложения бемита и гидрогематита, каолинита, разложения карбонатов, разложения алюмосиликатов, образования алюмината натрия, ферритов натрия, титаната натрия, двухкальциевого силиката (см. раздел 6):

Q_энд=165,98+147343,8+6743,48+25574,4+

+476277,1+2791220,65+22883+1964470,6+

+409400+60520+159205=6063804,01 кВт.

2.4. Теплота отходящих газов, состоящих из продуктов сгорания топлива (раздел 5) и технологических газов (табл. 15):

Q_г=C_дt_дV_αB+C_CO2t_дV_CO2+C_H2Ot_дV_H2O

Q_г =(B 11,028·0,4+140,8·1,825+2065,5·1,5325)·250=3859,8 B+855584,68 кВт.

2.5. Потери теплоты через стенку теплопроводностью рассчитываем по зонам.

В зоне сушки температура материала на входе составляет 40°С, на выходе 150°С, в среднем

°С. Температура газов на входе в зону составляет 750°С, на выходе 250°С, в среднем °С. Тогда общее количество теплоты, теряемое в окружающую среду в зоне сушки, составит

В зоне подогрева температура материала на входе составляет 150°С, на выходе 750°С, в среднем

°С. Температура газов на входе в зону составляет 1250°С, на выходе 750°С, в среднем °С. Тогда

В зоне кальцинации температура материала на входе составляет 750°С, на выходе 1000°С, в среднем

°С.

Температура газов на входе в зону составляет 1400°С, на выходе 1250°С, в среднем

°С. Тогда

В зоне спекания температура материала составляет в среднем 1200°С. Температура газов в среднем составляет 1440°С. Тогда

В зоне охлаждения температура материала на входе составляет 1200°С, на выходе 1000°С, в среднем

°С.

Температура газов в среднем по зоне составляет 300 °С. Тогда

В итоге потери теплоты за счет теплопроводности составляют

26681,54+228148,8+69739,7+97037,7+38444,4=460052,14 кВт.

Определяем потери тепла излучением через торцыпечи

Поскольку последней зоной, где горит факел, является зона спекания, имеющая максимальную температуру газов 1440°С, то T_max=1440+273=1713 К;

Принимаем в первом приближении

Тогда

С поправкой на Δt_луч, получим

При внутреннем диаметре печи 5 м и длине зоны охлаждения (8,158) м коэффициент диафрагмирования Ф по графику равен 0,38. Тогда

Вт=3239,56 кВт.

Q₅=Q_5п+Q_5л=460052,14+3239,56=463291,7 кВт.

Расход теплоты равен

Q_расх=855584,68+463291,7+6063804,01+3859,8В+97680+1179640=

=3859,8 В+8660000,4 кДж.

Составляем уравнение теплового баланса:

37645,36 В+5354944=3859,8 В+8660000,4

откуда расход топлива В=97,82 м³/ч.

Часовой расход топлива составит В_τ=В·G=97,82·16=1565,12 м³/ч. Итоговый тепловой баланс представлен в табл. 18.

Удельный расход условного топлива определяем по выражению

кг. усл. топлива/т спека.

Определяем коэффициент полезного действия печи спекания

Таблица 18.

Тепловой баланс печи спекания бокситов производительностью 16 т/ч

№п/п	Приход теплоты	кВт/ч	%	№ п/п	Расход теплоты	кВт/ч	%
1234	Теплота от сгорания топливаФизическая теплота воздухаФизическая теплота шихтыТеплота экзотермическихреакцийИтого	3426478,09255991,03276134425936009037413,12	37,912,8330,5528,7100	12345	Физическая теплота спекаФизическая теплотапылиТеплота эндотермическихреакцийТеплота отходящихгазовПотери теплоты в окр.ср.НевязкаИтого	1179640976806063804,011233150,32463291,7152,919037413,12	13,051,0867,113,655,12-100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В мире накоплен значительный опыт конструирования и эксплуатации печей различного назначения. Большое разнообразие конструкций печей, применяемых в промышленности, обусловлен прежде всего чрезвычайно широким спектром технологических процессов, осуществляемых при производстве и дальнейшей тепловой обработки разнообразных материалов. Диапазон рабочих температур может изменяться в широких пределах. Вот почему при выборе конструкции и исходных данных, необходимых для расчета промышленной печи, следует, прежде всего, учитывать особенности технологического процесса, осуществляемого в данном агрегате.