книги / Расчёты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
..pdfПо справочным данным при t= 13350 С С со.=2,3104; СН•О =1,8126; CN. =1,4305 кДжj(м3 , ОС), Подставляя эти данные в формулу (VI.7), получаем:
Сд = 0,096·2,3104 + 0,1935·1 ,8126 + 0,7105·1 ,4305 =
=1,587 кДж/(м3 .ОС).
После подстановки в формулу (VI.6) определяем ко эффициент избытка воздуха:
37330 + 1,673·20 |
= 1 6. |
|
а. = |
|
|
10,98·1,587 ·1335 - 9,94·1 ,34 (-10) |
, |
|
I |
|
|
Рассчитываем количество и |
состав продуктов горе |
|
ния при этом избытке воздуха. |
Расчеты |
располагаем в |
той же табл. VI.5 (строки 12-16).
Проверим величину объемной теплоемкости дымо
вых газов при их прокорректированном составе. Имея
f.tco. =0,062; |
!-tн.О =0,127; !-to. |
=0,074; |
!-tN.=0,737; |
Ссо. = 2,3104; |
Сн.о = 1,8126; |
Со. = |
1,515; CN.= |
=1,4305 кДжj(м3 , ОС), получаем:
Сд = 0,062·2,3104 + 0,127·1,8126 + 0,074·1 ,515 +
+0,737.1 ,4305 = 1,536 кДж/(м3 .ОС).
Проверим калориметрическую температуру, которая
получается при прокорректированном составе дымовых газов:
|
(к =' |
Qи+Стfт+VвСвfв |
|
|
(VI.8) |
|
|
V |
С |
|
|
||
|
|
д |
д |
|
|
|
_ |
37330 + 1,673.20 + 15,94·1,34 ( - 10) _ |
4250 С |
||||
(к - |
|
16,974.1,536 |
- |
1 |
• |
|
В связи со значительным расхождением принятой по |
||||||
первому приближению температуры горения |
|
(13350 С) и |
полученной в результате при избытке воздуха а= 1,6 за
даемся по второму приближению избытком воздуха а= = 1,7 и повторяем расчет горения, продолжая его в
табл. VI.5 (строки 17-22).
Проверим калориметрическую температуру при из бытке воздуха а= 1,7.
Так как состав дымовых газов изменился незначи
тельно (см. табл. VI.5, строки 16 и 21), то объемную теп
лоемкость дымовых газов не пересчитываем и принимаем
ее равной Сд=I,536 кДжj(кг.ОС),
111
Подсчитывая калориметрическую температуру при
«-1,7:
tK- |
37330 + l,б73·20 + lб,!·1 ,34 (- 10) |
-1345·С. |
17,93.1,536 |
Сходимость результатов удовлетворительная: невяз
ка температур составляет 0,75%. что близко к разреша
ющей способности счетной линейки.
Из расчета горения (см. табл. VI 5) находим влагосо
держание продуктов горения следующим образом:
масса водяных паров в продуктах горения
ан•о =217,33.0,805= 175кг;
масса сухих газов в продуктах горения
Се,ц = 105,37·1,997 + 145·1,43 + 1326·1,25 =2075 кг;
влагосодержание продуктов горения
175·1000
d1 '"" 2075 == 84 г на 1 кг еухих газов.
5. Расчет удельных расходов теплоты
и теплоносителя на процесс сушки
Расчет ведем графоаналитическим методом с исполь зованием I-d-диаграммы влажного воздуха.
а) Подсчет потерь теплоты
практического процесса сушки
На подогрев сухой .массы .материала
|
ае Се ( t~ - |
t~) |
|
qПl = |
(У! 9) |
где |
ае- QaCOBOe КОЛИQество II.бсоmoтно сухого материала Со: |
|
|
гласно материальному |
балансу (см. табл VI3), |
ас =9000 кг/ч;
СС- теплоемкосП> по массе абсолютно сухой глины, по
спраВОЧIIЫМ данным равная 0,922 кДж/(кг,ОС),
AGw - |
часовое количество ИСПlI.ренноЙ влаги Согласно |
tn.- |
табл УI 1, AG w =4900 кг/ч, |
соответственно температура шликера, поступающего |
всушилку, и порошка, выгружаемого из сушилки
(t~ =20 ОС, t~=70°C).
112
Подставляя числовые значения в формулу (VI.9), по
луч3.ем:
qПl = 9000·0,922 (70 - 20) = 85 кДж на 1 кг влаги. 4900
ffa подогрев остаточной влаги
a~ ( (~ -t~)
(VI.I0J
дGw
rде a~ - масса остаточной влаги Согласно материальному балан·
I |
су, a~= |
1080 кг, |
|
|
|
|
|
|
qП2 = |
1080 (70 - |
20) |
= 11 |
кДж на 1 |
кг влаги. |
|
|
|
4900 |
|
В окружающую среду через ограждающие конструк
ции - перекрытие, цилиндрическую и конусную части
башни. Сушилку монтируют вне здания.
Тепловой поток ч е рез п л о с к у ю |
ч а с т ь |
пер е - |
к рыт и я сушилки, представляющую |
собой |
оребрен |
ные панели, выполненные из листовой стали толщиной
6, =6 мм с изdляционным слоем минеральной ваты тол
щиной 62=300 мм. Площадь перекрытия (по чертежу)
составляет
пD2 |
3 14·9 |
2·9 |
2 |
=67мl. |
F = - =' , |
|
, |
||
4 |
4 |
|
|
|
Коэффициент теплоотдачи принят: от внутренней сре
ды к поверхности ограждения а=23,2 Вт/(м2 • ОС);
от наружной поверхности ограждения в окружающую
среду а2= 17,4 Вт/(м2 • ОС).
Теплопроводность принимаем по справочным дан
ным: стали "',=58 Вт/(м·ОС), ваты "'2=0,08 Вт/(м·ОС). Коэффициент общей теплопередачи
1
Ki - ------ : -- : ---- -
J...+~+~+~+-1
аl А! Ав Аз ~
|
|
1 |
|
|
|
------------- = 0,283 |
Втl(м2 • ОС). |
||||
1 |
0,006 |
0,3 |
0,006 |
1 |
|
23,2 + 58 + 0,08 + 58 + 17,8 |
|
Температура теплоносителя под перекрытием состав
ляет по опытным данным tви=200° С, а температуру на-
1-266 113
ружного воздуха принимаем th =-10° С. Тогда тепловой
поток через перекрытие составит
ФI=0,283·67(200+10) =3990 Вт.
Тепловой поток |
чеIJез |
ребра |
перекры |
т и я. Суммарная длина |
ребер |
(по чертежу) 120 м, их |
|
толщина 8 мм и средняя высота 6=0,3 м. |
|
Суммарная площадь поверхности в направлении теп
лового потока Р=О,ОО8·120=О,96 м2.
Тепловой поток через ребра
л |
58 |
(200 + 10) = 39 100 Вт. |
Ф2 = F --;;- |
(tBH - tи) = 0,96 - |
|
u |
0,3 |
|
Т е п л о в о й |
п о т о к ч е рез г л а Д к у ю п о в е р х |
|
ность цилиндрической |
части ограждения |
к о н с т р у к Ц и и. Цилиндрическое ограждение собрано
из панелей, состоящих из листовой стали с изоляцией
минераловатным слоем толщиной 6=0,2 м. В связи С ис
чезающе малым значением теплового сопротивления
стальных листов в сравнении с остальными слагаемыми
(см. расчет по статье ФI) В дальнейших расчетах им пре
небрегаем.
Площадь боковой поверхности цилиндрической час
ти (по чертежу)
F = nDH = 3,14·9,8·8 = 246 м2 •
Коэффициент общей теплопередачи
1
1\з = _1_ + 0,2 +_1_ = 0,388Вт/(м2.0С).
23,2 0,08 17,4
Средняя температура внутри цилиндрической части
сушилки составляет по опытным данным tв.и= 1600 С.
Тогда тепловой поток через гладкие поверхности цилин дрической части составляет
Ф3 = 246·0,388 (160 + 10) = 16200 Вт.
Тепловой поток через ребр а цилиндри ч е с к ой ч а с т и. Суммарная длина ребер (по чертежу) 216 м, средняя толщина 0,012·0,5=0,006 м; высота их
6=0,2 м.
Площадь поверхности ребер в направлении теП.I0ВОГО
потока Р=216·0,ОО6=1,3 м2.
Тепловой поток |
|
|
Ф. = |
581 |
+ 10) = 64200Вт. |
1,3 - (160 |
||
|
0,2 |
|
114
Тепловой поток через |
|
конусную |
часть |
|||||
о г р а ж Д е н и я. |
Конусная |
часть |
сварена |
из |
стальных |
|||
листов толщиной 6=2 мм; изоляции не имеет. |
|
|||||||
Площадь поверхности конусной части (по чертежу) |
||||||||
nD |
Vh2 |
D2 |
3 14·9 2 |
V82 + -9 |
'22- = |
116 м2 . |
||
F = - |
+ - |
=" |
2 |
|||||
2 |
|
4 |
|
|
|
4 |
|
|
Коэффициент общей теплопередачи |
|
|
||||||
|
КБ = |
|
1 |
|
= 9,9Вт/(м2 .ОС). |
|||
|
1 |
0,002 |
1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
23,2 + |
""""58 + |
17,4 |
|
|
|
|
при расчете теплового потока принимаем темпера
туру внутри конусной части сушилки tB н=800 С. Конус
ная часть сушилки находится в закрытом помещении с
температурой tH =20° С. Тогда тепловой поток состав
ляет
ФБ = 116·9,9 (80-20) = 6900 Вт.
Суммарный тепловой поток в окружающую среду
Ф = 3990 + 39 100 + 16200 + 64200 + 69 000 = 192290 Вт
или 192290·3,61 = 695 000 кджlч.
Потери теплоты в окружающую среду, отнесенные к 1 кг испаренной влаги:
695000
qпз = --- = 139кДж.
4900
Сумма учтенных тепловых потерь на 1 кг влаги со
ставляет
85+ 11 + 139 = 235 кДж.
Неучтенные потери принимаем равными 10%, что
составляет с округлением на 1 кг влаги
qП4 = 0,1·235 = 25 кДж.
Суммарные потери теплоты на 1 кг испаренной вла
ги составят
г
d = ~ qп = 235 + 25 = 260 кДж,
а
8* |
115 |
б) ПостроеНI1е процесса сушки
в I -d - д и а г р а м м е
На I-d-диаграмме отмечаем точку В, соответст
вующую начальной температуре теплоносителя tl =
=12000 С и влагосодержанию d 1=84 r на 1 кг сухих
газов (рис. VI.2). Из точки В проводим вниз адиабат ный луч и луч, параллельный линиям постоянных вла-
Рис. VI.2. Построение на I-d-диаграм!"е расчетной схемы npou.ecea
д.ля распылительнои СУШИЛКJI
llб
госодержаниЙ. На адиабатном луче отмечаем произ
вольно точку е и из нее опускаем перпендикуляр на
луч, параллельный линиям d=const. Образовавшуюся
точку пересечения обозначаем буквой f. Из точки е опу скаем луч, параллельный линиям d=const, и на нем ищем положение точки Е, вычисляя отрезок еЕ по фор
муле
|
Ае! |
(VI.Щ |
|
eE=-мм, |
|
|
т |
|
где |
А - тепловые потери практического процесса сушки, отнесенные |
|
|
к 1 кг испаренной влаги (А=260 кдж), |
|
|
m...../масштабная характеристика /-d-диаграммы, на которой |
|
|
ведут построение; |
|
|
М{ |
|
|
m=-IOOO |
' |
|
Md |
|
'1:A(i |
М, И М4 - масш;аб соответственно |
энтальпии и влагосодер· |
) |
жании |
|
В нашем случае M.=2,1 кДж и M d = 1 г в 1 мм;
2,1
т = - 1000 = 2100,
1
По построению на l-d-диаграмме замеряем отре зок ef: он будет равен 292 мм. После подстановки в фор мулу (VI.ll) получаем:
292·260
еЕ = --- =З8мм.
2100
На луче, опущенном из точки е, откладываем отрезок
еЕ=38 мм и таким образом НfiХОДИМ положение точ
киЕ.
Из точки В через точку Е проводим луч, который яв ляется политропой практического процесса сушки. На этом луче отмечаем точку С его пересечения с изотер
мой, соответствующей температуре t2 отработанного теплоносителя. По практическим данным было принято t2 =80° С. Точка С характеризует параметры отрабо танного теплоносителя. Из точки С опускаем перпенди куляр на продолжение отрезка ВТ и точку пересечения обозначаем буквой D. Измеряем 6Jтрезок CD: он равен
462 мм.
117
Удельный расход сухого теплоносителя на 1 кг ис
паренной влаги определяем по формуле
1000 1000 [' = --- = -- =2 17кг
CDMd 462·1 ' ,
или с учетом начального влагосодержания теплоно
сителя по формуле
l = l' (1 + 0,OOld1 ) = 2,17 (1 +0,001·84) =
= 2,35 кг теплоносителя на 1 кг испаренной влаги.
Удельный расход отработанного теплоносителя оп
р~деляем по формуле
[" = [' (1 + 0,001d2 )·
Согласно построению на l-d-диаграмме, d2 =544 г на 1 кг сухих газов.
После п~дстановки по~учаем:
l"=2,17(1+0,001:544)=3,35Kf на 1 кг испаренной влаги.
Для определения удельного расхода теплоты нано сим на l-d-диаграмму точку А с параметрами to и
сро, которые согласно исходным данным имеют значения
to=-10° С и сро=60%.
Из точки А восстанавливаем вертикальный луч (па
раллельный линиям d=const) до пересечения с изотер
мой t1 и1 = 1200° С). Точку пересечения обозначаем бук вОй В'. Измеряем отрезок АВ'. В данном случае он ра вен 607 мм. Удельный расход теплоты на 1 кг испарен
ной влаги определяют по формуле
АВ' 607
q= CD m= 4622100 = 2763 кДж.
в) Тепловой баланс Qабочей камеры су
шилки
По результатам расчета материального баланса со
ставляем тепловой баланс рабочей камеры сушилки, отнесенный к 1 кг испаренной влаги, для чего определя
ем предварительно расход теплоты на испарение влаги
и нагрев водяных паров по формуле
q1 = г+сп t2-4,19t;п кДж .
где |
г- скрытая теплота |
испарения (по справочным данным г= |
|
=2260 кДж/кг); |
|
118
сп- удельная теплоемкость водяного пара [по справочным данным сп =1,97 кДж/(кг.ОС)]
Подставляя числовые значения, получаем: ql = 2260 + 1,97 ·80 - 4,19·20 = 2333 кДж.
Расход теплоты на подогрев сухой части отрабоган ного теплоносителя определяют по формуле
q2 = l' (t2 - to) св,
где св - удельная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг,ОС) [по справочным данным Св = 1 кДж/ (кг. ОС)]
Подставляя числовые значения, получаем:
q2 = 2,17 (80 + 10) 1 = 195 кДж на 1 кг испаренной влаги.
Остальные статьи составляют ранее подсчитанные
тепловые потери. Тепловой баланс приведен в табл. VI.6.
т а б л и ц а VI.6. Тепловой баланс сушильной камеры на 1 кг испаренной влаги
|
|
|
I<оличество |
|
|
|
|
|
I<оличество |
||||
|
Приходные |
теплоты |
|
|
Расходные |
статьи |
теплоты |
||||||
|
статьи |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
кДж I |
% |
|
|
|
|
|
|
кДж I |
% |
|
Теплота топоч- |
2763 |
100 |
|
|
На |
испарение влаги |
|
|
|
||||
ных газов. |
|
|
и подогрев водяных |
2333 |
90,1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
паров |
|
|
|
|||
|
|
|
2763 |
100 |
|
|
На |
подогрев |
сухой |
85 |
3,23 |
||
|
Итого |
|
|
|
массы |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
На |
подогрев |
остаточ- |
11 |
0,42 |
||
|
|
|
|
|
|
|
ной влаги |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Потери теплоты в ок- |
139 |
5,3 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
ружающую |
среду |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Неучтенные потери |
25 |
0,95 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
На |
подогрев |
сухой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
части |
отходящих |
195 |
15,2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
газов |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И тог о |
|
27771 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Невязка баланса составляет
2777-2763
2777 ·100=0,55%,
что близко к разрешающей способности счетной линей
ки. С учетом неточностей, неизбежных при графическом
119
построении процесса, сходимость частей баланса счи таем удовлетворительной.
г) Расчет удельных расходов топлива
При определении удельного расхода топлива учиты
ваем к. п. д. топки, принимаемый в данном случае Чт=
=0,90. При этих условиях удельный расход теплоты
составит'
на 1 кг испаренной влаги |
|
||
qT = - |
q |
2750 |
= 3060 кДж; |
|
= - |
||
'1')1> |
0,9 |
|
|
на 1 кг шликера |
|
|
|
3060·4900 |
|
||
qш = 15 000 |
~ 1000 кДж; |
H~ 1 кг порошка
3060·4!)0О
qn = 8920+ 1080 = 1500 кДж;
на 1 кг сухого вещества
|
3060·4900 |
= 1680кДж. |
|
|||
qc = |
8920 |
|
||||
УделЬ}IЫЙ расход натурального топлива - природного |
||||||
газа: |
|
|
|
|
|
|
на 1 кг испаренной влаги |
|
|
|
|||
ВК = |
q'l! |
3060 |
|
|
||
Qи |
== 37 330 = 0,082 мВ: |
|
||||
на 1 т шликера |
|
|
|
|
|
|
_ |
0,082·1000·4900 _ |
3, |
||||
Виm - |
|
15000 |
|
-26,8м, |
||
на 1 т порошка |
0,082·1000.4900 |
|
|
|||
Ви п = |
= 40,2 м3 , |
|||||
|
10000 |
|
||||
на 1 т сухого вещества |
|
|
|
|||
|
0,082·1000·4900 |
з |
||||
Ви с = |
8920 |
|
= 45 м |
• |
120