2. Тепловой расчет

   1. Приход тепла

1. Физическое тепло мела находим по формуле:

q₁=(m_мела- m_{табл H2O})*0,816*T_{поступающего воздуха}+ m_{табл H2O}*H_H2O (19)

где, 0,816 – теплоемкость мела, кдж/кг*град,

T_{поступающего воздуха} – температура поступающего воздуха в печь, °С

H_H2O – энтальпия воды при T_{поступающего воздуха,} кдж/кг (1, табл. ХХ)

H_H2O при 21°С

t °С	20	21	30
HH2O кдж/кг	83.9	Х	125.7

Х=((125.7-83.9)/(30-20))*(21-20)+83.9=88.08 кДж/кг

q₁=(1000-105)*0.816*21+105*88.08=24585.12 кДж

2. Физическое тепло кокса находим по формуле:

q₂=(1- m_{табл H2O})*Cp_кокса* T_{поступающего кокса}+ m_{табл H2O}* H_H2O (20)

где, Cp_кокса – теплоемкость кокса, кДж/кг,

T_{поступающего кокса} – температура поступающего кокса в печь °С

q₂=(1-0.255)x*1.047*21+0.255x*88..08=38.84x кДж

3. Физическое тепло воздуха находим по формуле:

q₃= m_{сухого воздуха}*x*i_{воздуха} (21)

где, i_{воздуха} – энтальпия воздуха, кДж на 1 кг сухого воздуха (1, табл. XIX)

i_{воздуха} при 21°С

t °С	20	21	25
i кДж	46.27	x	61.21

X=((61.21-46.27)/(25-20))*(21-20)+46.27=49.26 кДж

q₃=8.89x*49.26=437.92x кДж

4. Тепло сгорания кокса до CO₂ :

От сгорания углерода до CO₂

Q₁= m_{табл CO2}*8941.2 (22)

Где 8941.2 – теплота сгорания углерода до CO₂, кДж на 1 кг СО₂

Q₁=2.713x*8941.2=24257.48x кДж

От сгорания углерода до СО

Q₂= m_{табл CO}*3944.9 (23)

Где, 3944.9 – теплота сгорания углерода до СО, кДж на 1 кг СО

Q₂=0.0181x*3944.9=71.40x кДж

От сгорания серы в SO₂

Q₃= m_{табл SO2}*4634.3 (24)

Где, 4634.3 – теплота сгорания серы в SO₂, кДж на 1 кг SO₂

Q₃=0.0228x*4634.3=105.66x кДж

Всего тепла от сгорания кокса:

q₄=Q₁+Q₂+Q₃=24257.48x+71.40x+105.66x=24434.54x кДж

5. Теплота гашения извести влагой воздуха находим по формуле:

CaO_(тв)+H₂O_(г)->Ca(OH)₂(т)+109.26 кДж/моль

Qp=ΔG_Ca(OH)2-(ΔG_CaO-ΔG_H2O) (25)

Где, ΔG_Ca(OH)2 – теплота образования Ca(OH)_2(тв) кДж/моль,

ΔG_CaO – теплота образования CaO_(тв) кДж/моль,

ΔG_H2O – теплота образования H₂O_(г) кДж/моль

Q_p=986.20-(635.10+241.84)=109.26 кДж

Так как все вещества участвуют в реакции в количестве 1 моль, то нет разницы, к какому веществу относить Q_p, поэтому:

q₅=(Q_o*m_паров*m_мела)/M_H2O (26)

Где, M_H2O – молярная масса воды, г/моль.

q₅=(109.26*0.0996x*1000)/18=604.57x кДж

Общий приход тепла:

Q_p=q₁+ q₂+ q₃+ q₄+q₅ (27) q₅=24585.12+38.84x+346.03x+24434.54x+604.57x=24585.12+25423.98х кДж

1. Расход тепла

1. С отходящими газами

q₁=(m_{табл CO2}*C_co2+ m_{табл CO}*C_CO+ m_{табл O2}*C_O2+ m_{табл N2}*C_N2+

+m_{табл SO2}*C_SO2)*T_{отходящих} газов+ +m_{табл H2O}*i_h2o (28)

Где, C_i – теплоемкости газов, кДж/кг*град,

i_h2o – энтальпия паров воды при 0.1 *10⁵ н/м² и T_{отходящих газов ­}– температура отходящих газов из печи, °С (1,табл. XXI)

i_h2o при 145°С

t °С	140	145	150
i кДж/кг	2764	Х	2783

Х=((2783-2764)/(150-140))*(145-140)+2764=2773.5 кДж/кг

q₁=[(360.74+2.713x)*0.892+0.0181x*1.044+2.054x*0.932+6.836x*1.044+

+0.0228x*0.649]*145+(105+0,255ч)*2773,5=337875,6+2374,74х кДж

2. С выгружаемой известью

q₂=∑1*Cp_{извести} (29)

Где, Cp_{извести} – теплоемкость технической извести, кДж/кг*град

q₂=(5325.46+0.742x)*0.795*50=21165.29+29.49x кДж

3. Разложение CaCO₃ по реакции:

CaCO3_(тв)->CaO_(тв)+CO_2(г)

Qp=(ΔG_CO2+ ΔG_CaO)- ΔG_CaCO3 (30)

Где, ΔG_i – теплоты образования, кДж/моль

Qp=(393.517+635.10)-1206.00=177.39 кДж

q₃=(Qp*m_мела* m_caco3)/M_CaCO3 (31)

Где, M_CaCO3 – молярная масса CaCO3

q₃=(177.39*819.85*1000)/100=1454331.92 кДж

4. Разложение MgCO₃ по реакции:

MgCO_3(тв)->MgO_(тв)+CO_2(г)

Qp= (ΔG_MgO+ ΔG_CO2)- ΔG_MgCO3 (32)

Qp=(601.24+393.51)-1096.21=101.46 кДж

q₄=(Qp*m_мела*m_mgco3)/M_MgCO3 (33)

Где, M_MgCO3 – молярная масса MgCO3

q₄=(101.46*1000*6.2)/84.3=7462.064 кДж

5. Потери тепла в окружающую среду принимаем 12% от прихода тепла:

q₅=Q_пр*0.12 (34)

q₅=(24585.12+25423.98x)*0.12=2950.21+3050.88x кДж

Общие количество тепла:

Q_расх=q₁+q₂+ q₃+q₄+q₅=337875.6+2374.74x+21165.29+29.49x+1454331.92+

+7468.064+2950321+3050388x=1823785.084+5455.11x кДж

Количество кокса:

Q_пр=Q_расх

24585.12+25423.98x=1823785.084+5455.11x =>

X=1799199.964/19968.87=90.1 кг

Полученное значение х используется для составления таблиц материального и теплового балансов.

Табл3.Сводный материальный баланс известково-обжигательной печи на 1000 кг мела

Приход				Расход
Статья	расчет	кг mприход	статья		расчет	кг mрасход
Мел:	-	-	Известь:		-	-
CaCO3	-	863	CaO		mтабл CaO*90.1= =459.12-0.276*90.1	434.25
MgCO3	-	6.2	Ca(OH)2		mтабл Ca(OH)2*90.1= =0.409*90.1	37.22
SiO2+нерастворимые вHCl	-	12.5	MgO		-	2.49
			CaCO3		-	53.95
R2O3	-	2.4	R2O3		-	2.4
H2O	-	105	SiO2+нерастворимые вHCl		-	12.5
			C		mтабл C*90.1= =0.0114*90.1	1.027
			зола		mтабл зола*90.1= =0.0114*90.1	1.027
Итого мела	-	1000	Итого извести		∑0	543,87
Кокс	-	90.1	Газ:		-	-
Воздух:	-	-	CO2		mтабл CO2*90,1= =360,74+2,713**90,1	605,18
O2	mтабл O2*90.1= =2.099*90.1	189.12	CO		mтабл CO*90,1= =0,01821*90,1	1,63
N2	mтабл N2*90.1= =6.836*90.1	615.92	O2		mтабл O2= =2,054*90,1	185,065
H2O	mпара*90.1= =0.0996*90.1	8.97	N2		mтабл N2= =6,836*90,1	615,92
			SO2		mтабл SO2= =6,0228*90,1	2,054
			H2O		mтаблH2O= 105+0,255*90.1	127,98
Итого влажного воздуха	∑1	814.014	Итого газа		∑3	1537,83
Всего	∑2	1904.11	Всего		∑4	2081,69

Табл4.Сводный тепловой баланс известково-обжигательной печи на 1000 кг мела

Приход				Расход
статья	расчет	кДж	статья		Расчет	кДж
С мелом	-	24585.12	С газом		q1*90.1= =337875.6+ +2374.74*90.1	551839.074
С коксом	q2*90.1=38.84* *90.1	3499.48	С известью На разложение CaCO3		q2*90.1= =21165.29++29.49*90.1	23822.34
С воздухом	q3*90.1=437.92* *90.1	39456.59
Тепло сгорания кокса	q4*90.1=24434.54*90.1	2201552.054
			На разложение MgCO3		-	1454331.92
Тепло гашения извести	q5*90.1=604.57* *90.1	54471.16
			Потери в окружающую среду		q5*90.1= =2950.21+ +3050.88*90.1	277834.498
Всего	∑5	2323564.404	Итого		∑6	2315289,896
			Невязка в балансе		∑5-∑6	827,45
			Всего			2,0,231,404

3. Состав продуктов, полученных в обжиговой печи (на 1000 кг мела)

Выражаем сумму СаО в выпускаемой из печи извести:

m'_Ca(OH)2=(m_{расходСа(ОН)2})/М_Са(ОН)2 (34)

m'_Ca(OH)2=(37.22*56)/74=28.17 кг

Тогда сумма СаО в выпускаемой из печи извести:

m'_CaO= m_{расход Са(ОН)2}+ m'_Ca(OH)2 (35)

m'_CaO=434.25+28.17=462.42 кг

% СаО в извести равен:

% СаО=(m'_CaO*100)/ ∑₀ (36)

%СаО=(462.42*100)/543.87=85%

Из 1000 кг мела получается стандартной 85% извести:

m_{стандартной извести}=(∑₀*85)/85=543.87 кг

а из 1000 кг 100% СаСО₃:

m_{чист СаСО3}=(m_{стандартной извести}*100)/ m_{табл СаСО3} (37)

m_{чист СаСО3}=(543.87*100)/86,3=630.21 кг

Состав выходящих из печи газов по объему ( в нм³) (1,табл. XVIII)

Vi=m_расход/ ρ_i (38)

Где, ρ_i – плотность газов.

V_CO2=605.18/1.977=306.11 нм³

V_CO=1,63/1.250=1.304 нм³

V_O2=185.065/1.429=129.51 нм³

V_N2=615.92/1.257=306.11 нм³

V_SO2=2.054/2.927=0.7 нм³

V_HO2=127.98/0.804=159.18 нм³

∑Vi= V_CO2+ V_CO+ V_O2+ V_N2+ V_SO2+ V_HO2 (39)

∑Vi =306.11+1.304+129.51+306.11+0.7+159.18=1086.79 нм³

При пересчете на сухой газ:

φ=Vi/∑V’I (40)

Где, φ – процентное содержание газа в смеси сухого газа

Табл5.Таблица пересчета газа на сухой газ

Газ	V, нм3	φ,%
СО2	306.11	(306.11/927.61)*100=32.9
СО	1.304	(1.304/927.61)*100=0.14
О2	129.51	(129.51/927.61)*100=13.96
N2	489.99	(1.304/927.61)*100=52.82
SO2	0.7	(0.7/927.61)*100=0.08
Игого	927.61	100

При промывке и охлаждении газа в скрубберах и электрофильтрах поглощается 5-6% СО₂ и весь SO₂. Принимаем потерю СО₂ 5%:

Δm_co2=m_{табл со2}*0.05=605.18*0.05=30.26 кг

ΔV_co2=V _CO2*0.05=306.11*0.05=15.31 кг

Табл6.Состав газа после промывки

Газ	mi кг	Vi нм3	φ,%
СО2	mрасходco2- Δmco2=605.18--30.26=574.92	VCO2- ΔVco2=306.11-15.31=290.8	(290/911.60)*100= =31.89
СО	1.63	1.304	(1.304/911.60)*100= =0.14
О2	185.065	129.51	(129.51/911.60)*100= =14.2
N2	615.92	489.99	(489.99/911.60)*100= =53.75
Итого	1377.54	911.604	100