книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов
..pdfгы |
активной зоны |
является |
расчетная |
зависимость |
|||
В .М . Д ем ентьева: |
|
|
|
|
|
|
|
|
f>a |
= 6 ,2 |
|
|
|
|
( 3 9 ) |
|
Однако, как отм еч а ет сам автор, эта |
|
формула |
||||
дает заниженный результат, так как выведена |
она |
||||||
для |
случая равномерного распределения |
|
|
псевдо |
|||
ожижающего агента и не учитывает струйный |
ха |
||||||
рактер дутья, определяемый |
конструкцией |
|
|
га зо - |
|||
распределительной |
решетки* |
При учете |
|
струйного |
|||
характера дутья очевидно, что какая-то доля |
объе |
||||||
ма над отверстием дутьевой решетки не |
|
|
будет |
||||
участвовать в теплообмене и тем самым |
|
высота |
|||||
активной зоны слоя как бы растягивается. |
Оцени |
||||||
вая |
величину холостой зоны |
X^ над |
отверстиями |
||||
по |
зависимости Н .А. Шаховой [1 1 1 ] для |
|
расчета |
||||
длины вертикально пустого факела при |
|
истечении |
|||||
струй в кипящий слойл В .М . Дементьев |
|
предложил |
|||||
следующую приближенную зависимость для |
опреде |
||||||
ления величины: |
|
|
|
|
|
|
|
|
х' ~ |
го* ‘ |
к |
№ |
|
|
|
(40> |
||
|
Таким образом, суммарная высота зоны, |
|
где |
||||||||
сверш ается теплообмен, |
будет складываться |
из |
|||||||||
^ысот холостой |
зоны |
|
, определяемой |
по |
форму- |
||||||
ie |
(4 0 ), |
и активной |
Ла , |
определяемой |
по |
форму |
|||||
ле |
( 3 9 ) , |
т.е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4 1 ) |
|
Например, для охлаждения извести с |
размерами |
|||||||||
частиц 5 мм до температуры |
3 0 0 С по |
|
форму |
||||||||
лам ( 4 1 ) |
и ( 4 0 ) |
суммарные |
значения |
Х+ и |
ht% |
||||||
составят 1 8 0 - 2 0 0 м м . С |
уменьшением |
|
размера |
||||||||
обрабатываемых |
частиц, |
согласно формулам |
|
(3 9 ) |
|||||||
и |
( 4 0 ) , вы сота |
активной |
зоны теплообмена |
|
будет |
||||||
уменьш аться. Для |
керамзитового песка, |
в |
|
част |
ности, величина активной зоны теплообмена |
не. |
||
превышает 1 0 0 - 1 2 0 мм. |
|
|
|
Высота активной зоны теплообмена при |
сжига |
||
нии газообразного, топлива непосредственно |
в |
ки |
|
пящем слое материала зависит от способа |
|
додачи |
|
газообразного топлива и воздуха в слой. |
Установ |
||
лено, что при |
равномерной подаче в сдой |
га эов оз- |
|
душной смеси |
пик температуры находится |
|
вблизи |
решетки. Это хорошо подтверждено экспериментами
Н.И. Сыромятникова и Г.К, Рубцова |
[1 0 2 ] |
и |
|
Н.В. Антонишина и С .С . Забродского |
[ 2 ] . В |
ука |
|
занных работах установлено, что при подаче |
в |
||
слой газовоздушной смеси максимальная |
темпе |
||
ратура горения находитсяна расстоянии 1 0 |
мм о т |
||
решетки. Н.В. Харченко и К .Е . Махорин |
устано |
||
вили, что природный |
га з полностью сгор ает |
на |
|
высоте 3 0 - 4 0 мм |
от решетки. |
|
|
При подаче в кипящий слой газа |
газовоздуш ной |
смеси отдельными струями характер процесса отли
чается от описанного.. Так, |
Н .В. |
Антонишин |
и |
||
С .С . Забродский при подаче |
газа |
отдельными |
стру |
||
ями установили, что максимальную |
температуру |
||||
горения топлива можно расположить на |
расстоянии |
||||
8 0 мм от решетки. В .М . Дементьев с |
соавторами, |
||||
изучая сжигание подготовленной |
метановоздушной |
||||
смеси в промышленной печи |
кипящего |
слоя, |
об о р у |
||
дованной горелками с выходным |
сечением 3 ООО ммо |
||||
наблюдали расположение пика температур |
продук |
||||
тов горения по оси горелки |
на высоте |
4 5 0 м м . |
|||
Этот сдвиг фронта горения |
определяется |
|
разви |
тием струи и отсутствует по центру факела, доста
точного для зажигания смеси количества |
раскален |
||
ных частиц, т.е, главным фактором, |
определяющим |
||
положение пика температур, является |
аэродинамика |
||
струи. Поэтому изучение истечения струи |
га за |
и |
|
воздуха в кипящий слой имеет решающее |
значение |
||
при расчете и конструировании печей |
|
кипящего |
|
слоя для осуществления высокотемпературных |
эн |
||
дотермических процессов. |
|
|
|
Таким образом, для более точного по |
сравне |
||||||
нию с |
формулой |
( 4 i ) определения |
минимальной |
||||
высоты кипящего слоя необходимо учесть |
длину |
||||||
факела струи |
Х+% вы соту активной |
зоны |
тепло |
||||
обмена продуктов горения |
со слоем Аа и |
высоту |
|||||
зоны |
горения |
hr |
. Тогда |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
(4 2 ) |
С ледует отм етить, |
что при сжигании |
топлива непо |
|||||
средственно в кипящем слое материала |
активная |
||||||
зона теплообмена несколько сливается с зоной |
го |
||||||
рения. П оэтому раздельное определение |
значений |
||||||
указанных величин имеет несколько условный |
ха |
||||||
рактер. |
|
|
|
|
|
|
|
В промышленных условиях рабочая высота кипя |
|||||||
щего слоя должна быть больше расчетной, |
вычис |
||||||
ляемой по формуле |
(4 2 ). |
Соблюдение |
условия |
/%Л> |
|||
> |
обеспечивает |
полное |
завершение |
горения |
га |
||
за и процесса теплообмена в пределах слоя. |
В |
||||||
этих случаях в области слоя, находящейся |
|
выше |
|||||
Н л | |
температура газов и материала выравнивается, |
что является характерным признаком смешивающего
теплообменника. П оэтому по аналогии со |
смеши |
||||||
вающими |
теплообменниками |
тепловой расчет |
печей |
||||
кипящего |
слоя необходимо |
вести |
по |
уравнениям |
|||
теплового |
баланса. |
|
|
|
|
|
|
Главной задачей расчета печей для производства |
|||||||
строительных материалов обжигом в кипящем |
слое |
||||||
является определение размеров печи для |
|
задан |
|||||
ных условий. Возмож ен и вариант расчета, |
|
при |
|||||
котором для заданного размера печи и |
|
техноло |
|||||
гического |
процесса |
определяют |
производительность |
||||
установки. В обоих |
вариантах расчета |
на |
основа |
нии накопленных данных для каждого технологичес
кого процесса принимается определенная |
аппара |
турная схем а печной установки. Возможные |
вари |
анты аппаратурной схем ы печной установки |
для |
обжига со вспучиванием глинистых вулканических и тому подобных пород в кипяшем слое приведены на рис. 1 9 .
2.РАСЧЕТ ПЕЧИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ ДЛЯ ОБЖИГА ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМЗИТОВОГО ПЕСКА
Для расчета принята схем а установки, |
изобра |
||
женная на рис. 5 7 , |
которая состоит из |
двухзон |
|
ной печи кипящего |
слоя, футерованного циклона |
и |
холодильника кипящего слоя. В холодильнике проис ходит частичное охлаждение материала, окончатель
ное охлаждение производится при пневмотранспор |
|
тировании. Холодильник выполняет также роль |
гид |
розатвора, позволяющего с верхнего уровня |
слоя |
свободно выгружать материал. Отходящие |
га зы из |
зоны обжига печи после осаждения из них |
пы ле- |
Рис. |
5 7 . Аппаратурная схем а уста |
|||
новки кипящего слоя |
для |
обжига |
||
|
глинистого |
сырья |
|
|
1 - циклон зоны термоподготов |
||||
ки; 2 |
- зона |
термоподготовки; 3 - |
||
зона |
обжига; |
4 - футерованный цик |
||
лон; |
5 - холодильник-гидрозатвор |
видных фракций готового продукта подаются в зону
термоподготовки. Перед поступлением в |
|
футеро |
|||||||
ванный циклон отходящие газы из зоны |
|
обжига |
|||||||
смешиваются с холодным воздухом . Это |
позволяет |
||||||||
снизить |
температуру |
газов, подаваемых |
в |
|
зону |
||||
термо подготовки, до |
технологически |
требуемой |
ве |
||||||
личины, |
а |
также облегчить работу |
футерованного |
||||||
циклона |
в |
тепловом |
отношении. Осажденная |
|
пьшь |
||||
из отходящих |
газов |
после зоны |
термоподготовки |
||||||
возвращается |
в зону |
обжига печи. В |
качестве |
сы |
|||||
рья принята глина Смыш ляевского |
|
месторождения. |
|||||||
Гранулометрический |
состав сырца |
и |
керамзитового |
||||||
песка соответствует |
составам , получаемым |
в |
про |
||||||
мышленных условиях |
при подготовке |
сырца |
сухим |
||||||
способом |
и обж иге его в печах кипящего слоя. |
|
|||||||
|
|
Исходные данные для |
расчета |
|
|
Химический состав глины
на сухую массу, %;
s « q . . . . |
|
At2Oa-------- |
|
. |
6,18 |
F e O ______ . |
1,26 |
T iO . . . . . |
0,72 |
C a O ______ . |
2,35 |
M gO -------- . |
3 ,5 9 |
s o 3 -------- , |
0,41 |
КгО . . . . . |
2,3 |
NazO . . . . . |
0,15 |
Потери при прокаливании, % |
9,27 |
|
в том числе: |
|
|
С 0Л |
от диссоциации CaCQj |
1,85 |
2 |
|
|
СО |
от диссоциации M gC04. . . . |
3,95 |
2 |
|
|
гидратная вода • • • |
3,47 |
Фракционный состав |
глинистого |
|
|
|
|||||||||
сырца, |
%: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
более |
5 |
мм |
|
|
|
|
............... |
|
|
5 |
|||
2 .5 - |
5 |
м м |
...................................... |
|
|
|
|
, |
17 |
||||
1 .2 - |
2,5 |
м м |
...................................... |
|
|
|
|
|
1 S |
||||
0 ,6 - 1 ,2 |
м |
м |
, |
, |
, , |
, ......................... |
1 8 |
||||||
0 ,3 - 0 ,6 |
мм |
|
|
|
|
|
|
|
1 7 |
||||
0 ,1 5 -0 ,3 |
мм |
|
|
|
|
|
|
13 |
|||||
менее |
О Д 5 |
мм .................................... |
|
|
|
|
|
1 2 |
|||||
Насьшная масса |
глинистого |
сырца, |
|
|
|||||||||
к г / м ........................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
Остаточная влажность глинистого |
|
|
|||||||||||
сырца, % |
......................... |
|
|
|
|
|
....................... |
|
|
... |
|
з |
|
Фракционный состав |
песка, |
%: |
|
|
|
||||||||
более |
5 |
мм |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|||
2 .5 - |
5 |
мм |
.......................................... |
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|||
1 . 2 - |
2,5 |
м м |
.......... |
|
.................... |
|
... |
, |
2 3 |
||||
0 ,6 - 1 ,2 |
мм |
♦ |
|
|
|
|
|
|
18 |
||||
0 ,3 —0 ,6 |
мм |
|
|
|
|
|
|
|
17 |
||||
0 ,1 5 - 0 ,3 |
м м ..................... |
|
|
|
... |
|
|
18 |
|||||
менее |
0 ,1 5 |
м м |
............... |
|
^ ................. |
|
7~ |
||||||
Насыпная |
|
масса |
песка, |
кг/м , |
, , |
, # |
559 |
||||||
Производительность |
по |
готовой |
про |
|
|||||||||
дукции, |
м |
/ г .................................... |
|
|
|
|
|
... |
, |
, |
5 0 0 0 0 |
||
Топливо - |
природный га з с |
теплотвор |
|
||||||||||
ной способностью |
|
Q P ,ккал/ма |
|
|
8 5 0 0 |
||||||||
Р асход |
воздуха |
п р ^ коэффициенте |
и з |
|
|||||||||
бытка |
|
|
л = 1 ,2 |
м |
/м |
|
|
|
|
1 1 ,4 |
|||
Выход |
продуктов |
сгорания |
при |
|
|
|
|||||||
Я =1 ,2 |
|
м |
/м |
, |
• |
................................. |
|
|
|
|
1 2 ,6 |
||
Теплота |
реакций, |
ккал/кг: |
|
|
|
|
|||||||
гидратной |
воды |
. , |
|
|
|
|
1 1 5 0 |
||||||
диссоциации |
MgCOj*...................... |
|
... |
• |
1 9 5 |
||||||||
диссоциации СаС0А, |
|
|
|
4 0 0 |
|||||||||
Теп ло, затрачиваемое на вспучивание |
|
||||||||||||
глины, |
ккал/кг |
|
|
|
|
|
|
|
1 0 0 |
||||
Температура |
обжига, |
С . |
|
|
|
1050 |
Температура, |
подаваемого материа |
|
|
|
||||||||
ла, |
С |
................................. |
|
|
|
* |
..................... |
|
|
|
|
|
Температура, подаваемого га за и |
|
|
|
|
||||||||
воздуха, |
С . ............................................ |
|
|
|
|
2 0 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
Материальный баланс |
|
|
|
||||
При составлении |
материального |
баланса, |
при |
|||||||||
нято, |
что: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 ) |
удаление |
всей |
остаточной влаги |
полностью |
||||||||
происходит |
в зоне термоподготовки; |
|
|
|
||||||||
2 ) |
унос |
пыли из |
зоны |
термоподготовки |
опреде |
|||||||
ляется |
присутствием |
фракции материала |
разм ером |
|||||||||
м енее |
0 ,1 5 |
мм (7 % ) и незначительным |
|
истира |
||||||||
нием |
материала; |
|
|
|
|
|
|
|
||||
3 ) |
унос |
мелкой фракции керамзитового |
песка |
|||||||||
из зоны обжига состав ляет 20% ; |
|
|
|
|
||||||||
4 ) |
в |
зоне охлаждения |
истирание |
песка не про |
||||||||
исходит; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 ) |
коэффициент осаждения |
пыли |
из |
отходящ их |
||||||||
газов |
|
в циклонах-зоны термоподготовки |
и |
обж ига |
||||||||
равен |
0 ,8 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Зона |
термоподготовки |
|
|
|
|||
Приход: |
|
G , |
кг/ч |
|
|
|
|
|
|
|
||
Удаление |
влаги |
0 ,0 8 |
в у кг/ч |
|
|
|
|
|
||||
Унос |
пыли |
0 ,9 2 £ |
0 ,0 7 = 0 ,0 6 4 5 £ 1 |
кг/ч |
|
|
||||||
Выход |
материала из |
зоны |
- 0 , 8 5 5 5 £ , кг/ч |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Зона обжига |
|
|
|
|
|||
Приход: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
из |
зоны |
термоподготовки |
- 0 , 8 5 5 5 £ |
кг/ч |
|
|||||||
из |
|
циклонов |
зоны |
термоподготовки - 0 , 0 6 4 5 £ |
0 ,8 = |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 ,0 5 1 5 £ |
к г / ч |
В с е г о |
0 ,9 0 7 £ кг/ч |
Расход: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
потери при прокаливании |
- |
0 ,9 0 7 5 * 0 ,0 9 2 7 |
= |
||||||
|
|
|
|
= 0 ,0 8 4 5 |
кг/ч |
|
|||
унос мелких фракций |
песка |
0 ,9 0 7 5 * 0 ,2 |
= |
|
|||||
|
|
|
|
=0,1815 |
кг/ч |
|
|||
|
В с е г о |
|
0 ,2 6 5 5 кг/ч |
|
|||||
Итого выход материала: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
из слива печи |
|
|
- 0 ,6 4 2 5 |
кг/ч |
|||||
из футерованного циклона |
- |
0 ,1 8 1 5 * 0,8 |
= |
||||||
|
|
|
|
|
0 ,1 4 4 5 |
кг/ч |
|||
|
В с е г о |
|
0 ,7 8 6 5 |
|
кг/ч |
||||
В |
холодильнике никаких изменений |
м ассы |
м ате |
||||||
риала не происходит» П ы ль, оставшаяся в |
отходя |
||||||||
щих га за х из зоны обжига после |
футерованного |
||||||||
циклона, смешивается с тонкодисперсной |
пылью |
||||||||
зоны |
термоподготовки» |
Ч а сть |
этой пыли |
улавли |
|||||
вается в батарее циклонов и возвращ ается |
в |
зон у |
|||||||
обжига печи, а остальная часть улавливается |
в |
||||||||
электрофильтрах* Ввиду |
того, |
что в |
|
уловленной |
|||||
пыли в электрофильтрах содержится также |
не обож |
||||||||
женный материал, целесообразно ее |
использовать |
||||||||
для опудривания сырцовых гранул на |
технологичес |
||||||||
кой |
линии по производству |
керамзитового гравия. |
|||||||
На основании данных |
|
материального |
баланса |
||||||
определяем производительность печи по глинистом у |
|||||||||
с ы р ц у ^ 5 (0 0 0 0 Гн |
50000 |
g50 |
|
= 4700 кг/ч, |
|||||
|
0,786л |
|
|||||||
|
0,786 • |
7450 |
|
|
|
||||
где |
п - число часов |
работы печи |
в |
|
году, |
||||
|
принимается |
равным 7 4 5 0 , |
что со |
||||||
|
ответствует коэффициенту |
и сп оль |
|||||||
|
зования |
оборудования |
0 ,8 5 » |
|
|
Определение рабочей скорости газов
С целью определения рабочей скорости псевдо-*
ожижающего агента вначале для каждой |
зоны |
печи |
|
и холодильника определяю т критическую |
скорость |
||
псевдоожижения по формуле |
( 8 ) . Полученное |
зна |
|
чение критической скорости |
необходимо |
привести к |
условиям дутья_ путем умножения на температурный
фактор (-2-^ 1 |
, а значение рабочей |
скорости |
газов вычисляют |
путем умножения |
критической |
скорости псевдоожижения на число псевдоожижения*
На основании накопленных |
экспериментальных |
||||||||
данных число псевдоожижения для зоны |
обж ига |
||||||||
следует принимать |
равным |
в |
пределах |
2 ,5 - 3 ,5 , а |
|||||
для зоны термоподготовки и холодильника |
в |
пре |
|||||||
делах |
2 - 2 ,5 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
Эквивалентный диаметр |
и максимальный |
диа |
|||||||
м етр зерен вычисляются по |
формулам |
(З а ) и ( 3 6 ) . |
|||||||
|
Зона |
термоподготовки |
|
|
|||||
Эквивалентный |
диаметр |
зерен: |
|
|
|
|
|||
|
i-n |
- |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
I |
I I |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
0 .1 7 + 0 Л . 8 + 0 . 1 8 |
+ |
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
3 ,4 3 |
1 ,7 |
|
^ 3 5*1 |
|
|
+ о д 7 |
1 г ' " " ‘ |
= 0 ,5 |
|
м м . |
|
|
|
|
|
+ 0 ,1 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 ,4 1 5 |
0 ,1 7 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальный диаметр узкой фракции зерен : |
|||||||||
|
/ |
о |
Н |
2 |
' |
/ |
2 |
• 2,5 |
2 |
|
3 / |
2 d f |
|
3 |
/ 2>5 |
|
|||
макс |
U |
*2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
5 |
+ |
2 ,5 |
|
= 3 ,4 3 |
мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Критерий Архимеда |
|
|
|||
,3 |
. А |
- А |
, |
9 .8 1 |
-З ч З |
= |
( 0 . 5 * IQ "*3 ) |
||||
V1 |
|
о |
|
|
|
|
|
^ |
|
(5 3 ,1 |
ю - 6 ) 2 |
1 9 0 0 |
- |
0 ,5 7 |
|
|
|
х_____________ '____
1 9 1 0 .
0 ,5 7
|
Критерий |
Рейнольдса |
|
|
|
|
|
|
|
|
С е = [ o , 0 0 2 l A c ^ j p . ^ 0 ’ 6 ] |
0 ,7 |
|
|
|||||
= jo ,0021 *1910 |
^ |
) 0 ,6 | 0,7 |
|
= 6,9 |
|||||
|
Критическая |
скорость |
псевдоожижения |
при |
за |
||||
данной температуре процесса: |
|
|
|
|
|||||
|
|
лт |
9.9‘w .t-H"6 |
■ 0,62 м/с, |
|||||
|
’ |
0 , 5 - Ю - 3 |
|
|
|
|
|||
|
Критическая |
скорость, |
приведенная |
к |
услови - |
||||
ям |
дутья: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IV < |
|
|
|
2 7 3 |
+ |
2 0 |
0 ,7 3 |
|
|
|
0 ,6 2 |
) |
|
|||||
|
|
( |
+ '3 0 0 |
|
|||||
|
|
|
|
2 7 3 |
|
|
|||
= |
0 ,3 8 м/с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабочая |
скорость газов |
|
|
|
|
|
||
|
IVp - I V y |
W -0 ,3 8 *2 |
= 0 ,7 6 |
м/с. |
|
|
|||
|
На основании аналогичных расчетов для |
зоны |
|||||||
обжига и холодильника величина рабочей |
скорости |
||||||||
газов соответственно составляет 0 ,6 9 и 0 ,7 8 |
м /с. |
Тепловой баланс Зона обжига
Приход тепла:
с материалом из зоны термо подготовки