Роговой_задачи

Коэффициент 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