ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Состав топлива - газ
СН4=96%
С2Н6=2%
С3Н8=0,5%
N2=1%
CO=0.5%
Состав сырья:
SiO2=14.33
Al2O3%=3.04%
Fe2O3=2.88%
CaO=43.32%
MgO=0.43%
ПППС% Wсм \ 34,295 1
Минералогический состав сырья %: C3S C2S C3A C4AF
,784 16,402 8,133 12,166
Печь:
Размеры: 4 60 м
Производительность 35 т / ч
Параметры работы:
температура отходящих газов при сухом способе (350ОС)
температура клинкера на выходе из холодильника 900С
температура клинкера на выходе из печи (1200 ОС)
температура избыточного воздуха 120 ОС
степень очистки газов в электрофильтрах (98%)
температура окружающей среды (+15 ОС)
температура сырьевой смеси (+15 ОС)
. коэффициент избытка воздуха α=1,05
. объём воздуха на охлаждение 3,0 м3 / кг кл
. температура корпуса печи и коэффициент теплоотдачи
. пылевынос общий 10%
Степень улавливания 98% пыли фильтрами.
Холодильник колосниково-переталкивающего типа «Волга 35 С»
Размеры: l=23м, h=6м, a=10м,
Производительность: 35 т/ч;
ВВЕДЕНИЕ
Способы производства клинкера
Для получения клинкера необходимо подготовить из сырьевых материалов шихту заданного химического состава. Допуск колебания в составе довольно жесткий (±0,1% по СаО), что накладывает. на технологический процесс определенный отпечаток. Поскольку часто имеет место неоднородность по составу сырьевых материалов, дозирующие весовые аппараты не могут обеспечить точность и шихта готовится, как бы в два этапа-сначала готовится смесь приближенного состава, а затем состав ее корректируют до точно-то на основе данных химического анализа.
Как уже отмечалось, синтез клинкерных минералов протекает вначале путем реакций в твердой фазе. Скорость образования минералов (С3S, С3А, С4АF) в этих условиях определяется скоростью диффузии реагирующих компонентов. Процесс можно ускорить, если сырьевые компоненты превратить в тонкодисперсный материал с большой удельной поверхностью (500-600 м3/кг). Тонкий размол также облегчает перемешивание и усреднение сырьевой смеси.
Завод по производству портландцемента многотонажное производство, выпускающее массовую продукцию. Современный завод выпускает 1-2 млн. т цемента в год и перерабатывает в сутки несколько железнодорожных составов сырья. При таких массовых потоках сырья серьезной проблемой является гомогенизация - усреднение шихты. В общем виде технология приготовления сырьевой шихты включает: измельчение сырья, шихтовку, корректировку и усреднение сырьевой смеси, обжиг сырьевой смеси получение клинкера.
Перемешивание и усреднение порошков трудная технологическая операция. Проще и легче перемешивание и усреднение осуществлять, если размолотые сырьевые материалы будут находиться в виде водных суспензий. Последнее обстоятельство является одной из причин наличия двух способов производства портландцементного клинкера: 1) сухого, когда шихту размалывают в тонкодисперсный порошок, а смешение, усреднение и корректирование производят со смесью порошкообразных материалов; затем шихта направляется на спекание в печь; 2) мокрого, при котором сырьевые материалы размалываются в воде, а усреднение и корректирование производят с сырьевыми шламами (водными суспензиями тонкодиспергированного сырья) с влажностью 30-50% шламы далее направляют для термической обработки в печь.
Промежуточное положение занимает комбинированный способ производства, при котором используют для обжига печи, работающие на гранулах (шахтные, с конвейерными кальцинаторами, спекательные решетки). Комбинированный способ может основываться как на мокром, так и на сухом способе приготовления шихты. В первом случае шлам обезвоживают в вакуум-фильтрах или фильтр-прессах до остаточной влажности 16-18%, после чего производят переработку сухаря (коржа) в гранулы в грануляторах. Если сырьевая смесь готовится по сухому способу, то необходимость ее увлажнения до 12-15% при грануляции и обжиг в виде гранул позволяют такой способ приготовления шихты и обжига также отнести к комбинированному.
Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки. При мокром способе ниже расход электроэнергии на измельчение, так как размол материалов в водной среде протекает легче, причем часть сырьевых материалов способна размучиваться (распускаться) в воде-глина, мел, мягкие мергели. Если оба сырьевых компонента мягкие (мел+глина), то экономия энергии при измельчении может достигать 10 кВт-ч/т сырья. Проще и надежнее осуществляют усреднение шихты в виде шлама, чем усреднение шихты в порошкообразном состоянии. Правда, внедрение техники усреднения сырьевых компонентов путем штабелирования дробленого сырья значительно упрощает технологию усреднения самой шихты, что снижает значимость преимущества мокрого способа производства перед сухим.
При сухом способе сушка сырья производится в процессе приготовления шихты: перед измельчением или в процессе измельчения в дробилках или мельницах с одновременной сушкой. При мокром способе производства шлам перемещается гидротранспортом - самотеком или с помощью центробежных насосов, при сухом же способе применяют пневмотранспорт, шнеки и элеваторы, что повышает загрязнение пылью воздуха в цехах и на территории завода и требует установки дополнительного оборудования для обеспыливания аспирационного воздуха. Текучесть шлама, обеспечивающая его гидротранспорт, достигается при влажности 34-42%. Глина (20% в шихте) имеет влажность 20-25%, известняк (80% в шихте) имеет влажность 5-8%, мел содержит до 20-25% воды. Сырьевая смесь будет иметь влажность при использовании известняка и глины 10-12% и при использовании мела и глины-20- 25%. Следовательно, при приготовлении сырьевого шлама необходимо дополнительно вводить от 50 до 30% воды. В результате удельный расход тепла на обжиг при сухом способе составляет 2900-3750 кДж/кг клинкера, а при мокром-в 2-3 раза больше. _ В целом при сухом способе необходимо затратить 3100-4400 кДж на 1 кг клинкера против 5440 кДж при мокром способе. Экономия тепла при сухом способе производства составляет 1650- 2900 кДж/кг клинкера.
Объем печных газов при сухом способе на 35-40% меньше, чем при мокром способе при одинаковой производительности печей.
В результате при сухом способе производства снижается стоимость обеспыливания печных газов, имеются большие возможности использования тепла отходящих газов для сушки сырья, что позволяет дополнительно снизить общий расход топлива на производство клинкера, но вызывает усложнение технологических схем.
1. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Состав газа: Тюменского месторождения, %
СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | С5Н12 | СО2 | N2 | S |
95,9 | 1,9 | 0,5 | 0,3 | 0,1 | - | 1,3 | 100,0 |
Qрн=358 СН4+637
С2Н6+912
С3Н8+1187
С4Н10+1460
С5Н12 кДж/м3рн=358
95,9+637
1,9+912
0,5+1187
0,3+1460
0,1=36500,6 кДж/м3
Теоретический объем воздуха, необходимый для горения топлива:
оО2 =0,01(2 СН4+3,5
С2Н6+5
С3Н8+6,5
С4Н10+8
С5Н12) м3воз./м3оО2=0,01(2
95,9+3,5
1,9+5
0,5+6,5
0,3+8
0,1)= 2,037 м3воз./м3
Loв = LоО2 × 100/21 м3воз./м3
Loв = 2,037 ×100/21 = 9,7 м3воз./м3
Действительный расход воздуха находим по формуле:
Lдв = α Lов м3воз./м3дв =1,05
9,7 = 10,185 м3воз./ м3
где a - коэффициент избытка воздуха, для газообразного топлива принимаем a =1,05
Выход газообразных продуктов горения
Lco2=0,01(СН4+2 С2Н6+3
С3Н8+4
С4Н10+5
С5Н12+СО2) м3/м3топл
Lco2=0,01(1*95,9+2*1,9+3*0,5+4*0,3+5*0,1)= 1,029 м3/м3топл
Lн2о=0,01(2 СН4+3
С2Н6+4
С3Н8+5
С4Н10+6
С5Н12) м3/м3топл
Lн2о=0,01(2*95,9+3*1,9+4*0,5+5*0,3+6*0,1)=2,016 м3 /м3топл
LN2=0,01 N2+0,79 Lдв м3/м3топл
LN2=0,01*1,3+0,79*10,185=8,059 м3/м3топл
Lизo2=0,21(a-1) L0в м3/м3топл Lизo2=0,21(1,05-1)
2,037=0,102 м3/м3топл
Общий объём продуктов горения.
Lп.г.= Lco2+ Lн2о+ LN2+ Lизo2 м3/м3топл
Lп.г= 1,029+2,016+8,059+0,102=11,206 м3/м3топл
Массовый выход продуктов горения топлива.
mСО2=1,977 Lco2= 1,977
1,029 = 2,034 кг/м3
mН2О=0,805 Lн2o= 0,805
2,016=1,621 кг/м3
mN2=1,251 LN2= 1,251
8,059=10,082 кг/м3
mО2=1,429 Lo2= 1,429
0,102=0,146 кг/м3
m п.г.=2,034+1,621+10,082+0,146=13,883 кг/м3
Материальный баланс горения топлива
Приход | Количество | Расход | Количество | ||
м3/м3 | кг/м3 | м3/м3 | кг/м3 | ||
1. Топливо | 0,741 | 1. Углекислый газ | 1,029 | 2,034 | |
2. Воздух | 10,185 | 13,169 | 2. Водяные пары | 2,016 | 1,621 |
Итого | 11,185 | 13,91 | 3. Азот | 8,059 | 10,082 |
4.Кислород | 0,102 | 0,146 | |||
%невязки = 0,19 | Итого | 11,206 | 13,883 |
2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПЕЧИ
Расходные статьи
Расход топлива
Принимаем расход топлива за хТ, массовый расход r хТ=0,741хТ
Расход сырья
Теоретический расход сухого сырья
кг/кг кл.
кг/кг кл.
где ПППс - потери при прокаливании сырья ПППс=34,3%
Действительный расход сырья
а) 1,522+0,169=1,691 кг/кг кл.
б) кг/кг кл.
кг/кг кл.
общий пылевынос кг/кг кл
безвозвратный пылеунос кг/кг кл
Расход сырьевой смеси.
кг/кг кл.
где WC- влажность сырьевой смеси
а) кг/кг кл.
б) кг/кг.кл.
Расход воздуха на горение топлива
- действительный расход воздуха на горение
- 10,185 м3/м3топл
rВ - плотность воздуха при нормальных условиях,
rВ =1,293 кг/м3;
м3/м3
Расход дополнительного воздуха
м3 / кг
ρв = 0,418*1,293=0,54 кг / кг
Приходные статьи
Выход клинкера Gкл = 1кг
Выход углекислого газа из сырья выход углекислого газа выделяющегося при разложении CaCO3 и MgCO3 в процессе обжига сырья: расчет производится исходя из величины потерь при прокаливании (ПППс) с содержании гидратной воды связанной в каолините Al2O3 2SiO2
2H2O
кг/кг кл
где 0,35Al2O3 - процентное содержание алюминия в сырье.
кг/кг кл
Выход гидратной влаги
кг/кг кл.
кг/кг кл.
Выход физической воды при сушки сырья
кг/кг кл.
а) кг/кг кл.
б) кг/кг кл.
Выход отходящих газов из печи
кг/кг кл.
а) Gот=13,883 +0,502+0,020+0,017=13,883
+0,539
б) Gот=13,883 +0,502+0,020+0,018=13,883
+0,54
Gпг=(mCO2+mN2+mH2O+mO2)xT=(2,034+1,621+10,082+0,146)xT=
=13,883хт
Общий пылевынос из печи
кг/кг кл
Выход СО2 от горения добавки
м3 / кг кл
ρСО2 = 0,088*1,977=0,174 кг /кг кл
Выход N2 от горения добавки
м3 / кг кл
ρN2 = 0.33*1.251=0.413 кг/ кг кл
Результаты расчета приходных и расходных статей предварительно материального баланса
Приход | кг / кг кл 1 вариант | кг / кг кл 2 вариант | Расход | кг / кг кл 1 вариант | кг / кг кл 2 вариант |
1. Выход клинкера | 1. Расход топлива | 0,741Хт | 0,741Хт | ||
2. Выход отх.газов | 13,883 Хт+ +0,539 | 13,883 Хт+ +0,54 | 2. Расход с.смеси | 1,708 | 1,756 |
3. Общий пылевынос | 0,169 | 0,169 | Расход воздуха:- осн.топл- дополнит.возд | 13,169Хт- | 13,169Хт0,54 |
Выход продуктов: - ![]() ![]() | |||||
Итого | 13,883Хт + +1,708 | 13,883Хт + +2,296 |
3. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ХОЛОДИЛЬНИКА
Приход тепла
Энтальпия клинкера на входе
= 1200 ОК
= 1 кг
=1,013
кДж/кг
Энтальпия воздуха на охлаждение
=3,0 м3/кг
=48,320 кДж/кг
Расход тепла
Энтальпия клинкера на выходе
=70,518 кДж/кг
Энтальпия избыточного воздуха
кДж/кг
а) кДж/кг
б)
= 426,607-2098,612ХТ
Потери тепла в окружающую среду
кДж/кг=l´a+2(lh+ah)=23´10+2(23´6+10´6)=626 м2
a=(3,2+0,065´tк) ´4,19=(3,2+0,065´50)´4,19=27,025
кДж/кг
Потери со вторичным воздухом
а) =
=708,404+2098,612хТ кДж/кг
б) -16,918=
=759,877+2098,612хТ кДж/кг
Тепловой баланс холодильника
Приход | кДж / кг кл 1 вариант | кДж/кг кл 2 вариант | Расход | кДж / кг кл 1 вариант | кДж / кг Кл 2 вариант |
1.С клинкером | 1215,6 | 1215,6 | 1.С клинкером | 70,518 | 70,518 |
2.С воздухом | 58,320 | 58,320 | 2.С втор. воздухом | 708,404+ +2098,612ХТ | 759,877+ +2098,612ХТ |
3. С избыт. воздухом | 478,080- -2098,612ХТ | 426,607- -2098,612ХТ | |||
Итого | 1273,92 | 1273,92 | 4. Потери в окр.среду | 16,918 | 16,918 |
Итого | 1273,92 | 1273,92 |
. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ
Приходные статьи
Теплота сгорания топлива.
кДж/кг
кДж/кг
Тепло вносимое сырьевой смесью
кДж/кг
кДж/кг
Энтальпия воздуха поступающего в печь, участвующая в процессе горения топлива
кДж/кг
а) 708,404+2098,612хТ кДж/кг
б) 759,877+2098,612хТ
Тепло от сгорания выгорающей добавки
Qдоб = Gугл*33900 = 0,047*33900=1593,3 кДж/кг
Расходные статьи
Тепловой эффект клинкерообразования (ТЭК)
QТЭК=Qэн-Qэкз
Qэн= Qдек+Qдег+Qж.ф.
Затраты тепла на декарбонизации карбоната кальция
Qдек=Gcасо3 1780 кДж/кг
%Н2ОГ=0,35 Al2O3=0,35
3,7=1,295%
=34,3+1,295=35,595%
кДж/кг
кДж/кг
Затраты тепла на дегидратацию каолинита
кДж/кг
кДж/кг
Затраты тепла на образовании жидкой фазы Qжф=100 кДж/кг
Экзотермические эффекты образования клинкерных минералов.
кДж/кг
кДж/кг
где - содержание клинкерных минералов выраженных в %
кДж/кг
Qэн= 2191,649+134+100=2425,65 кДж/кг
QТЭК=2425,65-479,096=1946,553 кДж/кг
Затраты на испарения влаги из сырья
Qисп=2500 кДж/кг
Qисп=2500 0,017=42,5 кДж/кг
Потери тепла с отходящими из печи газами
а)
б)
Потери тепла с клинкером выходящем из печи
Qкл=Cкл Gкл
tкл кДж/кг
Qкл=1 1,013
1200=1215,6 кДж/кг
Потери тепла с выносимой из печи пылью
Qп=Cп Gп
tог кДж/кг
Qп=1,06 0,169
350=62,699 кДж/кг
Потери тепла через корпус печи в окружающую среду
кДж/кг=p
Dп
L=3,14
4
60=753,6 м2
I зона | 25% | 45-110ОС |
II зона | 25% | 80-230OC |
III зона | 25% | 100-310OC |
IV зона | 25% | 90-280OC |
берем по таблице в зависимости от скорости движения воздуха м/с
I зона кДж/кг
II зона кДж/кг
III зона кДж/кг
IV зона кДж/кг
∑Qпечи=23,012+92,585+158,794+128,381=402,772 кДж/кг
Qу=30%∑Qп=120,832
Qос=402,772+120,832=523,604 кДж/кг
а) QT+Qс.см+ =Qиcп+ Qтэк+ Qог+ Qп+Qос+Qкл
,6хТ+62,305+708,404+2098,612хТ=42,5+1946,553+62,699+523,604+ +1215,6+5533,15хТ+193,725
,062хТ=3213,972
хТ=0,097
б) QT+Qс.см+ =Qиcп+ Qтэк+ Qог+ Qп+Qос+Qкл
,6хТ+62,305+759,877+2098,612хТ+1593,3=42,5+1946,553+5533,15хТ+397,095+62,699+523,604+1215,6
,062хТ=1772,569
хТ=0,054