Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
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
t
п
=
1200°
С.
Требуемая
калориметрическая
температура
горения
газа
(t
и
)
составляет
t
n
t
k
=--
,
1']пир
(VI.4)
где
1']пир-
пирометрический
коэффициент
процесса
горения
(коэф
фициент
прямой
отдачи).
Для
встроенных
топок
прини
маем
'l']пир~0,9,
1200
t
K
=
---от
=
13350
С,
Расчетный
коэффициент
избытка
воздуха
определя
ют
из
уравнения
теплового
баланса
процесса
горения
1
м
3
газа
(VI.5)
откуда
QH
+
CTt
T
а
=
-0-"::'::'-'---=-0-=---
,
VдСдt
к
-
V
B
СВ
(
в
(VI.6)
где
С
Т
-
объемная
теплоемкость
топлива.
Для
природного
газа
С
Т
=
1,673
кДж/(м
3
•
О
С);
(
т
-
температура
топлива
(принимаем
t
T
=20
ОС);
V~
-
теоретическое
количество
продуктов
горения
(согласно
расчету
горения,
V~
=
10,98
м
3
/м
3
);
t
K
-
калориметрическая
температура
продуктов
горения
(t,,=1335°C);
V2
-
теоретический
расход
воздуха
на
горение
топлива
~co
гласно
расчету
горения,
V~
=9,95
м
3
/м
3
);
СВ
-
объемная
теплоемкость
воздуха
Для
неподогретого
воз
духа
С
В
=
1,34
кДж/(м
3
,
О
С);
(
в
-
температура
воздуха,
поступающего
на
горение
топлива.
Принимаем
t
B
=-10
ОС;
С
д
-
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;
С
Н
•
О
=1,8126;
CN.
=1,4305
кДжj(м
3
,
О
С),
Подставляя
эти
данные
в
формулу
(VI.7),
получаем:
С
д
= 0,096·2,3104 + 0,1935·1 ,8126 + 0,7105·1 ,4305 =
= 1,587
кДж/(м
3
.ОС).
После
подстановки
в
формулу
(VI.6)
определяем
ко
эффициент
избытка
воздуха:
37330
+ 1,673·20
а.
= = 1 6.
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(м
3
,
О
С),
получаем:
С
д
= 0,062·2,3104 + 0,127·1,8126 + 0,074·1 ,515 +
+ 0,737.1 ,4305 = 1,536
кДж/(м
3
.ОС).
Проверим
калориметрическую
температуру,
которая
получается
при
прокорректированном
составе
дымовых
газов:
Qи+Стfт+VвСвfв
(
к
='
V
С
(VI.8)
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
(1335
0
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
С
д
=I,536
кДжj(кг.ОС),
111
Подсчитывая
калориметрическую
температуру
при
«-1,7:
37330 +
l,б73·20
+
lб,!·1
,34
(-
10)
tK-
17,93.1,536
-1345·С.
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
а
н
•
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
d
1
'""
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.
где
112
а)
Подсчет
потерь
теплоты
практического
процесса
сушки
Н
а
подогрев
сухой
.массы
.материала
qПl
=
а
е
Се
(
t~
-
t~)
(У!
9)
а
е
-
QaCOBOe
КОЛИQество
II.бсоmoтно
сухого
материала
Со:
гласно
материальному
балансу
(см.
табл
VI3),
а
с
=9000
кг/ч;
С
С
-
теплоемкосП>
по
массе
абсолютно
сухой
глины,
по
спраВОЧIIЫМ
данным
равная
0,922
кДж/(кг,ОС),
AG
w
-
часовое
количество
ИСПlI.ренноЙ
влаги
Согласно
.
табл
УI
1,
AG
w
=4900
кг/ч,
tn
-
соответственно
температура
шликера,
поступающего
в
сушилку,
и
порошка,
выгружаемого
из
сушилки
(t~
=20
ОС,
t~=70°C).
Подставляя
числовые
значения
в
формулу
(VI.9),
по
луч3.ем:
9000·0,922
(70
-
20)
qПl
= = 85
кДж
на
1
кг
влаги.
4900
ffa
подогрев
остаточной
влаги
a~
(
(~
-t~)
дG
w
(VI.I0J
rде
a~
-
масса
остаточной
влаги
Согласно
материальному
балан·
I
су,
a~
=
1080
кг,
1080
(70 -
20)
qП2
=
4900
=
11
кДж
на
1
кг
влаги.
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
F
=-
='
, ,
=67мl.
4 4
Коэффициент
теплоотдачи
принят:
от
внутренней
сре
ды
к
поверхности
ограждения
а=23,2
Вт/(м
2
•
О
С);
от
наружной
поверхности
ограждения
в
окружающую
среду
а2=
17,4
Вт/(м
2
•
О
С).
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(м
2
•
О
С).
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
t
ви
=200°
С, а
температуру
на-
1-266
113
ружного
воздуха
принимаем
t
h
=-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
м
2
.
Тепловой
поток
через
ребра
л
58
Ф2
= F
--;;-
(tBH
-
t
и
)
= 0,96 - (200 +
10)
= 39
100
Вт.
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
пр
е
небрегаем.
Площадь
боковой
поверхности
цилиндрической
час
ти
(по
чертежу)
F =
nDH
=
3,14·9,8·8
=
246
м
2
•
Коэффициент
общей
теплопередачи
1
1\з
=
_1_
+
0,2
+
_1_
=
0,388Вт/(м2.
0
С).
23,2 0,08 17,4
Средняя
температура
внутри
цилиндрической
части
сушилки
составляет по
опытным
данным
t
в
.
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
м
2
.
114
Тепловой
поток
581
Ф.
=
1,3
- (160 +
10)
=
64200Вт.
0,2
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
V
D2
3 14·9 2 V 9
22
F = - h
2
+ -
="
82
+
-'
- =
116
м
2
.
2 4 2 4
Коэффициент
общей
теплопередачи
1
КБ
= =
9,9Вт/(м
2
.ОС).
1 0,002 1
23,2 +
""""58
+ 17,4
при
расчете
теплового
потока
принимаем
темпера
туру
внутри
конусной
части
сушилки
t
B
н=
800
С.
Конус
ная
часть
сушилки
находится
в
закрытом
помещении
с
температурой
t
H
=20°
С.
Тогда
тепловой
поток
состав
ляет
Ф
Б
= 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
t
l
=
=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!
eE=-мм,
т
(VI.Щ
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
t
2
отработанного
теплоносителя.
По
практическим
данным
было
принято
t
2
=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,OOld
1
)
= 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
+ 0,001d
2
)·
Согласно
построению
на
l-d-диаграмме,
d
2
=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
t
o
и
сро,
которые
согласно
исходным
данным
имеют
значения
t
o
=-10°
С
и
сро=60%.
Из
точки
А
восстанавливаем
вертикальный
луч
(па
раллельный
линиям
d=const)
до
пересечения
с
изотер
мой
t
1
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+с
п
t
2
-4,19t;п
кДж
.
где
г-
скрытая
теплота
испарения
(по
справочным
данным
г=
=2260
кДж/кг);
118
с
п
-
удельная
теплоемкость
водяного
пара
[по
справочным
данным
с
п
=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'
(t
2
-
t
o
)
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
Пр
иходные
теплоты
Расходные
статьи
статьи
кДж
I
%
Теплота
топоч-
На
испарение
влаги
ных
газов.
2763
100
и
подогрев
водяных
паров
На
подогрев
сухой
Итого
2763
100
массы
На
подогрев
остаточ-
ной
влаги
Потери
теплоты
в
ок-
ружающую
среду
Неучтенные
потери
На
подогрев
сухой
части
отходящих
газов
И
тог
о
Невязка
баланса
составляет
2777-2763
2777
·100=0,55%,
I<оличество
теплоты
кДж
I
%
2333 90,1
85
3,23
11
0,42
139
5,3
25
0,95
195
15,2
27771
100
что
близко
к
разрешающей
способности
счетной
линей
ки.
С
учетом
неточностей,
неизбежных
при
графическом
119