Реферат: Автоматизация и управление технологическими процессами обжига клинкера при производстве цемента

- потери тепловой энергии через ограждения в окружающую среду;

- вносимые и выходящие тепловые потоки через материал, дымовые газы и технологическое оборудование.

Очевидно, что все перечисленные процессы, так или иначе, связаны между собой и подвержены взаимному влиянию.

Кинетика процессов перемещения потоков в печи можно представить в виде схемы, рис.2. Основу процесса термической обработки (обжига) цемента составляет теплообмен между газами и сырьевым материалом. Так как длина печи существенно больше ее прочих размеров, то из-за турбулентного перемешивания газового потока его параметры приб­лизительно оди­наковы для заданного сечения печи, и с определен­ными оговор­ками объект предполагается одно­мер­ным.

Пространство печи можно подразделить на несколько аналогичных технологических зон, условия внутри которых можно считать однородными. Время нахождения сырья в каждой из зон опреде­ляется скоростью его перемещения. Время действия газов и их свойства определяются температурой и расходом, и может различаться для разных зон.

В установившемся режиме температура газов в каждой из зон определяется условиями теплового баланса и предполагается равномерной в пределах зоны (но в общем случае может различаться в различных зонах).

Поле температуры внутри сырьевого материала в общем случае не однородно и не стационарно, поскольку тепловой обмен свя­зан с условиями молекулярной теплопроводности. Плотность тепло­вого потока через границу раздела в первую очередь зависит от разности температур газа и сырья. Количество поглощенной/выделенной при этом теплоты можно считать пропорциональным массе изменяющегося материала. При переходе в следующую зону полученные пара­метры сырья можно считать его начальной характеристикой для этой зоны.

Изменение температуры газовой составляющей для i-й зоны печи можно представить уравнением теплового баланса:

(6)

где: с_р — удельная теплоемкость газовой смеси,

— температура газовой смеси в i -й зоне.

(7)

где: — расход воздуха в зоне горелок, — расход подаваемого воздуха, N — количество зон,— расход отбираемых дымовых газов:

(8)

Q_G , — теплота сгорания газа,

c — стехиометрическое соотно­шение газа и воздуха.

Левая часть уравнения (6) представляет поток тепла, пере­носи­мый через границу i -й и (i +1)-й зон, правая часть представ­ле­на следующими слагаемыми:

Первое слагаемое отображает поток тепла, переносимого го­рячими газами между i -й и (i +1)-й зонами.

Второе слагаемое - тепловая мощность газовых горелок в данной зоне (естественно, при отсутствии в зоне горелок = 0).

Третий член правой части — тепловые потери в окружающую среду:

(9)

где: Т₀ — температура наружного воздуха, — температура горячих газов, — суммарная площадь ограждающей поверхности, — коэффициент теплопередачи.

Четвертое слагаемое в правой части — количество тепла, передаваемое материалу:

(10)

где: - температура материала в i - й зоне, с_р - удельная теплоемкость материала, М _i - масса материала в i -й зоне, D t - время прохождения i -й зоны.

Поле температур материала определяется классическим уравнением нестационарной теплопроводности для системы без внутренних источников тепла:

(11)

где: с _q , r _q , l _q -удельная теплоемкость, плотность, теплопроводность материала.

В качестве начальных условий можно принять температуру материала на выходе из (i – 1)-й зоны:

. (12)

Граничные условия:

(13)

Здесь hx , hy , hz — толщины прогреваемого материала в соот­ветствующих направлениях (x , y , z ). В принципе уравнение (6), отражающее термодинамическую ситуацию в i -й зоне через температуру в (i +1 )-й, фактически пред­ставляет собой систему из N дифференциальных уравнений. Урав­нения (6) и (11) целесообразно решать совместно методом после­довательных при­ближений, с использованием граничных условий (13) и заданных начальных условий (12).