Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thiệu về xi măng pooclang Quy trình sản xuất xi măng, cấu tạo lò nung, nguyên lý hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt, làm lạnh Tính toán lượng không khí Tính lượng bụi Tính toán cân bằng nhiệt Tính nhiệt độ Tính toán kích thước lò
đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại MụC LụC: Phần I: Giới thiệu xi măng Pooclăng Trang Sản xuất Xi măng Pooclăng Trang Cấu trúc lò nung Trang Nguyên lý hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt Trang Thiết bị làm lạnh Trang Các vùng lò Trang PHầN II: TíNH TOáN THIếT Kế KíCH THƯớc thiết bị Trang Trang A Tính lợng không khí sản phẩm khí cháy cho 1m3 khí nhiên liệu B Tính lợng khí thoát từ nguyên liệu nung Trang 10 Trang 10 C Tính lợng bụi qua thiết bị trao đổi nhiệt: D Lợng bụi lắng đọng xyclon bậc III: Trang 11 E Tính lợng không khí vào lò cho 1kg clanhke : Trang 13 F Cân nhiệt lò quay: Trang 14 G Lợng không khí để đốt cháy nhiên liệu lợng khí thải Trang 16 H Tính nhiệt độ khí thải đầu xyclon Trang 18 thiết bị trao đổi nhiệt, buồng lắng bụi lò quay I Xác định nhiệt độ không khí phần vào lò SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Trang 20 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại ( dựa vào cân nhiệt thiết bị làm lạnh ) J Xác định kích thớc lò: Trang 21 K Xácđịnh kích thớc xyclon Trang 23 L Thiết kế chiều dày lớp kết cấu bao che Trang 30 Đề Đồ áN THIếT Bị NHIệT: THIếT Kế Lò QUAY NUNG CLANKE THEO PHƯƠNG PHáP KHÔ SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại Thiết kế lò quay nung clanke xi măng theo phơng pháp khô có thiết bị cyclôn trao đổi nhiệt, thiết bị làm lạnh kiểu ghi đẩy với thông số yêu cầu sau: - Công suất: G= 2500 ( Tấn clanke/ ngày đêm) - Nhiên liệu : Khí tự nhiên (%) : CO2= 0,1; CH4= 97,9; C2H6= 0,5; C3H8= 0,2; C4H10= 0,1; N2= 1,2; QtLV= 8523 Kcal/Nm3 - Chi phí nguyên liệu khô cho 1kg clanke GKfl= 1,6 kg/kg clanke - Mất nung nguyên liệu khô : MKNK= 35% ; Hàm lợng CO2 nguyên liệu khô : CO2K= 32% - Độ ẩm phối liệu: Wfl= 1,5% - Mức độ phân giải CaCO3 cyclôn bậc là: y= 15% Lợng bụi khỏi lò vào cyclôn bậc là: z= 14% so với lợng phối liệu khô - Hệ số tác động hữu ích cyclôn: bậc 1= 0,92; bậc 2,3,4= 0,73 - Nhiệt dung riêng khí nhiên liệu vào lò: 0,37 Kcal/Nm3.0C - Lợng không khí thổi vào bên dới ghi làm lạnh cho kg clanke: VKK= Nm3/kg clanke - Lợng không khí lọt vào lò khe hở: 2% so với lợng không khí để đốt cháy nhiên liệu - Hệ số d không khí: vào lò l= 1,1; buồng lắng bl= 1,2; cyclôn bậc 4= 1,3; bậc 3= 1,4; bậc 2= 1,5; bậc 1= 1,6 - Nhiệt độ trung bình phối liệu vào cyclôn bậc 1: 400C - Nhiệt độ khí thải khỏi cyclôn bậc 1: 3500C - Nhiệt độ clanke khỏi lò: 12500C - Nhiệt độ clanke khỏi thiết bị làm lạnh: 1000C - Nhiệt độ không khí d khỏi thiết bị làm lạnh: 1500C - Nhiệt lý thuyết tạo clanke: 425 Kcal/kg clanke - Lợng không khí phần 1: 20% lợng không khí cần để đốt cháy nhiên liệu SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại - Tổn thất nhiệt vào môi trờng xung quanh (Kcal/kg clanke): 160 Trong đó: Thiết bị làm lạnh: 20; lò quay: 110; buồng lắng: 5; cyclôn bậc 4: 8; cyclôn bậc 3: 7; cyclôn bậc 2: 6; cyclôn bậc 1: - Năng suất riêng thiết bị làm lạnh: GFgh= 1000 kg/m2.h - Thời gian để làm lạnh clanke thiết bị làm lạnh: = 0,40h PHầN I: Giới thiệu xi măng Pooclăng Xi măng Pooclăng chất kết dính có khả đông kết, rắn phát triển cờng độ môi trờng không khí môi trờng nớc thờng đợc gọi chất SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại kết dính nớc hay chất kết dính thuỷ đợc phát minh đa vào sử dụng xây dựng từ đầu kỷ 19 Xi măng Pooclăng đợc sản xuất công nghệ nghiền mịn Clanke xi măng pooclăng với thạch cao với số phụ gia khác Clanke xi măng pooclăng bán thành phẩm công nghệ xi măng có dạng hình viên Đợc nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn trạng thái đồng nhất, phân tán đá vôi đất sét số phụ gia khác nhng không 1% so với khối lợng clanke Clanke xi măng bao gồm khoáng sau: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, với hàm lợng chiếm khoảng 95ữ 97% Ngoài cong có oxyt khác với hàm lợng nhỏ: MgO, TiO2, K2O, Na2O, hàm lợng oxyt phụ thuộc vào loại clanke xi măng pooclăng Hàm lợng khoáng thờng dao động khoảng sau: CaO: (63ữ66%) MgO: (0,5ữ5%) SiO2: (21ữ24%) TiO2+ K2O: (0,2ữ0,5%) Al2O3: (4ữ9%) Na2O+ K2O: (0,4ữ1%) Fe2O3: (2ữ4%) SO3: (0.3ữ1%) Hàm lợng oxyt trọng clanke xi măng ảnh hởng đến tính chất xi măng nh: - Canxi Oxyt (CaO) chủ yếu nguyên liệu đá vôi, trình nung nhiên liệu tạo thành clanke điều kiện định chúng liên kết với oxýt khác tạo thành hợp chất hoá học định tốc độ đông kết, rắn cờng độ xi măng Khi hàm lợng CaO lớn khả tạo thành hợp chất dạng khoáng Canxi Silicat có độ Bazơ cao (C3S) clanke nhiều ximăng lại bền môi trờng xâm thực sunphát Khó nung luyện tồn hàm lợng canxi oxyt tự làm bất lợi cho xi măng thành phần khoáng clanke xi măng ngời ta khống chế hàm lợng CaO hợp lý (63ữ66%) SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại - CaO MgO tự chúng nằm dạng hạt già lửa tác dụng chậm với nớc gây nên thay đổi thể tích không đóng rắn dẫn đến làm giảm cờng độ xi măng Trong thực tế ngời ta khống chế hàm lợng CaO tự thờng nhỏ 0,5ữ1% Trong clanke xi măng sau nung luyện hàm lợng vôi tự thờng 1% với lò nung, với lò đứng hàm lợng 3ữ6% - Trong clanke xi măng pooclăng khoáng đợc thể là: + Hàm lợng: C3S > C2S > C3A > C4AF + Cờng độ 28 ngày (nén): C3S > C2S > C3A > C4AF + Tốc độ đóng rắn: C3A > C3S > C4AF > C2S - Clanke xi măng pooclăng sau nung luyện tồn dạng hạt có đờng kính từ 10ữ40mm phụ thuộc vào dạng lò nung Sản xuất Xi măng Pooclăng Quá trình sản xuất xi măng pooclăng gồm giai đoạn chính: - Sản xuất clanke xi măng - Nghiền clanke xi măng với thạch cao với phụ gia khác Để sản xuất clanke xi măng pooclăng sử dụng phơng pháp ớt phơng pháp khô, phơng pháp khô liên hợp Quá trình sản xuất xi măng pooclăng gồm giai đoạn sau: - Khai thác nguyên liệu nhiên liệu - Chuẩn bị hỗn hợp nguyên liệu - Nung hỗn hợp nguyên liệu tạo thành - Nghiền clanke với thạch caovà phụ gia Ưu nhợc diểm phơng pháp sản xuất clanke: - Phơng pháp ớt: sản xuất xi măng pooclăng phơng pháp nghiền trộn nguyên liệu nớc Phơng pháp có u diểm dễ nghiền, độ đồng phối liệu cao nhng tiêu tốn nhiên liệu nung lớn: 1400ữ1700 Kcal/Kg Clanke Kích thớc lò nung lớn diện tích xây dựng lớn SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại - Phơng pháp khô: sản xuất xi măng pooclăng phơng pháp nghiền trộn nguyên liệu dạng khô nguyên liệu khó bị nghiền mịn, độ đồng hỗn hợp phối liệu phơng pháp ớt Nhng u điểm chúng có công suất lớn tiêu tốn lợng: 800ữ1200 Kcal/KgClanke Kích thớc lò ngắn song mức độ giới hóa cao Thể tích khí cháy nhỏ hơn, từ 30ữ35% so với phơng pháp ớt suất lò nh Do giá thành làm khói lò giảm, khả sử dụng nhiệt khí thải để sấy nguyên liệu lớn hơn, nhng hệ thống trao đổi nhiệt làm phức tạp, trình sản xuất sinh lợng bụi lớn Để nung hỗn nguyên liệu tạo thành clanke xi măng, ngời ta thờng sử dụng lò quay, lò đứng Tốc độ tạo thành clanke nhiệt độ cần thiết để thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu phụ thuộc vào thành phần hoá học phối liệu ta xét đến hệ thống nung lò quay phơng pháp khô Cấu trúc lò nung Hệ thống lò quay ống hình trụ thép nghiêng 3ữ50 bên đợc lót gạch chịu lửa hệ thống đợc đặt trụ quay có bánh gối đỡ Tỷ số L/D < 32 lò ngắn; L/D > 32 với lò dài Nguyên liệu vào lò không đợc cho đầy mà chiếm thể tích nhỏ để có khoảng không cho khí chuyển động Quá trình trao đổi nhiệt khí nóng vật liệu nung xảy chủ yếu xạ nhiệt truyền nhiệt nhng hiệu suất trao đổi nhiệt Để tăng hiệu suất trao đổi nhiệt ta có nhiều biện pháp: - Lò quay phơng pháp ớt đa thiết bị trao đổi nhiệt vào lò - Lò quay phơng pháp khô đa thiết bị trao đổi nhiệt lò, Xiclon trao đổi nhiệt Vật liệu nằm môi trờng khí trạng thái lơ lửng làm cho bề mặt tiếp xúc với khí nóng lớn nên làm cho hiệu suất trao đổi nhiệt lớn Nguyên lý hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại - ống hình trụ - Khí nóng từ dới lên - Vật liệu vào ống theo phơng tiếp tuyến - Với vành trụ theo đờng xoáy trôn ốc có lực ly tâm làm hạt văng vào thành động lợng Vật liệu từ đờng ống tác dụng lực ly tâm va đập tiếp xúc với khí nóng theo khí nóng lên vật liệu rơi xuống Khi Nguyên liệu Khi nong vao Thiết bị làm lạnh Xét thiết bị làm lạnh kiểu ghi đẩy: Khi ghi tịnh tiến đẩy clanke chuyển động phía ngoài, không khí lạnh đợc thổi từ dới đáy ghi trao đổi nhiệt với clanke mặt ghi làm nguội dần clanke Không khí sau trao đổi nhiệt lại nóng lên cung cấp cho vòi đốt SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại Vôi d Lo nung Thiêt bi lam lạnh Băng tai dạng ghi Thôi lạnh Đâu Các vùng lò Trong lò quay nung clanke xi măng xảy trình nhiệt hoá học trình biến đổi pha hình thành tinh thể Các trình xảy liên tiếp đồng thời Ta chia làm vùng ứng với giai đoạn: - Giai đoạn 1: Nung nóng vật liệu đến 1000C, xảy trình sấy nguyên liệu làm bay nớc lý học - Giai đoạn 2: Nung nóng vật liệu 1000ữ 1500C, xảy trình phân cao lanh, làm nớc đất sét theo phơng trình: Al2O3.2SiO2.2H2O Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O - Giai đoạn 3: Nung nóng vật liệu đến 5000ữ11500C, xảy trình nhiệt phân khoáng Cacbonát: SVTH: Nguyễn Đức Hiếu MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại MgCO3 MgO + CO2 CaCO3 CaO + CO2 - Giai đoạn 4: Tăng nhiệt độ nung đến 11500ữ14500, giai đoạn xảy trình phản ứng hoá học hình thành khoáng: Aluminát Canxi: C3A Alums Ferit Canxi: C4AF Silicat Canxi: C2S, C3S *Phản ứng trạng thái rắn 11500ữ13000: CaO + Al2O3 CaO Al2O3 ( CA) CaO Al2O3 + 2CaO 3CaO Al2O3 (C3A) 2C + CA + C C4AF 2C + S C2S *ở 13000ữ14500C tạo C3S với tham gia phản ứng pha lỏng: C2S + C C3S - Giai đoạn 5: Nhiệt độ giảm từ 14500ữ10000C: Đây giai đoạn làm lạnh clanke hình thành cấu trúc tinh thể trình nung clanke xảy phản ứng thu nhiệt toả nhiệt Từ giai đoạn đến giai đoạn 3: Quá trình bay nớc phân huỷ đất sét đá vôi phản ứng thu nhiệt, dạng chi phơng trình cân nhiệt PHầN II: TíNH TOáN THIếT Kế KíCH THƯớc thiết bị SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 10 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại Danh mục Đơn vị Xyclon Xyclon Xyclon Xyclon Buồng bậc I Nhiệt độ khí thải C 350 bậc II 530 bậc III Lò bậc IV lắng quay 813 bụi 1095 1157 671 bụi đầu xyclon vào lò quay G Xác định nhiệt độ không khí phần vào lò ( dựa vào cân nhiệt thiết bị làm lạnh ) 42) Nhiệt độ clanhke từ lò vào thiết bị làm lạnh: qcllo = ì Ccl ì tcllo = 0,2480 ì 1250 = 310 kCal/kg cl 43) Nhiệt không khí mang vào thiết bị làm lạnh: qkkll = Vkkll ì Ckk ì t kk = ì 0,31ì 15 = 13,95 kCal/kg cl 44) Tổn thất nhiệt clanhke mang ngoài: q clra = ì C cl ì t clll = 0,188 ì 100 = 18,8 kCal/kg clanke 45) Tổn thất nhiệt theo không khí d khỏi thiết bị làm lạnh: q kkdu = 147 546Vnl = 131 453 ì 0,1107 = 81,05 kCal/kg cl 46) Tổn thất nhiệt môi trờng: 10 kCal/kg clanke 6) Nhiệt không khí phần 1: qkkI = VkkI ì Ckk ì t kkdu = 0,231 ì 0,31 ì 150 = 10,74 kCal/kg cl 7) Nhiệt không khí phần 2: q kkII Từ phơng trình cân nhiệt: qkkII = 310 + 13,95 18,8 81,05 10 10,74 = 203,36 kCal/kg cl Nhiệt độ không khí phần 2: qkkII 203,36 t = II = = 760 C Vkk ì Ckk 0,863 ì 0,31 II kk B Xác định kích thớc lò: 1) Nhiệt độ không khí nhiên liệu vào lò: qkk = qkkII + Vkkhl ì Ckk ì t kk + qkkI + qnllh = 203,36 + 0,06 ì 0,31 ì 15 + 10,74 + 0,43 = = 214,81 kCal/kg SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 21 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại Tính cho 1m3 nhiên liệu: qkk = qkk 214,81 = = 1940,47 kCal/m3 nhiên liệu Vnl 0,1107 2) Nhiệt khí thải bụi khỏi lò: ( ) lo qkt = t ktlo ì VCO ì CCO2 + VNlo2 ì C N2 + Vkklo ì Ckk + VHlo2O ì C H 2O + GBlo ì C B = = 1157( 0,352 ì 0,5436 + 0,835 ì 0,3372 + 0,105 ì 0,3415 + 0,22 ì 0,4190 + 0,24 ì 0,25) = = 765 kCal/kg cl t ktlo nhiệt độ khí thải bụi khỏi lò quay (bảng 4) lo VCO , VNlo2 lợng khí khỏi lò quay (bảng 3) GBlo lợng bụi khỏi lò quay (bảng 1) 3) Mức độ sử dụng nhiệt: = q + qkt qtt qkt q + qkk qtt qtt - tổn thất nhiệt nhiên liệu cháy không hoàn toàn = = 943,5 + 214,81 765 = 0,34 943,5 + 214,81 4) Nhiệt độ cháy lý thuyết: - Nhiệt sản phẩm cháy: Qtlv + qkk = 8523 + 1940,47 = 10463,47 kCal/m3 nhiên liệu - Nhiệt độ cháy lý thuyết đợc xác định theo phơng pháp chọn dần: + Nhiệt độ sản phẩm cháy 23000C: nl VCO ì J CO2 + V Nnl2 ì J N + VOnl2 ì J O2 + V Hnl2O ì J H 2O = 1,0 ì 1354,7 + 8,25 ì 825,7 + 0,199 ì 874 + 1,986 ì 1099,4 = 10524,06 kCal/m3 nhiên liệu Trong đó: nl VCO , V Nnl2 lợng khí thải đốt nhiên liệu m3/m3nhiên liệu J CO2 , J N hàm nhiệt khí nhiệt độ 23000C + Nhiệt độ sản phẩm cháy 22000C: tính tơng tự kết : 10032,37 kCal/m3 nhiên liệu SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 22 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại + Nhiệt độ cháy lý thuyết: t lt = 2200 + 10463,47 10032,37 ì 100 = 2289 C 10524,06 10032,37 T lt = 2289 + 273 = 2562 K 5) Công suất nhiệt lò: Q=q.G.100=943,5.104,167.1000=98,28.106 kCal/h 6) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt xác định theo công thức sau: ìT ì F = 0,124 d Q lt 4,9.10 ì 2562 ì F 0,34 = 0,124 98,28.10 F = 960m 7) Năng suất riêng lò: 1000G 104167 = = 108,5 kg/m2.h F 960 8) Đờng kính lò quay phơng pháp khô xác định theo công thức Q = 1,5.10 ì D ì D 98,28.10 = 1,5.10 ì D ì D D 5,33m 9) Kiểm tra tỷ số: G D3 104167 = 689 kg/m3.h 5,333 Giá trị nhỏ trị số cho phép theo điều kiện tạo clanhke 10) Chiều dài lò: L= F 960 = = 57,4 m .D 3,14 ì 5,33 C Xácđịnh kích thớc xyclon 1)Đờng kính xyclon xácđịnh theo công thức: SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 23 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại 4Vvao D = ì Kv k (1 + M ) ì (m) g P Trong đó: +) Kv hệ đặc điểm hình học đặc trng cho lửa vào dòng khí ( Tỷ số diện tích cửa vào diện tích tiết diện xyclon), theo thực nghiệm K=0,2 +) Vv lợng khí đầu vào xyclon, m3/s +) - hệ số trở lực xyclon, = 2,7 +) P - trở lực dòng khí xyclon, mmH2O +) k - khối lợng riêng khí, kg/m3 +) M nồng độ bụi dòng khí; kgbụi/kg khí P = ì v2 ì k (1 + ) , mmH2O 2g - Tiết diện cửa vào xyclon Sv = Vv , (m2) v - Đờng kính đờng ống dẫn khí xyclon: - d= Vr ì r - Trong đó: +) r , v - vận tốc dòng khí đầu đầu vào xyclon; (m/s) +) Vr - lợng khí đầu xyclon; m3/s Để tính đợc D cần xác định Vr , Vv , k , , P Vận tốc dòng khí đờng ống dẫn = 15 ữ 25 (m/s) - Tính lợng không khí đầu vào đầu xyclon ( bảng 3) Trong bảng lợng khí đầu xyclon đợc tính Nm3/kg clanhke Lợng khí cần chuyển sang m3/s điều kiện nhiệt độ vị trí xyclon SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 24 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại V = V x ì G ì 100 ( 273 + t ) ì ; m3/s 3600 273 +) Vx lợng khí qua xyclon, Nm3/kg clanhke ( điều kiện chuẩn = 00C ) +) G suất lò, T/h Lợng khí đầu vào xyclon bậc 1: VvI VvI = 1,974 ì 104,167 ì1000 ( 273 + 530) ì = 168 m3/s 3600 273 t=486: nhiệt độ khí bụi đầu xyclon bậc Lợng khí đầu vào xyclon bậc 2: 1,869 ì 104,167 ì1000 ( 273 + 671) ì = 187 m3/s 3600 273 VvII = Lợng khí đầu vào xyclon bậc 3: VvIII = 1,764 ì104,167 ì 1000 ( 273 + 813) ì = 203 m3/s 3600 273 Lợng khí đầu vào xyclon bậc 4: VvIV = 1,617 ì104,167 ì 1000 ( 273 + 1095) ì = 235 m3/s 3600 273 Lợng khí đầu xyclon bậc 2: VrI = 2,19 ì104,167 ì1000 ( 273 + 350 ) ì = 145 m3/s 3600 273 Chọn vận tốc dòng khí r = 20m / s ; Tính k : v = 23m / s 273 k = 273 + t - khối lợng riêng khí điều kiện tiêu chuẩn (bảng 3) t nhiệt độ khí (bảng 4) Khối lợng riêng khí đầu xyclon bậc II điều kiện tiêu chuẩn 0II = (V II CO2 ì CO2 + V HII2O ì H 2O + V NII2 ì N + V kkII ì kk SVTH: Nguyễn Đức Hiếu ) V II 25 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại ( 0,394 ì1,977 + 0,22 ì 0,804 + 0,835 ì1,251 + 0,525 ì 1,293) = 1,974 = 1,36 kg/m3 Khối lợng riêng khí đầu xyclon bậc II nhiệt độ tII 273 273 kII = = 1,36 ì = 0,462 kg/m3 273 + 530 273 + 530 Khối lợng riêng khí đầu xyclon bậc III điều kiện tiêu chuẩn 0III = (V III CO2 ì CO2 + V HIII2O ì H 2O + V NIII2 ì N + V kkIII ì kk ) V III ( 0,394 ì 1,977 + 0,22 ì 0,804 + 0,835 ì 1,251 + 0,42 ì 1,293) = 1,869 = 1,36 kg/m3 Khối lợng riêng khí đầu xyclon bậc III nhiệt độ tIII 273 273 kIII = = 1,36 ì = 0,393 kg 273 + 671 273 + 671 Khối lợng riêng khí đầu xyclon bậc IV điều kiện tiêu chuẩn 0IV = (V IV CO2 ì CO2 + V HIV2O ì H 2O + V NIV2 ì N + V kkIV ì kk ) V IV ( 0,394 ì 1,977 + 0,22 ì 0,804 + 0,835 ì 1,251 + 0,315 ì 1,293) = 1,764 = 1,37 kg/m3 Khối lợng riêng khí đầu xyclon bậc IV nhiệt độ tIV 273 273 kIV = = 1,37 ì = 0,344 kg/m3 273 + 813 273 + 813 Khối lợng riêng khí đầu xyclon bậc I điều kiện tiêu chuẩn 0I = (V I CO2 ì CO2 + V HI 2O ì H 2O + V NI ì N + V kkI ì kk SVTH: Nguyễn Đức Hiếu ) V I 26 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại ( 0,3937 ì 1,977 + 0,25 ì 0,804 + 0,913 ì 1,251 + 0,63 ì 1,293) = 2,19 = 1,34 kg/m3 Khối lợng riêng khí đầu xyclon bậc I nhiệt độ tI 273 273 kI = = 1,34 ì = 0,587 kg/m3 273 + 330 273 + 350 Xác định nồng độ bụi dòng khí đầu xyclon bậc I: àI = GBI 0,214 = = 0,165 I I V ì k 2,19 ì 0,578 , kg bụi/kg khí Xác định nồng độ bụi dòng khí đầu xyclon bậc II: II = GBII 0,881 = = 1,06 II II V ì k 1,974 ì 0,462 , kg bụi/kg khí Xác định nồng độ bụi dòng khí đầu xyclon bậc III: III = GBIII 0,823 = = 1,12 III III 1,869 ì 0,393 V ì k , kg bụi/kg khí Xác định nồng độ bụi dòng khí đầu xyclon bậc IV: IV = GBIV 0,666 = = 1,1 , kg bụi/kg khí IV IV 1,764 ì 0,333 V ì k P I = 2,7 ì P II = 2,7 ì Xác định trở lực xyclon bậc I: 20 ì 0,587(1 + 0,165) = 37,64 mm H2O ì 9,81 Xác định trở lực xyclon bậc II: 20 ì 0,462(1 + 1,06 ) = 52,4 mm H2O ì 9,81 Xác định trở lực xyclon bậc III: SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 27 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại P III = 2,7 ì 20 ì 0,393(1 + 1,12) = 45,86 mm H2O ì 9,81 Xác định trở lực xyclon bậc IV: P IV 20 = 2,7 ì ì 0,344(1 + 1,1) = 39,77 mm H2O ì 9,81 Đờng kính xyclon bậc I: ì 168 2,7 ì 0,587(1 + 0,165) D = = 7,3m ì ì 9,81 ì 37,64 3,14 ì 0,2 I Tiết diện cửa vào xyclon bậc I: VvI 168 S = = = 7,3m v 23 I Đờng kính đầu ống dẫn khí: 145 ì = 3,04m 3,14 20 dI = Đờng kính xyclon bậc II: ì187 2,7 ì 0,462(1 + 1,06 ) D = = 7,7 m ì ì 9,81ì 52,47 3,14 ì 0,2 II Tiết diện cửa vào xyclon bậc II: S II = VvII 187 = = 8,1m v 23 Đờng kính đầu ống dẫn khí: d II = 168 ì = 3,27 m 3,14 20 Đờng kính xyclon bậc III: ì 203 2,7 ì 0,393(1 + 1,12 ) =4 = 8,0m ì ì 9,81ì 45,86 3,14 ì 0,2 D III S Tiết diện cửa vào xyclon bậc III: III VvIII 203 = = = 8,83m v 23 Đờng kính đầu ống dẫn khí: SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 28 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại 187 ì = 3,45m 3,14 20 d III = Đờng kính xyclon bậc IV: ì 235 2,7 ì 0,344(1 + 1,1) = = 8,65m ì ì 9,81ì 39,77 3,14 ì 0,2 D IV Tiết diện cửa vào xyclon bậc IV: S IV = VvIV 235 = = 10,22m v 23 Đờng kính đầu ống dẫn khí: d IV = 2) 203 ì = 3,6m 3,14 20 Chiều cao xyclon H Chiều cao xyclon chọn nh sau: 0,5D < H < 0,8D Chọn H = 0,7D cho tất xyclon: - Chiều cao xyclon bậc 1: H1 = 0,7D1 = 0,7x7,3=5,11 m - Chiều cao xyclon bậc 2: H2 = 0,7D2 = 0,7x7,7=5,39 m - Chiều cao xyclon bậc 3: H3 = 0,7D3 = 0,7x8=5,6 m - Chiều cao xyclon bậc 4: H4 = 0,7D4 = 0,7x8,65=6,0 m 3) Tính chiều cao phần nón cụt xyclon Góc xyclon nằm khoảng 35 ữ 400 Chọn = 400 cho tất xyclon tính chiều cao h chúng SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 29 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại 7,7 5,39 5,11 7,3 Xiclon bậc II 8,0 8,65 6,0 5,6 Xiclon bậc I Xiclon bậc III Xiclon bậc IV L) thiết kế chiều dày lớp kết cấu bao che * Phân chia vùng nhiệt theo chiều dày lò biểu đồ gia công nhiệt - Vùng I: Vùng phân huỷ: 800- 10000C - Vùng II: Vùng toả nhiệt phản ứng toả nhiệt: 1000- 13000C - Vùng III: Vùng thiêu kết: 1300- 14300C - Vùng IV: Vùng làm nguội: 1300- 12500C SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 30 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại t0 I II III IV 1500 1000 500 (phút) 18 36 54 72 90 108 126 144 162 180 - Năng lợng tổn thất lò chọn 120 Kcal/kg clanke - Năng suất lò 2500 tấn/ngày đêm Năng suất riêng lò : Cl = 2500 = 104,167 tấn/h= 0,0289.103 Kg/s 24 - Tổng tổn thất nhiệt lò để sản xuất clanke theo công suất : q = 120 ì Cl ì 103 = 120 ì 0,0289 ì 103 = 3468 Kcal/s - Mật độ nhiệt tổn thất : qtt = q 3468 = = 60,42 Kcal/Sm= 14412,18 (J/Sm) LLo 57,4 1-Vùng I : Vùng phân huỷ : Nhiệt độ vùng 800- 10000C Nhiệt độ lớn là: tmax= 10000C ta chọn lớp vật liệu bao che là: - Chọn lớp vật liệu chịu lửa 100mm loại gạch samốt có nhiệt độ làm việc 12000C Tra bảng ta có: SAMOT= 0,21+ 0,00043.t Với tmax= 10000C samot= 0,21+ 0,00043.1000= 0,64 W/m.0C SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 31 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại - Chọn nhiệt độ cách nhiệt : +) Loại vật liệu Diatomit có nhiệt độ cho phép 9000C : Diatomit= 0,17+ 0,00035.t= 0,17+ 0,00035.1000= 0,52 W/m.0C +) Lớp bảo vệ thép dày 80mm +) Nhiệt lợng truyền qua vỏ lò : q= tW tW d +1 ln 1d i Trong : tW1= tmax= 10000C tW2 chọn theo điều kiện lao động 600C q= qtt= 14412,18 (W/m) q= q= = D + 2d SM ì ln Lo SM DLo 1000 60 D + 2d SM + DA + ì ln Lo D + d DA Lo SM 1000 60 1 5,33 + ì 0,1 5,33 + ì 0,1 + ì DA ì ln ì ln + 0,64 5,33 5,33 + ì 0,1 0,52 940 0,058 + ì ln ( 5,53 DA ) 1,71 0,52 = 940 ì ln ( 5,53 DA ) 1,652 0,52 = 14412,18 ln( 5,53 DA ) = 1,715 DA= 0,15m Kết cấu bao che vùng I gồm: +) Lớp vật liệu chịu lửa samốt dày 100mm +) Lớp vật liệu cách nhiệt Diatomit dày 150mm +) Lớp bảo vệ thép dày 80mm 2-Vùng II : Vùng toả nhiệt phản ứng toả nhiệt Nhiệt độ 1000ữ13000C nhiệt độ tmax= 13000C bắt đầu xảy tợng nóng chảy khoáng - Chọn lớp vật liệu bao che : Chọn lớp gạch chịu lửa samốt có nhiệt độ làm việc 1350ữ15000C (gạch samốt loại A) dày 150mm SM= 0,15m SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 32 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại Ta có : 2SM = 0,7 + 0,00064 ì t = 0,7 + 0,00064 ì 1300 = 1,532 (W/m.0C) - Chọn lớp vật liệu cách nhiệt Diatomit có nhiệt độ cho phép 9000C : 2DA = 0,17 + 0,00035 ì t = 0,17 + 0,00035 ì 1300 = 0,625 (W/m.0C) - Lớp thép bảo vệ dày 80mm - Nhiệt lợng truyền qua vỏ lò : q= tW tW d +1 ì ln id i i Trong : tW1= tmax= 13000C tW2= 800C q= D + SM ì ln Lo SM DLo tW tW = DLo + SM + DA + ì ln DLo + 2d SM DA tW tW ln DLo + MSM ì q SM DLo ln( DLo + SM + DA ) = DA + ln( DLo + SM ) Thay số: 5,33 + ì 0,15 1300 80 ln( 5,33 + ì 0,15 + DA ) = 0,625 ì ì ln + ln ( 5,33 + ì 0,15) 5,33 14412,18 1,532 ln( 5,63 + DA ) = 1,77 DA = 0,12m Chọn chiều dày lớp cách nhiệt DA= 120mm Kết cấu bao che vùng II : +) Lớp chịh lửa samốt dày 150mm +) Lớp Diatomit dày 120mm +) Lớp bảo vệ thép dày 80mm 3-Vùng III: Vùng thiêu kết, nhiệt độ vùng 1300- 14500C , vùng có nhiệt độ cao lò nung: tmax= 14500C Ta chọn lớp vật liệu chịu lửa Samốt có nhiệt độ làm việc 135015000C 3SM = 0,7 + 0,00064 ì t = 0,7 + 0,00064 ì 1450 = 1,628 (W/m.0C) Với chiều dày 3SM SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 33 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại - Lớp thép bảo vệ dày 80mm - Nhiệt lợng truyền qua vỏ lò : q= tW tW d +1 ì ln id i i tW2= tWngoài= 3500C q= tW tW D + SM ì ln Lo SM DLo ln( DLo + SM ) = 3SM ( tW tW ) + ln DLo q ln( 5,33 + SM ) = 14412,18 (1450 350) + ln 5,33 1,628 SM= 0,35 m Kết cấu :+) Lớp gạch chịu lửa samốt dày 350mm +) Lớp bảo vệ thép dày 80mm 4-Vùng IV : Vùng làm nguội - Nhiệt độ vùng giảm từ 1300125010000C Có tác dụng làm nguội clanke không khí trớc clanke vào vùng làm lạnh - tmax= 12500C ta chọn lớp vật liệu - Chọn lớp vật liệu chịu lửa gạch samốt dày 120mm có nhiệt độ làm việc cho phép t= 13000C 4SM = 0,35 + 0,00035 ì t = 0,35 + 0,00035 ì 1250 = 0,788 (W/m.0C) - Chọn lớp vật liệu Diatomit có nhiệt độ cho phép 9000C 4DA = 0,17 + 0,00035 ì t = 0,17 + 0,00035 ì 1250 = 0,61 (W/m.0C) - Chọn lớp bảo vệ dày 80mm - Nhiệt lợng truyền qua vỏ lò : q= tW tW d +1 ì ln id i i Trong đó, tW1= 12500C tW2= 600C SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 34 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại Ta có: t t ln DLo + MSM ln( DLo + SM + DA ) = DA W W ì q SM DLo + ln( DLo + SM ) Thay số vào ta có: t t ln DLo + MSM ln( DLo + SM + DA ) = DA W W ì q SM DLo SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 35 + ln( DLo + SM ) MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 [...]... Tính lợng không khí đi vào lò cho 1kg clanhke : 14) Lợng không khí thực tế để đốt cháy nhiên liệu: Vkk = Vkktt ì Vnl = 10,91 ì Vnl ( m3/kgcl ) Vkktt _ lợng không khí thực tế để đốt cháy 1m3 nhiên liệu Vnl _ lợng nhiên liệu cần thiết để nung 1kg clanke 15) Lợng không khí lọt vào lò qua kẽ hở Vkkhl = 0,02Vkk = 0,02 ì 10,91 ì Vnl = 0,545 ì Vnl ( m3/kgcl ) 16) Lợng không khí lọt vào phía sau lò qua các... xyclon còn lại và của lò quay Kết quả đợc đa vào bảng 4: Bảng 4: SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 20 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại Danh mục Đơn vị Xyclon Xyclon Xyclon Xyclon Buồng bậc I Nhiệt độ của khí thải C 0 350 bậc II 530 bậc III Lò bậc IV lắng quay 813 bụi 1095 1157 671 và bụi ở đầu ra của xyclon vào lò quay G Xác định nhiệt độ của không khí phần 2 đi vào lò ( dựa vào cân... liệu Nhiệt lý học của không khí 15,8 Tổng cộng 974,77 1,62 100 % theo khí thải Tổn thất nhiệt theo bụi Tổn thất nhiệt theo clanke Tổn thất nhiệt theo không khí d Tổn thất nhiệt ra môi trờng Tổng cộng 81,05 8,31 974,77 100 E.Lợng không khí để đốt cháy nhiên liệu và lợng khí thải 30) Lợng không khí để đốt cháy nhiên liệu: Vkk = Vkktt ì Vnl = 10,428 ì 0,1107 = 1,154 ( m3/kgcl ) 31) Lợng không khí phần 1:... m3/kgcl ) Lợng không khí phần 1: 0,20= 20% lợng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu 32) Lợng không khí lọt vào lò qua kẽ hở: Vkkhl = 0,545 ì Vnl = 0,545 ì 0,1107 = 0,06 ( m3/kgcl ) 33) Lợng không khí phần 2: VkkII = Vkk VkkI Vkkhl = 1,154 0,231 0,06 = 0,863 ( m3/kgcl ) 34) Lợng không khí d thải ra môi trờng ở thiết bị làm lạnh: Vkkdu = 3 10,365 ì 0,1107 = 1,85 ( m3/kgcl ) 6) Lợng không khí lọt... m3/kgcl ) 17) Tổng lợng không khí đi vào thiết bị lò nung: Vkk = Vkkll + Vkkhl + Vkkhx = 2,8 + 0,545Vnl + 4,96Vnl = 2,8 + 5,5Vnl ( m3/kgcl ) SVTH: Nguyễn Đức Hiếu 14 MSSV: 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại 18) Lợng không khí d thải ra môi ttờng ở thiết bị làm lạnh Vkkdu = Vkkll + Vkkhl Vkk = 3 + 0,545Vnl 10,91Vnl = 3 10,365Vnl ( m3/kgcl ) D Cân bằng nhiệt lò quay: 19) Nhiệt cháy... của lò: 1000G 104167 = = 108,5 kg/m2.h F 960 8) Đờng kính trong của lò quay phơng pháp khô xác định theo công thức Q = 1,5.10 6 ì D 2 ì D 98,28.10 6 = 1,5.10 6 ì D ì D D 5,33m 9) Kiểm tra tỷ số: G D3 104167 = 689 kg/m3.h 5,333 Giá trị này nhỏ hơn trị số cho phép theo điều kiện tạo clanhke 10) Chiều dài lò: L= F 960 = = 57,4 m .D 3,14 ì 5,33 C Xácđịnh kích thớc xyclon 1)Đờng kính xyclon xácđịnh theo. .. nhiệt của thiết bị làm lạnh ) 42) Nhiệt độ clanhke từ lò vào thiết bị làm lạnh: qcllo = 1 ì Ccl ì tcllo = 0,2480 ì 1250 = 310 kCal/kg cl 43) Nhiệt do không khí mang vào thiết bị làm lạnh: qkkll = Vkkll ì Ckk ì t kk = 3 ì 0,31ì 15 = 13,95 kCal/kg cl 44) Tổn thất nhiệt do clanhke mang ra ngoài: q clra = 1 ì C cl ì t clll = 0,188 ì 100 = 18,8 kCal/kg clanke 45) Tổn thất nhiệt theo không khí d ra khỏi thiết. .. 0,3415 + 0,22 ì 0,4190 + 0,24 ì 0,25) = = 765 kCal/kg cl t ktlo nhiệt độ của khí thải và bụi ra khỏi lò quay (bảng 4) lo VCO , VNlo2 lợng khí ra khỏi lò quay (bảng 3) 2 GBlo lợng bụi ra khỏi lò quay (bảng 1) 3) Mức độ sử dụng nhiệt: = q + qkt qtt qkt q + qkk qtt qtt - tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn = 0 = 943,5 + 214,81 765 = 0,34 943,5 + 214,81 4) Nhiệt độ cháy lý thuyết: - Nhiệt... 11223.47 Lớp47.VL2 đồ án thiếtbị nhiệt GVHD: Ts Bùi Danh Đại 7,7 5,39 5,11 7,3 Xiclon bậc II 8,0 8,65 6,0 5,6 Xiclon bậc I Xiclon bậc III Xiclon bậc IV L) thiết kế chiều dày lớp kết cấu bao che * Phân chia vùng nhiệt theo chiều dày lò và biểu đồ gia công nhiệt - Vùng I: Vùng phân huỷ: 800- 10000C - Vùng II: Vùng toả nhiệt của các phản ứng toả nhiệt: 1000- 13000C - Vùng III: Vùng thiêu kết: 1300- 14300C -... riêng trung bình của bụi (tro) tB= 400C Nhiệt độ của bụi thu hồi từ thiết bị lọc bụi hoàn lại quá trình 25) Tổn thất nhiệt theo clanhke ra khỏi thiết bị làm lạnh: qClra = 1ì Ccl ì t clll = 0,188 ì100 = 18,8 ( kcal/kgcl ) tllCl= 1000C Nhiệt độ clanke ra khỏi thiết bị làm lạnh CCl= 0,188Kcal/m3.0C 26) Tổn thất nhiệt do không khí d ra khỏi thiết bị làm lạnh: qkkdu = Vkkdu ì C kk ì t kkdu = ( 3 10,365Vnl