Расчет основных параметров дымовых газов

3.Расчёт барабанной сушилки.

3.1 Расчет основных параметров дымовых газов.

Расчет ведется на 1 кг топлива

а) Определение теплотворной способности топлива

В качестве топлива используют малосернистый мазут следующего состава W^р=1% А^с=0,1%, S^c=0,5%, S^г=0,5%, C^г=86,5%, Н^г=12,5%, (О+N)^г=0,5%. Индексы р с и г означают соответственно: рабочее топливо, сухая и горючая смесь. А – зола.

В дальнейших расчетах потребуется состав топлива с индексом р. Используем формулы пересчета

Теплота сгорания рабочего топлива определяется по формуле Менделеева:

б) Определение минимальной теоретической массы воздуха

 для сгорания 1 кг топлива

 

в) Определение коэффициента избытка воздуха

В действительности требуется для полного сгорания 1 кг топлива больше воздуха, чем по теории. Из теплового баланса с учетом температуры дымовых газов на выходе из топки получена формула коэффициента избытка воздуха.

где  - КПД топки;

 - удельная теплоемкость топлива;

 - температура топлива перед сжиганием;

 - удельная теплоемкость дымовых газов;

 - температура дымовых газов на выходе из топки;

 - теплосодержание водяных паров при температуре дымовых газов на выходе из топки;

 - кг/кг сух. воздуха. – влагосодержание атмосферного воздуха для зимних условий г. Одесса (по диаграмме Рамзина);

 - энтальпия зимнего атмосферного воздуха, нагретого до температуры помещения, принятой 25⁰С (по диаграмме Рамзина).

Действительная масса воздуха для сжигания 1 кг топлива

г) Определение влагосодержания и энтальпии

дымовых газов

Масса водяных паров в дымовых газах определяется по формуле

Масса сухих газов

Влагосодержание дымовых газов

Энтальпия дымовых газов при  и  равна                 (по диаграмме Рамзина).

Параметры дымовых газов на выходе из топки являются начальными параметрами для расчета сушильного барабана:

; ;

3.2. Материальный баланс сушилки.

Масса испаряемой влаги в барабане:

;                                                                                        (3.2.1)

где      масс.— начальная влажность материала;

 масс.— конечная влажность материала;

 кг/ч.  

Масса высушенного материала

;                                                                                        (3.2.2)

где     кг/ч - производительность сушилки;

 кг/ч. 

3.3. Выбор основных габаритных размеров барабана.

;                                                                                                   (3.3.1)

где А=50 кг/м³·ч – напряжение барабана по влаге.

.

Диаметр барабана находим из соотношения:

;                                                                         (3.3.2)

где      - длина барабана (рекомендуется ).

;

 

Принимаем нормализованные размеры барабана: D=2,2 м, l=12 м.

3.4. Определение потерь тепла в окружающую среду.

Норма тепловых потерь с одного погонного метра цилиндрической поверхности может быть определена по эмпирической формуле:

;                                                              (3.4.1) где     Q_п – тепловые потери с цилиндрической поверхности, Вт;

l – длина объекта, м;

D – наружный диаметр с учётом изоляции, м;

t – температура теплоносителя, ºC;

K – поправочный коэффициент.

Средняя температура теплоносителя (дымовых газов);

;                                                                                             (3.4.2)

где     t₁=650 ºC— начальная температура сушильного газа;

t₂=120 ºC— конечная температура сушильного газа;

 

Принимаем, что сушильная установка находится в помещении, имеющим температуру воздуха 25 ºС (поправочный коэффициент К нормам потерь равен I). Наружный диаметр барабана с учётом изоляции принимаем предварительно равным 2,3 м.

По формуле находим норму тепловых потерь:

 Вт/м длины.

Потери тепла по всей длине барабана

.

3.5.Массовый расход дымовых газов (абсолютно сухих) через сушильный барабан.

;                                                                                          (3.5.1) 

где     W=1531,9 кг/ч – испарённая  влага в барабане;

x₁=0,028 кг/кг сух.газа – влагосодержание дымовых газов на входе в барабан;

x₂ — влагосодержание дымовых газов на выходе из барабана, определяется графо-аналитическим методом.

Определение величины x₂

Составим внутренний тепловой баланс сушилки

;                                                                                   (3.5.2)

где    С_в=4187 Дж/(кг·К) – теплоёмкость воды (влаги в материале);

t_м1=-3,1 ºС – температура материала на входе в сушилку (для зимнего периода).

Удельные затраты тепла на нагрев материала:

;                                                                            (3.5.3) 

где     G₂=7468,1 кг/ч – масса высушенного материала;

С_м=920 Дж/(кг·К) – теплоёмкость глины:

 Дж/кг влаги;

Удельные потери тепла в окружающую среду:

;                                                                                                  (3.5.4)

 Дж/кг влаги. 

 Дж/кг влаги

Далее, используя уравнение , при известных I₁, x₁, задаёмся произвольно двумя значениями x₂, и вычисляем соответственно I₂:

для

 Дж/кг.

для

 Дж/кг.

Нанесём на диаграмму Рамзина точки с координатами x₁ и I₁, . Проведём через три точки прямую (одна точка является проверочной) до пересечения с изотермой t=120 ºC, соответствующей температуре газов на выходе из барабана, и по точке пересечения прямых определим искомую величину  кг/кг сух.газа.

 кг/ч.

3.6. Объёмный расход влажных газов на входе и выходе из барабана.

 ;                                                                                        (3.6.1)

где     — плотность дымовых газов на входе при t=650 ºC;

 м³/ч.

 ;                                                                                      (3.6.2)

где      - плотность дымовых газов  на выходе (t₂=120 ºC) из сушилки.

 м³/ч.

Примечание: расчёт ρ₁ и ρ₂ производился по формуле , пригодной для воздуха, ввиду чего получился несколько завышенный расход газов через барабан, так как плотность дымовых газов больше плотности воздуха из-за повышенного содержания СО₂.

3.7. Расход газов для летних и зимних условий.

Средняя температура и относительная влажность атмосферного воздуха для летних условий г. Одесса: t=18,1 ˚C; γ=71%.По диаграмме Рамзина определяем   кг/кг сух.возд. Воздух, нагретый до температуры помещения t=25˚C, имеет энтальпию Дж/кг сух. возд.

Далее, используя прежнюю методику, проводим аналогичные расчеты для летних условий и результаты сводим в таблицу 3.7.1.

Таблица 3.7.1

№ пп	Параметры	Обозначение, размерности	Зимние условия	Летние условия
1	Коэффициент избытка воздуха		2,97	2,89
2	Действительная масса количества воздуха для сжигания 1 кг топлива	lgкг/кг топ.	41,94	40,81
3	Масса водяных паров в дымовых газах	кг/кг топ.	1,189	1,58
4	Количество сухих газов	кг/кг топ.	41,81	40,69
5	Влагосодержание дымовых газов -  на входе в сушилку -  на выходе	кг/кг сух.в.  кг/кг сух.в.	0,028 0,17	0,039 0,187
6	Массовый расход сухих газов через сушилку	L  кг/ч	10788	10350,7
7	Объемный расход газов -  на входе в сушилку -  на выходе	м/ч         м/ч	24754,6 14693,8	24005,3 14303

3.8. Скорость газов на выходе из барабана.

;                                                                                       (3.8.1)

 м/с, что вполне допустимо из условия уноса мелких частиц из барабана при максимально возможном расходе газа на выходе.

3.9. Расчёт теплоизоляции барабана.

Для изоляции принимаем шлаковату. Задача сводится к определению толщины слоя шлаковаты  из уравнения

;                                                           (3.9.1)

Стенка барабана схематично изображена на рисунке 3.8.1.

  

	Рис.3.8.1

 

Принимаем:

 мм – толщина стенки барабана;

1 мм – толщина стенки корпуса из листового железа, покрытого масляной краской.

По справочникам  находим:

 ккал/м·ч·град=39,6·1,163 Вт/(м·К) – теплопроводность стали при t=385 ºС

 Вт/(м·К) – теплопроводность шлаковаты при

 ºC.

 ккал/м·ч·град=44,5·1,163 Вт/(м·К) – теплопроводность стали при t=25 ºC.

а) Определение коэффициента теплопередачи

 ;                                                                                             (3.9.2)

где     Q_п=9013,6 Вт – тепловой поток (потери в окружающую среду);

 м² – боковая поверхность барабана;

D=2,3 м – диаметр барабана с учётом предварительно принятой толщины изоляции;

 Вт/(м²·К).

 ºС – средняя разность температур между дымовыми газами и О.С.

б) Определение коэффициента теплоотдачи α₁ от дымовых газов к стенке барабана.

Расчёт проводим по формулам для средней температуры газов в барабане t=296,1 ºC;

;                                                                                    (3.9.3)

;                                                                                            (3.9.4)

где     ω и ρ вычислены для средней температуры газов.

.

При Re>10⁴ выбираем формулу:

;                                                                               (3.9.5)

 Вт/(м·К), где     μ=0,03·10^-3 Н·с/м² – вязкость дымовых газов (воздуха) при t=296,1 ºC    Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности дымовых газов при t=296,1 ºC.

Определим  из формулы:

;                                                                                      (3.9.6)

;                                                                                   (3.9.7)

где      ºС – разность между температурами дымовых газов и стенки (принимаем);

 Вт/(м²·К);

 Вт/(м²·К).

в) Определение коэффициента теплоотдачи α₂ от барабана к окружающей среде:

;                                                                                        (3.9.8)

 - коэффициент теплоотдачи за счёт естественной конвекции;

 - коэффициент теплоотдачи за счёт лучеиспускания.

Определим  по упрощённой формуле

;                                                                                      (3.9.9)

где  ºС – разность температур между наружной стенкой барабана и окружающей средой (принимаем);

 Вт/(м²·К).

;                                                                       (3.9.10)

где     - степень черноты для поверхности, покрытой масляной краской;

C₀=5,7 Вт/(м²·К) – коэффициент лучеиспускания абсолютно чёрного