Тепловой баланс печной установки

Тепло от сгорания топлива:

q_п = V_т· (4.36)

q_п = V_т·8396 ккал/кг кл

Физическое теплосодержание топлива:

q^ф = V_т·c_т·t_г (4.37)

q^ф = V_т·0,385·10 = 3,8·V_т

Теплосодержание сырья:

q_м = ( ·c_м + )·t_м (4.38)

q_м = (1,500·0,22+0,0158)·42 = 14,52 ккал/кг кл

 

Теплосодержание воздуха:

q_в = ·c_в·t_в (4.39)

q_в = (2,9+5,2·V_т)·0,31·20 = 17,98+32,24·V_т ккал/кг кл

Тепловой эффект клинкерообразования:

q_р = 439,3 ккал/кг кл.

Потеря тепла на испарение воды из сырья:

= ·595 (4.40)

= 0,0152·595 = 9,04 ккал/кг кл.

Потери тепла с отходящими газами:

=[( + ) + + +( + ) + c_в] (4.41)

=[(0,986V_т+0,266)0,4535+8,125V_т0,3136+0,196V_т0,3255+

(2,133V_т+0,019)0,3685+5,14V_т0,316]300 = 1641V_т+38,4ккал/кг кл.

Потери тепла с уносом:

q_в = η_эф·0,289·c_пл( - t_пл)+(1 - ɳ_эф)·0,289·c_пл· (4.42)

q_в = 0,98·0,289·0,25·(300 – 45)+(1 – 0,98) ·0,289·0,25·300 = 18,54ккал/кг кл.

0,289 кг/кг кл – количество пыли, уносимой газами из Ι циклона

Потери тепла с клинкером:

q_кл = c_кл·t_кл (4.43)

q_кл =0,188·110 = 20,7 ккал/кг кл

Потеря тепла с воздухом, выбрасываемым из холодильника:

= ·c_в· (4.44)

= (2,9 – 9,756 ·V_т)·0,25·180 =130,5–439,02V_т ккал/кг кл

Потери тепла в окружающую среду:

q_пот = 152 ккал/кг кл

Из уравнения теплового баланса определяю значение V_т:

8396·V_т+3,8·V_т+14,52+17,99+ 32,24·V_т =

439,3+9,4+1641·V_т +38,4+18,54+20,7+161,8-544,4·V_т+152;

7335,44·V_т = 807,6;

V_т = 0,1101нм³/кг кл

Результаты расчётов статей теплового баланса свожу в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 Тепловой баланс

Приход тепла	Расход тепла
Наименование	ккал/кг кл	%	Наименование	ккал/кг кл	%
Тепло от сгора- ния топлива	924,4	96,2	Теоретическое тепло клинкеро- образования	439,3	45,7
Физическое теплосодержание топлива	0,42	0,04	Потери тепла на испарение воды	9,4	0,98
Теплосодержание сырья	14,52	1,5	Потери тепла с отходящими га - зами	219,07	22,79
Теплосодержание воздуха	21,49	2,24	Потери тепла с уносом	18,54	1,93

Продолжение таблицы 4.5 Тепловой баланс

			Потери тепла с клинкером	20,7	2,15
			Потери тепла с воздухом, выб-расываемым из холодильника	101,87	10,6
			Потери тепла в окружающую среду		15,82
Итого	960,56		Итого	960,56

 

Удельный расход тепла:

q_п = V_т·8394ккал/кг кл

q_п = 0,1101·8396= 924,4ккал/кг кл

Физическое теплосодержание топлива:

q^ф = 3,8·V_т

q^ф = 3,8·0,1101 = 0,42 ккал/кг кл

Теплосодержание воздуха:

q_в =17,99+32,24·V_т ккал/кг кл

q_в =17,99 +32,24·0,1101 = 21,49 ккал/кг кл

Потери тепла с отходящими газами:

= 1641·V_т+38,4ккал/кг кл

= 1641·0,1101 +38,4= 219,07ккал/кг кл

Потеря тепла с воздухом, выбрасываемым из холодильника:

=130,5- 439,02·0,1101= 82,16 ккал/кг кл

 

4.4 Расчет воздуха на горение и количество отходящих газов

4.4.1 Количество воздуха

на горение:

V_в = 10,27 ·V_т нм³/кг кл

V_в = 10,27·0,1101 = 1,13 нм³/кг кл

первичного (в размере 25%):

= V_в·0,25 (4.45)

= 1,13·0,25 = 0,28 нм³/кг кл

присасываемого через головку печи (4%):

= 0,545·0,1101 = 0,06 нм³/кг кл

вторичного:

= V_в - - (4.46)

= 1,13 – 0,28 – 0,06 = 0,79 нм³/кг Кл

избыточного, выбрасываемого из холодильника:

= 2,9 - 9,756 ·V_т нм³/кг кл

 

= 2,9 - 9,756·0,1101 = 1,8 нм³/кг Кл

присосанного за печью:

= 5,14·V_т нм³/кг кл

= 4,7·0,1101 = 0,566 нм³/кг кл

 

4.4.1.1 Количество газов на выходе из циклонов Ι ступени

 

углекислоты:

= ·V_т+ (4.47)

= 0,986·0,1101+0,266 = 0,375 нм³/кг кл

азота:

= ·V_т (4.48)

= 8,125·0,1101 = 0,895 нм³/кг кл

избыточного воздуха:

= [ ]·V_т·( – 1,0) (4.49)

= 9,3·40,1101·(1,6 – 1,0) = 0,618 нм³/кг кл

водяных паров:

= ·V_т+ (4.50)

= 2,133·0,1101+0,019 = 0,249 нм³/кг кл

Итого газов за циклоном Ι ступени:

0,375+0,895+0,618+0,249 = 2,137 нм³/кг кл

 

4.4.1.2 Количество газов на выходе из циклонов ΙΙ ступени

 

углекислоты:

= ·V_т+ (4.51)

= 0,986·0,1101+0,266 = 0,375 нм³/кг кл

азота:

= ·V_т (4.52)

= 8,125·0,1101 = 0,895 нм³/кг кл

избыточного воздуха:

= [ ]·V_т·( – 1,0) (4.53)

= 9,34·0,1101·(1,5 – 1,0) = 0,515 нм³/кг кл

водяных паров:

= ·V_т (4.54)

= 2,133·0,1101= 0,235 нм³/кг кл

Итого газов за циклоном ΙΙ ступени:

0,375+0,895+0,515+0,235 = 2,02 нм³/кг кл

4.4.1.3 Количество газов на выходе из циклонов ΙΙΙ ступени

 

углекислоты:

= ·V_т+ (4.55)

= 0,986·0,1101+0,266 = 0,375 нм³/кг Кл

азота:

= ·V_т (4.56)

= 8,125·0,1101 = 0,895 нм³/кг кл

избыточного воздуха:

= [ ]·V_т·( – 1,0) (4.57)

= 9,34·0,1101·(1,4 – 1,0) = 0,412 нм³/кг кл

водяных паров:

= ·V_т (4.58)

= 2,133·0,1101= 0,235 нм³/кг кл

Итого газов за циклоном ΙΙΙ ступени:

0,375+0,895+0,452+0,235 = 1,957 нм³/кг кл

4.4.1.4 Количество газов на выходе из циклонов ΙV ступени

 

углекислоты:

= ·V_т+ (4.59)

= 0,986·0,1101+0,266 = 0,375 нм³/кг кл

азота:

= ·V_т (4.60)

= 8,125·0,1101 = 0,895 нм³/кг кл

избыточного воздуха:

= [ ]·V_т·( – 1,0) (4.61)

= 9,34·0,1101·(1,3 – 1,0) = 0,309 нм³/кг кл

водяных паров:

= ·V_т (4.62)

= 2,133·0,1101= 0,235 нм³/кг кл

Итого газов за циклоном ΙV ступени:

0,375+0,895+0,309+0,235 = 1,814 нм³/кг кл

4.4.1.5 Количество газов на выходе из пыльной камеры

 

углекислоты:

= ·V_т + (4.63)

= 0,986·0,1101 +0,224 = 0,333 нм³/кг кл

азота:

= ·V_т (4.64)

= 8,125·0,1101 = 0,895 нм³/кг кл

избыточного воздуха:

= [ ]·V_т·( – 1,0) (4.65)

9,34·0,1101·(1,2 – 1,0) = 0,206 нм³/кг кл

водяных паров:

= ·V_т (4.66)

= 2,133·0,1101= 0,235 нм³/кг кл

Итого газов за пыльной камерой:

 

0,333+0,895+0,206+0,235 = 1,669 нм³/кг кл

4.4.1.6 Количество газов на выходе из вращающейся печи

 

углекислоты:

= ·V_т + (4.67)

= 0,986·0,1101 + 0,224 = 0,333 нм³/кг кл

азота:

= ·V_т (4.68)

= 8,125·0,1101= 0,895 нм³/кг кл

избыточного воздуха:

= [ ]·V_т·( – 1,0) (4.69)

= 9,34·0,1101·(1,1 – 1,0) = 0,103 нм³/кг кл

водяных паров:

= ·V_т (4.70)

= 2,133·0,1101= 0,235 нм³/кг кл

Итого газов за вращающейся печью:

0,333+0,895+0,103+0,235 = 1,566 нм³/кг кл

Результаты расчётов потоков газов в циклонных теплообменниках свожу в таблицу 4.6.

 

Таблица 4.6 Потоки газов в циклонах

Наименование	Едини-ца изме-рения	Ι циклон	ΙΙ циклон	ΙΙΙ циклон	ΙV циклон	Пыль-ная ка- мера	Вращ-ающа-яся печь
Количество газов на выходе из циклонов и печи: углекислоты, СО2 водяных паров, Н2О азота, N2 избыточного воздуха Итого газов	нм3/кг кл
0,375   0,249     0,895   0,618   2,197	0,375   0,235     0, 895   0,515   2,07	0,375   0,235     0, 895   0,412   1,957	0,375   0,235     0, 895   0,309   1,844	0,333   0,235     0, 895   0,206   1,689	0,333   0,235     0, 895   0,103   1,576

 

4.5 Температура газов на выходе из циклонных теплообменников, пыльной камеры и вращающейся печи

4.5.1 Тепловой баланс Ι циклона

 

Температура газов на выходе из ΙΙ циклона нахожу из теплового баланса циклона Ι ступени.

Расход тепла

Расход тепла на испарение влаги:

= 9,4 ккал/кг кл.

 

Теплосодержание отходящих газов и пыли:

+ = 219,07+18,54=237,61 ккал/кг кл (4.71)

Потери тепла в окружающую среду:

= 6,0 ккал/кг кл

Тепло, уносимое материалом, определяю следующим образом: принимаю температуру осаждённой в циклоне пыли равной температуре отходящих газов, тогда:

= 2,6·c_пл· (4.72)

= 2,6·0,25·300 = 195 ккал/кг кл

где 2,6 – количество пыли, осаждённой в Ι циклоне

Общий расход тепла:

= 9,4+237,61+6,0+195=448,01 ккал/кг кл

Приход тепла

Теплосодержание подсосанного воздуха:

= ( - )·c_в·t_в (4.73)

= (0,618 – 0,515)·0,31·20 =0,6 ккал/кг кл

Теплосодержание сырьевой шихты и возвращаемой пыли:

= +η_эф·0,289·c_пл·t_пл (4.74)

= 14,52+0,98·0,289·0,22·45 = 17,1 ккал/кг кл

0,289 - количество пыли, выносимой газами из Ι циклона, кг/кг кл

Тепло, внесённое газами и пылью, определяю по разности:

= - - (4.75)

= 448,01-0,6-17,1=430,31 ккал/кг кл

Температуру газов и пыли на выходе из циклона ΙΙ ступени определяю подбором:

теплосодержание газов и пыли при температуре 500⁰С:

= + + + + ·c_пл· (4.76)

= 0,375·240+0,235·189+0,895·159+0,515·160,5+1,1·0,25·500 =

= 496,9 ккал/кг кл

то же, при 400⁰С:

= 0,375·185,6+0,235·148,8+0,895·126+0,515·127,2+1,1·0,25·400 =

= 392,9 ккал/кг кл

= 400+ ·100 = 436⁰С

 

4.5.2 Тепловой баланс ΙΙ циклона

 

Температура газов на выходе из ΙΙΙ циклона нахожу из теплового баланса циклона ΙΙ ступени.

Расход тепла

Расход тепла на испарение влаги:

= 9,4 ккал/кг кл.

Теплосодержание отходящих газов и пыли:

+ = 219,07+18,54=237,61 ккал/кг кл (4.77)

Потери тепла в окружающую среду:

= 6,0 ккал/кг кл

Тепло, уносимое материалом, определяю следующим образом: принимаю температуру осаждённой в циклоне пыли равной температуре отходящих газов, тогда:

= 2,508·c_пл· (4.78)

= 2,508·0,25·436 = 273,4 ккал/кг кл

где 2,508 – количество пыли, осаждённой в Ι циклоне

Общий расход тепла:

= 9,4+237,61+6,0+273,4=526,4 ккал/кг кл

Приход тепла

Теплосодержание подсосанного воздуха:

= ( - )·c_в·t_в (4.79)

= (0,515 – 0,412)·0,31·20 =0,6 ккал/кг кл

Теплосодержание сырьевой шихты и возвращаемой пыли:

= +η_эф·1,092·c_пл·t_пл (4.80)

= 14,52+0,98·1,075·0,22·45 = 24,92 ккал/кг кл

1,075 - количество пыли, выносимой газами из ΙΙ циклона, кг/кг кл

Тепло, внесённое газами и пылью, определяю по разности:

= - - (4.81)

= 526,4-0,6-24,92=500,9 ккал/кг кл

Температуру газов и пыли на выходе из циклона ΙΙΙ ступени определяю подбором:

теплосодержание газов и пыли при температуре 600⁰С:

= + + + + ·c_пл· (4.82)

= 0,375·292,5+0,235·231,4+0,895·192,1+0,412·194,5+0,983·0,25·600 =

= 554,7 ккал/кг кл

то же, при 500⁰С:

= 0,375·240+0,235·189+0,895·159+0,412·160,5+0,983·0,25·500 =

= 466,3 ккал/кг кл

= 500+ ·100 = 539⁰С

 

4.5.3 Тепловой баланс ΙΙΙ циклона

 

Температуру газов на выходе из ΙV циклона нахожу из теплового баланса циклонаΙΙΙ ступени.

Расход тепла

Расход тепла на испарение влаги:

= 9,4 ккал/кг кл.

Теплосодержание отходящих газов и пыли:

+ =219,07+18,54=237,61 ккал/кг кл (4.83)

Потери тепла в окружающую среду:

= 7,0 ккал/кг кл

Тепло, уносимое материалом, определяю следующим образом: принимаю температуру осаждённой в циклоне пыли равной температуре отходящих газов, тогда:

= 2,294·c_пл· (4.84)

= 2,294·0,25·539 = 309 ккал/кг кл

где 2,331 – количество пыли осаждённой в ΙΙΙ циклоне

Общий расход тепла:

= 9,4+237,61+7,0+309=563 ккал/кг кл

Приход тепла

Теплосодержание подсосанного воздуха:

= ( - )·c_в·t_в (4.85)

= (0,412 – 0,309)·0,31·20 = 0,6 ккал/кг кл

Теплосодержание сырьевой шихты и возвращаемой пыли:

= +η_эф·0,983·c_пл·t_пл (4.86)

= 14,52+0,98·0,983·0,22·45 = 24,06 ккал/кг кл

0,999 – количество пыли, выносимой газами из ΙΙΙ циклона, кг/кг кл

Тепло, внесённое газами и пылью, определяю по разности:

= – – (4.87)

= 563 – 0,6 – 24,06 = 538,3 ккал/кг кл

Температуру газов и пыли на выходе из циклона ΙV ступени определяю подбором:

теплосодержание газов и пыли при температуре 700⁰С:

= + + + + ·c_пл· (4.88)

= 0,375·349,2+0,235·274,4+0,895·226,3+0,309·229,4+0,769·0,25·700 =

= 603,5 ккал/кг кл

 

то же, при 600⁰С:

= 0,375·292,5+0,235·231,4+0,895·192,1+0,309·194,5+0,769·0,25·600 =

=515,6 ккал/кг кл

= 600+ ·100 = 626⁰С

4.5.4 Тепловой баланс ΙV циклона

 

Температуру газов на выходе из пыльной камеры находим из теплового баланса циклона ΙV ступени.

Расход тепла

Расход тепла на испарение влаги:

= 9,4 ккал/кг кл.

Теплосодержание отходящих газов и пыли:

+ =219,07+18,54=237,61 ккал/кг кл (4.89)

Потери тепла в окружающую среду:

= 10,0 ккал/кг кл

Тепло, уносимое материалом, определяем следующим образом: принимаем температуру осаждённой в циклоне пыли равной температуре отходящих газов, тогда:

= 1,711·c_пл· (4.90)

= 1,711·0,25·626 =267,8 ккал/кг кл

где 1,746 – количество пыли, осаждённой в ΙV циклоне

Общий расход тепла:

= 9,4+237,61+10,0+267,8 = 524,8 ккал/кг кл

Приход тепла

Теплосодержание подсосанного воздуха:

= ( - )·c_в·t_в (4.91)

= (0,309 – 0,206)·0,31·20 = 0,6 ккал/кг кл

Теплосодержание сырьевой шихты и возвращаемой пыли:

= +η_эф·0,769·c_пл·t_пл (4.92)

= 14,52+0,98·0,769·0,22·45 = 21,98 ккал/кг кл

0,783 - количество пыли, выносимой газами из ΙV циклона, кг/кг кл

Тепло, внесённое газами и пылью, определяем по разности:

= – – (4.93)

= 524,8 – 0,6 – 21,98 = 502,2 ккал/кг кл

Температуру газов и пыли на выходе из пыльной камеры определяем подбором:

теплосодержание газов и пыли при температуре 900⁰С:

= + + + (4.94)

= 0,333·466,3+0,238·386,9+0,895·296,6+0,206·300,9=568,6 ккал/кг кл

то же, при 800⁰С:

= 0,333·407,2+0,235·318,7+0,895·261,2+0,206·264,9 = 496,9 ккал/кг кл

= 800+ ·100 = 807 ккал/кг кл

4.5.5 Тепловой баланс пыльной камеры

 

Температура газов на выходе из вращающейся печи находим из теплового

баланса пыльной камеры.

Расход тепла

Расход тепла на испарение влаги:

= 9,4 ккал/кг кл.

Теплосодержание отходящих газов и пыли:

+ =219,07+18,54=237,61 ккал/кг кл (4.95)

Потери тепла в окружающую среду:

= 4,0 ккал/кг кл

Тепло, уносимое материалом, определяем следующим образом: принимаем температуру осаждённой в пыльной камере пыли равной температуре отходящих газов, тогда:

= 1,565·c_пл· (4.96)

= 1,565·0,25·807 = 315,7 ккал/кг кл

где 1,565 – количество пыли, осаждённой в пыльной камере

Общий расход тепла:

= 9,4+237,61+4,0+315,7 = 566,7 ккал/кг кл

Приход тепла

Теплосодержание подсосанного воздуха:

= ( - )·c_в·t_в (4.97)

= (0,206 – 0,103)·0,31·20 = 0,6 ккал/кг кл

Теплосодержание сырьевой шихты и возвращаемой пыли:

= (4.98)

= 14,52 ккал/кг кл

Тепло, внесённое газами и пылью, определяем по разности:

q_г.п^п = – – (4.99)

q_г.п^п = 566,7 – 0,6 – 14,52 = 551,6 ккал/кг кл

Температура газов и пыли на выходе из вращающейся печи определяем подбором:

теплосодержание газов и пыли при температуре 1000⁰С:

q_г.п^п = + + + (4.100)

q_г.п^п = 0,333·526,3+0,235·411,5+0,895·332,4+0,103·337,4 = 604,3 ккал/кг кл

то же, при 900⁰С:

q_г.п^п = 0,333·466,3+0,235·364,5+0,895·296,6+0,103·300,9 = 537,5 ккал/кг кл

= 900+ ·100 =921⁰С

Результаты расчётов тепловых балансов циклонных теплообменников свожу в таблицу 4.7.

Таблица 4.7 Тепловые балансы циклонных теплообменников

Наименование	Еди-ница изме-рения	Ι циклон	ΙΙ циклон	ΙΙΙ циклон	ΙV циклон	Пыль- ная ка- мера	Враща- юща - яся печь

 

Продолжение таблицы 4.7 Тепловые балансы циклонных теплообменников

Температура газов и пыли на выходе из циклонов и печи	0С

 

4.5.6 Тепловой баланс холодильника

 

Температуру вторичного воздуха, поступающего в печь, определяем из теплового холодильника.

Приход тепла

Теплосодержание клинкера, поступающего в холодильник:

= ·c_кл (4.101)

= 1150·0,246 = 282,9 кг/кг кл

Теплосодержание воздуха, поступающего в холодильник:

q_в = ·c_в·t_в (4.102)

q_в = 2,9·0,31·20 = 18 ккал/кг кл

Расход тепла

Потеря тепла с клинкером, выходящем из холодильника:

= c_кл· (4.103)

= 0,188·110 = 20,7 ккал/кг кл

Потеря тепла с воздухом, выбрасываемым в атмосферу:

= 82,16ккал/кг кл

Потеря тепла в окружающую среду:

= 10 ккал/кг кл

Теплосодержание первичного воздуха:

= ·c·t_в (4.104)

= 0,28·0,31·180 = 15,6 ккал/кг кл

Теплосодержание вторичного воздуха

Из уравнения теплового баланса:

= 282,9+18 – 20,7 – 82,16 – 10 – 15,6 = 172,4 ккал/кг кл

Теплосодержание вторичного воздуха при 700⁰С:

q_в2 = ·c_в·t_в

q_в2 =0,3275·0,79·700 = 181,1 ккал/кг кл

то же при 600⁰С:

q_в2 =0,3241·0,79·600 = 153,6 ккал/кг кл

= 600+ ·100 =668⁰С