Файл: Никифорова, Н. М. Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов учеб. пособие для техникумов.pdf

Первые цифры относятся к обжигу в капселях, вторые - на этажерках.

§ 3 . П р о е кт и р о в а н и е п е ч е й д л я о б ж и га к у с к о в ы х и п о р о ш ко ­ о б р а з н ы х м а т е р и а л о в

Весь объем работ по проектированию печных установок можно разбить на следующие части: сбор необходимых дополнительных данных, технологический расчет, теплотехнический расчет, состав­ ление чертежей.

Методики проектирования шахтных и вращающихся печен не имеют существенного различия и могут быть использованы для проектирования при обжиге в них любых материалов.

Данные для проектирования. В задании на курсовое проектиро­ вание указывается только годовая производительность предприя­ тия, для которого проектируется печь (Gr) по готовому продукту, и род продукции. Проектант по справочным материалам и эксплуа­ тационным данным заводов подбирает следующие дополнительные данные:

а) по материалу: влажность при входе в печь, содержание (в %) в сырье AI2 O3 в случае обжига керамики, химический состав сырья н готового продукта (в случае обжига вяжущих материалов), рас­ ход тепла на обжиг единицы обожженного пли сырого продукта с учетом экзотермических процессов, температура материала при входе в печь и конечная при обжиге, теплоемкость материала;

б) по режиму обжига: максимальная температура обжига, ко­ эффициент избытка воздуха в зоне горения топлива п в отходящих газах, температура воздуха, поступающего на горение, и отходя­ щих газов, разрежение перед дымососом и давление дутья;

в) по топливу: тип топлива, элементарный состав и теплота сго­ рания;

г) прочие данные: съем готовой продукции с 1 л/ 3 рабочего про­ странства печи, температура воздуха, окружающего печь, средняя температура наружной поверхности печи.

Технологический расчет. В соответствии с нормами технологиче­ ского проектирования устанавливают режим рабочего времени за­ вода, для которого проектируют печь, т. е. определяют количество рабочих часов в году.

Далее определяют часовую производительность завода как по готовому продукту, так и по абсолютно сухому и поступающему на обжиг сырью. Формулы пересчета производительности с обожжен­ ного продукта на сырье и абсолютно сухой даны в гл. V.

Затем выбирают типовую конструкцию так, чтобы расчетное количество печей для данного завода приближалось к целому чис­ лу. Предварительно рассчитывают общий полезный объем всех пе­ чей, необходимый для получения заданной производительности при осуществлении прогрессивных съемов, принятых из табл. 34 и 35,

K = Glg,

где Ѵп — потребный печной объем, иі3; G — производительность за­ вода в готовом продукте за ч или cyr.; g — съем готового продукта с 1 мг рабочего пространства печи, кг или тза ч или сут.

101

Определяют потребное число печей

п = V JV ,

где V — полезный объем принятой к установке печи, м3. Теплотехнический и гидравлический расчеты печи. Конечной

целью теплотехнического расчета печи является определение рас­ хода топлива, проектирование топок (если сжигание топлива не производится непосредственно в рабочей полости печи) и подбор горелок в случае сжигания топлива факельным способом. Гидрав­ лический расчет печи состоит в расчете сопротивлений и подборе тяговых п дутьевых устройств — вентиляторов, дымососов или ды­ мовых труб.

Большую часть теплового расчета печи занимает составление баланса тепла, из которого находится расход топлива и определяет­ ся термический к. п. д. печи.

Теплотехнический расчет печи рекомендуется производить в следующей последовательности: сначала ведут расчет горения ра­ бочей массы топлива при нескольких значениях коэффициента избытка воздуха, соответствующих теоретическому значению а = І, в зонах горения топлива и отходящих газов. Величины коэффи­ циента избытка воздуха могут быть приняты по результатам теп­ лотехнических испытаний печей, опубликованных в специальной и периодической литературе, а для топок — в соответствии с нормаль­ ными показателями их работы.

Для проверки возможности качественного обжига того или ино­ го материала на данном топливе определяют теоретическую и прак­ тическую температуру горения топлива Для проектируемой печи. Такие результаты расчета горения топлива, как расход воздуха на горение, количество образовавшихся при горении газов, исполь­ зуют в дальнейших расчетах при составлении баланса тепла и под­ боре тягодутьевых устройств.

Далее составляют баланс тепла, состоящий из отдельных ста­ тей прихода и расхода тепла на заранее установленную единицу, которой может быть 1 кг топлива, 1 кг обожженного материала или 1 ч работы печи. Отдельные статьи баланса при этом должны быть строго отнесены к какой-либо из этих условных единиц, так же как и полученная цифра расхода топлива. При составлении баланса тепла проектируемой печи величину расхода топлива рекомендуют принимать за неизвестную величину и определять ее, решая урав­ нение баланса: сумма всех статей прихода тепла равна сумме всех статей его расхода, как уравнение с одним неизвестным.

Для печей непрерывного действия — шахтных, вращающихся, туннельных и кольцевых — баланс тепла принято составлять по от­ дельным зонам. Например, один баланс для зоны подогрева и об­ жига при определении расхода топлива, второй для зоны охлажде­ ния при определении расхода воздуха на охлаждение, принятого в этом балансе также за неизвестную величину. Для печей периоди­

102

ческого действия однокамерных баланс тепла составляют по от­ дельным периодам обжига ввиду переменного расхода топлива в них.

При проектировании тепловых установок рекомендуется также составлять материальный баланс, основанный на законе сохране­ ния массы вещества: сумма массы веществ, вступающих во взаимо­ действие, равна сумме массы веществ, образующихся в результате тепловой обработки. Материальный баланс составляют по резуль­ татам технологического и теплового расчетов, он служит подтверж­ дением правильности полученных в них величин, в частности, рас­ хода топлива, количества образовавшихся продуктов. При тепло­ технических испытаниях действующих тепловых установок произ­ водятся замеры массы (веса) взаимодействующих и получаемых в результате теплообработки материалов. В этом случае данные ма­ териального баланса служат основой для всех теплотехнических расчетов, связанных с установлением технико-экономических пока­ зателей работы испытываемых установок. Пример составления ма­ териального баланса приведен в расчете вращающейся печн для обжига цемента.

Общая форма баланса тепла для зоны обжига и подогрева шахтных и вращающихся печей на 1 ч работы печи.

Часовой приход тепла (кдж)ч). 1 . От сгорания топлива

Я і — Q HB 4,

где Qup— теплота сгорания топлива, кдж!кг\ Вч— часовой расход топлива, принятый за неизвестную величину, кг/ч.

2. С воздухом, поступающим на горение,

Я і = В ч Ѵ Bc J B,

где Ѵв — объем воздуха, необходимый для горения 1 кг топлива при значении коэффициента избытка воздуха в зоне горения; при­ нимают из расчета горения топлива; если в расчете горения расход воздуха получен в массовых единицах, то в формуле при подста­ новке массы воздуха теплоемкость его также принимается мас­ совой; св — объемная теплоемкость воздуха, кдж/м3-°С; ta — темпе­ ратура воздуха при входе в зону горения, °С.

3.С топливом, поступающим на горение,

Яз — В 4cTtT,

где ст— теплоемкость топлива, для высоковязких мазутов может быть принята ст=2,05 кдж/кг-°С, для газообразного топлива — в зависимости от его температуры и состава; tT— температура топ­ лива, поступающего на горение, °С.

Твердое топливо обычно не подогревают, и эта статья баланса при его сжигании мо'жет не учитываться.

103

Часовой расход тепла (кдою/ч). А. Полезный.

1. На химические реакции в материале при его обжиге

Чі==?ХІІМ^Ч>

где <7 хнм — расход тепла на химические реакции с учетом экзотер­ мических процессов на 1 кг обожженного материала, кдж\ G4— ча­ совая производительность печи по массе обожженного материала, кг/ч.

Тепло, затраченное на химические реакции при обжиге, может быть принято по данным табл. 39.

2 . На нагрев материала до конечной температуры обжига. статью баланса принимают в расчет в том случае, если расход теп­ ла на нагрев материала не учтен в расходе тепла на химические реакции:

Чг= G 4cM{tK- Q .

где G4 —часовая производительность печи по обожженному мате­ риалу, кг/ч; см — теплоемкость обожженного материала, кдж/кгХ Х°С; начальная и конечная температуры материала при обжиге, °С.

3. На испарение влаги из необожженного материала и перег паров до температуры отходящих газов

^ 3 = 0 ^ ( 2 4 8 7 + 1,96^.г),

104