Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы, обоснование цели и задач исследований 7
1.1 Особенности гранулообразования во вращающихся печах мокрого способа производства 7
1.2. Исследование процессов теплообмена в цепных завесах вращающихся печей 17
1.3. Пылеобразование и газодинамика во вращающихся печах 30
1.4. Выводы 36
1.5. Цель и задачи исследований 38
2. Исходные материалы и методы исследований с использованием специально разработанных методик и установки 39
2.1. Разработка метода и установки для определения физических свойств шлама в процессе сушки 40
2.2. Разработка методики определения скорости газового потока в цепной завесе промышленной вращающейся печи 44
2.3. Методика расчета коэффициентов Кс и Kf для оценки газопроницаемости цепной завесы 45
2.4. Выводы 46
3. Влияние природы и фазового состава сырьевых компонентов и добавок на особенности тепломассообмена в цепных теплообменниках 47
3.1. Характеристика сырьевых шламов 47
3.2. Взаимосвязь изменения физических свойств шлама при высушивании с процессами пылеобразования и пылеосаждения 49
3.3. Влияние ПАВ и техногенных материалов на физические свойства шлама в процессе сушки 59
3.4. Взаимосвязь изменения величины адгезионно-когезионных сил шлама при высушивании и пылевыноса из промышленных печей 70
3.5. Выводы 73
4. Совершенствование комплекса теплообменных устройств с учетом физических свойств шлама 76
4.1. Зависимость интенсивности газодинамических процессов во вращающейся печи от конструктивных параметров цепной завесы 76
4.2. Расчеты коэффициентов плотности цепных завес при изменении ее конструктивных параметров и физических свойств шлама 87
4.3. Характеристика газопроницаемости цепных завес 92
4.4. Выводы 95
5. Разработка и внедрение усовершенствованных комплексов теплообменных устройств 97
5.1. Анализ работы теплообменных устройств вращающихся печей 97
5.2. Характеристика рекомендуемых схем комплекса теплообменных устройств и вида цепей 99
5.3. Разработка и внедрение комплекса теплообменных устройств на Искитимском и Углегорском заводах 106
5.4. Выводы 111
6. Основные выводы и результаты работы 114
Список использованных источников 119
Приложения 129
- Исследование процессов теплообмена в цепных завесах вращающихся печей
- Разработка методики определения скорости газового потока в цепной завесе промышленной вращающейся печи
- Взаимосвязь изменения физических свойств шлама при высушивании с процессами пылеобразования и пылеосаждения
- Расчеты коэффициентов плотности цепных завес при изменении ее конструктивных параметров и физических свойств шлама
Введение к работе
Производство цемента в России осуществляется преимущественно по мокрому способу, который характеризуется повышенным расходом топлива на обжиг клинкера. Значительные, до 60%, затраты тепла вызваны испарением воды и потерями с отходящими газами, которые обусловлены протекающими в цепных теплообменниках процессами. Поэтому особое внимание при оптимизации работы печных агрегатов следует уделять интенсификации процессов именно в этой части печи, которое достигается совершенствованием комплекса теплообменных устройств.
Существующие методики расчета и проектирования комплекса теплообменных устройств не учитывают изменяющиеся при нагревании физические свойства шлама. При этом не рассматривается распределение газового потока по поперечному сечению цепной завесы в зависимости от налипшего шлама. Важным фактором в выборе оптимальной плотности отдельных участков цепной завесы является установление границ текучего, пластичного и сыпучего материала, которые меняют свое положение в зависимости от природных свойств сырьевых компонентов, содержания поверхностно-активных добавок, используемых техногенных материалов и режима работы печи. Следовательно, исследование физических свойств сырьевого шлама в процессе сушки и распределения газовых и материальных потоков в цепях, совершенствование элементов внутрипечных устройств и оптимизация схем навесок, направленные на экономию топлива при обжиге цементного клинкера, имеют важное народно-хозяйственное значение.
Научная новизна. Разработана методология совершенствования и проектирования комплекса теплообменных устройств во вращающейся печи, заключающаяся в конструировании схемы и элементов цепной завесы с учетом изменения в процессе нагревания физических свойств материала, которые определяются на специально разработанной модельной установке, позволяющей классифицировать зоны пылеосаждения, пылеобразования и способность материала к грануляции.
Выявлен механизм пылеуноса из печи, обусловленный физическими свойствами материала, сущность которого заключается в том, что при постепенном схо-
де материала с цепей, когда адгезионные силы взаимодействия частиц преобладают над когезионными, образующаяся пыль уносится газовым потоком. Вопреки принятым представлениям об образовании пыли в зоне декарбонизации, на основе исследований массообмена в цепях и минералогического состава пыли установлено, что пылеунос в основном осуществляется из цепной завесы при температуре газового потока ниже 900С.
Предложены новые взаимосвязанные коэффициенты, отражающие сопротивление цепной завесы и соотношение скоростей в межцепном и подцепном пространстве, более полно характеризующие газодинамику при изменении количества материала на цепях. Для интенсификации теплообмена в цепной завесе необходимо обеспечить наиболее равномерное распределение газового потока по сечению печи, чтобы указанные коэффициенты приобретали максимально возможные значения.
Разработан алгоритм проектирования комплекса теплообменных устройств, заключающийся в теоретически и экспериментально обоснованном расчете плотности, длины цепи и отдельных участков, схемы навески и учитывающий интенсивность перехода материала в процессе сушки на цепи и схода с них.
Практическое значение и внедрение результатов работы. Разработана методика проектирования и оптимизации цепных теплообменников, учитывающая свойства шлама в процессе сушки, которые экспериментально определяются на специально разработанной установке, моделирующей протекающие в промышленных цепных завесах процессы.
Определены и исследованы физические свойства шламов 30 цементных заводов, по результатам которых произведено усовершенствование цепных завес этих предприятий. Установлена возможность изменения физических свойств материала путем введения в шлам различных добавок и техногенных образований, позволяющих регулировать соотношение величины зон пылеосаждения и пыле-образования, предопределять положительное или отрицательное их воздействие на работу вращающей печи.
Разработан и внедрен комплекс теплообменных устройств на печи 4,5/5x170 м ОАО «Искитимцемент», позволивший снизить удельный расход условного топлива на 20 кг/т клинкера и пылевынос из печи в 2 раза, устранить кольцеобразо-вание в цепной завесе. Экономический эффект, подтвержденный актом предприятия, составил 6,85 млн. рублей в год.
Выполнен расчет и выдан проект цепной завесы для печи 2,7*47,5 м Углегорского завода, внедрение которого позволило снизить расход условного топлива на 5 кг/т клинкера и пылевынос из печи - на 18-20%. Подтвержденный актом экономический эффект составил 1,6 млн. рублей в год.
Результаты работы использованы в курсах лекций и методических указаниях по дисциплинам "Тепломассообмен", "Оптимизация производства вяжущих материалов" и на ежегодных курсах повышения квалификации специалистов цементной промышленности.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР "Исследование процесса тепломассообмена в цепном теплообменнике вращающейся печи при высушивании сырьевого шлама", финансируемых в 2004-2006 гг. из средств госбюджета.
Апробация работы. Результаты работы представлены в журнале "Цемент и его применение" (2002), на Международной конгрессе и конференции в Белгороде (2003, 2005), Международном форуме в Москве (2005), Всероссийской научно-практической конференции в Самаре (2006), Региональной научно-практической конференции в Старом Осколе (2006), методических указаниях к выполнению лабораторных работ «Тепломассообмен» (2003).
Публикации. Основные положения работы изложены в 6 публикациях.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 132 страницах, содержит 5 глав, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, общих выводов, списка использованных источников, включающего 128 наименований, и приложений, содержит 39 рисунков и 18 таблиц.
Исследование процессов теплообмена в цепных завесах вращающихся печей
Исследованию процессов теплообмена в цепных завесах, расчетам и проектированию последних посвящено значительное число работ [7-9, 16-51]. Показано, что эффективность цепных завес определяется интенсивностью теплообмена, газодинамическим сопротивлением и пылевыносом из печи. Теплообмен в цепной завесе - сложный процесс, на который оказывают влияние конструктивные особенности самой завесы, реологические и физико-химические свойства шлама, из- меняющиеся в процессе сушки, а также переменные состав и свойства газовой среды.
Исследованию конвективного теплообмена в цепных завесах посвящен ряд работ [23, 36], в результате которых получены эмпирические формулы для расчета конвективного теплообмена между газовым потоком и цепями со звеньями овальной и круглой формы, позволяющие производить расчет цепных завес. Установлено, что конструктивные особенности навески цепей должны зависеть от состояния шлама на конкретном участке печи. Показано, что температура цепей при их выходе из сыпучего материала несколько ниже для печей большего диаметра.
При исследовании процесса теплообмена на разгрузочном участке цепных завес А.Ф. Мешик и др. [23] установили, что при одинаковых температурах газового потока рабочая температура цепей в горячем конце цепной завесы печи 5x185 м имеет более низкое значение по сравнению с температурой цепей в малых печах. Авторы объясняют это увеличением относительной скорости движения цепей в материале с ростом диаметров печи, что приводит к интенсификации теплоотдачи от цепей к материалу и к снижению их рабочих температур. Установлено также, что температура прогрева цепей увеличивается при работе печи на тихом ходу, что, по мнению авторов, обусловлено уменьшением скорости движения материала относительно гирлянд при уменьшении скорости вращения печи. При этом происходит снижение интенсивности теплоотдачи от цепей к материалу в связи с увеличением времени пребывания в нем звеньев, что приводит к увеличению амплитуды колебаний температуры звена.
В работе Вальберга [21] обращается внимание на то, что количество переданного материалу тепла на участке регенеративного теплообмена зависит от аккумуляции тепла при обтекании цепей газом. Увеличение времени пребывания цепей в газовом потоке может быть достигнуто укорочением цепей при сохранении общей поверхности цепной завесы. Наряду с этим отмечается, что конструирование цепных завес с очень низким отношением длины свободновисящей цепи к диаметру печи в зоне сыпучего материала также нецелесообразно, так как при этом значительно уменьшается скорость газа, обтекающего цепи.
Теплообмен в системе газ - цепи - материал в цепных завесах осуществляется в регенеративном режиме. При малой плотности навески цепей теплообмен происходит за счет потока газа между цепями. При увеличении плотности навески цепей и при уменьшении их длины все большее значение на теплообмен начинает оказывать турбулентный поток в области смешения потоков, а тем самым поток газов под цепями. В этом случае повышения эффективности теплопередачи можно достигнуть при переходе от свободновисящих цепных завес к гирляндным, так как в случае гирлянды большая часть цепей выносится в центральную часть печи - в зону эффективного теплообмена.
Испарение влаги в цепях может происходить со свободной поверхности материала (с постоянной скоростью испарения) и с образованием на поверхности сухой теплоизолирующей корки (с падающей скоростью испарения). Решение задачи об испарении со свободной поверхности не представляет труда.
Конструктивные особенности цепных завес. Оптимально выбранная цепная завеса (рационально подобранный вид цепной завесы, количество цепей, место расположения их в печи, надежность крепления) должна обеспечивать эффективную теплопередачу, улавливать возможно большее количество пыли из газового потока, быть устойчивой к высокой температуре, предотвращать образование шламовых колец, не должна разрушать гранулы материала, наносить повреждения футеровке и препятствовать прохождению материала [24, 25]. В настоящее время существует два основных вида цепных завес: цепные завесы, в которых каждая цепь подвешена только за один конец - свободновисящая, и цепные завесы, в которых цепи подвешены за оба конца - гирляндная.
По способу расположения мест подвеса цепей по отношению друг к другу различают несколько вариантов. Свободно висящие цепные завесы могут быть навешены параллельными плоскими рядами - коридорная навеска, и со смещением одного конца относительно другого по образующей корпуса печи - шахматная навеска. Гирляндные завесы могут быть навешены с различным углом смещения точек подвески цепей по окружности, кроме того, цепи могут быть подвешены непосредственно следующими одна за другой или с перекрещиванием их.
В настоящее время существует два основных вида цепных завес: свободно висящие и гирляндные цепные завесы. По способу расположения креплений цепей по отношению друг к другу различают для свободновисящих цепей коридорную и шахматную навеску.
Гирляндные системы более эффективны, чем цепные завесы со свободно висящими концами, однако многие испытывают трудности при обслуживании гир-ляндных систем. Технически плохо обслуживаемая гирляндная система хуже, чем цепная завеса со свободно висящими концами. 90% всех печей мокрого способа в мире цепными завесами со свободно висящими концами. Однако в случае очень пластичных шламов все же требуется гирляндная система в зоне пластичного шлама. Гирляндная навеска имеет несколько разновидностей - трехзаходная гир-ляндно-винтовая, с перекрещивающимися гирляндами, с различным углом смещения точек подвески и др. Некоторые заводы заменили гирляндную цепную завесу свободно висящей и, наоборот, завесы со свободно висящими концами гир-ляндно-винтовыми. Иногда на одном заводе успешно применяются различные завесы на разных печах. Это объясняется тем, что обе системы навески имеют свои преимущества и недостатки.
Сопоставление особенностей и эффективности различных систем навески цепей показывает следующее. По данным некоторых исследований [23, 37, 39], величина теплоотдачи гирляндных завес при прочих равных условиях на 30-35% выше, чем у завес со свободно висящими концами, благодаря чему можно несколько уменьшить вес цепей и расход металла. Но возможности увеличения у трехзаходных гирляндно-винтовых завес конструктивно ограничены. Максимально допустимое значение поверхностного коэффициента плотности навески равно 3,8 м /м (для печей 4,5x170 м). Вследствие этого не могут быть достигнуты высокие значения поверхности цепей и объемного коэффициента плотности, что очень важно, в частности, для интенсификации работы печей при высокой влажности шлама (выше 42%). У завес же из свободно висящих концов цепей возможность увеличения поверхностного и объемного коэффициентов плотности конструктивно мало ограничена, и на отдельных участках легко могут быть достигнуты их максимальные значения. Благодаря этому, имеется возможность создавать в печах большую поверхность цепей, легко понижать температуру отходящих газов до 160С, снижать удельный расход тепла на обжиг, улавливать пыль в мокром фильтре в холодном конце завесы и т.д. Следует отметить, что по литературным данным гирляндные завесы более эффективны при непластичной сырьевой смеси с низкой влажностью шлама, при высокой влажности лучше ведут себя завесы из свободно висящих цепей.
Разработка методики определения скорости газового потока в цепной завесе промышленной вращающейся печи
Для определения в промышленной вращающейся печи 5/4,5x170 м скорости газового потока в цепной завесе была разработана методика и произведены замеры скорости по участкам цепной завесы. Навеска цепей выполнена по 4-х заход-ному винту с различной плотностью (от 5,3 до 13,9 м /м ) по участкам (табл. 2.2.). общая длина цепной завесы составляет 40,5 м. Замеры скорости проводили в холодной печи анемометром на 6 уровнях (рис. 2.4) по вертикальному сечению вращающейся печи, отличающихся количеством цепей в сечении. Цепи в печи распределены неравномерно, что обусловлено навеской по винтовой линии, поэтому замеры скорости произведены вверху вблизи футеровки (уровень 1 - высота 4,1 м) и внизу (уровень 6 - высота 0,2 м), в цепной завесе при равномерном распределении цепей (уровень 2 - высота 3 м), при перекрытии цепей в вертикальном сечении печи (уровень 3 - высота 2,3 м), в нижней части цепной завесы (уровень 4 высота 1,5 м) и в подцепном пространстве (уровень 5 - высота 0,7 м), затем рассчитывали среднюю скорость на каждом уровне. По полученным результатам замеров строили эпюры распределения скорости газового потока по участкам цепной завесы в вертикальном сечении печи. Для более полной оценки газодинамической обстановки в цепном теплообменнике были введены новые коэффициенты Ке и Kf (рис. 2.5). Кс определяется как отношение площади проекции межцепного пространства Si к площади проекции цепей S2. Указанный коэффициент характеризует газопроницаемость цепной завесы. Kf определяется как отношение площади проекции межцепного пространства Si К площади проекции подцепного пространства S3 характеризует соотношение скоростей газового потока в цепях и подцепном пространстве.
Площадь сечения печи, таким образом, равна сумме площадей межцепного пространства Sj, площади Схема расчета коэффициентов поверхности цепей S2 и площади подцеп ного пространства S3. Исходные данные для расчета: вид цепей - ЦКН 20x120, поверхность 1 пм цепи - 0,245 м , шаг навески - НО мм, угол винтовой линии - 60. В программе Corel Photo Paint строили проекцию вертикального сечения печи, используя встроенные стандартные возможности данной программы определяли площади Si, S2 и S3, далее рассчитывали коэффициенты Ke = Si/S2 и Kf = Si/S3. Дополнительные коэффициенты косвенно свидетельствуют о газодинамическом сопротивлении цепной завесы и распределении скорости газового потока в цепном и подцепном пространстве вращающейся печи. 1. Разработаны метод и установка для определения изменения адгезионно-когезионных свойств шлама при высушивании, позволяющие моделировать процессы, происходящие в цепном теплообменнике промышленной вращающейся печи. Экспериментальная установка позволяет определять изменение количества материала, удерживаемого на цепях ти, в зависимости от влажности исследуемого шлама в процессе высушивания, величину критической влажности шлама WKp, интервалы влажности от исходной до критической и от критической до полного осыпания материала с цепей. Результаты, полученные в лабораторной установке, подтверждены на промышленной цепи, отношение массы шлама, удерживаемого на экспериментальной цепи, к единице поверхности практически совпадает с таким же показателем для промышленной цепи. 2. Для определения особенностей поведения шлама в цепном теплообменнике вращающейся печи использованы методики определения количества растворимых солей в шламе и -потенциала водной суспензии сырьевых компонентов и шлама. 3. Разработана методика определения в промышленной вращающейся печи скорости газового потока по участкам цепной завесы, заключающаяся в выполнении замеров скорости газового потока по ее высоте в зависимости от количества цепей в сечении. 4. Для оценки влияния адгезионно-когезионных свойств шлама на газодинамические процессы в цепном теплообменнике введены дополнительные коэффициенты Кс и Kf, представляющие отношение площади проекции межцепного пространства ${ к площади проекции цепей S2 и отношение площади проекции межцепного пространства Sj к площади проекции подцепного пространства S . Указанные коэффициенты характеризуют газопроницаемость цепной завесы и распределение скорости газового потока в цепях и подцепном пространстве. Во вращающихся печах мокрого способа производства для интенсификации тепломассообмена устанавливаются цепные теплообменные устройства. При большом многообразии способов и схем навески их можно разделить на два основных: свободно висящие цепи, закрепленные за один конец, и гирляндная навеска с цепями, закрепленными за оба конца. На печах одинаковых типоразмеров разных заводов при установке близких цепных завес наблюдались различия в работе. Так, на печах Старооскольского и Мальцовского заводов отличалось аэродинамическое сопротивление, наблюдались неодинаковые пылевынос из печи и гранулометрический состав материала после цепной завесы [49, 57, 78]. Такие различия указывают на то, что наряду с конструктивными особенностями тепло-обменного устройства на работу вращающейся печи оказывает влияние изменение свойств шлама при высушивании. В связи с этим целью данного раздела является изучение адгезионно-когезионных взаимодействий в системе сырьевой шлам - цепи. Для исследований были использованы шламы различных предприятий с применением в качестве карбонатного компонента мела: ОАО "Осколцемент" (Старооскольский), "Белгородский цемент" (Белгородский), "Мальцовский портландцемент" (Мальцовский), "Себряковцемент" (Себряковский), ПРУП "Кричев-цементношифер" (Кричевский); известняка: ОАО "Уралцемент" (Коркинский), "Искитимцемент" (Искитимский), "Новотроицкий цемент" (Новотроицкий), "Су-холожекцемент" (Сухоложский), "Топкинский цемент" (Топкинский), "Углегор-екцемент" (Углегорский) и мрамора ОАО "Ангарскцемент (Ангарский) (табл. 3.1). Карбонатные породы относятся к осадочным и по структуре подразделяются на крупнокристаллический мрамор, плотные известняки и землисто-рыхлые мела. Основной минерал кальцит СаС03. Глины относятся к осадочным породам, по преобладающему минералу глины подразделяют на каолинитовые, монтморилло-нитовые, гидрослюдистые, чаще всего они представлены смесью минералов с примесями кварца [74-76,104].
Взаимосвязь изменения физических свойств шлама при высушивании с процессами пылеобразования и пылеосаждения
Сырьевой шлам при высушивании претерпевает ряд изменений, удаляется влага, в результате чего шлам сначала теряет подвижность, а затем переходит в состояние, когда при наличии остаточной влажности вновь приобретает подвижность за счет пересыпания. Адгезионно-когезиопные свойства старооскольского и белгородского шламов на основе мела Рассмотрим первоначально изменение адгезионно-когезионных свойств материалов при высушивании на примере старооскольского и белгородского шламов. Старооскольский и Белгородский цементные заводы в качестве карбонатного компонента используют мел, однако сырьевые шламы отличаются своей подвижностью. Так, оптимальная растекае-мость 65 мм достигается на белгородском шламе при влажности 42%, а на старооскольском - при 39%, т.е. разница во влажности составляет 3% (табл. 3.3). При сравнении растекаемости глиняного и мелового компонентов видно, что подвижность глиняных шламов практически одинакова, и основное различие вносит меловой шлам. Кроме того, загустеваемость сырьевых шламов также различна. Если растекаемость старооскольского шлама за 6 суток хранения почти не изменилась, то подвижность белгородского шлама снизилась на 7 мм с 65 до 58 мм, и даже при введении 0,2% СДБ шлам загустел быстрее.
Следовательно, структура мела карьеров Старооскольского и Белгородского заводов различна, так как старооскольскии мел является вскрышной породой и частично высушен на воздухе, а белгородский - берется из массива с природной влажностью. Поэтому при равной растекаемости шламы имеют различную влажность, 39 и 42% соответственно. Изучение изменений адгези он но- когез ионных свойств шламов при высушивании проводилось на лабораторной установке, моделирующей зону цепной завесы вращающейся печи, описанная ранее. Данные измерений массы шлама, влажности, температуры сушильного агента для шламов Старооскольского и Белгородского заводов приведены в табл. 3.4. показано изменение массы влажного и сухого материала, удерживающегося на цепи, в зависимости от влажности. При нагревании староосколь-ского шлама и снижении его влажности происходит увеличение силы сцепления между частицами (когезионные силы) и между шламом и цепями (увеличение адгезии), в результате происходит увеличение массы материала, удерживающегося на цепи. Максимальное количество 60 г соответствует критической влажности 33%. Дальнейшее снижение влажности шлама приводит к уменьшению адгезионного взаимодействия между материалом и цепями, что приводит постепенному снижению массы материала тм, удерживающегося на поверхности цепи. Характер кривой изменения массы материала для Белгородского завода отличается тем, что максимум 50 г материала на цепи наблюдается при более низкой влажности, 27%. Набор материала на цепи при высушивании происходит более плавно в начальный период сушки по сравнению со старооскольским шламом.
После прохо ждения максимума кривой изменения массы материала на цепях происходит быстрый сброс материала, и уже при 20% влажности почти весь материал осыпается с цепей. Такие отличия обусловлены природой сырьевых компонентов староос-кольского и белгородского шламов, которые влияют на изменение адгезионно-когезионных сил материала в процессе высушивания. При смене свободно висящей цепной завесы на гирляндную для белгородского шлама характер изменения массы материала до максимального значения остается практически таким же, но сброс шлама с цепей происходит еще более интенсивно за счет эффекта самоочищения гирляндной цепной завесы. Кроме того, максимальная масса значительно выше при критической влажности и составляет 70 г, что объясняется большей длиной цепи и креплением за оба конца, поэтому на цепи набирается больше материала, разность между массой влажного и сухого материала значительно выше (Am = 20,5-10"3 кг), чем при свободновися-щей навеске (Am = 8,3 10"3 кг), и сушка происходит медленнее. Для более полной характеристики изменения адгезионно-когезионных свойств материала в процессе высушивания была использована зависимость отношения массы материала тм, приведенной к массе цепи т„, от влажности шлама. При изменении схемы навески со свободновисящей на гирляндную, увеличивается с 50 до 70 г количество материала на цепях, но с учетом длины цепи отношение шм / піц при гирляндной навеске снижается (рис. 3.2.). После критической влажности на гирляндной завесе наблюдается резкий сброс материала с цепей. — г 1 ; --- Процесс сушки шламов можно условно разделить на два этапа: от исходной до критической влажности, когда количество шлама, перешедшего на цепи, достигает максимума, и после m / критической влажности, когда происходит осыпание материала с цепей (рис. 3.3).
Расчеты коэффициентов плотности цепных завес при изменении ее конструктивных параметров и физических свойств шлама
Для упрощения расчет ведется для участка печи длиной Ly4 = 1 м, его поверхность Sy4 составит В зоне критической влажности коэффициент плотности навески изменяется от 4 до 8 м2/м2, следовательно, площадь поверхности цепей 8Ц при поверхностном коэффициенте плотности KF = 4 равна Производительность печи по клинкеру равна 53 т/ч, что с учетом потерь при прокаливании и влажности соответствует 112 т/ч шлама или 1866 кг в минуту. Установлено [48, 61-67, 78], что скорость движения материала неравномерна по участкам печи. Для расчета приняты следующие скорости движения материала по печи: 0,8; 1,5 и 2,5 м/мин. Например, с учетом скорости 0,8 м/мин и длины участка 1 м масса материала на участке будет 1866 / 0,8 = 2332 кг. Ранее показано, что количество материала, приходящееся на единицу площади поверхности экспериментальных и промышленных цепей, совпадают (см. рис. 2.3), поэтому рассчитаем количество материала, отнесенное к единице площади поверхности цепи: поверхности цепи удерживается 6 кг шлама. Площадь поверхности це-пей 56,52 м , поэтому масса материала ти р авна 6 56,52 = 340 кг. В подцепном пространстве находится 2332 - 340 = 1992 кг, что соответствует 85% от массы материала на участке.
Приняв плотность шлама р = 2200 кг/м , определим объем V и площадь сечения Sc, занимаемого материалом Так как объем - это произведение площади сечения Sc на высоту, а в данном случае рассматриваем участок длиной Ly4 = 1 м, то площадь сечения, занимаемого материалом составит Аналогичные расчеты произведены для плотности навески 6 и 8 м2/м2, скорости движения материала 2,5 м/мин, диаметра печи 4,5 и 5 м и производительности 53 и 63 т/ч. Установлено, что при скорости продвижения материала в зоне критической влажности 0,8 м/мин на цепи переходит 100 - 85 = 15% шлама, а остальной шлам находится под цепями. Площадь сечения, находящегося под цепями материала, составит 0,91 м . Коэффициент плотности навески в зоне критической влажности был принят, равным 4. Уменьшение коэффициента плотности приведет к увеличению количества материала под цепями и, наоборот, увеличение коэффициента плотности приведет к снижению количества материала под цепями и значительному увеличению коэффициента аэродинамического сопротивления в цепной пространстве цепи, следовательно, скорость движения газового потока под цепями резко возрастет. Также нецелесообразно и уменьшение поверхностного коэф-фициента плотности ниже 4 м /м из-за возможности образования наростов и колец. Так, при увеличении поверхностного коэффициента плотности для коркин-ского шлама до 8 м /м реальное увеличение, с учетом всего перешедшего на цепи шлама, составит 10,7 м2/м2. При этом под цепями увеличивается свободное пространство. В результате возрастает скорость газового потока под цепями и снижается в цепях. Часто в заводских условиях из-за неудовлетворительной работы цепной завесы производят укорачивание длины цепи. Если для выше приведенного примера, длину цепи уменьшить с 3400 до 3200 мм, то есть на 200 мм, то произойдет уве-личение свободного сечения под цепями с 1,54 до 2,12 м , что нежелательно в связи с увеличением скорости газового потока в подцепном пространстве и уменьшением в цепях, что приведет к снижению теплообмена. Наиболее рациональным приемом увеличения скорости движения материала в зоне критической влажности является изменение угла наклона крепежной линии относительно оси печи. Из табл. 4.3 видно, что при увеличении с 1,5 до 2,5 м/с скорости продвижения материала, его количество под цепями уменьшается при прочих равных условиях с 73 до 54%, что приводит к увеличению свободного сечения, а, следовательно, к снижению скорости газового потока в цепях и интенсивности теплообмена, увеличению скорости в подцепном пространстве.
Таким образом, газодинамические процессы во вращающейся печи зависят от конструктивных параметров цепной завесы и адгезионно-когезионных свойств шлама, изменяющихся в процессе сушки по длине цепной завесы. При высокой адгезии материала к цепям, особенно в зоне критической влажности, необходимо рассчитывать истинный коэффициент плотности с учетом материала на цепях, который определяет газодинамическое сопротивление участка цепной завесы. Для расчета основных параметров завесы со свободно висящими цепями рассчитывается максимально возможная длина цепи L„. Как было показано ранее диаметр печи, м; п - число винтовых линий навески. Расчетная длина цепи округляется до ближайшего значения в меньшую сторону (до целого значения количества звеньев в одной цепи). Длина винтовой линии L в метрах равна
