Технологические расчеты вращающихся печей

20,65×222 / 160 = 28,65 кг.

Тогда количество Na2О в соединении составит 28,65 – 20,65 = 8,0 кг.

Количество  Na₂O×TiO₂ в спеке, имеющего молекулярную массу 142, с учетом содержания TiO₂ молекулярной массой 80, равно

2,04×142 / 80 = 3,62 кг.

Тогда количество Na₂O в этом соединении составит 3,62 – 2,04 = 1,58 кг.

Всего Na₂O в этих соединениях составляет 32,28 + 8,0 + 1,58 = 41,86 кг.

Количество 2СаО× SiO₂ в спеке, имеющего молекулярную массу 172, с учетом содержания CaO (таблица 4.11) молекулярной массой  112, равно

5,44×172 / 112 = 8,35 кг.

Тогда количество SiO₂ в этом соединении составляет

8,35 – 5,44 = 2,91 кг.

Результаты  расчетов сведены в таблицу 4.15.

Полный материальный баланс процесса спекания без учета  процесса горения топлива представлен  в таблице 4.16.

 

 

 

Таблица 4.15 – Рациональный состав спека, кг

Соединения	Всего	Al2O3	Fe2O3	SiO2	TiO2	CaO	Na2O	Прочие
Na2O Al2O3	85,39	53,11	-	-	-	-	32,28	-
Na2O Fe2O3	28,65	-	20,65	-	-	-	8,0	-
Na2O TiO2	3,62	-	-	-	2,04	-	1,58	-
2CaO SiO2	8,35	-	-	2,91	-	5,44	-	-
Итого	139,73	53,11	20,65	2,91	2,04	5,44	41,86	13,71

 

Таблица 4.16 – Материальный баланс процесса спекания на 100 кг боксита (без учета процесса горения топлива)

№ п/п	Материалы и продукты	Итого		Al2O3	SiO2	Fe2O3	TiO2	CaO	CO2	Na2O	H2Oсв	H2Oвн	Прочие
		кг	%
	Поступило
1	Боксит влажный	109,60	31,09	49,51	9,27	20,65	2,04	4,12	3,24	-	10,57	9,60	0,60
2	Известняк	15,69	4,45	-	0,04	-	-	1,32	1,04	-	-	0,19	13,10
3	Белый шлам	6,46	1,83	1,62	1,29	-	-	-	-	1,49	0,58	1,49	-
4	Оборотный раствор	220,04	62,42	1,98	-	-	-	-	21,56	34,55	-	161,95	-
5	Сода кальцинированная	0,75	0,21	-	-	-	-	-	0,26	0,47	-	-	0,01
	Итого	352,53	100,00	53,11	10,61	20,65	2,04	5,44	26,10	36,50	11,15	173,22	13,71
	Получено
1	Спек	142,06	40,30	53,11	10,61	20,65	2,04	5,44	-	36,50	-	-	13,71
2	Пыль (уносится)	44,76	12,70	16,11	3,22	6,27	0,62	1,65	1,65	11,08	-	-	4,16
3	Газы	210,47	59,70	-	-	-	-	-	26,10	-	184,38	-	-
	Невязка	-44,76	-12,70	-16,11	-3,22	-6,27	-0,62	-1,65	-1,65	-11,08	-	-	-4,16
	Итого	352,53	100,00	53,11	10,61	20,65	2,04	5,44	26,10	36,50	184,38	-	13,71

 

 

4.5 Расчет горения топлива

Принимаем, что при сжигании мазута во вращающейся  печи используют жидкотопливную горелку (форсунку). Поэтому коэффициент расхода воздуха a = 1,2. Влажности вентиляторного воздуха _{= 13 г/м}³.

1. Определение количества воздуха, необходимого для окисления 1 кг мазута.

Рассчитаем количество кислорода, окисляющего все горючие компоненты мазута:

 м³/кг.

Теоретический расход сухого атмосферного воздуха будет равен:

.

Теоретический расход влажного воздуха:

.

Действительный расход влажного воздуха:

.

1. Определение количества (V₀) и состава продуктов горения при α = 1.

Количество диоксида углерода:

.

Количество диоксида серы:

.

Количество водяных паров:

 

Количество азота:

.

Общий объем продуктов горения  при α=1:

 

Состав дымовых газов:

 

 

 

 

 

 

2. Определение количества (V_α) и состава продуктов горения при                  α = 1,2

Количество диоксида углерода и  диоксида серы остаются такими же как и при α=1;

; .

 

Количество водяных паров изменится  за счет влаги избыточного воздуха:

 

За счет избыточного воздуха  увеличится и количество азота:

 

В продуктах горения появится свободный  кислород избыточного воздуха:

 

Общий объем продуктов горения  при α = 1,2:

 

Состав продуктов горения:

 

 

 

 

 

3. Рассчитаем низшую теплоту сгорания мазута:

.

4. Рассчитаем температуру горения

Сначала определим общее теплосодержание  продуктов горения мазута без  учета диссоциации:

 

Энтальпия единицы объема дымовых  газов за счет химической энергии  мазута:

 

Подогретый до 180 вентиляторный воздух вносит в один кубометр отходящих газов:

 

За счет подогрева мазута единица  продуктов горения получает:

 

Тогда

 

 

Рассчитаем относительное содержание избыточного воздуха в единице  продуктов горения мазута:

 

По it-диаграмме для мазутов находим теоретическую температуру горения:

 

Действительная  температура  горения при пирометрическом  коэффициенте h_пир = 0,8 равна t_д = 0,8×1890 = 1512 °С.

 

4.6 Определение основных размеров  печи

1. Диаметр  барабанной печи определяем из  условия оптимальной скорости  движения газового потока в  печи по формуле

 

 

При принятом пылевыносе из печи 20 % средняя скорость газов должна быть умеренной. Принимаем ее равной 5 м/с.

Производительность  печи составляет 25,3 т/ч , при этом выход спека из шихты m_сп = 142,06 кг на 100 кг боксита (таблица 4.12). Тогда производительность печи по спеку составит

 

Объем газообразных продуктов горения топлива определяем из выражения

V_д = q¢V_am_cп/Q_н^р,

где q – удельный расход теплоты на 1 т спека. По опытным данным можно принять равным 5860 кДж/кг. Тогда

V_д = 5860×12,922×142,06·10·10/38463,8 = 52224,5 м³/ч.

Общее количество отходящих газов составит

V_å=V_Д+V_H2O+V_CO2, м³.

В соответствии с данными материального баланса  процесса спекания (таблица 16)

V_å = 52224,5 + 184,38×10×10/0,804 + 26,10×10×10/1,97 = 47920,9 м³/ч = 14,5 м³/с,

где 0,804 и 1,97 - плотность соответственно Н₂О и СО₂, кг/м³.

С учетом средней  температуры газов в печи t = (1600 + 200)/2 = 900 ^oC  общий расход отходящих газов составляет

V_t = V_∑(1+ β_t) = 14,5×(1 + 900/273) = 62,33 м³/с

Тогда диаметр  печи составит

D_п = 1,13 × (62,33/5)^0,5 = 3,99 м.

При использовании  двухслойной футеровки, состоящей  из высокоглиноземистого кирпича размером 250 мм и слоя тепловой изоляции 30 мм при толщине стенки кожуха 20 мм, наружный диаметр печи будет равен D_печи= 3,99 + 0,25×2 + 0,03×2+ 0,02×2 = 4,59 м.

Окончательный наружный диаметр принимаем D_печи = 4,6 м.

Длину зоны сушки рассчитываем в соответствии с выражением

 

Производительность  печи по шихте составляет

G_ш = 10×352,53/142,06 = 24,81 т/ч.

Исходную  влажность шихты определяем по данным материального баланса (таблица  4.16)

W' = 184,38 /352,53 = 0,52,

а величину конечной влажности спека принимаем W"=0

С учетом способа загрузки (распыл) напряжение рабочего пространства сушильной зоны по влаге принимаем равным 0,08 т/(м²ч). Таким образом, длина зоны сушки составляет

∆L_с = 24,81×0,52×4 / (0,08×3,14×3,99²) = 12,98 м.

Определяем  длину зоны подогрева по формуле:

 

В этой зоне удаляют связанную воду; шихту  подогревают до температуры 750 °С. Температуру газов на входе в зону принимаем равной 1250 °С. Унос материала из зоны равен 25 % от общего пылеуноса. Тогда теплоту, поступающую в зону подогрева, затрачивают:

• на нагрев шихты до 750 °С

0,96×(352,53 – 184,38 – 44,76×0,25)×(750 - 150) = 90,415 МДж

где 0,96 - теплоемкость шихты, кДж/(кг • К);

• на испарение  влаги и нагрев паров воды

11,15×(2257+ ) = 38,288 МДж

где 0,376×4,1868 - теплоемкость паров воды, кДж/(моль×К);

2257 - удельная  теплота испарения воды, кДж/кг;

• на подогрев пыли до 750 °С

0,96×44,76×0,25(750 - 150)  = 6,445 МДж;

• на разложение гидроксида алюминия диаспора и бемита по реакции

2Аl(ОН)_з = Аl₂О_з + ЗН₂О - 2580 кДж

50,83×2580 = 131,144 МДж;

• на разложение каолинита по реакции

Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O= Al₂O₃×2SiO₂+2H₂O - 934 кДж

15,94×934 = 14,892 МДж;

• на разложение гидрогематита по реакции

Fe₂O₃× 3H₂O= Fe₂O₃+3H₂O - 3840 кДж

2,86·3840= 11,009 МДж.

Тепловой  эффект обезвоживания алюмосиликатов принимаем по выражению

;

где m_1p, m_2p, m_Fe - расходы гиббсита, каолинита и гидроксида железа; M_1p^H2O, M_2p^H2O,M_Fe^H2O - молекулярные массы гибсита, каолинита и гидроксида железа; t_1p, t_2p, t_Fe - температуры протекания соответствующих реакций: 750 -температура газов, выходящих из зоны подогрева. В соответствии со справочными данными устанавливаем t_1p=550°С; t_2p=450°С; t_Fe=400°С. Тогда

 

В итоге теплопотребление в зоне подогрева составит

Qп = 90415 + 38288+6445 + 131144 + 14892 + 11009 + 4222  =

= 296414 кДж  = 296,414 МДж

Ширину слоя (хорда l_х) и контактную поверхность его с барабаном (1_q) определим исходя из соотношений размеров сегмента материалов в поперечном сечении участка. Из практических данных принимаем центральный угол в зоне подогрева 82,5°. Тогда

l_x = D_пsinα/2 = 3,99·sin(82,5/2) = 1,59 м.

L_q = πD_пsinα/360 = 3,14·3,99·82,5/360 = 2,87 м.

Эффективную длину лучей газового потока определяем по формуле