Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Приход, кг/цикл (кг/цикл)	Расход кг/цикл (кг/цикл)
Поступает в печь Рвл	Годная продукция	Рч
	Брак при обжиге	Р – Рч
	Потери массы при обжиге	Рс – Р
	Количество испаряемой влаги при обжиге	Рвл - Рс
Итого:	Итого:

2.3.2. Расчет химического состава шихты и готовых изделий

Химический состав изделий (материала) можно рассчитать по их шихтовому составу, зная химический состав сырья, входящего в шихту. Химический состав сырья, применяемого в керамической промышленности, приведен в прил. 5, а типовые составы масс для производства различных видов керамических изделий – в прил. 6.

Исходными данными для расчета химического состава шихты и готовых изделий служат: шихтовой состав массы и химический состав исходных сырьевых материалов, приведенный к 100 %.

Для определения химического состава шихты (непрокаленное состояние) рассчитывают количество оксидов, вводимых в массу с каждым компонентом, а затем их содержание суммируют по каждому оксиду. Химический состав готовых изделий (прокаленное состояние) находят путем умножения содержания каждого оксида массы на коэффициент К, равный:

К= ,                                           (2.7)

где     п.п.п. – потери при прокаливании шихты, %.

Пример расчета. Дан шихтовой состав массы для производства санитарных керамических изделий и химический состав исходного сырья (табл. 2.2). Требуется рассчитать химический состав шихты (непрокаленное состояние) и химический состав готовых изделий (прокаленное состояние).

Ход расчета. Определяем количество оксидов, вводимых с каждым компонентом. Например, с каолином (его содержание в шихте 30%) в шихту будет введено SiO₂ , %

45,88·0,30 = 13,76

и т. д. для каждого компонента. Данные вносим в табл. 2.3. Аналогично расчет производится по каждому компоненту шихты (т.е. глине, полевому шпату и т.д.) и данные заносятся в табл. 2.3. Далее содержание оксидов суммируется, т.е. для SiO₂ , %: 13,76 + 11,37 + 16,06 + 19,84 + 4,28 = 65,31 и т.д. для каждого оксида, суммируются и п.п.п., вносимые каждым компонентом шихты. Результаты заносятся в табл. 2.3 (химический состав шихты). Химический состав готовых изделий рассчитываем путем умножения содержания каждого оксида (на непрокаленное состояние) на коэффициент К, равный,:

К= = 1,0625,

где 5,88 – потери при прокаливании шихты.

Например, для SiO₂, %: 65,31·1,0625 = 69,38

и т.д. для каждого оксида (табл. 2.3 – химический состав готовых изделий).

Таблица 2.2 Химический состав сырья и его содержание в шихте Материал Содержание в шихте, % Содержание оксидов, мас. % SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O п.п.п. Сумма Каолин 30 45,88 - 38,85 0,40 0,61 0,25 - - 14,01 100 Глина 20 56,85 1,05 28,78 1,00 0,45 0,95 0,83 1,88 8,21 100 Полевой шпат 24 66,93 - 19,14 0,30 0,91 0,13 2,56 10,03 - 100 Кварцевый песок 20 99,22 - 0,18 - 0,16 0,26 - - 0,18 100 Бой обоженных изделий 6 71,31 0,49 22,27 0,6 0,41 0,25 3,98 3,98 - 100 Таблица 2.3 Химический состав шихты и готовых изделий Материал Содержание оксидов, мас. % SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O п.п.п. Сумма Каолин 13,76 - 11,66 0,12 0,18 0,25 - - 4,20 30 Глина 11,37 0,21 5,79 0,20 0,09 0,19 0,17 0,38 1,64 20 Полевой шпат 16,06 - 4,60 0,07 0,22 0,03 0,61 2,41 - 24 Кварцевый песок 19,84 - 0,04 - 0,03 0,05 - - 0,04 20 Бой обоженных изделий 4,281 0,03 1,33 0,04 0,02 0,02 0,04 0,24 - 6 Химический состав шихты (непрокаленное состояние) 65,31 0,24 23,38 0,47 0,54 0,37 0,82 3,03 5,88 100 Химический состав готовых изделий (непрокаленное состояние) 69,38 0,25 24,83 0,50 0,57 0,39 0,87 3,21 - 100

 

Теплотехнический расчет

Теплотехнические расчеты включают в себя расчет горения топлива, тепловой баланс зон подогрева и обжига (теплопотребляющих зон), тепловой баланс зоны охлаждения, расчет технико-экономических показателей работы печи.

В расчетах по горению топлива определяют: его теплотворную способность; коэффициент избытка воздуха, исходя из максимальной температуры обжига; теоретический и действительный расходы воздуха, необходимые для горения; температуру подогрева последнего при условии его подогрева; количество и состав продуктов горения (теоретический и действительный), делают проверочный расчет теоретической и действительной температур горения. Расчеты по горению топлива приведены в подразд. 2.4.1.

В результате теплотехнического расчета печи определяют расход топлива для обеспечения необходимой температуры в печи и объем воздуха, требуемый для охлаждения изделий до заданной температуры. Методики теплотехнических расчетов тепловых агрегатов различной конструкции изложены в литературных источниках. Для определения необходимого расхода топлива в печи составляют тепловой баланс ее теплопотребляющих зон (зоны подогрева и обжига). Требуемый расход воздуха для охлаждения обоженных изделий рассчитывают из теплового баланса зоны охлаждения печи.

Приблизительную оценку теплоемкости керамических материалов производят по их химическому составу, пренебрегая соединением оксидов в силикаты, шпинели и другие соединения. Пример расчета эффективной теплоемкости и требуемые для этого данные приведены в подразд. 2.4.2.

Заканчивается этот раздел расчетами удельного расхода топлива и тепла на обжиг материала, определением коэффициента полезного действия печи и т.д.

Расход натурального топлива (В, нм³/ч, кг/ч) в условное (Вусл) пересчитывается по формуле, кг/условного топлива/единица продукции:

,                                 (2.8)

где  – низшая теплотворная способность натурального топлива, кДж/нм³ (кДж/кг);

Рч – часовая производительность печи, единица продукции/ч

или В усл, %:

,                                (2.9)

 

где  – часовая производительность печи, кг/ч.

Коэффициент полезного действия печи η, %, представляет собой отношение полезно затраченного тепла на технологические процессы Qтех, к количеству тепла, выделившемуся при горении топлива Qгор:

,                  (2.10)

где Qм – теплота, затраченная на нагрев материала до максимальной температуры обжига, кДж/ч (кДж/цикл);

Qисп – тепло, затраченное на испарение физической влаги из поступающего в печь материала, кДж/ч (кДж/цикл);

Qх  – тепло, затраченное на химические процессы, протекающие

в материале, кДж/ч (кДж/цикл).

 

2.4.1. Расчет горения топлива

 

Расчет горения топлива необходим для того, чтобы правильно выбрать дутьевые и тяговые устройства к печи, обеспечивающие нормальный процесс горения, движения дымовых газов и необходимый температурный режим в рабочем пространстве печи. Составы различного вида топлива приводятся в прил. 9 – 11. Если для газообразного топлива состав дается на сухой газ, а для жидкого и твердого на горючую массу, то необходимо провести перерасчет всех составляющих на рабочую массу.

Перерасчет производится по следующим формулам:

для газообразного топлива, %

,                           (2.11)

где  – содержание метана в рабочем топливе, %;  – содержание метана в сухом топливе, %; W^P – содержание влаги в рабочем топливе, %;

для твердого и жидкого топлива, %

,                       (2.12)

где     C^P, C^Г – содержание углерода в рабочей и соответственно в горючей массе топлива, %; W^P – содержание влаги в топливе, %; А^Р – содержание золы в топливе, %.

По аналогичным формулам пересчитываются остальные составляющие топлива. Обычно содержание влаги в природном газе составляет 0,5 – 1,5%, в мазуте – 2 – 4%.

Теплота сгорания газообразного топлива определяется как сумма произведений тепловых эффектов горения составляющих газа на их количество ( и т.д.), выраженное в объемных процентах, для природного газа, кДж/нм³

 

(2.13)

Теплота сгорания твердого и жидкого топлива  определяется по формуле Д. И. Менделеева, кДж/кг

= 339С^Р+ 1030Н^Р – 108,9(О^Р – S^P) – 25W^P,                       (2.14)

где     С^Р, Н^Р, О^Р, S^P,W^P – составляющие элементы рабочего топлива, мас. %.

 

Расход воздуха на горение

В расчетах принимают следующий состав воздуха, об. %: азот – 79 и кислород – 21. Количество влаги, вносимое атмосферным воздухом, незначительно увеличивает расход воздуха. При расчетах печей влажность атмосферного воздуха можно не учитывать. Теоретически необходимый для горения расход сухого воздуха определяется по следующим формулам:

для твердых и жидких топлив, нм³/кг

 

L₀= 0,0889С^Р+ 0,265Н^Р – 0,0333(О^Р – S^P);                (2.15)

 

для природного газа, нм³/нм³

 (2.16)

Расход атмосферного воздуха при влагосодержании d, г/кг сухого воздуха, нм³/нм³ (нм³/нм³)

= (1+0,0016d)L₀.                                      (2.17)

Практически для полного сгорания топлива требуется подвод воздуха в количестве, превышающем теоретически необходимое, так как трудно достигнуть идеального смешения топлива с воздухом. Действительный расход сухого воздуха с учетом коэффициента расхода воздуха, нм³/кг (нм³/нм³)

L_α= α L₀.                                           (2.18)

Коэффициент расхода воздуха

,                   (2.19)

где t_T – температура топлива, ^оС;

c_T – объемная теплоемкость топлива, кДж/м³К;

V₀ – общий объем дымовых газов, нм³/нм³;

t_К   – калориметрическая температура горения, ^оС;

c_ДГ – объемная теплоемкость дымовых газов, кДж/м³К;

c_В – объемная теплоемкость воздуха, поступающего на горение топлива кДж/м³К;

t_В  – температура воздуха, поступающего на горение топлива, ^оС.

Данные по теплоемкости углей приводятся в прил.12. Объемная теплоемкость газообразного топлива, кДж/м^{3 о}С

,                                               (2.20)

где с_i – объемная теплоемкость составляющих топлива (СН₄, СО₂, и др.), кДж/м³К при температуре t_T (прил. 13);

A_i – содержание составляющих топлива, об %.

Теплоемкость мазута, кДж/(кг·К)

 

С_топл = 1,7386 + 0,0025 · t_топл,

где t_топл – температура подогрева мазута, ^оС.

Для сухого твердого топлива средняя теплоемкость составляет примерно

= 1,05 кДж/кг                                          (2.21)

Для влажного топлива при влажности W^P (%), кДж/кг·К

.            (2.22)

Температура топлива принимается в следующих пределах, ^оС: для твердого топлива – равной температуре окружающего воздуха; пылевидного топлива 40 … 50, мазута 55 … 90, природного газа – 0 … 30 ^оС (в зависимости от времени года).

Общий объем дымовых газов при сжигании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, т.е. при α = 1, нм³/нм³(нм³/кг)

.            (2.23)

 

Необходимая теплота подогрева воздуха, кДж/нм³

 

,                                  (2.24)

 

где i_Д – тепло продуктов сгорания топлива для заданной действительной температуры t_Д; определяется из i – t диаграммы (прил. 14);

η_П – пирометрический коэффициент полезного действия процесса горения, учитывающий практическое значение тепловых потерь факелом при заданных условиях сжигания топлива. Приближенные значения пирометрического коэффициента приводятся в прил. 15.

Если значение i_ПОД получается отрицательным, то подогрев воздуха не требуется. Температура подогрева воздуха

 

,                                               (2.25)

где С_в – теплоемкость воздуха, кДж/кг.

Объем отдельных составляющих продуктов горения твердого и жидкого топлив подсчитываются по следующим формулам:

, нм³/кг

= 0,01855 ,                                     (2.26)

где  – количество фактически сгоревшего углерода, %, равное

= (0,95 ¸ 0,97)· ;                              (2.27)

, нм³/кг

= 0,007 ;                                          (2.28)

, нм³/кг

= 0,112 +0,0124( +100· )+0,0016 , (2.29)

где W_П – весовое количество пара, вводимого для распыления жидкого топлива, кг/кг топ;

, нм³/кг

= 0,79 +0,008 .                         (2.30)

 

 

Для природного газа, нм³/нм³

;  (2.31)

 (2.32)

;                                        (2.33)

.                                    (2.34)

Калориметрическая температура горения топлива, ^оС

t_K = ,                                                    (2.35)

где t_Д – действительная температура горения, т.е. температура обжига изделий в печи, ^оС.

Теплоемкость дымовых газов, кДж/(м³·К)

С_ДГ = ,     (2.36)

где – теплоемкость составляющих дымовых газов, кДж/м³кг при температуре t_K;

 – процентное содержание составляющих дымовых газов, %.

Действительный расход атмосферного воздуха при его влагосодержании d, нм³/кг (нм³/нм³)

.                          (2.37)

Когда известен расход топлива В (кг/ч или нм³/ч), то общий расход сухого воздуха, необходимый для сжигания топлива, нм³/ч

V_возд = В·L_α .                                          (2.38)

Действительный расход атмосферного воздуха, нм³/ч

.                                          (2.39)

Количество и состав продуктов горения при избытке воздуха α вычисляется следующим образом: количество образующегося СО₂ и SO₂ не изменяется с изменением коэффициента расхода воздуха, так как оно зависит только от состава топлива, поэтому

; .                                 (2.40)

см. формулы (2.31), (2.34)

 

 

Количество водяного пара  и количество азота  подсчитываются соответственно по формулам (2.29, 2.32) и (2.30, 2.33) с заменой L₀ на L_α.

 Значение , независимо от вида топлива, нм³/нм³

                                           (2.41)

Общий объем дымовых газов при коэффициенте избытка воздуха, нм³/нм³

           (2.42)

Процентный состав продуктов горения; %:

                                   (2.43)

Объем продуктов горения при разных коэффициентах расхода воздуха можно найти, зная разность между объемом продуктов горения и количеством израсходованного воздуха, нм³/кг

ΔV = V₀ – L₀ = V^α – L_α ,           (2.44)

Так как ΔV не зависит от коэффициента избытка воздуха, а только от состава топлива, то

V₀ = L₀ + ΔV ;                                          (2.45)

= L_α + ΔV.                                           (2.46)

Материальный баланс процесса горения на 100 нм³ составляется по форме (табл. 2.4)

Таблица 2.4