Расчёт теплового баланса

Тепловой расчёт печного агрегата.

Исходные данные:

1. Производительность по клинкеру – из материального баланса;

2. Способ производства – сухой;

3. Технологическое топливо – газ;

4. Химический состав сырьевой смеси и клинкера – таблица 7;

5. Минералогический состав портландцементного клинкера – таблица 8;

6. Естественная влажность исходных сырьевых материалов: известняк – 6%, глина – 10%;

7. Коэффициент избытка воздуха: 1,1-1,15.

Расчет необходимого количества воздуха для горения топлива и объёма продуктов сгорания. Состав природного газа Берестянского месторождения представлен в таблице 9.

Таблица 9

Состав природного газа, об. %

Теплотворная способность рабочего топлива:

Q^P_H = 358,2СН₄ + 637,5С₂Н₆ + 912,5С₃Н₈ + 1186,5С₄Н₁₀

Q^P_H = 358,2×82 + 637,5×5 + 912,5×2 +1186,5×2 = 36757,90 кДж / нм³ топ.

Материальный баланс горения топлива.

Расчёт ведём на сухой газ, без учёта влажности.

Для 1нм³ топлива:

кг/м³

кг/м³

кг/м³

кг/м³

кг/м³

кг/м³

= 0,860 кг/м³

Расход воздуха на горение топлива.

Теоретический объёмный расход воздуха:

нм³/нм³топл

= 9,734 нм³/нм³топл

Теоретический массовый расход воздуха:

, кг/нм³топл.

= 12,586 кг/нм³топл.

Практический расход воздуха при α=1,1:

, кг/нм³топл.

, кг/нм³топл.

Выход продуктов горения:

+ + , нм³/нм³топл

= 0,01×(СО₂+СН₄+2С₂Н₆+3С₃Н₈+4С₄Н₁₀), нм³/нм³топл

= 0,01×(0,5+82+2×5+3×2+4×2) = 1,065 нм³/нм³топл

= 0,01×(2СН₄+3С₂Н₆+4С₃Н₈+5С₄Н₁₀), нм³/нм³топл

= 0,01×(2×82+3×5+4×2+5×2) =1,97 нм³/нм³топл

= 0,79× +0,01*N_2, нм³/нм³топл

= 0,79×10,708+0,01×8,5 = 8,544нм³/нм³топл

= 0,21×(α-1)× _, нм³/нм³топл

= 0,21×(1,1-1)×9,734 = 0,204 нм³/нм³топл

= 1,065+1,97+8,544+0,204= 11,784 нм³/нм³топл

Масса продуктов сгорания:

+ + , кг/нм³

= 1,977×1,065=2,106 кг/нм³

= 0,804×1,97 = 1,584 кг/нм³

= 1,251×8,544 = 10,689 кг/нм³

= 1,429×0,204 = 0,292 кг/нм³

, кг/нм³

Сводим материальный баланс горения топлива в таблицу 10.

Таблица 10

Материальный баланс горения топлива

% невязки = []

Расход исходного сырья на 1 кг клинкера

Состав исходного:

а) количество связанной воды в каолине:

б) количество углекислоты в углекислом магнии:

= 0,278%

в) количество углекислоты в углекислом кальции:

Технически расход сухого сырья:

[ ] =

Расход сухого сырья с учетом уноса из циклонных теплообменников:

[ ] = [ ] + [ ] _y

[ ] = 1,552 + 0,15 = 1,702 кг/кг кл

Расчет теплового эффекта клинкерообразования

Расход тепла на нагрев сухого сырья от 0°С до 450°С:

,

где t₁ = 450°C – конечная температура нагрева,t₀ = 0°C – начальная температура материала, С_р =0,253 кДж/кг°С – средняя теплоемкость сырьевой смеси при данной температуре.

Теоретический расход гидратной воды сырья:

[ ] =

[ ] =

Расход тепла на дегидратацию каолина:

[ ] ,

где 1600 кДж/кг Н₂О – теплота дегидратации каолина.

Расход тепла на нагревание дегидратированного сырья от t₁ = 450°C до t₂ = 900°C:

,

где = 0,283 кДж/кг°С – средняя теплоемкость в данном интервале температур.

Расход тепла на декарбонизацию и :

Теоретический расход СО₂ сырья:

Расход теплоты на нагревание декарбонизированного сырья от t₂ = 900°C до t₃ = 1400°C:

,

где кДж/кг°С – средняя теплоемкость сырьевой смеси в данном интервале температур.

Расход тепла на образование жидкой фазы при t₃ = 1400°C:

Итого расхода тепла:

Приход теплоты

Приход тепла в результате образования клинкерных минералов в интервале температур 1000-1400°С:

где 107, 144, 9 и 26 – тепловые эффекты образования соответствующих минералов клинкера, кДж/кг кл.

Для данного состава портландцементного клинкера:

Приход тепла в результате образования метакаолина:

Приход тепла в результате охлаждения 1 кг клинкера от t₃ = 1400°С до t₀ = 0°C:

где =0,261 кДж/кг°С – средняя теплоемкость в данном интервале температур

Приход тепла в результате охлаждения СО₂ от t₂ = 900°С до 0°C:

кДж/кг кл,

где = 0,256 кДж/кг°С – средняя теплоемкость СО₂ в данном интервале температур

Приход тепла в результате охлаждения от 450°С до 0°С и конденсации гидратной воды сырья:

[ ]

где = 0,47 кДж/кг С – теплоемкость водяного пара в данном интервале температур, - теплота конденсации водяного пара.

0,00827

Итого приход тепла:

Теплосодержание топлива:

где = 1,3 кДж/кг°С – средняя теплоемкость газа при 20°С.

Теплосодержание воздуха:

где = 1,328 кДж/кг°С – теплоемкость воздуха при 20°С.

Приход тепла с подсосным воздухом:

Расход тепла.

Тепловой эффект клинкерообразования по данным расчета составил 1785,7 кДж/кг кл.

Потери тепла на испарение воды из сырья:

Потери тепла с отходящими газами:

где С_i – средняя теплоемкость i-газа при t_ог = 300°С, V_i – объем i-газа.

Потери тепла с 1 кг клинкера:

где - средняя теплоемкость клинкера при 300°С.

Потери тепла с уносом:

где = 0,253 кДж/кг°С – средняя теплоемкость сырьевой смеси при 300°С.

Потери тепла в окружающую среду:

а) корпусом печи

б) циклонными теплообменниками

Суммарные потери в окружающую среду:

Потери тепла с подсасываемым воздухом за системой циклонов:

Тепловой баланс печного агрегата:

36757,90

Получаем

Удельный расход тепла:

q =

[В. К. Классен. «Методические указания к дипломному проектированию. Материальный баланс завода. Технологические расчеты тепловых агрегатов». – Белгород, БелТИСМ, 1972]

Поиск по сайту: