книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов

гы

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

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

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

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,

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

кого процесса принимается определенная

аппара­

турная схем а печной установки. Возможные

вари­

анты аппаратурной схем ы печной установки

для

Для расчета принята схем а установки,

изобра­

женная на рис. 5 7 ,

которая состоит из

двухзон­

ной печи кипящего

слоя, футерованного циклона

и

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

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

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 »

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

фактор (-2-^ 1

, а значение рабочей

скорости

газов вычисляют

путем умножения

критической

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

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.