МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА»
Химико-технологический институт
Кафедра технологии цемента и композиционных материалов
Курсовая работа
«Управление технологическим процессом производства цемента»
на тему: «Определение параметров работы циклонного теплообменника, температуры на границе ступеней циклонного теплообменника, необходимых размеров циклонного теплообменника»
Харченкова М.А.
Белгород
2020 г
Оглавление
Введение
Цемент является одним из лучших вяжущих веществ, способных твердеть навоздухе и в воде. Его получают путем обжига при высоких температурах и помола цементного клинкера с гипсом. При смешивании цемента с водой получается пластичное клейкое цементное тесто, которое постепенно твердеет и переходит в твердое камневидное состояние.
Процесс производства цемента состоит из следующих основныхтехнологических операций: добычи сырьевых материалов; приготовления сырьевой смеси, обжига сырьевой смеси и получения цементного клинкера; помола клинкера в тонкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок.
В зависимости от способа подготовки сырья к обжигу различают мокрый,сухой и комбинированный способы производства цементного клинкера. шаровая мельница теплообменик
При мокром способе производства измельчение сырьевых материалов, ихперемешивание, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды. А при сухом способе все перечисленные операции выполняются с сухими материалами.
Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, когдафизические свойства сырьевых компонентов (пластичной глины, известняка, мела с высокой влажностью и т.д.) не позволяют организовывать экономичный технологический процесс производства сырьевой смеси по сухому способу производства.
При комбинированном способе сырьевуюсмесь приготовляют по мокрому способу, затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи.
Схема производства цемента по сухому способу во вращающихся печах прииспользовании в качестве сырья известняка и глины. Производство цементного клинкера в этом случае складывается из следующих операций: после выхода из дробилки известняк и глину высушивают до влажности примерно 1% и измельчают в сырьевую муку.
Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки. Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических и технико-экономических факторов: свойств сырья, его однородности и влажности, наличия достаточной топливной базы и др.
Описание технологического процесса
При сухом способе производства портландцемента выбор схемы зависит от физических и химических свойств сырья. Производство портландцементного клинкера в этом случае складывается из следующих операций.
Рис.1. Технологическая схема помола сырья в шаровой мельнице
После выхода из дробилки известняк и глину высушивают до влажности примерно 1%, после чего измельчают в сырьевую муку. Сырьевую муку заданного химического состава получают путем дозирования сырьевых компонентов в мельницу с последующим усреднением и корректированием сырьевой шихты в специальных смесительных силосах, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием ).
Исходные материалы (известняк, глина и др.) после дробления подвергаются высушиванию и совместному помолу в шаровой мельнице до остатка 6-10% на сите № 008. Температура сушильного агента составляет 228 и поступает в мельницу отходящими газами из циклонного теплообменника.
В динамическом сепараторе с выносным вентилятором и внешней зоной осаждения использована центробежная поперечно-лопаточная схема зоны осаждения, осуществляемая восходящим потоком воздуха, нагнетаемым внешним вентилятором в корпус сепаратора, и вращающейся крыльчаткой. Материал поступает по патрубкам на диск, вращаемый мотор-редуктором. Крупные частицы под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам и стекают вниз в приемник крупной фракции. Мелкие частицы выносятся воздухом во внешние циклоны, где осаждаютсяи по аэрожелобам направляются в силосадля хранения. Запыленный воздух для очистки транспортируетсяпо газоходу в электрофильтры, а пыль после регенерации фильтров по аэрожелобам, так же направляется на склад[2].
Применение замкнутого цикла помола повышает производительность мельницы на 10 - 20%. Причина этого заключается в систематическом отделении от общей массы размалываемого в мельнице материала мельчайших зерен, которые налипают на мелющие тела и снижают размалываемую способность последних [3].
Рис.1. Шаровая трубная мельница
Принцип работы шаровой мельницы
Принцип действия шаровых мельниц прост. В состав таких устройств входит барабан и мелющие тела (стержни, шары и т.п.). Материал, который необходимо измельчить, помещается в барабан. Барабан начинает вращаться. При этом и мелющие тела, и материал сначала начинают движение по круговой траектории вместе с барабаном, а потом в некоторый момент времени падают вниз. Измельчение материала достигается за счет истирания (частицы материала и мелющие тела перемещаются относительно друг друга) и удара. Наиболее частое применение шаровых мельниц на цементных заводах - это измельчение исходного сырья и тонкий помол цемента.
Широкое распространение шаровых мельниц в процессах измельчения цемента обусловлено несколькими факторами, среди которых стоит выделить относительно простую конструкцию и большую производительность. Однако, такие устройства не лишены недостатков. Так, установлено, что на выполнение непосредственно измельчения идет только от 2 до 20% потребляемой электроэнергии. Остальная же ее часть тратиться на преодоление сил трения, вибрации, звуковые колебания и выделяется в виде тепла. Шаровые мельницы также очень материалоемки, что обусловлено быстрым износом рабочих элементов. Кроме того, такое оборудование характеризуется высоким уровнем шума.
Динамический сепаратор
Сепаратор динамический с выносными циклонами представлен на рис.3. Сепаратор состоит из корпуса, вращающегося диска, вентилятора и осадительных циклонов. Материал подается на вращающийся диск, с которого он сбрасывается в восходящий воздушный поток, создаваемый вентилятором. Мелкие частицы увлекаются потоком и затем осаждаются в циклонах, а крупная фракция выпадает из потока вниз и выгружается через конусную часть сепаратора. Тонкость помола готового продукта регулируется скоростью воздушного потока, создаваемого вентилятором. При увеличении скорости увеличивается крупность материала, выносимого и осаждаемого в циклонах.
Такая схема сепаратора отличается тем, что выносныеосадители могут быть оптимальных размеров. Это позволяет увеличить удельную нагрузку в камере сепаратора, уменьшить ее размеры, а также повысить степень очистки в циклонах-осадителях. При этом увеличивается КПД вентилятора и уменьшается его износ, так как он перерабатывает более чистый воздух.
Рис.3. Динамический сепаратор с выносными циклонами
Исходные данные
|
Параметр |
Значение |
Размерность |
|
|
Кол-во ступеней циклонного теплообменника |
5 |
шт |
|
|
Удельный расход условного топлива |
0,136 |
кут / кгкл |
|
|
Температура топлива |
10 |
є С |
|
|
Коэффициент избытка воздуха |
1,05 |
||
|
Коэффициент избытка воздуха IV ступень |
1,1 |
||
|
Коэффициент избытка воздуха III ступень |
1,15 |
||
|
Коэффициент избытка воздуха II ступень |
1,2 |
||
|
Коэффициент избытка воздуха I ступень |
1,35 |
||
|
Пылеунос из печи |
14 |
% |
|
|
Степень декарбонизации материала на входе в печь |
70 |
% |
|
|
Влажность сырья на входе в циклонный теплообменник |
0,6 |
% |
|
|
Доля топлива, сжигаемого в декарбонизаторе |
45 |
% |
|
|
Степень очистки циклонов теплообменника |
|||
|
I ступень |
0,9 |
||
|
II ступень |
0,85 |
||
|
III ступень |
0,8 |
||
|
IV ступень |
0,75 |
||
|
V ступень |
0,7 |
||
|
Температура вторичного воздуха |
780 |
є С |
|
|
Температура отходящих газов |
305 |
є С |
|
|
Температура окружающей среды |
20 |
є С |
|
|
Температура сырьевой смеси на входе в циклонный теплообменник |
55 |
є С |
|
|
Производительность печи |
160 |
т/ч |
Состав топлива, %
|
СО |
|||||||||
|
50 |
10 |
0,7 |
6,3 |
0 |
8 |
10 |
5 |
10 |
Состав сырьевой смеси, %
|
CaO |
MgO |
ППП |
|||||
|
41,48 |
14,63 |
2,11 |
3,27 |
1,49 |
0,10 |
35,91 |
Поступенчатый тепловой баланс циклонного теплообменника
Содержание гидратной влаги в сырьевой смеси, %:
H2Oг=0,35
H2Oг=0,35
где - содержание оксида алюминия в сырьевой смеси, %.
Содержание углекислого газа в сырьевой смеси,%:
СO2 = ППП-H2Oг
СO2 =35,91 - 1,145 = 34,765
гдеППП - потери при прокаливании сырьевой смеси, %; H2Oг - содержание гидратной влаги в сырьевой смеси, %.
Теоретический расход сухой сырьевой смеси, кг/кг кл:
Количество углекислого газа, выделяющееся из сырья:
Масса:
объем:
Содержание CaCO3 сырьевой смеси:
Содержание MgCO3 сырьевой смеси:
Количество гидратной влаги, содержащейся в сырьевой смеси,:
Расчет горения топлива
Теплота сгорания газообразного топлива, топлива:
358,2 CH4 + 637,5 C2H6 +912,5 C3H8 +1168,5C4H10 + 1460,8 C5H12 + 126,3CO + 107,9 H2
358,2 + 637,5 +912,5+1168,56,3 + 126,310 + 107,9 10
= 34 627,3
Теоретический объемный расход воздуха на горение топлива, нм3/ нм3 топлива
нм3/ нм3
Действительный объёмный расход воздуха на горение топлива, нм3/ нм3 топлива
нм3/ нм3
Теоретический массовый расход воздуха на горение топлива, кг/ нм3 топлива
кг/ нм3
Действительный массовый расход воздуха на горение топлива, кг/ нм3 топлива
кг/ нм3
Объем продуктов горения топлива на 1 м3 топлива:
( CO2 +CH4 + 2 C2H6 +3 C3H8 +4C4H10 + 5 C5H12 + CO ), нм3/ нм3
(8+50+ 210+3 0,7 +4 6,3+10) = 1,153нм3/ нм3
( 2 CH4 +3 C2H6 +4 C3H8 +5 C4H10 + 6 C5H12 + H2 ), нм3/ нм3
( 250+310+4 0,7+ 56,3+10) = 1,743нм3/ нм3
+0,011, нм3/ нм3