барабанная сушилка 2000
.pdfПрuмер 3.14.
Определить энтальпию топочных газов на выходе топочной
камеры в условиях предыдущего примера, если 10 =40 кдж!
кг а.С.В.
Решение
Для определения энтальпии Ir по формуле (3.26.) необхо
димо прежде всего найти значения следующих величин: Ст, tr,
Q:. Теплоемкость топлива определяем по правилу аддитивно
сти |
|
СТ =Сс ·сР +СИ2 ·нР |
+СО2 ·оР +Cs ·Sp +CW ·WР ,(З.27.) |
где Сс,Си2 ,Со2 ,Cs,Cw |
- соответственно, теплоемкость угле- |
рода. водорода. кислорода. серы и воды. Для их определения
воспользуемся формулой Коппа [7] |
n.с. |
число |
Ск = -'-,'где nj - |
||
|
М |
|
атомов в молекуле соединения, Cj - |
атомная теплоемкость, М - |
|
молекулярная масса соединения. |
|
|
Таким образом |
|
|
Ст = 0,975 ·0,842+ 18· 0,122+ 1,57·0,0045 +0,969. 0,0015 +
кДж
+ 4,19·0,03 = 3,15 -- ' --
кг·град
Температуру мазута на входе в топочную камеру принима ем равной 11 О ос (мазут предварительно нагревается для сниже ния его вязкости) [11]
Высшую теплотворную способность мазута рассчитаем по
формуле Менделеева
Q: == 33,9СР + 25,5НР + 10,9· (Sp - ОР) =
= 33,9.0,842+ 125,5·0,122+ 10,9· (0,00115- 0,0045)= 43,8 МДж
кг
Тогда энтальпия топочных газов будет равна
|
С |
|
Р |
|
|
• |
'Уо +W |
.' |
-'Р |
Р |
·С) |
|||
lт = |
Т |
·(т +Qs 'llT '1+/) ·10 |
+/2 |
"n |
|
|||||||||
|
. |
1. |
Р) |
- W |
Р |
r |
|
Р |
|
|
|
|||
|
|
|
/) + /2 |
+ \1 - 'Р |
|
|
- 9 . Н |
|
|
|
|
|||
'(3
=
= |
3,15 ·110 + 43800·0,95 + 16,66·40 + 18·40 -1293 |
кДж/кг С.Т.Г |
- |
||
|
16,66 + 18 - 0,03 - 9·0,122 |
|
|
19 |
|
www.mitht.ru/e-library
Пример 3.15.
Определить температуру топочных газов на выходе топоч
ной камеры, если влагосодержание топочных газов на выходе
равно Хт = 0,0407 кг вл.lкг с.т.г., а знтальпия IT = 1293 кДж/кг С.Т.г.
Решение
Точка пересечения линий хт =0,0407 и IT =1293 в коорди
натах I-X характеризует параметры топочных газов на выходе из топочной камеры. Откуда ТТ =1005 ос.
3нтальпия смеси топочных газов со вторичным воздухом на
выходе из камеры смешения может быть определена с помощью диаграммы I-X путем построения процесса смешения, задавшись температурой смеси на выходе из камеры смешения t, (см.
рис.3.3.)
Удельный расход вторичного воздуха в камере смешения определяется с помощью уравнения материального баланса по
влаге камеры смешения из расчета на 1 кг топлива |
|
gc.m.z.Xm + [2ХО = {Ес.m.г. + [2)хl |
(3.28.) |
1
IT
х
ха
Рис. 3.3. Определение положения точки смеwения потоков
свежего воздуха с топочны ии газами в камере сме
шения.
20
www.mitht.ru/e-library
Откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
- |
g с.т.г. |
(Х |
m |
- Х\) |
/ |
(3.29.) |
|
2 - |
( |
|
) |
, кг а.С.В. кг топл |
||||
|
|
|
|
Х1 -Хо |
|
|
||
где gC.Tr определяется по формуле (3.22.), если весь вторичный
воздух вводится в камеру смешения, или по формуле (3.30.), если
часть вторичного воздуха 12 подается в топочной камере
. |
'Р |
-w |
Р |
-9·Н |
Р |
,КГС.Т.Г./КГТОПЛ. (3.30.) |
|
|
gс.m.г. =/1 +/2 +1-'Р |
|
|
||||
Пример 3.16. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Определить энтальпию смеси топочных газов со вторичным |
||||||
воздухом камеры смешения, |
если: |
Хт = 0,0407 кг вл.lкг С.Т.г.; |
|||||
IT |
=1293 кДж/кг С.Т.г., ха |
=0,008; 10 =40; t1 =600 ОС. |
|||||
Решение
По диаграмме I-X определяем положения точек смешива ния потоков: т. Т, т. О. Соединяем точки Т и О прямой линией линией смешения. далее, проводим изотерму t1 =600 ос до пере сечения с линией смешения. Точку пересечения обозначаем сим волом «1». Энтальпия, проходящая через эту точку есть 11 =725 кДж/кг С.Т.Г.
Пример 3.17.
в условиях предыдущего примера определипь удельный
расход вторичного воздуха в камере смешения, воспользовав
шись уравнением (3.29.), как правилом рычага 1 рода, если из
вестно, что расход сухих топочных газов на входе в камеру сме
шения равен gC.T.r. =33,S кг C.T.r.lKr топл.
Решение
Перепишем уравнение (3.29.) в виде
I |
т-Т |
1 =g |
=--=-, |
2 |
С.т.г. 1-0 |
где т- Т и Т- о - отрезки линии смешения «О-Т», измерен
ные в мм. Откуда |
|
|
|
127 |
кг a.C.B.lKr ТОПЛ. |
1., =33,5- =27,8 |
||
~ |
153 |
|
Построение реального процесса сушки в I-X координатах и определение действительных параметоов топочных газов на вы
ходе из барабанной сушилки производится в той же последова
тельности, что и в случае сушки горячим воздухом.
21
www.mitht.ru/e-library
Пример 3.18.
Производительность барабанной сушилки по сухому мате риалу составляет 5 кг/с. Начальная влажность материала равна
8%. Конечная влажность 1%.
Температура материала на входе в барабан равна 15 ос. Температура материала на выходе из барабана меньше темпе ратуры сушильного агента на 15 ос. Температура топочных газов на входе в барабан 600 ос. Энтальпия топочных газов на входе
725 кДжIкг С.Т.г. Температура сушильного агента на выходе из
барабана равна 100 ос. Определить влагосодержание и энталь
пию сушильного агента на выходе из барабана а также размеры
барабана, если теплоемкость сухого материала равна 0,8
~KГ град., а объемное напряжение барабана по влаге равно 35
кг/мЗчас.
Решение
Относительная влажность материала на входе и выходе
барабана
и1 |
= w:Н |
=-8 = 0,087 кг вл./кг С.М. |
||
|
|
l-W |
92 |
|
|
|
н |
|
|
и |
|
W |
1 |
КГ ВЛ./КГС.М. |
2 |
= К |
=-=0,0101 |
||
|
l-W |
99 |
|
|
|
|
K |
|
|
Количество удаляемой влаги в барабане
W = Gc.m.(UJ-U2) = 5(0,087 - 0,0101) = 0,385 кг /с.
Диаметр барабана |
|
|
|
|
_~'W_ |
|
|
|
|
4·0,385·3600 -203 |
М. |
|||
Dв - 3 |
- 3 |
- , |
||
т . 1l . Н |
|
6 . 3,14 . 35 |
|
|
Принимаем диаметр барабана равным 2,2 м. [6J. Минимально необходимый объем барабана
V= W = 1386 =396 М3. Н 35 '
Длина барабана
L =~= 4·39,6 =1042 м.
в1l.DБ2 314, .222, '
Принимаем Ls = 12 м. (6).
КОЭффициент теплоотдачи от внешней поверхности бара бана к окружающей среде.
22
www.mitht.ru/e-library
ао = 9,74 + 0,07( В- 10) = 9,74 + 0,07·25 =11,49 вт/м2град.
При е =45 ос и to =20 ОС.
Потери тепла в окружающую среду от поверхности тепло
изолированного барабана.
Qo = ао .(B-tо)·1{·Du ·!.Jб =
= 11649· (45 - 20). 3,14·2,2 ·12 = 23812 Вт.
При Du = Dб = 2,2 м.
Удельные потери тепла в окружающую среду
Qo 23,8 |
кДж/кгуд.вл. |
qo =-=--=61,8 |
W 0,385
Энтальпия материала на входе и выходе барабана в пред положении, что аппарат работает в режиме прямотока
Н1 = 0,8·15 + 0,087·4,19 ·15 = 17,5 кДж/КГ С.М.
В2 = 0,8· 8S + 0,0101· 4,19·85 = 71,6 кДж/КГ С.М.
Удельные потери тепла С материалом
q |
=G"•..(H |
2 |
- |
HJ = 5· (71,6 -17,5) = 703 кДж/кгвл. |
|
c |
|
|
|
м |
W |
|
0,385 |
|
Сумма удельных потерь тепла
~ =- qo -- qAt =-61,8-703 =-765 кДж/КГ вл.
Построение линии сушки начинаем, задаваясь произволь ным значением Х =0,15 кДжIкг С.Т.г. и определяя с помощью ос
новного уравнения статики сушки сопряженное значение 1.
Соединив т. 1 (I1,t1) с т. (I,X) и продолжив линию сушки до
пересечения с изотермой t2 =100 ОС, определяем 12 и Х2: 12 =595
кДжIкг С.Т.г.; Х2 =0,184 кДжIкг С.Т.г.
Потребный расход сухих топочных газов в реальной сушил ~определяем по формулам (3.11.), (3.13.).
Прuмер 3.19.
Определить в условиях предыдущей задачи потребный массовый и объемный расход сухих топочных газов в реальной
сушилке.
Решение
Удельный расход сухих топочных газов
1= 1 |
= |
1 |
=6 33 КГС.Т.Г./КГ ВЛ. |
Х1 - |
Х\ |
0,184 - 0,0259 |
' |
|
|
23 |
|
www.mitht.ru/e-library
Массовый расход сухих топочных газов
L = /. W = 6,33·0,385 = 2,44 кг С.Т.Г./С.
Объемный расход топочных газов на выходе из барабанной
сушилки |
|
|
|
|
|
|
T 2 |
|
3 |
/с. |
|
|
V=L·VO • |
=2,44·1,4=3,41 м |
|
||
v:T•2 |
= Rв .Т2(0,622+Х2} = 287· 373· (0,622+ 0,184} =14 м3 |
||||
о |
0,622. В |
|
0,622· 745·133,4 |
' КГС.Т.Г. |
|
|
Потребный расход топлива в топочной камере определяет |
||||
ся по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
В= |
L /' |
|
(3.31.) |
|
|
|
gc.m.z. + 2 |
|
|
где L - потребный массовый расход сухих топочных газов в ба |
|||||
рабанной сушилке, gc.m.z. - |
удельный массовый расход сухих то |
||||
почных газов на выходе из топочной камеры, /2 - |
удельный рас |
||||
ход вторичного воздуха в камере смешения.
Пример 3.20.
Определить потребный расход топлива, если расход сухих ТОfЮЧНЫХ газов равен 2,44 кг C.T.r.lC., удельный расход сухих то почных газов на выходе из топочной камеры равен 33,5 кг C.T.r.lKf топл., а удельный расход вторичного воздуха в камере
смешения 27,8 кг a.C.B.lKr топл.
Решение
Определяем расход топлива по формуле (3.31)
В = |
244 |
= 0,0398 кг /С = 143 кг/час. |
' |
||
|
33,5 + 27,8 |
|
3.2.4.2. Расчет потребного расхода топочных газов в случае газообразного топлива
Расчет потребного расхода топочных газов в случае газо образного топлива начинают, как и в предыдущем случае, с рас чета удельного теоретического расхода воздуха (первичного воз
духа) в топочной камере.
24
www.mitht.ru/e-library
Состав газообразного топлива в общем случае может быть
представлен в следующем виде:
(СН4)Р кг метана + (С:!Н6)Р к!' этана + {СзН(JР кг пропана +
кг топлива |
кг топл. |
КГ топл. |
+ (с4Н10 У кгбутана |
+ (N JP кгазота + (соJP кгдиокс углерода + |
|
кг Torumвa |
кг ТОПЛ. |
кг тorumвa |
+ (H S)P кгсероводорода +(О2У кг кислорода + (соу кгокиси углерода + |
||
2 |
|
|
кг топлива |
кг топлива |
кг топлива |
+ (Н2У кг водорода =1
кг топлива
Теоретический расход кислорода на сгорание 1 кг метана может быть определен по реакции горения метана. СН4 + 202 = С02 + 2Н20 на сжигание 1 кг метана требуется 4 кг
кислорода.
Теоретический расход кислорода на сгорание 1 кг этана: 2С2Нв + 702 = 4С02 + 6Н2О на сжигание 1 кг С2Н6 требуется
3,73 KГ~.
Вообще. Теоретический расход кислорода при сжигании любого углеводорода может быть найден по формуле:
|
n |
|
|
РО =32 |
m+- |
кгО2 |
|
4 |
(3.32.) |
||
2 |
12т +n кг углеводорода |
|
|
где m - число атомов углерода соединения, а n - число атомов
водорода.
В самом деле, в случае метана: m = 1, n = 4 и
РО2 = 4 кг 02/КГ СН4-
Теоретический расход кислорода на сгорание 1 кг Н2: 2Н2 + 02 =2Н20 => на сгорание 1 кг Н2 требуется 8 кг 02.
Теоретический расход кислорода на сгорание1 кг окиси уг
лерода.
2С02 + 02 =2С02 => на сжигание 1 кг СО требуется 0,57 кг 02'
Теоретический расход кислорода на сгорание 1 кг серово
дорода:
2Н2$ + 302 =2$02 + 2Н20 => на сжигание 1 кг Н2$ требуется 1,41
кг 02'
Тогда теоретический расход кислорода на сжигание 1 кг газа будет равен:
25
www.mitht.ru/e-library
n
т+-
" 4 (сmиJР + 1,41(И2SУ +
100 =32[ L..J 12т + n
+0,57(СОУ +8(иJР -(OJP] кгО2
КГ ТОПЛ.
С учетом содержания кислорода в воздухе удельный тео
ретический расход воздуха может быть рассчитан по формуле:
'т=4,З2.[З2L12m+nm+~ (СтНnУ+1,41(H2SY +о,57(СОУ+8(Н2У-<О2У]
кг a.c.B.lKr топл или
lт=138,2'[:2: m+~(С..И'у+О,О441(ИzSУ+ 0,0171(СОУ+О'25(ИZ)-О'О313(,оzу]
12m+n
(3.33.)
Пример 3.21.
В качестве топлива используют природный сухой газ сле дующего объемного состава [11]: 93,8% СН4; 2,0% С2Н6; 0,8%
СзНв; 0,3% С4Н1О; 0,1% С5Н12; 2,6% N2 ; 0,4% СО2. Рассчитать тео ретический расход воздуха на сжигание 1 кг газа.
Решение
Пересчет объемных долей в массовые производим по
М
формуле: аА = ХА _А_; где Хдобъемная доля компонента А в
Мер.
смеси, ад - массовая доля этого компонента, Мд и Мер. - мольные
массы компонента А и смеси соответственно.
Мер. =0,938·16 + 0,02·30 + 0,008·44+ 0,003·58 + 0,001· 72 +
+ о,026· 28 + О,004.44 =17,11 кгсм.
моль ем.
(СН4)Р =0,877; (С2Н6)Р =0,035; (СЗНВ)Р =0,0206; (С4Н1О)Р = =0,0102; (С5Н12)Р = 0,0042.
Тогда теоретический расход воздуха на сжигание 1 кг газа
можно рассчитать по формуле (3.33.) с учетом условий задачи.
26
www.mitht.ru/e-library
/т = 138,2'[0, 128(CH4)P + о,117(C2~)P + о,114(СзНg)Р +
+о,112(CJfl0)P + 0,111 (CsH12)P] :::: 16,63 кг возд./кг газа.
уД е л ь Н ы й 'цеЙствительныЙ расход первичного B03.ffi2(..§
больше теоретического на величину I{ОЭффИЦ~1ента избытка воз
духа (см. (3.18», который может быть определен по формуле
(3.17.)
а = 2_1_, 11 = /т а.
21- 02г
Пример 3.22.
8 условиях примера 3.21. определить действительный рас
ход первичного воздуха, если содержание кислорода в продуктах
СI'орания равно 3,5%.
Решение
По формуле (3.17.) рассчитаем коэффициент избытка воз
духа:
21
а=---=12
21- 3,5 '
Тогда действительный расход первичного воздуха будет
равен:
11:::: lт'а= 16,63'1,2:::: 19,96 кг а.С.В./КГТОПЛ.
8лагосодержание топочных газов на выходе из топочной
камеры определяется по формуле аналогичной формуле (3.23.).
|
1 . Х |
|
+ |
9n |
~ |
|
Н |
)Р |
+ W |
F |
|
|
|
--- ... |
С |
|
|
|
|
||||
Х - |
J |
О |
|
L 12т + n |
|
т |
|
n |
Н )Р |
(3.34.) |
|
т - |
1 +1_ WР _ ,, ____9n. --'С |
, |
|||||||||
|
1 |
|
|
L,12m+n\: т |
n |
|
|
||||
где L ~-(СmНJР-членуравнения, показывающий сколь-
12m+11
ко влаги выделяется при сгорании 1 кг газа; в качестве примера
рассмотрим справедливость этого выражения применительно для
водорода - 9n
12m+n
(сmиJР =9(НУ. Ранее было показано, что
именно такое количество влаги выделяется при сrорании водоро
да, содержащегося в 1 кг топлива.
27
www.mitht.ru/e-library
Прuмер 3.23.
В условиях примеров 3.20. и 3.21. рассчитать влагосодер жание топочных газов на выходе из топочной камеры, принимая, что ха =0.008 кг/кг.
Решение
Рассчитаем прежде всего массу влаги, выделяющуюся при
сгорании 1 кг газа.
" |
9n |
'С |
Н v'_ 9·4 |
'СН V' |
|
9, 6 |
'С Н )Р |
|
||
~12т+n'\ |
m n} |
-12.1+4'\ 4} |
+ 12.2+6'\ 2 6 |
+ |
|
|||||
|
9·8 |
'С |
Н )Р |
9·10 |
'С Н)Р |
9·12 |
'С Н |
V' |
= |
|
+ 12.3+8 '\ з |
8 |
+ 12.4+10'\ 4 10 |
+ 12.5+12'\ 5 |
12} |
||||||
= 2092 |
КГВЛ. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КГ. тroпл |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_19,96·0,008+2,092+0 -0119 |
I |
|
|
|
||||
|
Хт - |
|
|
- , |
|
кг вл. кг С.Т.г, |
|
|
||
|
|
19,96 + 1+0 - 2,092 |
|
|
|
|
|
|||
Энтальпия топочных газов на выходе из топочной камеры рассчитываются по формуле аналогичной формуле (3.26.)
/ _ |
СТ ·tT +Q; '17т +/} '/0 |
|
(3.35) |
т- 1 +1-W P - "_n9 .'с |
Н } |
' |
|
1 |
~12т+n \: т |
n |
|
где Q; - высшая теплотворная способность топлива, рассчиты
ваемая по формуле (3.36.) |
|
Q; =Q; +2514L12~n+n. (CтHJP |
(3.36.) |
Низшая теплотворная способность топлива Q; при отсут
ствии справочных данных может быть найдена следующим обра
зом:
Q; =103 ·t49,9.(CH4 ) +47,4·(С2Н6} +46,4.(сзнs} +
+ 45,7.(С4Н10} ++45,3· (C s H12 ) +47,6.(С2Н4} +
+ 46,1· (СзН6) +45,4.(С4Нз} +15,4'(H 2 SY +119,6.(Н2}J
кДж/кг сух. топл., где каждый сомножитель слагаемых суммы
представляет собой тепловой эффект сгорания соответствующе-
28
www.mitht.ru/e-library