--PAGE_BREAK--1 Принципиальная схема, ее обоснование и описание
Сушка является довольно дорогой операцией, потому что на испарение 1 кг влаги необходимо подвести 2100-2500 кДж тепла. Для сушки измельченной древесины используют сушильные установки непрерывного действия, в которых процесс сушки совмещается с перемещением материала.
Влажный материал из бункера-питателя БП шлюзовым дозатором ДШ подается в сушилку С. Сушильный агент – топочные газы, разбавленные воздухом, поступают в сушилку из топки Т. Продукт вместе с сушильным агентом отсасывается вентилятором-дымосом ВД в циклон-разгрузитель ЦР, где продукт частично отделяется от сушильного агента, доочистка отработанного теплоносителя осуществляется в циклоне-очистителе ЦО. Отработанный сушильный агент отсасывается вентилятором-дымососом ВД и выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу ДТ. Вся схема работает под разряжением, для того чтобы избежать свищей теплоносителя. Продукт через шлюзовой затвор ЗШ подается в транспортер ТВ на следующую технологическую стадию.
--PAGE_BREAK--2.2 Расчет аэрофонтанной сушилки
Исходные данные:
Параметры материала
Материал измельченная древесина из
можжевельника
Размер частиц 30×5×5 мм
Производительность по влажному материалу =13 т/ч=3,611 кг/с
Абсолютная влажность:
начальная wа1=40 %
конечная wа2=20 %
Начальная температура материала q1=5 °С
Параметры сушильного агента
Сушильный агент – это топочные газы, разбавленные воздухом.
Топливо – природный газ (Ямбургское месторождение)
Вход в сушилку
Температура t1=350 °С
Влагосодержание x1=0,025 кг/кг
(см. расчет горения газа)
Плотность[1, таблица 57] rt1=0,544 кг/м3
Выход из сушилки
Температура t2=90 °С
Относительная влажность wо2=85 %
Параметры наружного воздуха
Температура t0=5 °С
Влагосодержание x0=0,004 кг/кг
(см. расчет горения газа)
Теплосодержание J0=15,061 кДж/кг
Относительная влажность φ0=70%
2.2.1 Технологический расчет
Теплофизические свойства и характеристика частиц измельченной древесины из можжевельника
Объем частиц:
Vч=δ∙b∙l=30·5·5·(10-3)3=7,5·10-7 м3.
Поверхность частицы:
Fч=2∙(δ∙b+δ∙l+b∙l)=2·(30·5+30·5+5·5)·10-6=6,5·10-4 м2.
Фактор формы:
Ф=0,5.
Эквивалентный диаметр частицы:
dэ=(6∙Vч/π)0,33=[6·7,5·10-7/3,14]0,33=0,012 м.
Относительная влажность материала:
на входе в сушилку: wо1=100∙wа1/(100-wа1)=100·40/(100-40)=66,7 %;
на выходе из сушилки: wо2=100∙wа2/(100-wа2)=100·20/(100-20)=25 %;
среднее значение: wо ср=0,5∙(wо1+wо2)=0,5·(66,7+25)=45,85 %.
Материальный баланс
Производительность по высушенному материалу:
=∙(100-wо1)/(100-wо2)=3,611·(100–66,7)/(100–25)=1,603 кг/c.
Количество испаряемой воды:
W==3,611-1,603=2,008 кг/с.
Количество абсолютно сухого материала:
∙(100-wо1)/100=3,611·(100-66,7)/100=1,202 кг/с.
продолжение
--PAGE_BREAK--Построение рабочей линии процесса сушки на J-х диаграмме
Параметры наружного воздуха
Точка А на J-х диаграмме: t0=5 °C; x0=0,004 кг/кг; J0=15,061 кДж/кг.
Параметры топочных газов
Точка К на J-х диаграмме: xтг=x′=0,119 кг/кг (см. расчет горения природного газа); tтг=1000 °C.
Параметры сушильного агента
Вход в сушилку
Точка В на J-х диаграмме: x1=x″=0,025 кг/кг; t1=350 °C.
Выход из сушилки
Точка С на J-х диаграмме: t2=90 °C.
Последовательность построения рабочей линии процесса сушки на J-x диаграмме
1) На J-x диаграмме находим точку А по x0=0,004 кг/кг и t0=5 °C; точку К по xтг=0,119 кг/кг и по tтг=1000 °C; проводим рабочую линию горения газа .
2) Находим точку В на пересечении линии и линии температур t1=350 °C, определяем x1=0,025 кг/кг.
Теплосодержание сушильного агента на входе в сушилку:
J1=1,01∙t1+(2493+1,97∙t1)∙x1=1,01·350+(2493+1,97·350)·0,025=433,063кДж/кг.
3) Определяем tм1 для точки В. Принимаем, что сушка материала проходит в первом периоде (J1≈J2), тогда tм1=θ2=60 °С.
4) Расход тепла на нагрев материала:
Qм=∙Cм∙(q2-q1)= 1,603·2,5∙(60–5)=220,413 кДж/с,
где Cм=2,5 кДж/кг∙К при wа ср=30 %.
5) Удельный расход тепла на нагрев материала:
qм=Qм/W=220,413/2,008=109,767 кДж/кг влаги.
6) Удельные потери тепла принимаем qпот=100 кДж/кг влаги.
7) Внутренний тепловой баланс сушилки:
D=4,19∙q1-(qм+qпот)=4,19·5–(109,767+100)= –188,817 кДж/кг.
8) Координаты точки Е: зададимся x=0,05 кг/кг,
тогда J=J1+D∙(x-x1)= 433,063–188,817∙(0,05–0,025)=428,343 кДж/кг.
9) Строим точку Е по координатам x=0,05 кг/кг и J=428,343 кДж/кг.
10) Строим рабочую линию сушки , соединяя точку В с Е и продолжая
линию до пересечения с t2=90°C, получаем точку С – окончание сушки.
11) По координатам точки С определяем влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки: х2=0,120 кг/кг.
Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:
J2=1,01∙t2+(2493+1,97∙t2)∙x2=1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336кДж/кг.
tм2=60 °С.
Тепловой баланс
Теплосодержание сушильного агента при х1 и t2:
J12=1,01∙t2+(2493+1,97∙t2)∙x1=1,01·90+(2493+1,97·90)·0,025=157,658 Дж/кг.
Теплосодержание подсасываемого воздуха при t0и х0:
Jп0=J0=15,061 кДж/кг.
Теплосодержание подсасываемого воздуха при t2 и х0:
Jп2=1,01∙t2+(2493+1,97∙t2)∙x0=1,01·90+(2493+1,97·90)·0,004=101,581кДж/кг.
Расход тепла на испарение влаги:
Qи=W∙(2493+1,97∙t2-4,19∙q1)=2,008∙(2493+1,97·90-4,19·5)=5319,895 кДж/с.
Расход тепла на нагрев материала:
Qм=220,413 кДж/с (см. построение диаграммы).
Потери тепла:
Qпот=W∙qпот=2,008·100=200,8 кДж/с.
Расход сушильного агента:
L1=(Qи+Qм+Qпот)/[(J1-J12)-0,05∙(Jп2-Jп0)]=(5319,895+220,413+200,8)/[(433,063–-157,658)–0,05∙(101,581–15,061)]=21,179 кг/с.
Количество паровой смеси, выходящей из сушилки:
L2=1,05∙L1=1,05·21,179=22,238 кг/с.
Влагосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:
x2=x1+W/L1=0,025+2,008/21,179=0,120 кг/кг.
Теплосодержание сушильного агента на выходе из сушилки:
J2=1,01∙t2+(2493+1,97∙t2)∙x2=1,01·90+(2493+1,97·90)∙0,120=411,336 кДж/кг.
По диаграмме J-x: x2=0,120 кг/кг, J2=411,336 кДж/кг.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.2.2 Гидродинамический расчет
Исходные данные:
Параметры опила
Вход в сушилку
Абсолютная влажность wа1=40 %
Эквивалентный диаметр dэ=0,012 м
Плотность при wa1 [см.1, таблица 91] rм1=570 кг/м3
Фактор формы Ф=0,5
Выход из сушилки
Абсолютная влажность wа2=20 %.
Плотность при wа2 [см.1, таблица 91] rм2=558 кг/м3.
Параметры сушильного агента
Вход в сушилку
Расход L1=21,179 кг/с
Температура t1=350 °C
Влагосодержание х1=0,025 кг/кг
Плотность [1, таблица 57] rt1=0,544 кг/м3
Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] mt1=31,32·10-6Па·с
Выход из сушилки
Расход L2=22,238кг/с
Температура t2=90 °C
Влагосодержание х2=0,120 кг/кг
Плотность [1, таблица 57] rt2=0,884 кг/м3
Динамическая вязкость [см.6, приложение 3] mt2=20,0·10-6 Па·с
Средние значения параметров:
tср=0,5·(t1+t2)=0,5·(350+90)=220 °C;
хср=0,5·(x1+x2)=0,5·(0,025+0,120)=0,073 кг/кг;
rt ср=0,5·(rt1+rt2)=0,5·(0,544+0,884)=0,714 кг/м3;
mt ср=0,5·(mt1+mt2)=0,5·(31,32+20)·10-6=25,66·10-6 Па·с;
wа ср=0,5·(wа1+wа2)=0,5·(40+20)=30 %;
rм ср=630 кг/м3 при wа ср=30 % (см.1, таблица 91);
θср=0,5·(θ1+θ2)=0,5·(5+60)=32,5 °C;
Cм=2,4 кДж/кг∙К при wа ср=30 % и θср=32,5 °C;
λt=0,17 Вт/м·К при wа ср=30 %.
Критерий Архимедапри tср=220 °С, ωаср=30 %:
Ar=dэ3∙rt ср∙rм ср∙g/m2t ср=0,0123·0,714·630·9,81/(25,66·10-6)2=1,16·107.
Критерий Reкр:
Reкр=Ar·Ф2/[150·(1-ε0)/ε03+(1,75·Ar/ε03)0,5]= 1,16·107·0,52/[150·(1-0,4)/0,43+
+(1,75· 1,16·107/ 0,43)0,5]=150,782
Критическая скорость:
wкр=Reкр·mt ср/dэ·rt ср=150,782·25,66·10-6/0,012·0,714=0,452 м/с.
Предельно допустимая скорость сушильного агентапри ε=1 для dmin рассчитывается по формулам:
Armin=dmin3·rtср∙rм ср·g/m2t ср=0,0063·0,714·630·9,81/(25,66·10-6)2=1,45·106
при dmin=0,5· dэ=0,5·0,012=0,006 м.
w´вит= Ф0,5·mt ср·Armin/[dmin·rt ср·(18+0,61·Armin0,5)]=
=0,50,5∙25,66·10-6∙1,45∙106/[0,006·0,714·(18+0,61∙(1,45∙106)0,5)]=8,154 м/с.
продолжение
--PAGE_BREAK--Диаметр аэрофонтанной сушилки
Концентрация влажного опила в аэросмеси:
/L1∙(1+x1)=3,611/21,179∙(1+0,025)=0,175 кг/кг.
Концентрация высушенного опила в аэросмеси:
/L2∙(1+x2)=1,603/22,238·(1+0,120)=0,081 кг/кг.
Допустимая концентрация до 0,1 кг/кг.
Объемный расход парогазовой смеси на входе в сушилку:
Vt1=L1∙(1+x1)/rt1=21,179·(1+0,025)/0,544=39,905 м3/с.
Объемный расход парогазовой смеси на выходе из сушилки:
Vt2=L2∙(1+x2)/rt2=22,238·(1+0,120)/0,884=28,175 м3/с.
Критерий Архимеда при начальной влажности материала и параметрах сушильного агента на входе в сушилку:
Ar1=(dэ)3∙rt1∙rм1∙g/m2t1=0,0123·0,544·570·9,81/(31,32·10-6)2=5,36·106.
Скорость витания частиц опила:
(wвит)вх=Ф0,5·mt1·Ar1/[dэ·rt1·(18+0,61·Ar10,5)]=0,50,5∙31,32∙10-6∙5,36·106/[0,012×
×0,544·(18+0,61∙(5,36·106)0,5)]=12,712 м/с.
Скорость газа в горловине:
wг1=1,5·(wвит)вх=1,5∙12,712=19,068 м/с.
Диаметр горловины:
dг=(Vt1/0,785∙wг1)0,5=(39,905/0,785·19,068)0,5=1,633 м.
Диаметр горловины принимаем 1700 мм.
Диаметр широкой части рюмки:
D=(Vt2/0,785∙wг2)0,5=(28,175/0,785·3,814)0,5=3,068 м,
где wг2 – скорость парогазовой смеси в широкой части рюмки, м/с.
wг2=(0,2÷0,5)∙wвит=0,3∙12,712=3,814 м/с.
Диаметр широкой части рюмки принимаем равным 3100 мм.
Скорость wг2 должна быть равна или меньше скорости витания высушенной измельчённой древесины из бересты (wвит)вых.
Критерий Архимеда при конечной влажности материала и параметрах сушильного агента на выходе из сушилки:
Ar2=(dэ)3∙rt2∙rм2∙g/m2t2=0,0123·0,884·558·9,81/(20,0·10-6)2=2,09·107.
Скорость витания частиц опила в широкой части рюмки:
(wвит)вых=Ф0,5∙mt2∙Ar2/[dэ∙rt2∙(18+0,61∙Ar20,5)]=0,50,5∙20,0·10-6∙2,09·107/[0,012×
×0,884·(18+0,61∙(2,09·107)0,5)]=9,928м/с.
Скорость парогазовой смеси wг2=3,814 м/с принята правильно, так как wг2
Высота конуса:
Нк=2·(D-d)=2·(3,1-1,7)=2,8 м.
Угол раскрытия конуса:
tg(α/2)=0,5·(D-d)/Нк=0,5·(3,1-1,7)/2,8=0,25.
α/2=14º, откуда α=2∙14=28º.
Принимаем Нк=2,8 м, при α=28º.
Объем усеченного конуса:
Vк=[π·Hк·(D2+d2+ D·d)]/12=[3,14∙2,8·(3,12+1,72+3,1∙1,7)/12=13,019 м3.
Общий объем аэрофонтанной сушилки при А=180 кг/(м3∙ч):
Vсуш=W/A=2,008∙3600/180=40,160 м3.
Количество конусов (рюмок), последовательно установленных в аэрофонтанной сушилке:
n=Vсуш/Vк=40,160/13,019=3,085. Принимаем n=3 шт.
Общая высота сушилки:
Н=(2∙d)∙2+n∙Нк+0,5∙(D+d)∙4+2∙d=2∙1,7∙2+3∙2,8+0,5∙(3,1+1,7)∙4+2∙1,7=28,2 м.
продолжение
--PAGE_BREAK--Гидравлическое сопротивление сушилки
Гидравлическое сопротивление одного корпуса:
ΔР=0,062∙ρм ср∙(D/d)2,54∙(tg(α/2))0,18∙(D/d-1)=0,062∙630∙(3,1/1,7)2,54∙(0,25)0,18×
×(3,1/1,7-1)=115,281 Па.
Гидравлическое сопротивление сушилки:
ΔРc=n∙ΔР=3∙115,281=345,843 Па.
Принимаем аэрофонтанную сушилку, состоящую из трех конусов (рюмок): D=3,1 м; d=1,7 м; Нк=2,8 м; Н=28,2 м; ΔРc=345,843 Па.
3 Расчет и выбор вспомогательного оборудования и коммуникации
3.1 Бункер-питатель
Бункер-питатель используется для дозирования влажного опила в сушилку.
Производительность по влажному опилу, , кг/с 3,611
Относительная влажность опила, ωо1, % 66,7
Абсолютная влажность опила, ωа1, % 40
Насыпная плотность влажного опила [см.1, таблица 90] при ωа1=40 %
rм1=570 кг/м3.
Объем бункера-питателя:
V=t∙/rн=300×3,611/570=1,901 м3,
где t – продолжительность, необходимая для аварийного отключения ленточного транспортера, подающего опил в бункер, t=5 мин=300 с.
По ГОСТ 9931-61 выбираем бункер [1, таблица 79]:
ёмкость 2,0 м3
диаметр 700 мм
высота 1300 мм
сварной вертикальный цилиндрический аппарат с конически отбортованным днищем, углом конуса 90, с крышками и без них.
3.2 Ленточный транспортер
Ленточный транспортер перемещает влажный материал от бункера-хранилища в бункер-питатель.
Производительность транспортера, , кг/с 3,611
Насыпная плотность опила при ωа1=40 %, rм1, кг/м3 570
Характеристика ленточного транспортера
Транспортер на трех роликовых опорах и на подшипниках скольжения.
Длина, L, м 30
Угол наклона к горизонту, a, град 10
Выбираем плоскую ленту шириной В=0,5 м, которая принимает форму желоба благодаря трем роликовым опорам.
Объемная производительность транспортера:
V=/rм1=3,611/570=0,006 м3/с.
Скорость движения ленты:
w=V/0,16∙B2∙c∙tg(0,35∙j)=0,006/0,16×0,52×1×tg(0,35×40)=0,602 м/с,
где с=1 при a=10°, j=40°.
Мощность на приводном валу транспортера:
N0=(K∙L∙w+0,54×10-3∙∙L+10,1×10-3∙∙Н)∙К1∙К2=(0,018×30×0,602+0,54×10-3×
×3,611×30+10,1×10-3×3,611×5,209)×1,12×1,07=0,687 кВт,
где H=L∙sina=30·sin10=5,209 м; K=0,018 при В=0,5 м; К1=1,12 при L=30 м; К2=1,07.
Установочная мощность электродвигателя:
N=K∙N/h=1,2×0,687/0,85=0,97 кВт.
Принимаем электродвигатель по N=0,97 кВт [см.5, таблица 17] типа АОЛ-12-2 N=1,1 кВт.
Принимаем ленточный транспортер типа Т1-К42Т
L=30 м, a=10°, В=500 мм, w=0,702 м/с, N=1,1 кВт.
продолжение
--PAGE_BREAK--3.3 Винтовой транспортер
Винтовой транспортер перемещает высушенный опил на следующую стадию производства.
Производительность, , кг/с 1,603
Относительная влажность, ωo2, % 25
Абсолютная влажность, wа2, % 20
Насыпная плотность материала [см.1, таблица 90] rм2=558 кг/м3.
Характеристика винтового транспортера горизонтального
Длина, L, м 30
Шаг винта, м t=Dв
Угол наклона к горизонту, a, град 0
Объемная производительность винтового транспортера:
V=/rм2=1,603/558=0,003 м3/с.
Частота вращения винта:
n=V/0,785∙∙t∙K1∙K2=0,003/0,785×0,52×0,5×0,25∙1=0,122 с-1.
Принимаем Dв=t=0,5 м; K1=0,25; К2=1, т.к. a=0°.
Выбираем винтовой горизонтальный транспортер:
Dв=0,5 м; L=30 м; t=0,5 м.
Установочная мощность электродвигателя:
N=∙(L∙φ+H)∙g/1000∙h =1,603∙(30×2+0)∙9,81/1000×0,8=1,179 кВт.
Принимаем электродвигатель по N=1,179 кВт [см.5, таблица 17] типа А02-31-2 N=3,0 кВт.
3.4 Шлюзовой дозатор
Шлюзовой дозатор установлен под бункером-питателем. Назначение – равномерная, регулируемая подача влажного материала в сушилку. Дозатор одновременно выполняет и роль питателя.
Производительность , кг/с 3,611
Температура материала, q1, °С 5
Насыпная плотность при ωа1=40 %, rм1, кг/м3 570
Объемная производительность шлюзового дозатора:
V=/rм1=3,611/570=0,006 м3/с.
Выбираем стандартный шлюзовой дозатор по V=0,006 м3/с [см.3, таблица 2] типа Ш1-45, диаметр ротора D=450 мм, длина ротора L=400 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора n=0,035-0,33 с-1.
Частота вращения ротора для обеспечения производительности V=0,006 м3/с:
n=V/0,785∙К1∙К2∙D2∙L=0,006/0,785×0,8×0,8×0,452×0,4=0,147 с-1,
где К1=0,8; К2=0,8.
Установочная мощность электродвигателя:
N=∙L∙g∙b∙j/1000∙h=3,611×0,4×9,81×3×2,5/1000×0,6=0,079 кВт,
где b=3; j=2,5.
Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N=0,049 кВт по [см.3, таблица 2], типа В80В6 N=1,1 кВт, n=24,3 с-1.
продолжение
--PAGE_BREAK--3.5 Шлюзовой затвор
Шлюзовые затворы установлены под циклонами и под винтовым транспортером.
Производительность , кг/с 1,603
Насыпная плотность при ωа2=20 %, rм2, кг/м3 558
Объемная производительность шлюзового затвора:
V=/rм2=1,603/558=0,003 м3/с.
Выбираем стандартный шлюзовой затвор по V=0,003 м3/с по [см.3, таблица 2] типа Ш1-30, диаметр ротора D=300 мм, длина ротора L=250 мм (равна диаметру загрузочного штуцера), частота вращения ротора n=0,035-0,33 с-1.
Частота вращения ротора для обеспечения производительности V=0,003 м3/с:
n=V/0,785∙К1∙К2∙D2∙L=0,003/0,785×0,8×0,8×0,32×0,25=0,265 с-1,
где К1=0,8, К2=0,8.
Установочная мощность электродвигателя:
N=∙L∙g∙b∙j/1000∙h=1,603×0,25×9,81×3×2,5/1000×0,6=0,049 кВт,
где b=3; j=2,5.
Выбираем взрывозащищенный электродвигатель по N=0,049 кВт по [см.3, таблица 2], типа В80В6 N=1,1 кВт, n=24,3 с-1.
Принимаем к установке три шлюзовых затвора.
3.6 Газовая горелка
Газовые горелки при сжигании природного газа работают с невысоким давлением и скоростью выхода газовой струи из сопла не более 60-70 м/с. Воздух на горение подается двумя потоками: через корпус горелки 20-40 % и 80-60 % непосредственно в топку (рисунок 1).
Расход природного газа, В, кг/ч 730,8
Плотность природного газа, ρг, кг/м3 [см.1, таблица 45] 0,78
Расход воздуха на горение, L, кг воздуха/кг газа 20,363
Плотность воздуха при t0=5 ºС и x=0,004 кг/кг
ρв, кг/м3 [см.6, приложение 2] 1,226
Расход природного газа:
Vг=В/ρг=730,8/0,78=936,923 м3/ч.
Расход воздуха на горение:
=L∙B∙ρв=20,363·730,8/1,226=12138,075 м3/ч.
Диаметр газового сопла при wс=70 м/с:
0,069 м.
Принимаем d=70 мм.
Диаметр трубы, подводящей газ к форсунке, при wг=15 м/с:
0,149 м.
Принимаем трубу Ø152×7 по [см.5, таблица 8].
Определяем наружный диаметр трубы корпуса горелки.
Принимаем расход первичного воздуха 35% от =12138,075 м3/ч, т.е.
Vв=0,35·12138,075=4248,326 м3/ч,
а скорость воздуха в кольцевом сечении форсунки wв=20 м/с, тогда сечение кольцевой щели:
fвоз=Vв/3600∙wв=4248,326/3600·20=0,059 м2.
Диаметр кольцевой щели:
=0,274 м.
fгаз=Vг/3600∙wг=936,923/3600·15=0,017 м2.
Сечение, занимаемое газовой трубой диаметром 152 мм, равно:
f=fвоз+fгаз=0,059+0,017=0,0076 м2.
Этому сечению соответствует диаметр:
0,311 м.
Принимаем трубу корпуса горелки Ø325×12 по [см.5, таблица 8].
Объемная производительность вторичного воздуха:
12138,075-4248,326=7889,749 м3/ч.
Диаметр воздуховода вторичного воздуха при скорости w=3 м/с:
=0,965 м.
Принимаем воздуховод Ø1000×1,0 [см.5, таблица 2].
Диаметр воздуховода первичного воздуха:
=0,274 м.
Принимаем воздуховод Ø280×0,6 [см.5, таблица 2].
Гидравлической сопротивление газовой горелки ориентировочно принимаем равным ΔPг=5000 Па.
продолжение
--PAGE_BREAK--3.7 Вентилятор подачи воздуха на горение
Расчет проводим согласно рисунку 1. Вентилятор и топка смонтированы на открытой площадке, защищенной от атмосферных осадков индивидуальным навесом. Воздух от вентилятора подается по параллельным воздуховодам, поэтому расчет проводим по линии наибольшего сопротивления – по линии подачи воздуха в горелку.
Параметры воздуха, подаваемого в форсунку
Объемная производительность, Vв, м3/ч 4248,326
Температура, t0,°С 5
Плотность, rt0, кг/м3 [см.6, приложение 2] 1,226
Динамическая вязкость, mt0, Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10-6
Диаметр воздуховода, мм Ø280×0,6
Фактическая скорость воздуха:
w=Vв/0,785∙D2=4248,326/3600×0,785×0,27882=19,34 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w∙D∙rt0/mt0=19,34×0,2788×1,226/17,49×10-6=377963,533.
Коэффициент трения определяем по критерию Re для гладкой трубы (шероховатости практически отсутствуют, так как воздуховод новый) и по Re=377963,533; е=0,1 мм, при dэ/е=278,8/0,1=2788 [см.1, рисунок 5]; l=0,018.
Длину воздуховода принимаем ориентировочно: L=7 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
конфузор (вход в вентилятор) zк=0,21 1 шт.
диффузор (выход из вентилятора) zдиф=0,21 1 шт.
отводы при a=90° zот=0,39 3 шт.
заслонка (задвижка) zз=1,54 1 шт.
диафрагма (измерение расхода воздуха) zд=2 1 шт.
вход в горелку zвх=1 1 шт.
Sz=1∙zк+1∙zдиф+3∙zот+1∙zз+1∙zд+1∙zвх=1×0,21+1×0,21+3×0,39+1×1,54+1×2+1×1=6,13.
Гидравлическое сопротивление воздуховода:
=(1+(l∙L/D)+Sz)∙(w2∙rt0/2)=(1+(0,018×7/0,2788)+6,13)×( 19,342×1,226/2)=
=1738,415 Па.
Суммарное гидравлическое сопротивление от вентилятора до топки:
SDРг=+DРг+DРтопки=1738,415+5000+500=7238,415 Па,
где DРг=5000 Па – сопротивление горелки при подаче воздуха на горение;
DРтопки=500 Па – сопротивление топки.
Выбираем вентилятор высокого давления [см.5, таблица 31] по =12138,075 м3/ч=3,372 м3/с и SDРг=7238,415 Па.
Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-250-1,12 V=4,16 м3/с, DР=12000 Па, n=49,3 с-1.
Установочная мощность электродвигателя:
N=b∙∙SDРг/1000∙h=1,1×3,372×7238,415/1000×0,65=41,306 кВт.
Принимаем электродвигатель типа АО2-82-2, N=55,0 кВт [см.5, таблица 17].
продолжение
--PAGE_BREAK--3.8 Вентилятор-дымосос
Вся сушильная установка (рисунок 1), начиная от камеры смешения, работает под небольшим разрежением. Это исключает утечку топочных газов через неплотности в газоходах и аппаратах и подсос воздуха на разбавление топочных газов.
3.8.1 Патрубок с обратным клапаном для подсасывания воздуха в камеру смешения (приточная шахта)
Воздух из атмосферы подсасывается в камеру смешения с целью снизить температуру топочных газов с 1000 °С до 350 °С.
Параметры атмосферного воздуха
Влагосодержание, х0, кг пара/кг воздуха 0,004
Температура, t0, °С 5
Масса воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления топочных газов в расчете на 1 кг газа, Lсм, кг воздуха/кг газа 85,218
Расход топлива, В, кг/ч 730,8
Плотность, rt0, кг/м3 [см.6, приложение 2] 1,226
Вязкость, mt0, Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10-6
Давление, Рt0, Па 1,013×105
Объемный расход воздуха на разбавление топочных газов:
=B·Lсм·(1+x0)/rt0=730,8×85,218·(1+0,004)/1,226=51000,346 м3/ч=14,167 м3/с.
Диаметр воздуховода рассчитываем, принимая скорость воздуха w=10 м/с по [см.5, таблица 9]:
D=1,343 м.
Выбираем стандартный диаметр воздуховода [см.5, таблица 2]: Ø 1400×1,0 мм, D=1,398 м.
Фактическая скорость воздуха:
w=/0,785·D2=14,167/0,785×1,3982=9,234 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w·D·rt0/mt0=9,234×1,398×1,226/17,49×10-6=904893,987.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=904893,987, е=0,1 мм, при dэ/е=1398/0,1=13980 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.
Длина патрубка: L=2 м.
Местные сопротивления в патрубке принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
патрубок zвх=2,5 1 шт.
выход из патрубка zвых=1 1 шт.
Sz=zвх+zвых=2,5+1=3,5.
Гидравлическое сопротивление патрубка:
DRпатр=(1+(l·L/D)+Sz)(w2·rt0/2)=(1+(0,013×2/1,398)+3,5)·(9,2342×1,226/2)=
=236,18 Па.
3.8.2 Газоход от смесительной камеры до входа в сушилку
Сушильный агент
Температура, t1,°C 350
Расход, L1, кг/с 21,179
Влагосодержание, х1, кг пара/кг воздуха 0,025
Динамическая вязкость, mt1, Па×с [см.6, приложение 3] 31,32·10-6
Плотность сушильного агента:
rt1=Р·(1+х1)/462·(273+t1)·(0,62+x1)=105·(1+0,025)/462·(273+350)·(0,62+0,025)=
=0,552 кг/м3.
Объемный расход сушильного агента:
Vt1=L1·(1+x1)/rt1=21,179·(1+0,025)/0,552=39,327 м3/с.
Принимаем скорость сушильного агента w=18 м/с.
Диаметр газохода:
1,668 м.
Принимаем газоход Ø 1800×1,4 мм [см.5, таблица 2], D=1,797 м.
Фактическая скорость воздуха:
w=Vt1/0,785·D2=39,327/0,785×1,9792=15,514 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w·D·rt1/mt1=15,514×1,797×0,552/31,32·10-6=491347,995.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=491347,995, е=0,1 мм, при dэ/е=1797/0,1=17970 и по [см.1, рисунок 5] l=0,014.
Длину газохода принимаем ориентировочно: L=15 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
вход в газоход zвх=1 1 шт.
отвод α=90° zот=0,39 2 шт.
выход из газохода zвых=1 1 шт.
Sz=zвх+2·zот+zвых=1×1+2×0,39+1×1=2,78.
Гидравлическое сопротивление газохода при t1=350
°
C:
DRt1=(1+(l·L/D)+Sz)·(w2·rt1/2)=(1+(0,014×15/1,797)+2,78)·(15,5142×0,552/2)=
=258,864 Па.
Необходимое компенсационное удлинение газохода:
l=12,5×10-6·t1·L=12,5×10-6×350×15=0,066 м.
Принимаем компенсатор по диаметру d=1800 мм, dн=1820, D=2220 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблица 11].
Рисунок 2 – Компенсатор однолинзовый
3.8.3 Газоход от сушилки до циклона-разгрузителя
Параметры парогазовой смеси, выходящей из сушилки
Температура, t2, °С 90
Расход с учетом подсоса, L2, кг/с 22,238
Влагосодержание, х2, кг/кг 0,120
Плотность, rt2, кг/м3 0,884
Вязкость, mt2, Па×с 20,0·10-6
Производительность по высушенному материалу, , кг/с 1,603
Участок решается как пневмотранспортная установка
Концентрация материала в транспортируемом воздухе:
=0,081 кг/кг (см. гидравлический расчет сушилки).
Производительность пневмопровода по транспортируемому материалу:
=·Kн=1,603·2=3,206 кг/с,
где Кн – подача материала в пневмопровод непосредственно из сушилки; Кн=2.
Скорость воздуха в горизонтальном пневмопроводе:
wпн=K∙(4∙-Wв/Wм+0,01∙rм2+b)∙(1,2/rt2)0,5=[1,05∙(4·0,081-1/0,8+0,01·558+8)]× ×(1,2/0,884)0,5=17,927 м/с,
где К=1,05; Wв/Wм=1/А; А=0,80; b=10 [см.3, таблицу 1]; rм2=558 кг/м3 – насыпная плотность материала при wа2=20 % [см.2, таблица 5].
Расход воздуха пневмотранспортной установки:
V=/(∙rt2)=1,603/(0,081·0,884)=22,387 м3/с.
Диаметр пневмопровода:
D=1,231 м.
Выбираем стандартный диаметр газохода Ø1250×1,0 мм [см.5, таблица 2], D=1,248 м.
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w=V/0,785∙D2=22,387/0,785×1,2482=18,31 м/с.
Критическая скорость воздуха:
wкр=5,6∙D0,34∙dэ0,36∙(ρм2/ρt2)0,5∙0,25=5,6·1,2480,34·0,0120,36·(558/0,884)0,5·0,0810,25=
=16,467 м/с.
Фактически скорость воздуха w=18,31 м/с больше критической wкр=16,467 м/с. Следовательно, материал будет транспортироваться, не оседая на дно горизонтального участка трубопровода.
Критерий Рейнольдса:
Re=w∙D∙rt2/mt2=18,31×1,248×0,884/20,0×10-6=1010008,9.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=1010008,9, е=0,1 мм, при dэ/е=1248/0,1=12480 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.
Длину пневмопровода принимаем ориентировочно по рисунку 1 L=30 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
вход в трубу zвх=1 1 шт.
отводы при α=90º zот=0,39 2 шт.
переход с круглого сечения на прямоугольный
(вход в циклон) zп=0,21 1 шт.
заслонка zз=1,54 1 шт.
Sz=zвх+2·zот+zп+zз=1×1+2×0,39+1×0,21+1×1,54=3,53.
Потери давления при движении чистого воздуха:
DRв=(1+l·L/D+Sz)·(w2·rt2/2)=(1+(0,013×30/1,248)+3,53)·(18,312×0,884/2)=
=717,577 Па.
Потери, возникающие при движении материала по пневмопроводу:
DRмат=0,5·λу··l·w2·rt2/D=0,5×0,015×0,081×30×18,312×0,884/1,248=4,328Па,
где λу=0,01-0,02, принимаем коэффициент сопротивления трения λу=0,015,
l=l1+l2=10+20=30 м согласно рисунку 1.
Потери давления на разгон материала при загрузке его в пневмопровод:
DRразг=ζразг··0,5·w2·rt2=1,5×0,067×0,5×18,312×0,884=18,004 Па,
где ζ – коэффициент сопротивления разгонного участка, принимается в пределах ζразг=1-2; принимаем ζразг=1,5.
Общее гидравлическое сопротивление пневмопровода:
DRпн=DRв+DRмат+DRразг=717,577+4,328+18,004=739,909 Па.
Необходимое компенсационное удлинение газохода:
L=30 м.
l=12,5×10-6·t2·L=12,5×10-6×90×30=0,034 м.
Принимаем компенсатор по диаметру d=1400 мм, dн=1420, D=1820 мм, a=180 мм, b=93 мм [см.5, таблице 11].
3.8.4 Циклон-разгрузитель пневмотранспортной установки
Назначение – отделение транспортируемого материала от воздуха.
Размер частиц материала, dэ, м 0,012
Производительность по высушенному материалу, , кг/с 1,603
Объемный расход очищаемого газа, V, м3/с 22,387
Температура, t2, °С 90
Вязкость, mt2, Па·с 20,0·10-6
Запыленность воздуха на входе в циклон:
=/V=1,603/22,387=0,072 кг/м3.
Выбираем циклон ЦН-24, так как улавливаются крупные частицы dэ=12 мм. Принимаем циклон диаметром D=1000 мм.
Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:
=К1·К2·zц500+К3 =1,00·0,90·75+35=102,5,
где zц500=75 [см.3, таблица 13] для ЦН-24, работающего на сеть; К1=1,00 при D=1000 мм [см.3, таблица 14]; К2=0,90 при =0,072 кг/м3 [см.3, таблица 15], К3=35 для прямоугольной компоновки с центральным подводом и отводом воздуха [см.3, таблица 16].
Отношение по DRц/rt для циклона ЦН-24 принимаем: DRц/rt=500 м2/с2.
Условная скорость воздуха в циклоне:
wц=[(DRц/rt)/(0,5·)]0,5=[500/(0,5·102,5)]0,5=3,123 м/с.
Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона:
υ=0,785·D2·wц=0,785·12·3,123=2,452 м3/с.
Число циклонных элементов в групповом циклоне:
Z=V/υ=22,387/2,452=9,13.
Выбираем групповой циклон ЦН-24 из 10 элементов диаметром 1000 мм.
Скорость газа в элементах группового циклона:
wц=V/0,785·D2·Z=22,387/0,785·1,02·10=2,852 м/с.
Гидравлическое сопротивление группового циклона:
DRц1=0,5∙∙wц2∙rt2=0,5·102,5·2,8522·0,884=368,507 Па.
где rt2=0,884 кг/м3 (см. расчет пневмотранспортной установки).
3.8.5 Газоход между циклонами
Температура, t2, °С 90
Расход, L2, кг/с 22,238
Влагосодержание, х2, кг/кг 0,120
Плотность, rt2, кг/м3 0,884
Вязкость, mt2, Па×с 20,0·10-6
Объемный расход, Vt2, м3/с 22,387
Диаметр газохода находим, принимая скорость воздуха w=12 м/с:
1,542 м.
Выбираем стандартный диаметр газохода Ø1600×1,0 мм [см.5, таблица 2], D=1,598 м.
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w=Vt2/0,785∙D2=22,387/0,785×1,5982=11,168 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w∙D∙rt2/mt2=11,168×1,598×0,884/20,0×10-6=788813,709.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=788813,709, е=0,1 мм, при dэ/е=1598/0,1=15980 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.
Длину газохода принимаем ориентировочно: L=2 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
вход в газоход zвх=1 1 шт.
отводы a=90° zот=0,39 3 шт.
переход с круглого сечения на прямоугольный
(вход в циклон) zп=0,21 1 шт.
Sz=zвх+3zот+zп=1+3×0,39+0,21=2,38.
Гидравлическое сопротивление газохода при t2=90
°
C:
DRt2=(1+l∙L/D+Sz)∙(w2∙rt2/2)=(1+0,013×2/1,598+2,38)∙(11,1682×0,884/2)=
=187,23 Па.
Необходимое компенсационное удлинение газохода:
l=12,5×10-6∙t2∙L=12,5×10-6×90×2=0,002 м.
Принимаем компенсатор по диаметру d=1600 мм, dн=1620, D=2020 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблице 11].
3.8.6 Циклон-очиститель
Назначение – улавливает частицы высушенного материала после циклона-разгрузителя. В циклоне-разгрузителе уловлено 85 % материала, т.е. в циклон-очиститель попадает оставшийся материал (15 %). Таким образом, производительность по материалу составит к= 1,603·0,15=0,240 кг/с.
Циклон работает на выхлоп.
Размер частиц материала, dэ, м 0,012
Производительность по высушенному материалу, , кг/с 0,240
Объемный расход, Vt2, м3/с 22,387
Температура, t2, °С 90
Влагосодержание, х2, кг/кг 0,120
Запыленность воздуха на входе в циклон:
=/Vt2=0,240/22,387=0,011 кг/м3.
Принимаем к установке групповой циклон ЦН-15.
Коэффициент гидравлического сопротивления группового циклона:
=К1∙К2∙zц500+К3 =1,0·0,87·163+35=176,81,
где zц500=163 [см.3, таблица 13] для ЦН-15, работающего на выхлоп; К1=1,0 [см.3, таблица 14]; К2=0,87 при =0,011 кг/м3 [см.3, таблица 15]; К3=35 для прямоугольной компоновки с централизованным подводом и отводом воздуха [см.3, таблицы 16].
Принимаем диаметр циклона D=1000 мм. Отношение по DRц/rt для циклона ЦН-15 принимаем: DRц/rt=750 м2/с2.
Условная скорость воздуха в циклоне:
wц=[(DRц/rt)/0,5∙]0,5=[750/0,5·176,81]0,5=2,913 м/с.
Объемный расход воздуха, проходящего через один элемент группового циклона:
υ=0,785∙D2∙wц=0,785·1,02·2,913=2,287 м3/с.
Число циклонных элементов в групповом циклоне:
Z=V/υ=22,387/2,287=9,789.
Выбираем групповой циклон ЦН-15 из 10 элементов диаметром 1000 мм.
Скорость газа в элементах группового циклона:
wц=V/0,785∙D2∙Z=22,387/0,785·1,02·10=2,852 м/с.
Абсолютное давление запыленного воздуха в циклоне (циклон работает под разрежением):
Ра=В±Р=9,81·104–1768,026=96331,974 Па.
где В=9,81·104 Па – атмосферное давление;
Р – давление газов на входе в циклон – сумма гидравлических сопротивлений газоходов и аппаратов до циклона:
Р=∑Рi=DRпатр+DRt1+DРс+DRпн+DRt2=236,18+258,864+345,843+739,909+187,23=
=1768,026 Па
Плотность влажного воздуха при рабочих условиях:
rt=Ра∙(1+х2)/462∙(273+t2)∙(0,62+х2)= 96331,974∙(1+0,120)/462∙(273+90)∙(0,62+
+0,120)=0,869 кг/м3
Гидравлическое сопротивление группового циклона:
DRц2=0,5∙∙wц2∙rt=0,5·176,81·2,8522·0,869=624,879 Па.
3.8.7 Газоход между циклоном и дымовой трубой
Температура, t2, °С 90
Расход, L2, кг/с 22,238
Влагосодержание, х2, кг/кг 0,120
Плотность, rt2, кг/м3 [см.6, приложение 2] 0,884
Вязкость, mt2, Па×с [см.6, приложение 3] 20,0×10-6
Объемный расход парогазовой смеси:
Vt4=L2∙(1+x2)/rt2=22,238∙(1+0,120)/0,884=28,175 м3/с.
Диаметр газохода находим, принимая скорость воздуха w=12 м/с:
1,729 м.
Выбираем стандартный диаметр газохода Ø1800×1,4 мм [см.5, таблица 2], D=1,797 м.
Фактическая скорость парогазовой смеси:
w=Vt4/0,785∙D2=28,175/0,785×1,7972=11,115 м/с.
Критерий Рейнольдса:
Re=w∙D∙rt2/mt2=11,115×1,797×0,884/20,0×10-6=882835,551.
Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=882835,551, е=0,1 мм, при dэ/е=1797/0,1=17970 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.
Длину газохода принимаем ориентировочно: L=45 м, минимальная высота дымовой трубы 16 м.
Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:
вход в газоход zвх=1 1 шт.
отводы a=90° zот=0,39 3 шт.
заслонка (задвижка) zз=1,54 1 шт.
диафрагма при dо=0,5D, m=0,25 zд=29,4 1 шт.
переход (вход и выход из вентилятора) zп=0,21 2 шт.
выход из дымовой трубы в атмосферу с зонтом zд.тр=1,3 1 шт.
Sz=zвх+3∙zот+zз+zд+2∙zп+zд.тр=1+3×0,39+1,54+29,4+2×0,21+1,3=34,83.
Гидравлическое сопротивление газохода при t2=90
°
C:
DRt4=(1+l∙L/D+Sz)∙(w2∙rt2/2)=(1+0,013×45/1,797+34,83)∙(11,1152×0,884/2)=
=1974,313 Па.
Необходимое компенсационное удлинение газохода:
l=12,5×10-6∙t2∙L=12,5×10-6×90×45=0,051 м.
Принимаем компенсатор по диаметру d=1800 мм, dн=1820, D=2220 мм, a=200 мм, b=103 мм [см.5, таблице 11].
3.8.8 Выбор вентилятора-дымососа
Суммарное гидравлическое сопротивление сети:
SDR=DRпатр+DRt1+DRc+DRпн+DRц1+DRt2+DRц2+DRt4=236,18+258,864+345,843+
+739,909+368,507+187,23+624,879+1974,313=4735,725Па.
Приведенное сопротивление:
DRпр=SDR∙(273+t2)∙Pо/273∙(Pо+SDR)=4735,725∙(273+90)×105/273∙(105+4735,725)=
=6012,23 Па.
По Vt4=28,175 м3/с=101430 м3/ч и DRпр=6012,23 Па выбираем газодувку по [см.5, таблица 31].
Принимаем дымосос ДН-21, V=144 тыс. м3/с, DR=6000 Па, n=16,6 c-1.
Установочная мощность электродвигателя:
Nэ=b∙Vt4∙DRпр/1000∙h=1,1×28,175×6012,23/1000×0,55=207,038 кВт.
Выбираем электродвигатель типа А3-315М-2, N=200 кВт [см.5, таблица 31].
продолжение
--PAGE_BREAK--