Способ увеличения КПД холодильника

Способ увеличения КПД холодильника

Исходные данные

Состав топлива - мазут

C^р H^р S^р N^р A^р W^р

85 14,5 0,21 0,29 - -

Состав сырья:    Al₂O₃%       ППП_С%     W_шл     3,55 34,28         36   

Минералогический состав %: C₃S           C₂S   C₃A C₄AF  68  13 5 14

Печь:

Размеры:3,6127 м

Производительность 19,1 т / ч

Параметры работы:

1.     температура отходящих газов при мокром способе 210^ОС

температура клинкера на выходе из холодильника 250⁰С

температура клинкера на выходе из печи 1300 ^ОС

температура корпуса холодильника 350 ^ОС

2.     степень очистки газов в электрофильтрах 99%

3.       температура окружающей среды +15 ^ОС

.        температура сырьевой смеси +15 ^ОС

. коэффициент избытка воздуха α=1,11  

6. объём воздуха на охлаждение 3,2

. температура корпуса печи и коэффициент теплоотдачи

. пылевынос общий 10%

Степень улавливания 95% пыли фильтрами.

Холодильник рекуператорный

Введение

В цементной промышленности для окончательного охлаждения клинкера после выхода его из зоны охлаждения вращающейся печи применяют холодильники. Режим охлаждения клинкера оказывает влияние на фазовый и минералогический его состав и поэтому может рассматриваться как составная часть технологического процесса обжига клинкера. Клинкер охлаждают воздухом, поступающим во вращающуюся печь для сжигания топлива. Следовательно, холодильники клинкера выполняют роль тепловых утилизаторов и повышают тепловую эффективность печного агрегата.

В промышленности применяются следующие типы клинкерных холодильников: барабанные, рекуператорные и колосниковые.

Рекуператорный холодильник представляет собой барабаны каждый диаметром 1,3 м и длиной 6 м, которые закреплены на кожухе печи. В горячей части, куда поступает клинкер из печи, рекуператоры отфутерованы броневыми жаростойкими плитами из чугуна. Для интенсификации процесса охлаждения плиты имеют выступающие ребра, которые усиливают перемешивание клинкера. В разгрузочной части рекуператоры снабжены полками для интенсивного пересыпания клинкера по высоте рекуператора. Иногда к полкам подвешивают короткие цепи, которые дополнительно улучшают процесс охлаждения. Рекуператоры соединены с печью с помощью патрубков из жароупорного чугуна. Охлажденный клинкер из рекуператоров разгружается через боковые отверстия с колосниками, когда они находятся в нижнем положении.

1. Расчет горения топлива

1.1 Теплота сгорания топлива

Состав мазута.

Мазут сжигается с коэффициентом избытка воздуха a =1,11

Q^р_н=339·С^р +1030·Н^р -108,9(O^p-S^p)-25·W^p, кДж/кг т

Q^р_н=339·85 +1030·14,5 -108,9(0,21-0)-25·0=46322,87 кДж/кг т

1.2    Теоретический объем воздуха, необходимый для горения топлива

L^о_в=0,0889·С^р+0,265·Н^р-0,0333(O^p-S^p), м³/кг т  ^о_в=0,0889·85+0,265·14,5-0,0333(0-0,21)=11,4 м³/кг т 5

Теоретический массовый расход воздуха G_в^о, кг/кг т:

G_в^о=1,293· L^о_в, кг/кг т

G_в^о=1,293·11,4=14,7 кг/кг т

1.3    Действительный расход воздуха находим по формуле

L^д_в = α·L^о_в, м³/кг т ^д_в =1,11·11,4=12,65 м³/кг т

где a - коэффициент избытка воздуха, для жидкого топлива принимаем a =1,11

Действительный массовый расход воздуха G_в^д, кг/кг т

G_в^д=1,293· L^д_в, кг/кг т

G_в^д=1,293· 12,65=16,36 кг/кг т

1.4    Выход продуктов сгорания топлива

₂=0,0186·С^р, м³/кг т ₂=0,01855·85=1,58 м³/кг т о₂=0,007·S^p, м³/кг т о₂=0,007·0,21=0,0015 м³/кг т н₂o=0,112·Н^р+0,0124·W^p , м³/кг тн₂o=0,112·14,5+0,0124·0=1,624 м³/кг т_N2=0,008·N^р+0,79·L^д_в, м³/кг т _N2=0,008·0,29+0,79·12,65=9,996 м³/кг т

L^избo₂=0,21(a-1)·L⁰_в, м³/кг т

L^избo₂=0,21(1,11-1)·11,4=0,26 м³/кг т

Общий объём продуктов горения.

Lп.г.= Lco₂+ Lн₂о+ Lso₂+ L_N2+ L^избo₂ , м³/кг т

Lп.г= 1,58+1,624+0,0015+9,996+0,26=13,46 м³/кг т

1.5    Массовый выход продуктов горения топлива

_СО2=1,977·Lco₂, кг/кг т_СО2=1,977·1,58=3,12        кг/кг т

G_Н2О=0,805·Lн₂o, кг/кг т

G_Н2О=0,805·1,624=1,31 кг/кг т

G_N2=1,251·Ln₂, кг/кг т

G_N2=1,251·9,996=12,5 кг/кг т

G_О2=1,429·L^избo₂, кг/кг т

G_О2=1,429·0,22=0,31 кг/кг т

G п.г.= G_СО2+ G_Н2О+ G_N2+ G_О2, кг/кг т

G п.г.=3,12+1,31+12,5+0,31=16,28 кг/кг т

Материальный баланс горения топлива представлен в таблице 1

2. Материальный баланс печи

.1 Расходные статьи материального баланса

Расход топлива

Принимаем расход топлива за х_Т, массовый расход мазута.

Расход сырья

Теоретический расход сухого сырья

, кг/кг кл.

где ППП_С - потери при прокаливании сырья ППП_С=34,28%

, кг/кг кл.

Расход сухого сырья с учетом общего пылеуноса

, кг/кг кл.

где - процент безвозвратного пылеуноса, принимаем 10%.

 кг/кг кл.

Расчет сухого сырья с учетом безвозвратного пылеуноса

, кг/кг кл.

, кг/кг кл

, кг/кг кл

Расход сырьевой смеси.

 кг/кг кл.

где W^C - влажность сырьевого шлама, %. W^C=36,0%

 кг/кг кл.

Расход воздуха на горение топлива

G_в= G_в^перв+ G_в^втор, кг/кг кл

Расчет первичного воздуха для горения топлива G_в^перв, кг/кг кл.:

G_в^перв=к · G_в= к· G_в^д·х_Т

G_в^перв=0,32·16,36· х_Т =5,24· х_Т

Расчет вторичного воздуха для горения топлива G_в^втор, кг/кг кл.:

G_в^втор=(1-к) · G_в=(1-к) · G_в^д· х_Т, кг/кг Кл.:

G_в^втор=(1-0,32)·16,36· х_Т=10,12· х_Т

G_в=5,24· х_Т+10,12· х_Т=15,36· х_Т

Возврат пыли в печь для печей мокрого способа производства , кг/кг кл.:

, кг/кг кл

=, кг/кг Кл

Сумма расходных статей материального баланса G_расх, кг/кг кл:

G_расх=G_т+ G_в+ G_шл+, кг/кг кл

G_расх= х_Т +15,36· х_Т+2,398+0,161=16,36· х_Т+2,546, кг/кг кл

Приходные статьи материального баланса

Выход клинкера

G_кл = 1кг

Выход отходящих газов G_ог, кг/кг кл.:

G_ог=G_пг^т+G_г^с,

где G_пг^т - масса продуктов сгорания топлива, кг/кг кл.;

G_г^с - масса газов, выделившихся из сырьевой смеси при обжиге клинкера, кг/кг кл.

Выход продуктов сгорания топлива G_пг^т, кг/кг кл.:

G_пг^т=G_CO2^T+G_H2O^T+ G_N2^T+G_O2^T;_CO2^T =G_СО2· х_Т;_CO2^T=3,12· х_Т , кг/кг кл._H2O^T =G_H2O· х_Т;_H2O^T =1,31· х_Т, кг/кг кл._N2^T =G_N2· х_Т;_N2^T =12,5· х_Т, кг/кг кл._O2^T =G_O2· х_Т;_O2^T =0,31· х_Т, кг/кг кл._пг^т=16,28· х_Т, , кг/кг кл.

Выход газов, выделившихся из сырьевой смеси при обжиге клинкера G_г^с, кг/кг кл.:

G_г^с=G_Н2О^ф+ G_Н2О^г+ G_СО2^с

Выход гидратной влаги

, кг/кг кл.

 кг/кг кл.

Выход физической воды при сушки сырья

, кг/кг кл.

, кг/кг кл.

Выход углекислого газа из сырьевой смеси ,кг/кг кл.:

,кг/кг кл

 кг/кг кл

Выход отходящих газов из печи

, кг/кг кл.

G_ог=16,28· х_Т +0,502+0,0189+0,8596=16,28+1,3805

Количество уносимой газами пыли (общий пылеунос) , кг/кг кл.:

, кг/кг кл.

, кг/кг кл.

Итого сумма приходных статей материального баланса цементных печей мокрого способа производства G_прих, кг/кг кл.

, кг/кг кл.

G_прих=1+16,28+1,3805+0,169=16,28+2,5495, кг/кг кл.

Результаты расчета приходных и расходных статей предварительно материального баланса сводим в таблицу

Таблица 2

3. Тепловой баланс холодильника

3.1    Приход тепла

Энтальпия клинкера на входе

= 1000 ^ОК

 = 1 кг

=0,897, кДж/(м³·ºС)

 кДж/кг

Энтальпия воздуха на охлаждение

=, м³/кг

=167,39, кДж/кг

3.2 Расход тепла

Энтальпия клинкера на выходе

=328,16, кДж/кг

Энтальпия избыточного воздуха для рекуператорного холодильника

, кДж/кг

Потери тепла в окружающую среду

 кДж/кг

F=π·d·l·n=3,14·6·1,4·10=263, м²

a=(3,5+0,062·t_к) ·4,19, кДж/(м²·ч·ºС)

a=(3,5+0,062·350)·4,19=105,59, кДж/(м²·ч·ºС)

 кДж/кг

клинкерный холодильник сгорание печь

Потери со вторичным воздухом

=167,39·х_Т-+353,87,кДж/кг

Тепловой баланс холодильника представлен в таблице 3.

4. Тепловой баланс печи

4.1    Приходные статьи

Теплота сгорания топлива.

 кДж/кг кл

 кДж/кг кл

Тепло вносимое сырьевой смесью

 кДж/кг кл

 кДж/кг кл

Приход теплоты с топливом

 кДж/кг

Приход теплоты с воздухом, идущим на горение топлива, кДж/кг кл

, кДж/кг кл

с пылевозвратом , кДж/кг кл

 кДж/кг

 кДж/кг

Итого сумма приходных статей теплового баланса , кДж/кг кл.

4.2    Расходные статьи

Тепловой эффект клинкерообразования (ТЭК)

Расход теплоты на дегидратацию глинистых минералов , кДж/кг кл

, кДж/кг кл

, кДж/кг кл

Расход теплоты на диссоциацию карбонатов , кДж/кг кл

, кДж/кг кл

Приход теплоты в результате экзотермических реакций образования клинкерных минералов , кДж/кг кл

, кДж/кг кл

, кДж/кг кл

Расход теплоты на испарение физической влаги сырья , кДж/кг кл

, кДж/кг кл

Потери тепла с отходящими из печи газами

Потери тепла с клинкером выходящем из печи , кДж/кг кл

, кДж/кг кл             

Потери тепла с выносимой из печи пылью , кДж/кг кл

, кДж/кг кл

Потери тепла через корпус печи в окружающую среду

 кДж/кг кл=pDпL=3,143.6127=1435.6 м²

I зона  кДж/кг кл

II зона кДж/кг кл

III зона кДж/кг кл

IV зона кДж/кг кл

=1140,397кДж/кг кл.

Материальный баланс теплового агрегата

Невязка:

Тепловой баланс теплового агрегата

Тепловой баланс холодильника

5. Основные теплотехнические характеристики печи

Тепловой коэффициент полезного действия

Технологический коэффициент полезного действия

Тепловая мощность печи

,кВт

, кВт

Удельный расход условного топлива

КПД охлождения

Для увеличения  уменьшаем  до 150ºС, потери в окружающую среду до 300 кДж/кг кл и тогда:

Энтальпия клинкера на выходе

=196,905, кДж/кг

 кДж/кг

Тепловой баланс холодильника

Приход теплоты с воздухом, идущим на горение топлива, кДж/кг кл

, кДж/кг кл

Итого сумма приходных статей теплового баланса , кДж/кг кл.

Тепловой баланс теплового агрегата

Тепловой баланс холодильника

Тепловой баланс теплового агрегата

Тепловой коэффициент полезного действия

Технологический коэффициент полезного действия

Тепловая мощность печи

,кВт

, кВт

Удельный расход условного топлива

КПД охлождения

6. Аэродинамический расчет

Объем газообразный продуктов на выходе из печи.

м³/кг.кл.

где

Vог - выход отходящих газов из печи м³/кг.кл.

tо.г. - температура отходящих из печи газо.

а)  м³/кг. кл.

б)  м³/кг.кл.

а)

а)

Объем газообразных продуктов перед дымососом увеличивается за счет подсосов воздуха и составит

V_дым= V_ПГ1,8 , м³/ч

а) V_дым= 114547,21,8=206184,96 м³/ч

б) V_дым= 111183,41,8=200130,12 м³/ч

Аэродинамическое сопротивление

DР=DР_П+DР_П.К,+ DР_э.ф.+ DР_ГАЗ

где DР_П - сопротивление печи, Па

 м/с

а) м/с

б) м/с

 кг/м³

а) кг/м³

б) кг/м³

а)

б)

DР_П.К - гидравлическое сопротивление пыльной камеры 80¸120 Па принимаем 100 Па

DРэ.ф. - гидравлическое сопротивление электрофильтров 200 Па

DРгаз. - гидравлическое сопротивление газоходов 150¸200 Па принимаем 160 Па

а) DР=451,712+100+160+200=911,712 Па

б) DР=513,777+100+160+200=973,777 Па

4.3 Мощность потребляемая дымасосом

где    К коэффициент запаса мощности К=1,1¸1,2 принимаем К=1,16

а)

б)

Подбираем дымосос типа Д - 20

Техническая характеристика

Производительность в м³/ч; 576000

Напор кПа; 1,5

Частота вращения об/мин; 740

Заключение

При увеличении КПД рекуператорного холодильника на Теплоозерском заводе расход топлива снижается с 240,152 до 228,452 кут/т.кл.

Это достигается за счет того, что уменьшаем  с 210 до 150ºС. В следствие чего снижаются потери в окружающую среду с 487 до 300 кДж/кг кл, соответственно энтальпия клинкера на выходе и энтальпия вторичного воздуха уменьшаются..

Технологический КПД печи увеличивается с 25,77 до 27,08%

Тепловой КПД печи увеличивается с 56,306 до 59,19%

КПД охлаждения увеличивается с 32,32 до 59,98%

Предложенный способ замены КПД холодильника эффективен, т.к. снижается расход топлива и, следовательно, снижается расход тепла на получение клинкера.

Литература

1.     Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев «Химическая технология вяжущих материалов» М., Высшая школа, 1980

2.       П.В. Левченко «Расчет печей и сушил силикатной промышленности» М.: Высшая школа,1968

.        Проектирование цементных заводов. Под ред. П.В.Зозули.-СПб.:Изд-во «Синтез», 1995

.        И.А. Булавин, И.А. Макаров, А.Я. Рапопорт, В.К. Хохлов «Тепловые процессы в технологии силикатных материалов»М, Стройиздат, 1982