Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

teplotekhnicheska_chast2

.docx
Скачиваний:
17
Добавлен:
03.03.2015
Размер:
74.14 Кб
Скачать

РАЗДЕЛ 5

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКАЯ

ЧАСТЬ

Завод керамической напольной плитки производительностью 6 млн. м2в год в Московской области , дер.Горюшка

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Разработал

Ярин Г.С.

Теплотехническая часть

Лит.

Лист

Листов

Проверил

Соков В.Н.

А

1

12

Т. Контр.

Н. Контр.

МГСУ

СТ-V-2

Утвердил

Орлова А.М.

5.1. Описание установки

К тепловым установкам, включенным в технологическую схему производства, относится распылительная сушилка, конвейерная роликовая сушилка и конвейерная роликовая печь. Теплотехнический расчет будем производить по распылительной сушилке.

Конструкция распылительной сушилки

7

Рис.5.1. Схема распылительной сушилки

  1. - распылительные форсунки

  2. - металлический корпус

  3. - конусное днище

  4. - шликеропровод

  5. - трубопровод отбора продуктов горения

  6. - циклон

  7. - вентилятор

  8. - мешалка для выгрузки пресс-порошка из циклона

  9. - челюстной затвор для выгрузки продукции

  10. - конвейер отбора готовой продукции

  11. - газовые горелки

Цилиндрическую башню 2 распылительной сушилки НИИСтройкерамики

Теплотехническая часть

Лист

2

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

оснащенную газовыми горелками 11, собирают из полых металлических панелей, заполненных минеральной ватой. Внутренняя обкладка башни, выполнена из жаростойкой камеры, заканчивается конусным днищем 3, которое снабжено челюстным затвором 9 для выгрузки готовой продукции. В конусное днище вмонтированы патрубок 5, для отбора отработанного сушильного агента, и шликеропровод 4, для нагнетания шликера. Сушилка оснащена циклоном 6 для очистки отработанного сушильного агента от уноса порошка, циклон снабжен затвором мешалкой 8 для выгрузки осажденного порошка. Готовая продукция идет на конвейер 11.

В сушилку под давлением 1-1,5 МПа механическими форсунками подается шликер, который и распыляется в пространстве камеры. За счет сжигания газа в сушилке достигается высокая температура (700-800 °С), а за счет распыла -турбулизация потока. Происходит быстрое испарение влаги, и отработанный сушильный агент поступает через патрубок 5 к циклону. Высушенный глиняный порошок падает на днище и через челюстной затвор выгружается на конвейер. Отработанный сушильный агент очищается в циклоне от уноса глиняного порошка и с температурой порядка 150 °С выбрасывается в атмосферу. Осажденный в циклоне порошок через затвор - мешалку также выгружается на конвейер готовой продукции.

Расчет распылительной сушилки для сушки керамического шликера.

Задание: рассчитать распылительную сушилку для керамического завода производительностью Пг = 6 000 000 м2 / год.

Итого: 171666667 шт. в год.

Исходные данные:

Относительная влажность шликера, поступающего в распылительную сушилку, Wш = 50 %;

Относительная влажность порошка, выгружаемого из распылительной сушилки, Wп = 6 %;

Температура шликера, поступающего в распылительную сушилку, tш’– 20 0С;

Температура порошка, выгружаемого из распылительной сушилки, tп– 70 0С;

Унос порошка с отработанными газами, выбрасываемого из распылительной сушилки,

gун = 1 %;

Число смен в сутки Nсм = 3;

Число эксплуатационных часов в смену τсм = 8 ч;

в сутки τст = 24 ч;

Число рабочих дней в неделю Nд.н. = 7 дней;

Теплотехническая часть

Лист

3

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Число рабочих недель в году Nн.г. = 52 недели;

Коэффициент использования эксплуатационного времени (учитывающий внутренние простои) Кэ:в = 0,95;

Потери при прокаливании керамической шихты п.п.п. = 7 %;

Топливо - природный газ.

Температура отработанного теплоносителя t2 = 80 0С;

Температура наружного воздуха t0 = - 10 0С;

Относительная влажность наружного воздуха φ0 = 60%;

Влагосодержание наружного воздуха d0 = 5 г на 1 кг сухого воздуха.

5.1. Расчет материального баланса процесса сушки.

Часовая производительность завода:

Пч = Пг / Nн.г.* Nд.н.* τст * Кэ.в = 171666667 / 52 х 7 х 24 х 0,95 = 20684,724шт / ч;

Часовое количество по массе:

обожженной продукции:

Gч = П’ч* Vк.м.* γч (1 – Кп / 100) = 20684,724 х 0,0002475 х 2180 (1-3 / 100) = 10825,63кг / ч;

абсолютно сухого сырца:

G’ч = Gч / 1 – п.п.п. / 100 = 10825,63/ 1- 7 / 100 = 19400,77 кг / ч;

абсолютно сухого материала, поступающего в распылительную сушилку с учетом уносов: G’ч = G’ч / 1 - gун / 100 = 28630,26 / 1- 1 / 100 = 19596,74 кг / ч;

порошка, подлежащего получению из распылительной сушилки:

Gп = G’ч / 1 – Wп / 100 = 28919,46 / 1- 6 / 100 = 20847,59 кг / ч;

порошка, подлежащего сушке с учетом уносов:

G’ч = Gп/ 1 - gун / 100 = 30765,38 / 1- 1 / 100 = 21058,18 кг / ч;

шликера, подлежащего сушке в распылительной сушилке:

Gш= G’ч/ (1 – Wш/ 100) * (1 - gун / 100) = 19400,77 / (1 – 50 / 100)*(1–1/100) = 39193,47 кг/ч;

испаряемой влаги: ∆Gw = Gш – G’п = 39193,47 – 21058,18 = 18135,3 кг / ч.

Материальный баланс процесса сушки.

Таблица 5.1.

Приходные статьи

Кол-во, кг/ч

Расходные статьи

Кол-во, кг/ч

Поступает в сушилку: абсолютно сухой глины

влаги (39193,47 – 21058,18)

19596,74 18135,3

Выгружается из сушилки абсолютно сухой глины

Унос с дымовыми газами (21058,18-20847,59)

Остаточная влага в порошке

Испаряется влаги

19400,77

210,59

1446,81

18135,3

Итого:

39193,47

Итого:

39193,47

Теплотехническая часть

Лист

4

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

5.2. Подбор сушилок и определение их количества

Требуемый рабочий объем сушильных камер Vтр определяют по формуле:

Vтр = ∆Gw/Rwv;

где: Rwv – объемное напряжение сушилки по испаряемой влаге, (кг/м3 ч).

К установке принимаем сушилки с общим объемом сушильной башни 550 м3, производительность по испаряемой влаге 25 т/ч, что соответствует объемному напряжению

Rwv = 25000 / 550 = 45,45 кг/м3 ч.

Указанное напряжение принимаем в качестве расчетного. Тогда

Vтр = 18135,3/ 45,45 = 5240,32/8=399 м3.

Принимаем к установке распылительную сушилку НИИСтройкерамики 587. Резерв ее рабочего объема составляет 550 – 399 / 399 х 100 % = 37,84 %

5.3. Расчет горения топлива

В качестве топлива используется природный газ. Состав смеси природных горючих газов, %: СО2 – 0,27; СН4 – 94,23; С2Н6 – 3,12; С3Н8 – 0,89; С4Н10 – 0,49; N2 – 1. Теплота сгорания 37330 кДж. α – 1.

Коэффициент избытка воздуха α рассчитывается из условия, чтобы действительная температура в топке обеспечивала достаточную стойкость ее футеровки. tп = 1200 0С.

Требуемая калориметрическая температура горения газа (tк) составляет:

tк = tп / ηпир, где: ηпир- пирометрический коэффициент процесса горения, 0,9.

tк = 1200 / 0,9 0С.

Расчетный коэффициент избытка воздуха определяют из уравнения теплового баланса процесса горения 1 м3 газа

Qн + Ст tт + V 0в α Св tв = V0д α Сд tк, откуда

α = Qн + Ст tт / V0д Сд tк - V 0в Св tв ,

где: Ст – объемная теплоемкость топлива, 1,673 кДж/м3 0С;

tт – температура топлива, 20 0С;

V0д – теоретическое количество продукции горения,10,98 м33;

tк – калориметрическая температура продуктов горения, 1335 0С;

V 0в – теоретический расход воздуха на горение топлива, 9,95 м33;

Св – объемная теплоемкость воздуха, 1,34 кДж/м3 0С;

tв – температура воздуха, поступающего на горение топлива, - 10 0С;

Сд – объемная теплоемкость продуктов горения.

Теплотехническая часть

Лист

5

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Сд = μсо2 Ссо2 + μн2о Сн2о + μN2 СN2 ,

где μ и С – соответственно порциальные количества газовых компонентов в долях единицы и их теплоемкости.

μсо2 = 0,096; μн2о = 0,1935; μN2 = 0,7105.

По справочным данным при t = 1335 0С

Ссо2 = 2,3104;

Сн2о = 1,8126;

СN2 = 1,4305 кДж/м3 0С.

Сд = 0,096 * 2,3104 + 0,1935 * 1,8126 + 0,7105 * 1,4305 = 1,587 кДж/м3 0С

α = 37330 + 1,673 * 20 / 10,98 * 1,587 * 1335 – 9,94 * 1,34 * (-10) = 1,6

Расчет при α = 1, .

μсо2 = 0,062; μн2о = 0,127; μО2 = 0,074; μN2 = 0,737;

Ссо2 = 2,3104;

Сн2о = 1,8126;

СО2 = 1,515 кДж/м3 0С;

СN2 = 1,4305 кДж/м3 0С.

Сд= 0,062*2,3104 + 0,127*1,8126 + 0,074*1,515 + 0,737*1,4305 = 1,536 кДж/м3 0С

Проверим калориметрическую температуру, которая получается при прокорректированном составе дымовых газов:

tк = Qн + Cт tт + Vв Cв tв / Vд Cд ,

tк = 37330 + 1,673 * 20 + 15,94 * 1,34 * (- 10) / 16,974 * 1,536 = 1425 0С

Подсчитываем калориметрическую температуру при α = 1,7:

tк = 37330 + 1,673 * 20 + 16,9 * 1,34 * (- 10) / 17,93 * 1,536 = 1345 0С

Сходимость результатов удовлетворительная: невязка температур составляет 0,75 %.

Из расчета горения находим влагосодерхание продуктов горения следующим образом:

масса водяных паров в продуктах горения

GН2О = 217,33 * 0,805 = 175 кг;

масса сухих газов в продуктах горения

Ссд = 105,37 * 1,997 + 145 * 1,43 + 1325 * 1,25 = 2075 кг;

влагосодержание продуктов горения

di = 175 * 1000 / 2075 = 84 г на 1 кг сухих газов.

Теплотехническая часть

Лист

6

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

5.4. Расчет удельных расходов теплоты

Расчет ведем графоаналитическим методом с использованием I—d – диаграммы влажного воздуха.

а). Подсчет потерь теплоты практического процесса сушки.

На нагрев сухой массы материала

qп1 = Gc Cc (t”п – t’ш) / ∆Gw ,

где Gc – часовое количество абсолютно сухого материала, 19596,74 кг / ч;

Cc – теплоемкость по массе абсолютно сухой глины, по справочным данным равная 0,922 кДж/м3 0С;

∆Gw – часовое количество испаренной влаги, 18135,3 кг / ч;

t’ш и t”п – соответственно температура шликера, постепающего в сушилку, и порошка, выгружаемого из сушилки, (t’ш = 20 0С и t”п = 70 0С).

qп1 = 19596,74 * 0,9222 (70 - 20) / 18135,3 = 49,83 кДж на 1 кг влаги,

На подогрев остаточной влаги

qп2 = G”w (t”п – t’ш) / ∆Gw ,

где G”w – масса остаточной влаги.

qп2 =1446,81 * (70 - 20)/18135,3 = 3,99 кДж на 1 кг влаги.

Тепловой поток через плоскую часть перекрытия сушилки, представляющую собой оребренные панели, выполненные из листовой стали толщиной δ1= 6 мм с изоляционным слоем минеральной ваты толщиной δ2 = 300 мм. Площадь перекрытия составляет:

F = π D2 / 4 = 3.14 * 9,22 / 4 = 67 м2.

Коэффициент теплопередачи принят: от внутренней среды к поверхности ограждения α1 = 23,2 Вт / (м2 0С); от наружной поверхности ограждения в окружающую среду α2 = 17,4 Вт / (м2 0С).

Теплопроводность принимаем по справочным данным: стали λ1 = 58 Вт / (м 0С); ваты λ2 = 0,08 Вт / (м 0С).

Коэффициент общей теплопередачи

К1 = 1 / (1 / α1 + δ1 / λ1 + δ2 / λ2 + δ3 / λ3 +1 / α2) = 1 / (1 / 23,2 + 0,06 / 58 + 0,3 / 0,08 + 0,006 / 58 + 1 / 17,4) = 0,283 Вт / (м2 0С).

Температура теплоносителя под перекрытием составляет по опытным данным tвн = 200 0С, а температуру наружного воздуха принимаем tн = - 10 0С. Тогда тепловой поток через перекрытие составит Ф1 = 0,283 * 67 * (200 + 10) = 3990 Вт

Тепловой поток через ребра перекрытия. Суммарная длина ребер 120 м, их толщина 8 мм и средняя высота δ = 0,3 м.

Теплотехническая часть

Лист

7

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Суммарная площадь поверхности в направлении теплового потока

F = 0,008 * 120 = 0,96 м2.

Тепловой поток через ребра

Ф2 = F λ / δ (tвн - tн) = 0,96 * 58 / 0,3 (200 + 10) = 39100 Вт.

Тепловой поток через гладкую поверхность цилиндрической части ограждения конструкции. Цилиндрическое ограждение собрано из панелей, состоящих из листовой стали с изоляцией минераловатным слоем толщиной δ = 0,2 м.

Площадь боковой поверхности цилиндрической части

F = π D Н = 3,14 * 9,8 * 8 = 246 м2.

Коэффициент общей теплопередачи

К3 = 1 / (1 / 23,2 + 0,2 / 0,08 + 1 / 17,4) = 0,388 Вт / (м2 0С).

Средняя температура внутри цилиндрической части сушилки составляет по опытным данным tвн = 160 0С. Тогда тепловой поток через гладкие поверхности цилиндрической части составляет

Ф3 = 246 * 0,388 (160 + 10) = 16200 Вт.

Тепловой поток через ребра цилиндрической части. Суммарная длина редер 216 м, средняя толщина 0,012 * 0,5 = 0,006 м; высота их δ = 0,2 м.

Площадь поверхности ребер в направлении теплового потока

F = 216 * 0,006 = 1,3.

Тепловой поток

Ф4 = 1,3 * 58 / 0,2 (160 + 10) = 64200 Вт.

Тепловой поток через конусную часть ограждения. Конусная часть сварена из стальных листов толщиной δ = 2 мм; изоляции не имеет.

Площадь поверхности конусной части

F = π D / 2 √ h2 + D2 / 4 = 3,14 * 9,2 / √ 82 + 9,22 / 4 = 116 м2.

Коэффициент общей теплопередачи

К5 = 1 / (1 / 23,2 + 0,002 / 58 + 1 / 17,4) = 9,9 Вт / (м2 0С).

При расчете теплового потока принимаем температуру внутри конусной части сушилки tвн = 80 0С. Конусная часть сушилки находится в закрытом помещении с температурой tн = 20 0С. Тогда тепловой поток составляет

Ф4 = 116 * 9,9 / 0,2 (80 - 20) = 6900 Вт.

Суммарный тепловой поток в окружающую среду

Ф = 3990 + 39100 + 16200 + 64200 + 69000 = 192290 Вт или 192290 * 3,61 = 695000 кДж/ч.

Теплотехническая часть

Лист

8

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Потери теплоты в окружающую среду, отнесенные к 1 кг испаренной влаги:

qп3 = 695000 / 18135,3 = 38,32кДж.

Сумма учтенных тепловых потерь на 1 кг влаги составляет

49,25 + 3,37 + 38,32 = 90,94 кДж.

Неучтенные потери принимаем равными 10%, что составляет с округлением на 1 кг влаги qп4 = 0,1 * 90,94 = 9,09 кДж.

Суммарные потери теплоты на 1 кг испаренной влаги составляет

г

∆ = Σ qп = 90,94 + 9,09 = 100,03 кДж.

а

б). Построение процесса сушки в I-d диаграмме.

На I-d диаграмме отмечаем точку В, соответствующую начальной температуре теплоносителя t1 = 1200 0С и влагосодержанию d1 = 84 г на 1 кг сухих газов. Из точки В проводим вниз адиабатный луч и луч, параллельный линиям постоянных влагосодержаний. На адаибатном луче отмечаем произвольно точку е и из нее опускаем перпендикуляр на луч, параллельный линиям d = const. Образовавшуюся точку пересечения обозначаем буквой f.

еЕ = ∆ е f / m ;

m = Мi / Мd * 1000 = 2,1 / 1 * 1000 = 2100;

еЕ = 260 * 292 / 2100 = 36,15 мм;

Удельный расход сухого теплоносителя на 1 кг испаренной влаги определяем по формуле:

l’ = 1000 / С D Md = 1000 / 536 * 1 = 1,86 кг,

или с учетом начального влагосодержания теплоносителя по формуле:

l = l’ (1 + 0,001 d1) = 1,86 (1 + 0,001 * 84) = 2,016 кг.

Удельный расход отработанного теплоносителя определяем по формуле:

l” = l’ (1 + 0,001 d2) = 1,86 (1 + 0,001 * 544) = 2,404 кг.

Удельный расход теплоты на 1 кг испаренной влаги определяют по формуле:

q = A B’ / C D * m = 605 / 536 * 2100 = 2370 кДж.

в). Тепловой баланс рабочей камеры сушилки.

По результатам расчета q1 = r + cп t2 – 4,19 t’щ , кДж,

где r – скрытая теплота испарения, 2260 кДж/кг;

cп – удельная теплоемкость водяного пара, 1,97 кДж/кг 0С.

q1 = 2260 + 1,97 * 80 – 4,19 * 20 = 2333 кДж

Расход теплоты на подогрев сухой части отработанного теплоносителя определяют по формуле:

Теплотехническая часть

Лист

9

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

q2 = l’ (t2 – t0) cв ,

где cв – удельная теплоемкость сухого воздуха, 1 кДж/кг 0С.

q2 = 1,86 (80 + 10) * 1 = 167 кДж на 1 кг испаренной влаги.

Тепловой баланс сушильной камеры.

Таблица 5.2.

Приходные статьи

Количество теплоты

Расходные статьи

Количество теплоты

кДж

%

кДж

%

Теплота поточных газов

2750

100

На испарение влаги и подогрев водяных паров

На подогрев сухой массы

На подогрев остаточной влаги

Потери тепла в окружающую среду

Неучтенные потери

На подогрев сухой части отходящих газов

2333

49,25

3,37

214,03

26,6

167

83,5

1,76

0,12

7,6

096

5,97

Итого:

2750

100

Итого:

2793,25

100

Невязка баланса составляет (2793,25 – 2370) / 2793,25 * 100 = 1,5 %

Что близко к разрешающей способности счетной линейки. С учетом неточностей, неизбежных при графическом построении процесса, сходимость частей баланса считаем удовлетворительной.

г). Расчет удельных расходов топлива.

КПД топки принимаем ηт = 0,9.

При этих условиях удельный расход теплоты составит:

на 1 кг испаренной влаги

qт = q / ηт = 2370 / 0,9 = 2633 кДж;

на 1 кг шликера

qш = 2633 * 18135,3 /39193,47 = 1218 кДж;

на 1 кг порошка

qп = 2633 * 18135,3 / 21058,18= 2268 кДж;

на 1 кг сухого вещества

qс = 2633 * 18135,3 / 19400,77= 2461 кДж.

Удельный расход натурального топлива – природного газа:

на 1 кг испаренной влаги

Вн = qт / Qн = 2633 / 37330 = 0,07 м3;

Теплотехническая часть

Лист

10

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

на 1 т шликера

Вн.ш = 0,07 * 1000 * 18135,3/ 39193,47 = 32,39 м3;

на 1 т порошка

Вн.п = 0,07 * 1000 * 18135,3 / 21058,18 = 60,28 м3;

на 1 т сухого вещества

Вн.с = 0,07 * 1000 * 18135,3 / 19400,77 = 65,43 м3;

Удельный расход условного топлива:

на 1 кг испаренной влаги

Ву.с. = qт / Qу.с. = 2633 / 29300= 0,09 кг;

на 1 т шликера

Ву.ш = 0,09 * 1000 * 18135,3 / 39193,47 = 41,63 кг;

на 1 т порошка

Ву.п = 0,09 * 1000 * 18135,3 / 21058,18 = 77,5 кг;

на 1 т абсолютно сухого вещества

Ву.с = 0,09 * 1000 * 18135,3/ 19400,77 = 84,12 кг.

5.5. Расчет часовых расходов тепла, топлива и теплоносителя

L1 = l Δ Gw = 2,35 * 18135,3 = 42617,95 кг/ч;

Объемный часовой расход определяют по формуле

V01 = L1 / γ1 ;

где γ1 – плотность теплоносителя, кг/м3;

γ1 = μсо2 * γсо2 + μн2о * γн2о + μО2 * γО2 + μN2 * γN2 =

= 0,059 * 1,997 + 0,121 * 0,805 + 0,081 * 1,43 + 0,739 * 1,25 = 1,254 кг/м3;

V01 = 42617,95 / 1,254 = 33985,6 м3/ч;

Объемный часовой расход теплоносителя при t1 = 1200 0С составит

V1t = 33985,6 (273 + 1200 / 273) = 9427456,05 кг/м3;

Часовой расход отработанного теплоносителя по массе:

L2 = l“Δ Gw = 3,35 * 18135,3 = 60753,3 кг/ч;

Удельный объемный расход теплоносителя

V01 = l / γ1 = 2,35 / 1,254 = 1,87 м3;

Удельный объемный расход отработанного теплоносителя

V02 = V01 + l / γп = 1,87 + 1 / 0,805 = 3,115 м3;

Теплотехническая часть

Лист

11

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Тогда удельная масса отработанного теплоносителя составляет

γ2 = l“/ V02 = 3,35 / 3,115 = 1,075 кг/ м3;

Определяем часовой (объемный) расход отработанного теплоносителя при нормальных условиях и t2 = 80 0С;

V2 = L2 / γ2 = 60753,3 / 1,075 = 56514,66 м3/ч;

V2t = 56514,66 (273 + 80 / 273) = 15445063,25 м3/ч;

Рассчитаем часовой расход теплоты в рабочей камере сушилки:

Qч= q ∆ Gw = 2370 * 18135,3 = 42980661 кДж/ч.

Требуемая тепловая мощность топок

Фт.ч = Qч / ηт = 42980661 * 0,9 = 38682594,9 = 10715,58 кВт.

Определяем часовой расход топлива натурального (природного газа) и условного:

Вн.ч = Фт.ч * 3,6 * 103 / Qн = 10715,58 * 3,6 * 103 / 37330 = 1033,38 м3/ч;

Вус.ч = Фт.ч * 3,6 * 103 / Qус =10715,58 * 3,6 * 103 / 29300 = 1316,59 кг/ч.

Теплотехническая часть

Лист

12

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]