6.3 Расчет основных конструкционных параметров печей

<=== Возврат к содержанию главы 6
6.3 Расчет основных конструкционных параметров печей
К числу основных конструкционных параметров барабанной вращающейся печи относятся: внутренний диаметр барабана
D
4  Vо
  (1  )  w
4  Gм  
,
  D 2    м
где φ ~ 0.05-0.2 – степень заполнения барабана материалом;
w = 1.5-2.5 м/с – скорость газов, отходящих из барабана;
τ – необходимое время пребывания материала в барабане;
Gм – заданная производительность печи по продукту;
ρм – насыпная плотность материала;
Vo = (Vг ∙ Yг + Vм) ∙ Gм ∙ (tг + 273)/273 – расход отходящих газов;
tг – температура отходящих газов;
Vм = W/ρи + xл/ρл – удельный выход газов из сырья;
ρи – плотность паров влаги;
W = Uн ∙ Gн/Gм – удельный выход влаги из сырья;
ρл – плотность летучих продуктов;
xл – унос летучих продуктов;
Uн – начальное влагосодержание сырья;
Gн = Gм ∙ (1 + xм + xл)/(1 – Uн) – расход сырья;
xм – унос готового продукта;
W  [rи  (tг  tи )  cи ]  cм  tп  ( xм  cм  xл  cл )  tг  (Yс  cм  W  cвл )
Yг 
–
Qт  (1  )  cг  t0  Vв  cв  tс  Vг  cг  tг
удельный расход топочных газов;
Yс = (Uн – 1) ∙ Gн/Gм – удельное количество сухого сырья;
Qт – теплотворная способность топлива;
η ~ 0.2 – потери тепла;
rи – удельная теплота испарения влаги из сырья;
tи = 100 оС – температура испарения;
tп – температура выгружаемого продукта;
tс, t0 – начальные температуры сырья и топлива;
cм, cл, cи, cвл – теплоемкости материала, летучих продуктов, паров влаги и
воды (Дж/кг/К);
cг, cв – теплоемкости топочных газов и воздуха (Дж/м3/К).
Вид соотношений для расчета удельного расхода воздуха, необходимого
для сжигания топлива (Vв), и удельного объема отходящих газов (Vг) зависит
от вида топлива и его химического состава, см. приложение Д. Если в каче
8

Vв 
   yC  8  y H  y S  ,
стве топлива используется мазут, то
O  yO  3

и его необходимая длина
L
Vг  VCO 2  VN 2  VSO2  VO2  VH 2O ,
где γ ~ 1.1 – коэффициент избытка воздуха;
ρО – плотность кислорода;
yС, yН, yS, yN, yO – объемные доли углерода, водорода, серы и азота в топливе, кислорода в воздухе;
VCO2=1.9∙yС, VSO2=0.7∙yS,
VH2O = 0.016 ∙ Vв + 11.2 ∙ yН +0.012 ∙W,
VN2 = 0.79 ∙ Vв + 8 ∙ yN,
VO2 = Vв ∙ yO ∙(γ – 1) – удельные объемы газов, выделяющихся при сгорании топлива.
Если же топливом является природный газ, то
n 


Vв 
   mi  i  ∙ yСmiHni,
yO i 
4
где коэффициент избытка воздуха γ ~ 1.07;
mi, ni – число атомов углерода и водорода в i-м углеводороде;
yСmiHni – содержание этого углеводорода в топливе.
Удельные объемы газов, выделяющихся при сгорании топлива, в данном
случае определяются по формулам:
VCO2 =  mi ∙ yСmiHni + yCO2,
i
VN2 = 0.79 ∙Vв + yN2,
VH2O = 0.016 ∙ Vв +  0.5  ni ∙ yСmiHni + 0.0124 ∙xг,
i
VO2 = Vв ∙ yO ∙(γ – 1),
где yCO2, yN2 – объемные доли углекислого газа и азота в топливе;
xг – влагосодержание топлива, зависящее от его начальной температуры,
см. приложение Д.
По найденному значению D и выбранной толщине футеровки барабана
(δф ~ 0.2-0.3 м) определяют его внутренний диаметр
D к = D + 2 ∙ δ ф,
а затем по значениям Dк и L в каталоге, см. приложение Д, подбирают стандартную печь, выбирают одно из рекомендуемых значений частоты вращения ее барабана (n) и рассчитывают реальный коэффициент заполнения барабана материалом
4  Gм  

  D 2  L  м
и необходимый уклон барабана в процентах
G  (  24 )
i  0.4  м 3 м
,
D    м  n
где αм – угол естественного откоса материала.
В муфельных печах расход отходящих газов Vo определяется так же, как
и для барабанных печей, однако унос продукта с топочными газами отсутствует, поэтому
W  [rи  (tг  tи )  cи ]  cм  tп  xл  cл  tг  (Yс  cм  W  cвл )
.
Qт  (1  )  cг  t0  Vв  cв  tс  Vг  cг  tг
Внутренний диаметр центрального канала печи определяется ее производительностью, коэффициентом заполнения и интенсивностью движения
материала по печи ni ~ 0.075-0.085:
Yг 
Gм  (  м  24 )
,
2.55     м  ni
а необходимая длина барабана рассчитывается так же, как и для барабанной
печи. Внешний диаметр корпуса барабана
Dк= D + 2 ∙ hд+ 4 ∙ δк+ 2 ∙ δф+ 2 ∙ δс,
где hд – высота дымохода,
δк = 40-50 мм – толщина стенки фасонных кирпичей,
δф = 125-150 мм – толщина футеровки,
δс = 20-25 мм – толщина стенки барабана.
Выбрав по рассчитанным значениям D и L стандартный барабан, необходимо
определить по значениям Dк, δк, δф, δс высоту дымохода, и, задав их количество (z = 8-12), – его минимальную
lд* = [π ∙(D + 2 ∙ δк) – z ∙ 2 ∙ δк]/z,
максимальную ширину
lд* = [π ∙(D + 2 ∙ δк + 2 ∙ hд) – z ∙ 2 ∙ δк]/z
и площадь сечения
sд = 0.5 ∙( lд* + lд*) ∙ hд.
Замечание: Определив конструкцию барабана муфельной печи необходимо выбрать частоту его вращения (одну из стандартных) и определить
уклон i = ni/n, причем значение i не должно превышать 5%. Необходимо
также определить скорость отходящих газов w = Vo/(sд ∙ z) и проверить выполнение условия: w ≤ 2 м/с.
Основными конструкционными параметрами печи КС являются: площадь основного пода (беспровальной решетки)
F п = Gк / Uп
и минимальный внутренний объем печи
Vmin = Gк / U,
где Gк – производительность печи по колчедану,
U – объемная интенсивность печи (обычно принимается равной 0.015
кг/м3∙с),
Uп – подовая интенсивность печи (кг/м2∙с), для расчета которой используется эмпирическая формула:
y Sк W
U п  6 10 3 
.
 Vвв  (tсл  273 )
Здесь ySк – содержание серы в колчедане,
W – влажность колчедана,
y
  1  Sо  yо – степень выгорания серы из колчедана,
ySк
ySо – содержание серы в огарке,
D3
yо 
160  ySк
– выход огарка (кг/кг колчедана)
160  0.4  ySо
 0.684

Vвв  ySк  
 0.003   1  xв  – удельный объем подаваемого в печь
 ySO

2


3
влажного воздуха (м /кг колчедана),
ySO2 – содержание SO2 в обжиговом газе,
хв – влагосодержание атмосферного воздуха.
По найденному значению Fп определяется диаметр нижней части печи
4  Fп
D
,

а по значению yо – необходимое время пребывания твердых частиц в кипящем слое печи:
 ln   M о

,
Gк  yо
где  ~ 0.05-0.1 – доля колчедана, пребывающего в печи в течение времени
большего, чем ;
Mo = Fп ∙ Ho ∙ ρo – масса огарка в печи;
Hо - высота неподвижного слоя огарка;
о - плотность огарка.
К числу расчетных параметров печи КС относится также гидравлическое сопротивление кипящего слоя, которое можно определить по формуле
ΔP = ρ∙g·Hо·(1 – εо),
где εо - порозность неподвижного слоя огарка.
Замечание. Стандартные печи, выбранные на основании проведенных
расчетов, необходимо проверять на возможность передачи обрабатываемому
материалу необходимого количества тепла.
<=== Возврат к содержанию главы 6