Теплотехнический расчет сушильного барабана

Тогда  Qм= 8000×1,37×(80-12)=745280 кДж/ч.

Потери тепла через стенки в окружающую среду

Qп= 3,6×Sб( tсргаз -tокрвозд)/ (1/α1+1/α2+S1/λ1+S2/λ2),

где α1 – коэффициент теплоотдачи от газов к внутренней поверхности сушильного барабана для дымовых газов, α1= 150 Вт/м2°С;

S1 – толщина стенки барабана  в пределах от 5 до 24 мм, принимаем S1= 12 мм;

S2 – толщина теплоизоляции барабана, значение которой можно принять от 30 до 50 мм, если изоляция из диатомита, S2= 40 мм;

λ1 и λ2 теплопроводность соответственно стальной стенки барабана  λ1= 58,2 Вт/(м×(°С) , λ2= 0,2 Вт/(м×°С ) 

α2 – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции в окружающую среду, обычно  α2 = 12 – 15 Вт/м2°С, принимаем α2 = 12 Вт/м2°С;

Sб – площадь боковой поверхности барабана, Sб =75,36 м²

( tсргаз – tокрвоз) – разность температур газов рабочего пространства барабана и окружающего воздуха.

tсргаз = ( tнгаз – tнм) - ( tкгаз – tкм)  + tсрм

            2,31lg ( tнгаз – tнм)

                       ( tкгаз – tкм)

где tсрм – средняя температура материала в барабане.

tсрм = tм +2/3×( tкм  - tнм)

tсрм = 12+ 2/3× (80 –12) = 57,3°С

tсргаз = (800-12) – (100 – 80)  + 57,3  =266,6°С

            2,31 lg (800 – 12)                

                        (100 – 80)

 

Подставим числовые значения в формулу и определим потери тепла в окружающую среду:

Qп = 3,6×75,36×(266,6 – 20)/ (1/150 + 0,012/ 58,2+ 0,04/0,2+ 1/12)  = 230531,2 кДж/ч

Общие потери тепла в процессе сушки:

Q = Qм + Qп =755280 +230531,2 = 975811,2 кДж/ч

В процессе сушки часть тепла теряется, поэтому Iнгаз ˃  Iкгаз. Находим величину уменьшения энтальпии дымовых газов.

Iпот=Q/Gгазтеор = 975811,2/3502,3 = 278,5 кДж/ кг.сух. газ.

На I-d диаграмме откладываем значение  Iпот  ( 278,5 кДж/ кг.сух. газ.) от  точки С0 вертикально вниз и получаем точку D, которую соединяем с точкой В.

Линия ВD показывает направление для действительного процесса сушки. Точка С – конец процесса сушки, ее можно найти, зная конечную температуру газов. В нашем случае tкгаз= 100°С, значит, линия ВС обозначает действительный процесс сушки.

Определим по I-d диаграмме конечное влагосодержание газов для точки  С:

dк = 315 г/кг сух. газ.

Действительный расход газов на сушку:

Gгаз = 1000W/ (dк –dн) = 1000×1143/( 3315 – 78,64)= 4835,8 кг сух. газов в 1 ч.

Определим расход тепла на сушку:

Qс = Gгаз×(Iн – I0) – 4,2 W×tнм,

Где I¢н  - энтальпия смеси газов с воздухом без учета энтальпии водяных паров горения топлива, I¢н  определяется по I-d диаграмме для точки В'',  как при t воз = 800°С и d0= 10 г/кг сух. воз., I¢н = 904 кДж/кг сух. воз, Iₒ=38 г/кг сух. газ

Тогда

Qс = 4835,8×(904– 38) -4,2×1143×12 = 4130230,2 кДж/ч/

Расход тепла в топке с учетом КПД топки η = 0,9

Qт = Qс / ηт =4130230,2  /0,9 = 4589144,7кДж/ч

Расход топлива:

В = Qт/ Qнр = 4589144,7/36474 = 125,8 кг/ч.

 

3.5.Материальный  баланс сушильного барабана

При установившемся процессе сушки количество влаги, поступающей в сушильный барабан с дымовыми газами и материалом, должно быть равно количеству влаги, оставшейся в материале, и влаге, уходящей с дымовыми газами.

На основании вышеприведенных расчетов  составляем таблицу материального баланса, предварительно определив расход влажных отходящих газов при выходе из сушильного барабана Gсм и количество водяных паров в дымовых газах, поступающих на сушку по формулам:

Gсм= ( 1+0,001dₒ) Gгаз+W  кг/ч.

Gсм= (1+ 0,001×78,64) ×4835,85×1974,1+1143= 6359,3 кг/ч.

Gвл = В×VН2О×ρН2О кг/ч.

Gвл =3,151×125,8×0,804= 318,8 кг/ч.

Таблица 3.4

Материальный баланс сушильного барабана

Приход	Количество		Расход	Количество
	кг/ч	%		кг/ч	%
1. Влажный материал	9143,0	64,73	1. Высушенный материал	8000	56,64
2. Сухие дымовые газы	4835,8	33,12	2. Отходящие газы	6359,1	43,82
3. Водяные пары в газах	318,8	2,15	3. Невязка	-61,5	-0,43
Итого:	14297,6	100	Итого:	14297,6	100

3.5.Тепловой  расчет сушильного барабана.

Тепловой баланс составляется для определения расхода тепла на сушку, а также для оценки отдельных статей прихода и расхода в сушильной установке. Тепловой баланс условно принято составлять при 0°С; считается, что все тела ,влага, газы, участвующие в балансе, вносят в него тепло, если их t > 0 °С, и расходуется тепло на нагрев за счет баланса, если t < 0°С.Тепловой баланс составляется на 1 час работы сушила и в кДж на 1 кг испаренной влаги.

Для составления теплового баланса необходимо рассчитать некоторые статьи прихода и расхода тепла.

Приход тепла

1 .Тепло от  сгорания топлива

Qгор= В×Qн.= 119,5 • 36474 = 4358643 кДж/ч

2.Тепло,  вносимое  воздухом, подаваемым на горение  и для разбавления дымовых  газов:

Qв= L''α×Iв×В = 25,067×26×125,8 = 82002,2 кДж/ч

Iв = С×tв = 1,3×20 = 26 кДж/ кг

Расход тепла

1.Тепло на испарение  и нагрев влаги материала.

Qисп = ( 2493+1,97tкгаз )W = (2493+ 1,97×100 ) ×1143 = 3074670 кДж/ч,

где 2493 кДж/кг – скрытая теплота парообразования при 0°С;

       1,97 кДж/ кг°С – теплоемкость водяных  паров;

        4,2 кДж/ кг°С – теплоемкость влаги  материала.

2. Тепло с отходящими  дымовыми газами, за исключением  тепла, уносимого испарившейся влагой.

Qух = (αобщ×L'0 + ΔV) ×В×Iух =  ( 2,55×9,83 +1,619) ×125,8×123 = 306902,4 Дж/ч

Iух  находим по I – t  диаграмме,  для tкгаз = 100°С Iух= 123 кДж/м3

ΔV = Vα – L'α = 26,259-24,64= 1,619 м3/м3.

3. Потери в топке.

Qт = В× Qнр( 1 – ηтоп) = 125,8×36474×(1 – 0,9) = 458915,9 кДж/ч.

Таблица 3.5

Тепловой баланс сушильного барабана

Приходная статья	Количество теплоты			Расходные статьи	Количество теплоты
	кДж/ч	кДж/кг вл	%		кДж/ч	кДж/кг вл	%
1. От сгорания топлива, Qгор	4589158,7	4015,0	98,24	1. На нагрев глины, Qм	3074670	2690,0	69,30
2. С атмосферным воздухом, Qв	82002,2	68,2	1,76	2. В окркжающую среду, Qп	745280	652,0	16,80
				3. На испарение и нагрев влаги материала, Qисп	230531,2	201,7	4,90
				4. С отходящими дымовыми газами, Qух	306902,4	268,5	8,30
				5. Потери в топке, Qт	458915,2	401,5	9,82
				6. Невязка баланса	-145138,6	-130,5	-3,10
Всего:	4671160,9	4083,2	100,0	Всего:	4671160,9	4083,2	100,0

 

Удельное количество теплоты на 1 кг испаренной влаги.

q = Qтеп/W= 4589158,7/1143 = 4015,0 кДж.

Удельный расход топлива на 1 кг испаренной влаги.

B = В/W = 125,8/1143 = 0,110 кг./кг.вл.

Тепловой к.п.д. барабанной сушилки:

η = Qисп / q = 2690/4083,2= 0,66

Обычно к.п.д. сушилок такого типа составляет  0,6 – 0,8.

 

3.6. Расчет времени  сушки материала, частоты вращения  и 

мощности привода сушильного барабана

 

Определяем время нахождения материала в барабане по формуле:

, мин;

где β – коэффициент заполнения барабана, обычно 0,1 – 0,3 , принимаем β = 0,1;

      ρ – плотность  глины при средней влажности  ωср можно определить по формуле:

кг/м3;

 

.

Число оборотов барабана приближенно можно определить по следующей формуле:

об/мин;

где  А – коэффициент, зависящий от типа насадки и характера движения материала; для глины обычно А= 0,4 – 0,65;

α - угол наклона барабана.

Тогда  .

Обычно барабан вращается со скоростью 1- 9 об/мин.

Мощность, необходимую для вращения барабана, можно определить по формуле А.П. Ворошилова:

Nэ= 0,0013×Dб3×Lб×n×σ×ρ, кВт;

где σ – коэффициент мощности, зависящий от типа насадки и коэффициента заполнения объема барабана β. При β= 0,1 для лопастной системы  σ = 0,038.

 

Nэ= 0,0013×2,03×12´2,7×0,038×1758= 22,5 кВт.

Обычно мощность, необходимая для вращения барабана, 5- 40 кВт

Выбираем для сушильного барабана диаметром 2 м и длиной 12 м электродвигатель мощность 25 кВт.

 

3.7.Подбор вспомогательных устройств к сушильному барабану

Топка

Топки представляющие собой замкнутые камеры определенного объема, предназначены для сжигания любого топлива. В барабанных сушилках топка определяется от рабочего пространства. Объем топочного пространства можно определить по опытной величине его теплового напряжения q ,величина которой колеблется в начительных пределах для одних и тех же установок ( 350 - 1400 кВт/м3 ).Для газообразного топлива тепловые напряжения - до 1400 кВт/м3.

q=В´Qрн/Vт, кВт/м³

Принимаем q= 400 кВт/м3 и определим объем топочного пространства:

Vт=В´ Qрн/q=125,8´36474´0,278/400000=3,19 м³

(1 кДж/ч= 0,278 Вт)

Размеры топки по длине и ширине определяются в данном случае конструктивно, исходя из условий удобства их обслуживания (длина не более 2 м, ширина не более 1 м); по конструкции они могут быть круглые и прямоугольные. Принимаем объём топочного пространства 5 м³.

Горелочное устройство

Для сжигания газа в топке сушильного барабана принимают двухпроводные дутьевые горелки для сжигания высокотеплотворных газов. Преимуществом этого типа горелок является то, что их можно применять в топочных устройствах с различной величиной противодавления, автоматически регулировать соотношение газа и воздуха. Горелки имеют малые габариты, работают бесшумно и обладают большой производительностью.

 

Рис 3.2. Характеристики горелок ГНП

Выбираем для сжигания газа горелку низкого давления конструкции Теплопроекта типа ГНП- 9 (горелка низкого давления для природного газа ) со следующими характеристиками:

Производительность - от 42 до 365 м3/ч;

Давление воздуха - 2750 Па;

Давление газа перед горелкой 5500 Па;

Диаметр подводящего газопровода - 80 мм;

Длина пламени "сопло типа А" - 1,2 м;

Вес горелки 68 кг

 

 

Вентилятор подачи воздуха для горения газа

 

Определим объемный расход воздуха необходимый для горения газа.

V'воз= L'α×В= 25,067×119,5= 2996 м3/ч.

Производительность вентилятора при данной температуре определим следующим образом:

;

Давление воздуха принимаем равным 2750 Па. ( по характеристике горелки) и по номограмме выбираем цетробежный вентилятор ВВД № 8, имеющего следующие характеристики: КПД hв = 0,58 и угловая скорость w=120 рад/с.

Определяем мощность на валу элетродаигателя:

где ηп = 0,98 – к.п.д. привода вентилятора ( для передачи при помощи эластичной муфты).

 

;

С учетом коэффициента запаса мощности на пусковой момент k=1,15,

Установочная мощность двигателя будет равна:

Nуст=k×Nдв= 1,15×4,32= 4,97 кВт.

К установке принимаем электродвигатель серии АО-62-6.

Вентилятор для подачи воздуха для разбавления дымовых газов

Температура дымовых газов в топке всегда бывает выше, чем требуется для сушки, а поэтому в подсводовое  пространство смесительной камеры, перед в ходом в сушильный агрегат, подают специальным вентилятором атмосферный воздух.

Определим объемный расход  холодного воздуха, необходимого для разбавления дымовых газов в смесительной камере:

Vв''= αобщ×L0×В-Vвоз=2,55×9,83×119,5-1175=1820,8  м3/ч.

С учетом температурной поправки:

 Vt''= Vв''× (273+tвсм)/273=1820,8×(273+20)/273=1954 м3/ч.

Для передачи воздуха на смешение достаточно установки вентилятора низкого давления до Р= 1000Па. Принимаем Р= 900Па.