4. Потери теплоты открытой боковой поверхностью сукносушильных цилиндров

q₄ = 3,6Kπd_ц[(1- α)l_б + (1 - β_с)(l_с - l_б) + (l _ц- l_с)]·[(t₁ - t_в)n₁ + (t₂ - t_в)n₂ + (t₃ – t_в)n₃], (19)

где α  коэффициент охвата сушильного цилиндра картоном;

β_с  коэффициент охвата сушильного цилиндра сеткой;

l_б  ширина бумаги, м (условно принимают ширину бумаги на накате);

l_ц  длина (ширина) сушильного цилиндра, м;

l_с  ширина сетки, м;

t₁, t₂, t₃ температура цилиндров в первой, второй, третьей группах, ^oC;

K  коэффициент теплопередачи пара воздуху через боковую поверхность бумагосушильного цилиндра, Вт/(м²·^oC).

q₄ = 3,6·37,51 ·3,14·1,5·[(1– 0,67)·4,2 + (1 – 0,6)(4,26 – 4,2) + (4,37 – 4,26)]·[( ·[(87 - 60)·12+(140 - 60)·26+(114 - 60)20] = 3368156,06 кДж/ч

5. Потери теплоты боковой поверхностью сукносушильных цилиндров, покрытых бумагой и сеткой

q₅ = 3,6Kπd_цl_бα[(t₁ - t_в)n₁+ (t₂ - t_в)n₂+ (t₃ - t_в)n₃], (20)

где K = 1/(1/α₁ + δ/λ + δ_б/λ_б + δ_с/λ_с + 1/α₂),

где δ_б  толщина бумаги, м;

λ_б  коэффициент теплопроводности бумаги, Вт/(м·ºC);

δ_с  толщина сукна, м;

λ_с  коэффициент теплопроводности сукна, Вт/(м*ºC)

K = 1/(1/5815 + 0,025/50 + 0,0010/0,0465 + 0,005/0,04 + 1/38,48)= 5,77 Вт/(м²·ºC);

q₅ = 3,6·5,77 ·3,14·1,5·4,2·0,67·[(87 - 60)·12+(140 - 60)·26+(114 - 60)·20] = 959182,97 кДж/ч.

6. Потери теплоты боковой поверхностью бумагосушильных цилиндров, покрытых бумагой, но не покрытых сеткой

q₆ = 3,6Kπd_цl(α - β_с)[(t₁ - t_в)n₁ + (t₂ - t_в)n₂ + (t₃ - t_в)n₃], (21)

где K=1/(1/α₁ + δ/λ + δ_б/λ_б + 1/α₂) (22)

K =1/(1/5815 + 0,025/50 + 0,0010/0,0465 + 1/38,48) = 20,74 Вт/(м²·ºC);

q₆ = 3,6·20,74·3,14·1,5·4,2·(0,67 – 0,6)·[( 87 - 60)·12+(140 - 60)·26+(114 - 60)·20]= 360211,55 кДж/ч.

7. Потери теплоты боковой поверхностью бумагосушильных цилиндров, покрытых сеткой, но не покрытых бумагой

q₇ = 3,6Kπd_ц(l_с - l_б)β_с[(t₁ - t_б)n₁ + (t₂ - t_в)n₂ + (t₃ - t_в)n₃], (23)

где K = 1/(1/α₁ + δ/λ + δ_с/λ_с + 1/α₂)

K = 1/(1/5815 + 0,025/50 + 0,005/0,04 + 1/38,48) = 6,59 Вт/(м²·^oC);

q₇ = 3,6·6,59·3,14·1,5·(4,26 – 4,2)·0,67[(87 - 60)·12+(140 - 60)·26+(114 - 60)·20] = 32760,57 кДж/ч.

Отсюда общие потери теплоты

Q_пот = 12720639,66 + 13566240,94 + 1661919,11 + 3368156,06 + 959182,97 +

+ 360211,55 + 32760,57 = 32669110,86 кДж/ч.

Общий расход теплоты

Q_общ = 52013847,55 + 32669110,86 = 84682958,41 кДж/ч.

Термический КПД сушильной части

η = Q_пол/Q_общ ; (24)

η = (52013847,55 /84682958,41)·100 = 93,42 %.

Удельный расход теплоты

Q_уд = Q_общ/Р_ч, (25)

где Р_ч  часовая производительность БДМ, кг/ч.

Q_уд = 84682958,41 /7561,4 = 11199,38 кДж/ч.

Удельный расход пара

D_уд = Q_уд/(I_п-I_к), (26)

где I_п  энтальпия пара, кДж/кг;

I_к  энтальпия конденсата, кДж/кг.

При давлении свежего пара 5,0 ·10⁵ Па ( теплосодержание i = 2747,8 кДж/кг ) удельный расход пара на 1 кг бумаги составляет

D_уд = 11199,38 /(2747,8 - 4,19 ·151,1) = 5,30 кг/кг бумаги.

Приняв потери пара в трубопроводе равными 5 %, получим фактический расход пара на 1 кг бумаги

D = 5,30/0,95= 5,58 кг/кг.

3.5 Расчет вентиляции сушильной части и зала БДМ

Расход сухого воздуха L, кг/ч, для удаления испаряющейся влаги определяют по формуле (27) [10].

L = 1000·1,1B/(d_уφ_у - d_пφ_п), (27)

где B  количество влаги, испаряющейся в сушильной части машины, кг/ч;

d_у, d_п  содержание влаги в 1 кг уходящего и поступающего воздуха при полном насыщении, г;

φ_у, φ_п  относительная влажность поступающего и уходящего воздуха;

1,1  коэффициент, учитывающий испарение влаги в мокрой части БДМ.

Определим количество воздуха для вентиляции:

– зимой

Lз = 1000·1,1·9435,35/(158,5·0,65 - 1,05·0,8) = 101569,56 кг/ч;

– летом

Lл = 1000·1,1·9435,35/(158,5·0,65 - 15,19·0,7) = 112335,32 кг/ч.

Объем воздуха, подаваемого в зал БДМ, составит

Li^’ = L/y_t, (28)

где y_t – плотность воздуха при температуре t, кг/м³.

Плотность воздуха при температуре t можно определить из формулы:

(29)

где y₀ – плотность воздуха при абсолютном нуле, 1,293 кг/м³;

T₀ – температура абсолютного нуля, 273 К;

T_t = 273+ t°С.

Следовательно, получим

– зимой

L^'з = = 74237,29 м³/ч;

– летом

L^'л = = 93244,40 м³/ч,

Расход теплоты для подогрева поступающего воздуха определяется из теплового баланса как разница между расходом тепла в зале БДМ и приходом теплоты в зал для создания нормальных условий работы в зале и нормального процесса сушки бумаги.

Приход теплоты рассчитываем по формуле (30):

Q_прих = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅, (30)

где Q₁  теплота, отдаваемая паром, кДж/ч;

Q₂  теплота поступающего в зал (наружного) воздуха, кДж/ч;

Q₃  теплота бумажной массы, кДж/ч;

Q₄  теплота свежей воды, кДж/ч;

Q₅  теплота трения, кДж/ч.

1) Теплота Q₁, отдаваемая паром, кДж/ч

Q₁ = D(I_п - I_к), (31)

где D  расход пара в сушильных цилиндрах, при температуре 140 °С, кг/ч;

I_п  энтальпия пара, кДж/кг;

I_к  энтальпия конденсата, кДж/кг.

D = D’Р_час; (32)

где D’ – фактический удельный расход пара, кг/кг;

Р_час – часовая производительность БДМ, кг/ч.

D = 2,3·9435,35= 21701,31 кг/ч;

Q₁ = 21701,31 ·(2740,0 - 589,5) = 46668667,16 кДж/ч

2) Теплота Q₂, поступающего наружного воздуха, кДж/ч

Q₂ = L_пI_с, (33)

где L_п  расход приходящего воздуха, кг/ч;

I_с  энтальпия свежего (приточного) воздуха, кДж/кг.

Определим теплоту поступающего в зал воздуха:

– зимой

Q₂ = L_зI_з,

где I_з  энтальпия наружного воздуха зимой, кДж/кг, I_з = -12,49 кДж/кг;

Q₂ = 101569,56 ·(-12,49) = –1268603,80 кДж/ч;

– летом

Q₂ = L_лI_л,

где I_л  энтальпия наружного воздуха летом, кДж/кг, I_л = 58,66 кДж/кг;

Q₂ = 112335,32 ·58,66 = 6589589,87 кДж/ч

3). Теплота Q₃, приносимая бумажной массой, кДж/ч

Температура массы, поступающей в машинный бассейн, и оборотной воды, t_м: зимой 10 °С, летом 20 °С. Расчет ведем без учета потерь волокна в мокрой и прессовой части. Концентрация массы в машинном бассейне – 3%.

Q₃ = (в_бc_б + B_нc_в)t_м, (34)

где в_б  количество волокна, поступающего на БДМ, кг/ч;

c_б  удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг·ºC), c_б = 1,22  1,30 кДж/(кг·^oC)

B_н  количество воды, поступающей с массой, кг/ч;

c_в  удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·ºC);

t_м температура бумажной массы, ºC.

Найдем теплоту бумажной массы:

- зимой

Q₃ = (7107,72·1,25 + 9913,57·4,19)·10 = 504225,08 Дж/ч;

- летом

Q₃ = (7107,72·1,25 + 9913,57·4,19)·20 = 1008450,17 кДж/ч

4) Теплота приносимая свежей водой Q₄, кДж/ч

Расход воды на одну БДМ составляет 33 м³/т, часовой расход 623,79 м³/ч. Принимаем, что 50 % этой воды в виде сточной уходит из зала БДМ, а остальная сточная вода уходит с ловушки.

Q₄ =Wt_вс_в, (35)

где W – часовой расход воды, кг/ч;

t_в  температура воды, ºC:

сб – удельная теплоемкость волокна, кДж/(кг°С);

– зимой – 3 ºC;

– летом – 18 ºC.

- зимой:

Q₄ = 4,19·9435,35·3 = 118602,35 кДж/ч;

- летом:

Q₄ =4,19·9435,35·18 = 711614,10 кДж/ч.

5) Теплота, выделяющаяся в результате трения частей механизмов, работающих в помещении сушильной машины, кДж/ч

Q₅ = 3600 kN, (36)

где k  коэффициент, указывающий, какое количество механической энергии переходит в тепловую, и зависящий от типа подшипников (примерно 15 %);

N  суммарная мощность электродвигателей, обслуживающих БДМ, кВт,

(1 кВт = 1 кДж/с);

Общий расход электроэнергии на 1 тонну картона 460 кВтч. Часовая производительность БДМ Р_час  27,73 т/час.

Тогда найдем суммарную мощность электродвигателей, обслуживающих БДМ:

N = 460  27,73 = 12755,8 кВт.

Q₅ = 3600·0,15·12755,8 = 6888132 кДж/ч.

Общий приход тепла в час в зал БДМ составит:

- зимой:

Q_прих = 46668667,16 – 1268603,80 + 504225,08 + 118602,35 + 6888132 =

= 52911022,79 кДж/ч;

- летом:

Q_прих = 46668667,16 + 6589589,87 + 1008450,17 + 711614,10 + 6888132 =

= 61866453,30 кДж/ч.

Расход теплоты определяют по формуле

Q_ух = Q₆ + Q₇ + Q₈ + Q₉, (37)

где Q₆  теплота, уносимая бумагой, кДж/ч;

Q₇  теплота, уносимая влажным воздухом, кДж/ч;

Q₈  тепловые потери здания, кДж/ч;

Q₉  теплота, уносимая сточными и оборотными водами, кДж/ч.

1 Теплота, уносимая высушенной бумагой

Q₆ = (G_бc_б + B_бc_в)t_б,, (38)

где G_б  часовая выработка абсолютно сухой бумаги, кг/ч;

B_б  количество воды в бумаге, кг/ч;

c_б  теплоемкость бумаги, кДж/(кг·^oC);

t_б – температура бумаги, ^оС, t = 70 ^оС.

Q₆ = (7107,72·1,4 + 453,68·4,19)·70 = 829620,96 кДж/ч

2 Теплота, уносимая влажным воздухом, кДж/ч

Q₇ = L_уI_у, (39)

где L_y расход уходящего воздуха, кг/ч;

I_у – энтальпия уходящего воздуха, кДж/ч:

I_у = 473,47 кДж/ч;

- зимой:

Q₇ = 229433,41·473,47 = 108629836,6 кДж/ч

- летом:

Q₇ =260558,10·473,47 = 123366443,6 кДж/ч

3 Тепловые потери здания

Размеры здания для двух БДМ 132х24х17,2 м, кубатура его составляет 54489,6 м³, на одну машину 27244,8 м3. Примем удельные потери тепла зданием 1,163 Вт/(м²°С). Тогда потери тепла зданием составят

Q₈ = 3,6КF·0,5(t_б – t_к), (40)

где К – коэффициент теплоотдачи для каждого типа излучающей теплоту поверхности, Вт/(м²°С);

t_б - температура внутри помещения;

t_к - температура снаружи помещения;

F – площадь излучающей поверхности.

- зимой:

Q₈ = 3,6  2,095·27244,8 (25 + 15) = 8219211,26 кДж/ч;

- летом:

Q₈ = 3,6·2,095 27244,8 (25 – 20) = 1027401,41 кДж/ч.