Теоретическое обоснование основных параметров оснащенных порогами вращающихся печей

• ¹    Инвестиционно-строительная компания “Средневолжскстрой”

• ²    Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Статья посвящена разделению сыпучих материалов по размерам и весовым характеристикам, а также затронуты вопросы движения материалов в гладких цилиндрах, оснащенных порогами. Все исследования связаны с материалами силикатной и алюмосиликатной групп, являющимися наиболее распространенными в производстве строительных материалов.

Известны формулы для расчета параметров гладких вращающихся печей с постоянным диаметром по всей длине печи [1]. Если в печи имеются “пересветы”, т.е. отдель- ные ее участки выполнены с различными диаметрами, или внутри печи имеются пороги или другие устройства, то известными формулами пользоваться нельзя.

Если вращающихся барабан (рис. 1) имеет один порог, то участки В и С рассматриваются как печь без порогов, имеющая в длину В+С и к этим участкам применяются известные формулы.

Участок длиной l рассматривается как печь частично конической формы со средним диаметром, равным (D-Н-0,5h) и наклоном, зависящим от отношения h и Н. На основании этого рекомендуется формула, которая хорошо согласуется с опытными данными.

Формула имеет вид:

где t – время нахождения материала в барабане, мин;

D – диаметр барабана, м;

ψ – угол естественного откоса материа- ла, град.;

• h – высота слоя материала, м;

• n – число оборотов материала, об/мин.;

• H – высота порога, м;

• 5 - угол наклона барабана, град.

Предполагая поверхность материала на

H tg δ ^.

участке l горизонтальной, получим: ¹ =

Подставляя это значение l в формулу (1), получим:

0,00308 ( ^ ⁰ + 24 ) H ( V Hh + H )

t =     2 hn ( D - H - 0,5 h ) tg 2 5    ’ мин (2)

Общее время прохождения материала в печи составит:

_ 0,00308 ^ ⁰ + 24 ) l ( ^[Hh + H )

( D - H - 0,5 h ) ntg5 2 h ’ мин (1)

Рис. 1. Схема печи с порогами

0,00308 ( у ⁰ + 24 ) ( А + N ) nDtgδ

m _ 0,7 hM ;

К – коэффициент заполнения печи;

0,00308 ( у ⁰ + 24 ) H ( 4Hh + H )

⁺     2 nh ( D - H - 0,5 h ) tg 2 8

, мин. (3)

Из формулы (3) следует, что время пребывания материала в печи, имеющем один порог, зависит не только от высоты порога Н, но и от отношения толщины слоя h к высоте этого порога. Чем больше высота порога Н, тем больше время t. При одной и той же высоте порога Н, время t увеличивается с уменьшением толщины слоя h.

Если печь имеет два порога, причем один из них расположен в горячем конце (рис. 2), то ее разделяют на два участка: (С+ l ₁) и (В+ l ₂) и применяют к этим участкам формулу (3). Общее время пребывания материала в печи будет равно:

t _ (B + C)Sin у +      H 1 (4m 1 +1) Sin V nDntg8    2nntg8(D - H 1 - 0,5H 1 m 1)m 1

H ₂ (д/ m " +1) Sin у

⁺ о ♦ 2xm й 7777 л ,мин. (4) 2 nntg 8 ( D - H ₂ - 0,5 H ₂ m ₂) m ₂

Здесь B _ L - L 1 --2-; C = L 1 --Ц

tgδ          tgδ

B + C _ L ——( H + H ); tgδ   ^{1     2}

K _ 1,71 А /Л .

DD

Первый член в выражении (4) определяет время пребывания материала на участ- ке В+С, и так как B + C L , s (H1 + H2)-, , tgδ , т.е. не зависит от L1, то общее время пребывания материала в печи, подсчитанное по формуле (4), не будет зависеть от места установки среднего порога, т. е. от выбора величины L1. С точки зрения же тепловых процессов не безразлично, в каком месте (например) печи находится участок L1 , на котором свободному перемещению материала препятствует порог H1.

Второй член в выражении (4) равен времени пребывания материала на участке L₁ , а третий член равен времени пребывания материала на участке L₂ .

Из формулы (4) видно, что, выбирая должным образом высоту порога ( H₁ ) и место его установки ( L₁ ), можно увеличить время пребывания материала в том месте печи, в котором это выгодно с технологической точки зрения. Время это определяется вторым членом в формуле (4). Установка порогов увеличивает время t , а, следовательно, уменьшает скорость передвижения материала вдоль печи и при прочих равных условиях снижа-

Рис. 2. Схема печи с порогами

ет производительность. Установка порогов равносильна удлинению печи, поэтому наличие их, или других устройств, препятствующих свободному перемещению материала, дает возможность сократить длину печи при заданном времени t. Если в печь с неизменными n и д установить порог, то для сохранения производительности необходимо увеличить питание печи, или коэффициент ее заполнения.

Покажем на примере влияние порогов на время пребывания материала в печи.

Пусть дана печь со следующими параметрами:

L=40м; DBH =2,24м; д=2°30’; n=2 мин-1; ш=35°, Н1 =300 мм; Н2=500 мм; K1 =0,02; К2 = 0,04.

По формуле (4) находим:

m = 0,7 D^- ^K2 = 0,7 ^2,24 70,02 2 = 0,386

1         H1      1          0,3

m = 0,7 D ^BH 31 x 2 = 0,7 224 3/ 0 0 4 = 0,366

2       H2     20,3

B + C = L —— (H + H) = - tgδ   12

= 40¹---(0,3 + 0,5) = 40 - 18,3 = 21,7 м.

0,04366

По формуле (4) получим:

21,7 ■ 0,573 t =--------:------:+ n 2,24 ■ 2 ■ 0,0437

____________ 0,3(V0,386 + 1) ■ 0,573 _____________ ⁺ 2 n 2 ■ 0,0437 ² (2,24 - 0,3 - 0,15 ■ 0,386 )0,386

____________0,5(^0,366 + 1) ■ 0,573____________= 2,5 ■ 2 ■ 0,04372(2,24 - 0,5 - 0,25 ■ 0,366)0,366

- = 20,2 + 16,0 + 31,6 = 67,8 мин

Если печь была бы гладкой, без порогов, то время пребывания материала в печи составило:

t = L sin у πdntg δ

40 ■ 0,573 n 2,24 ■ 2 ■ 0,0437

= 37,3 мин

Как видно из примера, при установке двух порогов H1 =300 мм и Н2=500 мм время пребывания материала в печи увеличивается почти в два раза, по сравнению с гладкой печью, а, следовательно, при постоянстве параметров печи (n, К, д, ш) производительность вдвое снизится.

Таким образом, если пороги устанавливаются на работающих печах, где невозможно изменить угол наклона печи и число ее оборотов, то единственным способом сохранить производительность или повысить ее, является увеличение коэффициента заполнения печи. Производительность печи по керамзиту для приведенной выше задачи составит: без порогов:

60 L.,TtD ²   60 ■ 40 _{n n}„ n 2,24²

Q = VF =---K---=--0,04—,---= 10 м3/ч t 4    37,3         4 м /ч.

с двумя порогами:

Q = VF = — K — = 601^0 ■ 0,04 ^П 2^ = 5,5 ^м У t 4     67,8          4            ^{ч .}

Для того, чтобы не снизить, а наоборот, повысить производительность печи, принимаем увеличенные коэффициенты заполнения К , т.к. время пребывания материала в печи с порогами больше, чем в гладкой, что будет в некоторой степени компенсировать увеличение толщины слоя.

Полагаем K1=0,05 и К2=0,01 находим:

• 2.24 . iг

• m. = 0,7—,— 00,05² = 0,71.

• 1 ,                             ,,

m = 0,7 ²²⁴ V0,01² = 0,676.

• 20,5

Подставляя эти значения m в формулу (4) получим:

t = 20,2 + 10,4+20,4 = 51 мин

Здесь мы замечаем, что с увеличением толщины слоя время t уменьшается.

Производительность печи составит:

Q = VF

60 L 2 π D ²

K t 4

60 ■ 40 _n n ■ 2,24 ²

----------■ 0,1--------------

51              4

18 ,5 ^м

Возможный процент увеличения коэффициентов заполнения Ki и К2, за счет увеличенного времени пребывания материала в печи с порогами, по сравнению с печью гладкой, должен быть обоснован теплотехническими расчетами.

Второй путь повышения производительности печи с порогами заключается в повышении числа оборотов и увеличении угла наклона печи. Покажем это на примере предыдущей задачи.

Принимаем n=3 мин-1 (вместо n=2 мин-1) и д=3°30' (вместо д =2°30'),

Коэффициент заполнения K1 и К2 оставляем таким же, как и у гладкой печи.

21,7 • 0,573

t —--+ ■ п2,24 • 3 • 0,0612

Вместо 67,8 мин при n=2 мин^-1 и д=2°30'. Время 25,17 мин, при коэффициентах запол- í åí èÿ K ₁=0,02 и К₂=0,04, вполне совпадает с фактическими данными по работе печей.

Производительность в этом случае будет равна:

Q — VF

60 L 2 πD ²

K t 4

___________ 0,3(^0,386 + 1) • 0,573 ____________

2 п 3 • 0,0612 ² (2,24 - 0,3 - 0,15 • 0,3 86)0,3 86

60 • 40

25 ,17

• 0,04

п • 2,24 ² 4

— 15 м

+