Роговой_задачи
.pdfКоэффициент избытка воздуха (Х рассчитываем из ус ловия, чтобы действительная температура в топке обес
печивала достаточную стойкость ее футеровки. Для ша
мотной футеровки принимаем допустимую практическую
температуру в топке tп= 1200° С.
Требуемая калориметрическая температура горения газа (tи) составляет
|
|
|
|
|
|
|
|
tn |
|
|
|
|
|
(VI.4) |
|
|
|
|
|
|
|
tk = -- , |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1']пир |
|
|
|
|
|
|
|
где |
1']пирпирометрический |
коэффициент |
процесса горения (коэф |
||||||||||||
|
|
|
фициент прямой отдачи). Для встроенных топок прини |
||||||||||||
|
|
|
маем 'l']пир~0,9, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1200 |
= 13350 С, |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
tK = ---от |
|
|
|
|
|
||||||
|
Расчетный коэффициент избытка |
воздуха |
определя |
||||||||||||
ют из уравнения |
теплового |
баланса |
процесса |
горения |
|||||||||||
1 м3 газа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(VI.5) |
откуда |
|
|
|
|
QH +CTtT |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
а = |
|
|
|
|
|
|
(VI.6) |
||||
|
|
|
|
-0-"::'::'-'---=-0-=,--- |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
VдСдtк - VB СВ (в |
|
|
|
|
|
|||||
где |
СТ- объемная |
теплоемкость топлива. Для |
природного газа |
||||||||||||
|
(т - |
СТ = 1,673 кДж/(м3 • ОС); |
|
|
tT =20 ОС); |
|
|||||||||
|
температура топлива |
|
(принимаем |
|
|||||||||||
|
V~ |
- |
теоретическое |
количество |
продуктов |
горения |
(согласно |
||||||||
|
tK |
|
расчету горения, |
V~ = |
|
10,98 м3/м3); |
|
|
|
|
|
||||
|
- |
калориметрическая |
температура |
продуктов |
горения |
||||||||||
|
|
|
(t,,=1335°C); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V2 - теоретический |
расход |
|
воздуха |
на |
горение |
топлива ~co |
||||||||
|
|
|
гласно расчету |
горения, |
V~ =9,95 |
м3/м3); |
|
|
|||||||
|
СВ - |
объемная теплоемкость воздуха |
Для неподогретого воз |
||||||||||||
|
(в - |
духа СВ = 1,34 кДж/(м3 , ОС); |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
температура воздуха, |
поступающего |
на |
горение |
топлива. |
||||||||||
|
Сд - |
Принимаем tB =-10 ОС; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
объемная |
теплоемкость продуктов |
горения |
Определяем |
|||||||||||
|
|
|
ее как объемную |
теплоемкость |
газовой |
смеси. |
|
(VI.7)
где /1 и С - соответственно парциальные количества газовыл hОМПО
нентов в долях единицы и их теплоемкости
Согласно расчету горения /1со. =0,096; /1 Н.О =0,1935; I1N. =
=0,7105.
110
По 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