Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
равной ~17 м, обеспечивается достаточно большая длина зоны обжига (~10 м). На выходе из печи температура материала выше температуры газов, что характерно для этого класса печей. Температура уходящих газов, равная -873 К, достаточно высока, поэтому за данной печью целесообразно установить ка-кое-либо теплоутилизирующее устройство (рекуператор или котел-утилизатор). Потери тепла через футеровку печи достаточно велики и составляют ~ 12 % от суммарного расхода печи.
Точность расчета сложного теплообмена зональным методом зависит от числа зон разбиения рабочего пространства печи. На рис. 4.149 показаны результаты расчета температуры газа и материала при разбиении печи на три, шесть и
Г, К
Рис. 4.149. Зональные значения температур газа (1) и материала (2)
380
девять участков по длине и, соответственно, на одиннадцать, двадцать и двадцать девять зон. Из рис. 4.149 видно, что погрешность расчета при разбиении печи на три участка по длине печи значительна, а температурные линии при наличии 20 и 29 зон отличаются в пределах погрешности инженерных расчетов.
Приведем перечень задач, рекомендуемых для самостоятельного исследования при использовании математической модели обжиговой вращающейся печи:
1. Выбрать производительность печи Р, отвечающую заданной технологии обжига (заданному температурному интервалу обжига).
2. Выбрать расход топлива В, отвечающий заданной технологии обжига.
3. Исследовать влияние наличия и толщины теплоизоляции (второго слоя футеровки) на режим обжига и тепловой баланс печи.
4. Исследовать влияние геометрии печи (радиуса, длины) на температурное поле рабочего пространства печи.
5. Оценить влияние температуры окружающей среды (зимний и летний периоды) на расход топлива при соблюдении заданной температуры обжига.
6. Установить зависимость уровня температур материала и протяженности зоны обжига от длины факела (типа сожигательного устройства).
Оптимизация тепловой работы вращающейся печи. Оптимизация тепловой работы печи может быть достигнута за счет оптимизации режимных (расход топлива) и конструктивных (размеры рабочего пространства, толщина и материал футеровки, тип и расположение горел очных устройств и т.д.) параметров. При этом следует правильно поставить задачу оптимизации. Для этого необходимо:
1) разработать математическую модель печи, учитывающую все основные взаимосвязи процесса обжига;
2) сформулировать единственный критерий оптимизации и выразить его количественно. При подстановке задачи оптимизации надо всегда помнить, что оптимизируют не саму печь как таковую, а конкретный показатель ее работы, выражаемый критерием оптимизации. Поэтому оптимальная тепловая работа печи с точки зрения одного критерия может быть далекой от оптимума с позиций другого критерия оптимизации;
3) выявить параметры, которые можно варьировать в определенных пределах с целью изменения критерия оптимизации для достижения его экстремального значения;
4) выбрать метод поиска оптимума, наиболее целесообразный для данной конкретной задачи.
Первый этап решения задачи уже выполнен, остальные — зависят от целей, которые необходимо достичь.
381
Оптимизация режима обжига высокоглиноземистого шамота. Обжиг высокоглиноземистого шамота проводят с целью улучшения его огнеупорных свойств. В рабочем пространстве вращающейся печи последовательно проходят процессы сушки (при мокром способе подготовки сырья), нагрева и обжига шамота. При низком уровне температур высокоглиноземистого шамота в зоне обжига (<1350 °С) невозможно получить заданное качество обжига, а при повышенных температурах шамота (>1800 °С) будет наблюдаться его расплавление и налипание на футеровку печи. Поэтому при оптимальном режиме температура не должна выходить за пределы заданного интервала температур в зоне обжига (1350-1800 °С). Будем считать это обстоятельство первым ограничением при оптимизации режима. Качество материала зависит также от длины зоны обжига, т.е. зоны, в которой имеет место заданный температурный интервал. При малой длине этой зоны процессы изменения внутренней структуры материала не успевают завершиться. В дальнейших расчетах примем в качестве минимально допустимой по технологии длины зоны обжига величину /о6« 10 м. Это будет вторым ограничением при выборе оптимального режима.
На рис. 4.150 показана полученная в результате расчетов зависимость длины зоны обжига от расхода топлива при различных значениях производительности. Длина зоны обжига определяется из графика изменения температуры материала по длине печи (см. рис. 4.147). При небольшой производительности печи для выполнения требований технологического процесса необходим незначительный расход топлива. С увеличением производительности печи расход топлива, естественно, возрастает. Очевидно, существует некоторое оптимальное соотношение расхода топлива и производительности печи — минимальный удельный расход топлива, при котором можно получить заданное качество обжига и соблюдаются сформулированные ограничения. Иными словами, в качестве критерия оптимизации примем удельный расход топлива, кг/кг:
