Шахтная печь для обжига извести Пр. = 100 тыс. м2/год

Федеральное Государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования  «Магнитогорский Государственный  Технический Университет им. Г. И. Носова»

(ФГБОУ  ВПО «МГТУ»)

 

 

Кафедра Строительных материалов и изделий

(Наименование)

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

По дисциплине Тепловые процессы в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов

 

На тему: ШАХТНАЯ печь для обжига извести Пр. = 100 тыс. м²/год

 

 

 

Исполнитель: Мухаметдинова Г.М. студентка 4 курса, группа СТС-09

                                                                    (Ф. И. О.)

                           Руководитель: Долгова О.А., доцент, канд. технич. наук

                      (Ф.И.О, должность, уч. степень, уч. звание)

 

 

 

 

 

 

 

 

Работа  допущена к защите «___» _________20___ г __________

                                                                                             (подпись)

 

Работа  защищена  «___» _____ 20 __ г. с оценкой _______________

                                                                                                                                                     (оценка)                 (подпись)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск, 2012

 

Оглавление

Введение 2

1 Обоснование выбранного способа тепловой обработки 3

2 Характеристика выпускаемой продукции и технология ее изготовления 4

3 Обоснование режима тепловой обработки 8

4 Обоснование типа тепловой установки 9

5 Конструкция, работа, обслуживание и контроль установки 12

6 Технологический расчет 13

6.1 Расчет количества печи 13

6.2 Расчет конструированных размеров шахтной печи 13

7 Теплотехнический расчет 14

7.1 Исходные данные 14

7.2 Расчет материального баланса процесса обжига известняка 15

7.3 Расчет времени обжига 16

7.4 Расчет горения природного газа 19

7.5 Определение количества топлива для обжига 1 кг извести 22

7.6 Материальный и тепловой балансы печи 22

8 Аэродинамический расчет 24

9 Область применения 26

10 Мероприятия по охране труда и окружающей среды на известковых заводах 27

11 Технико – экономическая часть 28

Заключение 29

Список литературных источников 30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Строительными вяжущими веществами называются порошкообразные  материалы, образующие при смешивании с водой пластичную удобнообрабатываемую массу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело. Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем грубого и тонкого измельчения исходных материалов и полупродуктов с последующей термической обработкой. В этих условиях протекают разнообразные физико-химические процессы, обеспечивающие получение продукта с требуемыми свойствами. Минеральные вяжущие используются в подавляющем большинстве случаев в смеси с водой и с так называемыми заполнителями, которые представляют собой минеральные (а иногда и органические) материалы, состоящие из отдельных зерен, кусков, волокон разных размеров. Строительные изделия на основе вяжущих бывают различной формы и размеров, начиная от набольших плиток и кончая крупными элементами сборных железобетонных конструкций.

Известь получают путем обжига известняков в специальных вращающихся или шахтных печах. В зависимости от состава сырья она бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая первого, второго и третьего сортов. После обжига при температуре 1100...1200° до полного удаления углекислого газа происходит разложение углекислого кальция с выделением углекислого газа и образованием окиси кальция, или так называемой извести-кипелки, в виде кусков разного размера (комовой извести). Комовая известь делится на быстрогасящуюся с началом гашения не более 8 мин., среднегасящуюся — не более 25 мин. и медленногасящуюся (более 25 мин.). Для получения известкового теста комовую известь гасят. При правильном гашении получается высококачественное известковое тесто в большом количестве. Комовую известь хранят в сухом сарае на дощатом полу или в ящиках на расстоянии 50см от земли. В сырых местах, постепенно впитывая влагу, известь гасится, превращаясь в пушенку (тонкий порошок), которая потом также гасится. Получается тесто. Лучше всего известь сразу погасить в тесто. При хороших условиях ее можно хранить в течение долгих лет. Вяжущие свойства ее в результате правильного хранения улучшаются. Для получения раствора известковое тесто смешивают с песком в определенных пропорциях и используют для кладки фундаментов под печи, головки труб (выше крыши), а также коренные трубы высотой до двух этажей. Кроме того, известковые растворы применяют при оштукатуривании печей и стен домов.

К сожалению, необходимо констатировать факт, что  прогресс в совершенствовании шахтных печей остановился в середине ХХ столетия с переходом производства к вращающимся печам, которые смогли дать большую производительность. Поэтому доля использования шахтных печей уменьшается. В новых вновь открывающихся производствах их используют все реже и реже,  включая Китай. В результате, сейчас относительно перспектив шахтного способа обжига клинкера существуют определенные сомнения. Главная причина состоит в том, что проводится мало исследований, направленных на повышение экономической эффективности данной технологии обжига.  С другой стороны, производственные процессы, предусматривающие применение вращающихся печей на крупных цементных заводах, где ведутся постоянные научные исследования, и отмечается широкое внедрение автоматики, отличаются весьма высокой эффективностью. Поэтому шахтные печи остались прерогативой мини-заводов с производительностью до 100 000 и менее тонн в год.

1. Обоснование выбранного способа тепловой обработки

Для обжига известняка применяют печи различных типов: шахтные, вращающиеся и др. Используют также установки для обжига извести во взвешенном состоянии, в кипящем слое, на специальных решётках и т. д.

Наибольшее  распространение получили шахтные  печи. Эти печи характеризуются непрерывностью действия, пониженным расходом топлива  и электроэнергии, а также простотой  в эксплуатации. Строительство их требует относительно небольших  капиталовложений.

В зависимости от вида применяемого топлива  и способа его сжигания различают  шахтные печи, работающие на короткопламенном твёрдом топливе, вводимом обычно в  печь вместе с обжигаемым материалом; так как известняк и кусковое топливо при этом загружают в  шахту перемежающимися слоями, то иногда такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи пересыпными; на любом твёрдом топливе, газифицируемом или сжигаемом в выносных топках, размещаемых непосредственно у  печи; на жидком топливе; на газовом топливе, натуральном или искусственном.

Кроме того, применяют печи, в которых  известняк обжигается за счёт сжигания короткопламенного топлива, вводимого в шахту вместе с сырьём, и одновременно длиннопламенного топлива, сжигаемого в выносных топках.

По  степени обжига различают извести  мягкообожжённые, среднеобожжённые и сильнообожжённые. Первые характеризуются отсутствием пережога и быстрой гасимостью. В сильнообожженных известях может присутствовать пережог, для них характерно замедленное гашение.

По  характеру процессов, протекающих  в шахтной печи, в ней различают  три зоны по высоте: подогрева, обжига и охлаждения.

В зоне подогрева, к которой относят  верхнюю часть печи с температурой печного пространства не выше 850^оС, материал подсушивается и подогревается поднимающимися раскалёнными дымовыми газами. Здесь выгорают также органические примеси. Поднимающиеся газы, в свою очередь, благодаря теплообмену между ними и загруженным материалом охлаждаются и далее отводятся в верх печи.

Зона  обжига размещается в средней  части печи, где температура обжигаемого  материала изменяется от 850^о до 1200^оС и затем до 900^оС; здесь известняк разлагается, из него удаляется углекислый газ.

Зона  охлаждения – нижняя часть печи. В этой зоне известь охлаждается  от 900^о до 50-100^оС поступающим снизу воздухом, который далее поднимается в зону обжига.

Движение  воздуха и газов в шахтных  печах обеспечивается работой вентиляторов, нагнетающих в печь воздух и отсасывающих из неё дымовые газы. Противоточное  движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать теплоту отходящих газов на подогрев сырья, а теплоту обожжённого материала – на подогрев воздуха, идущего в зону обжига. Расход условного топлива в этих печах составляет примерно 13-16% массы обожжённой извести, или 3800-4700 кДж на 1кг.

В шахтных пересыпных печах известь  загрязняется золой и остатками  несгоревшего топлива. Возможно также  образование значительного количества пережога вследствие соприкосновения  раскалённых кусков антрацита или  кокса с обжигаемым известняком. Это особенно заметно при нарушении  теплового режима и черезмерном форсировании печей за счёт высоких температур обжига.

Шахтные печи с выносными топками отличаются от пересыпных тем, что топливо в  них не загружают непосредственно  в шахту вместе с известняком, а сжигают в выносных топках, из которых раскалённые продукты горения  поступают в печь и обжигают известняк. Выносные топки позволяют использовать для обжига извести любые виды твёрдого топлива, в том числе и длиннопламенные с большим содержанием летучих, а также получать известь, не засорённую зольными остатками, что является большим достоинством этих печей. Кроме того, для них характерен повышенный расход топлива на обжиг извести, достигающий в печах с топками полного сгорания 25%, а в печах с полугазовыми топками 18-20% массы продукта.

Печи, работающие на нефти, характеризуются  тепловым коэффициентом полезного  действия около 0,65 и уступают пересыпным печам, КПД которых достигает 0,85-0,88.

Применяются и газовые шахтные печи, в которых  теплоноситель движется поперёк  хода обжигаемого материала в  вертикальной шахте. При этом шахта  в плане имеет сильно вытянутое  прямоугольное сечение с расстоянием  между удлинёнными стенками 25-40см. Через эти стенки на трёх-четырёх уровнях зоны обжига подаётся газообразное в смеси с воздухом. При обжиге мелкокускового известняка (3-5см) суточный съём с 1м3 полезного объёма печи может достигать 15-20т.

2. Характеристика  выпускаемой продукции и технология ее изготовления

2.1 Свойства извести

Наиболее  крупными потребителями данной продукции  являются черная металлургия, строительная индустрия, целлюлозно-бумажная промышленность, химическая промышленность, сахарная промышленность и сельское хозяйство. Также в значительных объемах известь используется для охраны окружающей среды (нейтрализация сточных вод и дымовых газов).

В промышленно-развитых странах потребление  извести в настоящее время  составляет около 80 кг на  душу населения в год. Общемировое производство извести, включая небольших производителей в развивающихся странах, а также производителей извести для собственных нужд (металлургические заводы, целлюлозно-бумажные и сахарные комбинаты), оценивается в 300 млн. тонн в год. Из них на рынок поступает около 120 млн. тонн в год. По объему производства извести Россия занимает одно из лидирующих мест, ежегодно выпуская более 10 млн. тонн, а строительной извести около 4 млн. тонн.

Строительной  известью называют продукт, получаемый путем обжига до возможно полного  выделения углекислоты кальциево-магниевых  горных пород, содержащих не более 8% глинистых и песчаных примесей.

В качестве сырья используют карбонатные пород. Исходными материалами для производства воздушной извести являются многие разновидности известково-магнезиальных карбонатных пород (известняки, мел, доломитизированные известняки, доломиты и др.). Все они относятся к осадочным породам и широко распространены на территории нашей страны. В состав известняков входят углекислый кальций СаСОз и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.).

Теоретически  карбонат кальция состоит из 56% СаО и 44% СО2. Он встречается в виде двух минералов — кальцита и арагонита. Кальцит или известковый шпат кристаллизуется в гексагональной системе. Его кристаллы имеют форму ромбоэдров. Плотность кальцита 2,6—2,8 г/см3; твердость по десятибалльной шкале (шкала Мооса) — 3. Кальцит хорошо растворяется при обычной температуре в слабой соляной кислоте с выделением

углекислого газа. Доломит  при таких условиях не разлагается (этим пользуются при определении вида горных пород). Арагонит — менее распространенный минерал, кристаллизуется в ромбической системе. Его плотность 2,9—З г/см3, твердость 3,5—4. При нагревании до температуры 300— 400° С арагонит превращается в кальцит, рассыпаясь в

порошок. В доломитизированных известняках в качестве примеси присутствует доломит СаСОз • MgCOe. Теоретически доломит состоит из 54,27% СаСОз и 45,73% MgCO3 или 30,41% СаО, 21,87% MgO и 47,72% СО2. Плотность доломита 2,85—2,95 г/см3. Доломитовые породы почти нацело слагаются минералом доломитом с тем или иным содержанием глинистых, песчаных, железистых и тому подобных примесей.

Чистые известково-магнезиальные  породы — белого цвета, однако они  часто бывают окрашены примесями окислов железа в желтоватые, красноватые, бурые и тому подобные тона, а углистыми примесями — в серые и даже черные цвета. Количество и вид примесей к карбонатным породам, размеры частиц примесей, а также равномерность распределения их в основной массе в большой степени отражаются на технологии производства извести, выборе печей для обжига, оптимальной температуре и продолжительности обжига, а также на свойствах получаемого продукта. Обычно чистые и плотные известняки обжигаются при температурах до 1100—1250°С. Чем больше карбонатная порода содержит примесей доломита, глины, песка и т. п., тем ниже должна быть оптимальная температура обжига (900—1150° С) для получения мягкообожженной извести. Такая известь хорошо гасится водой и дает тесто с высокими пластичными   свойствами.