3.2. Сокращенный тепловой расчет сушильного барабана.

Сокращенный тепловой расчет сушильного барабана выполняется при соответствующем указании в задании. Последовательность выполнения расчета соответствует последовательности отдельных разделов и параграфов данных методических указаний.

3.2.1. Определение основных размеров сушильного барабана при сокращенном тепловом расчете.

Наименование	Формула
Требуемый объем сушильного барабана. Влагосъем g с 1 м3 барабана в час. песок 60-100 кг/м3 час глина 30-50 кг/м3 час шлак 40-60 кг/м3 час известняк 30-65 кг/м3 час	При высоких начальной и конечной влажности принимать максимальное значение влагосъема. При Wк 1% принимать минимальное значение.
Часовое количество продуктов горения и дополнительного воздуха, м3/ч.
Часовое количество испаряемой влаги, м3/ч.
Часовое количество газов, выходящих из барабана при tкд, м3/ч.
Требуемый диаметр барабана, м. Скорость газов Wtг принимать 0.7-2м/сек. Коэффициент заполнения =10-20 %.
Длина барабана, м. Если расчетные размеры сушильного барабана (Lб и Dб) не совпадают с размерами, указанными в табл. 1 или по заводскому прейскуранту, длину и диаметр барабана принимают ближайшие к расчетному.

Пример расчета сушильного барабана.

Тепловой расчет сушильного барабана для сушки глины. Производительность по сухой глине G = 3.0 т/ч. Относительная влажность: начальная W_н=24%, конечная W_к=4%. Топливо – природный газ. Состав влажного (рабочего) топлива в процентах: СО₂ – 0.9; СН₄ - 88,41; С₂Н₆ – 5.53; С₃Н₈ – 1.97; С₄Н₁₀ – 0.37; С₅Н₁₂ – 0.11; N₂ – 1.5; Н₂О – 1.21. Температура топлива – 10 °С. Размер кусков глины от 2 мм до 40 мм Средний расчетный размер – 15 мм.

А. Расчет процесса горения топлива произведен по обычной методике. Коэффициент избытка воздуха =1.2. Теплотворная способность топлива Q_н^р=37357 кДж/м³. Количество воздуха, необходимое для горения топлива U_=1.2^д=11.96 м³/м³. Количество продуктов горения U_=1.2^в=13.02 м³/м³. Состав продуктов горения в процентах: СО₂ – 8.32; Н₂О – 15.75; О₂ – 3.22; N₂ – 72.71.

Температура смеси продуктов горения и воздуха, поступающей в сушильный барабан принимаем 700 °С. Рециркуляция газов и подогрев воздуха отсутствуют. Температура воздуха, поступающего для горения топлива и для разбавления продуктов горения, принимаем t₁^в=t₂^в=20 °С.

Теплоемкость продуктов горения, рассчитанная по составу продуктов горения при 700 °С, равна С₇₀₀^д=1.464 кДж/м³град. Теплоемкость воздуха при 20 ° – С₂₀^в=1.298; при 700 ° – С₇₀₀^в=1.3712 кДж/м³град. Тепловой коэффициент полезного действия топки принять h_т=0.94. Количество дополнительного воздуха, поступающего для разбавления продуктов горения по формуле (А-9):

Б. Расчеты для составления теплового баланса сушильного барабана по формулам раздела Б.

Часовое количество испаряемой влаги:

Часовое количество влаги, остающейся в высушенном материале:

Часовое количество влаги, находящейся в глине, поступающей в сушильный барабан:

Часовое количество абсолютно сухой глины:

По табл. 1 по часовому количеству испаряемой влаги выбираем сушильный барабан диаметром D_б=1.6 м. Длина барабана 8, 10, и 12м.

Температуру глины, поступающей в барабан t_н^м=10 °, выходящей из барабана t_к^м=80 °С.

Температура смеси продуктов горения и воздуха, поступающей в барабан t₁^см=700 °С, выходящей из барабана (с добавкой водяных паров) t_к^д=100 °С.

Средняя разность температур между газами и высушиваемой глиной:

Средняя температура газов в сушильном барабане:

В дальнейших расчетах принимаем t_ср^д=235 °С. Коэффициент теплоотдачи от газов к корпусу барабана:

Ориентировочные температуры наружной поверхности барабана

Принимаем t_ор^а=130 °С и t_ор^б=140 °С.

Коэффициент теплоотдачи ₂:

Аналогично рассматриваем ₂^б=16.79 Вт/м²град.

Тепловой поток от наружной поверхности корпуса барабана при t_ор^а и t_ор^б

q^а=₂^а(t_ор^а -t^в)=16.23(130-20)=1785.3 Вт/м²

q^б=16.79(140-20)=2014.8 Вт/м²

Действительная температура наружной поверхности корпуса барабана:

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности корпуса барабана при t_н=138.5 °С равен ₂=16.72 Вт/м²град.

В. Тепловой баланс сушильного барабана.

Расчет по формулам раздела В.

Тепловой баланс сушильного барабана составляем за 1 час его работы.

Приход тепла:

1. Потенциальное тепло топлива

q₁^п=Q_н^р ∙Х=37357∙Х кДж/ч

2. Физическое тепло топлива

q₂^п=Х∙С_т∙t_т=Х∙1.6∙10=16Х кДж/ч

Теплоемкость топлива рассчитана по составу природного газа при t_т=10 °С.

3. Тепло, вносимое воздухом, поступающим в топку для горения топлива и для разбавления продуктов горения:

q₃^п=Х(U_^вС₁^вt₁^в+U_доп^вС₂^вt₂^в)=

=Х(11.96∙1.298∙20+23.64∙1.298∙20)=924∙Х кДж/ч.

4. Тепло, вносимое влажной глиной:

q₄^п=(G_ccC_м+G_вл^нС_Н2О)t_н^м=

=(2880∙0.8+909.5∙4.19)10=61150 кДж/ч

Общий приход тепла

Q^п=q^п=61150+38297∙Х кДж/ч

Расход тепла:

1. Расход тепла на испарение влаги и на нагрев водяных паров:

q₁^р=G_вл(2495+1.97t_к^д)=

=789.5(2495+1.97∙100)=3525117.5 кДж/ч

2. Тепло, уносимое глиной:

q₂^р=(G_ccC_м+G_вл^кС_Н2О)t_к^м=

=(2880∙0.88+120∙4.19)80=242976 кДж/ч

3. Тепло, уносимое продуктами горения и дополнительным воздухом (С^д и С^в рассчитываются при t_к^д=100 °С):

q₃^р=Хt_к^д(U_^д∙С^д+U_доп^вС^в)=Х∙100(13.02∙1.363+23.64∙1.3005)=4849∙X кДж/ч

4. Недожог топлива:

q₄^р=Х∙А%/100∙Q_н^р=Х∙0.1/100∙37357=37.4∙Х кДж/ч

5. Потери тепла через ограждения топки

q₅^р=Х∙m∙Q_н^р=Х∙0.06∙37357=2241∙Х кДж/ч

6. Потери тепла через корпус барабана (значение ₁- значение коэффициента теплообмена при t_ср^д, ₂ - значение коэффициента теплообмена при t_н):

7. Неучтенные потери тепла:

q₇^р=0.1 Q^п=0.1(61150+38297∙Х)=6115+3829.7∙Х кДж/ч

Общий расход тепла

Q^р=q^р=4175645.5+10957.1∙Х кДж/ч

Часовой расход топлива

Q^р=Q^п

61150+38297∙Х=4114495.5+10957.1∙Х

Х=150.5 м³/ч

Удельный расход тепла на испарение 1 кг влаги

Тепловой баланс сушильного барабана кДж/ч.

Приход тепла:

№	Статьи прихода тепла		кДж/ч		%
1	Потенциальное тепло топлива q1п		5622228.5		96.53
2	Физическое тепло топлива q2п		2048		0.04
3	Теплосодержание воздуха, идущего для горения топлива и для разбавления продуктов горения q3п		139062		2.38
4	Теплосодержание глины q4п		61150		1.05
Итого приход тепла:		5824488.5		100

Расход тепла:

№	Статьи расхода топлива		кДж/ч		%
1	Расход тепла на испарение влаги и на нагрев водяных паров q1р		3525117		60.53
2	Теплосодержание глины, выходящей из барабана q2р		242947		4.17
3	Теплосодержание продуктов горения и дополнительного воздуха, выходящих из барабана q3р		729774.5		12.53
4	Недожог топлива q4р		5628.7		0.09
5	Потери тепла через ограждения топки q5р		337270.5		5.79
6	Потери тепла через корпус барабана q6р		401437		6.89
7	Неучтенные потери q7р		582484.9		10.0
Итого расход топлива:		3878092		100

Неувязка теплового баланса 200 кДж/ч - 0.004 %.

Г. Расчет коэффициента теплообмена.

Коэффициент заполнения барабана принимаем =15 %.

Площадь поперечного сечения барабана с учетом коэффициента заполнения:

Часовое количество дополнительного воздуха и продуктов горения:

U_см=X (U_^д – U_доп^в)=150.5 (13.02+23.64)=5517.3 м³/ч

Объем часового количества влаги, удаляемой из глины:

U_вл=G_вл/0.804=789.5/0.804=982 м³/ч

Часовое количество газов, выходящих из барабана:

U_г=U_см+U_вл=5517.3+982=6499.3 м³/ч

Условная скорость газов при выходе из сушильного барабана:

Средняя скорость газов в сушильном барабане при средней температуре t_ср^д:

Абсолютная влажность глины:

начальная

конечная

Для расчета поправочного коэффициента K_c принимаем М=26 и N=35.

Поправочный коэффициент K_с равен

Расчетный размер куска глины 10 мм.

Объемный коэффициент теплообмена от газов к материалу

Д. Определение размеров барабана.

Количество тепла, передаваемое от газов к материалу:

Q_м= q₁^р+q₂^р+q₄^п=3525117.5+242947+61150=3829214.5 кДж/ч

Требуемый объем сушильного барабана:

Длина барабана:

Принимаем барабан длиной L_Б=12 м

Теплоотдающая поверхность барабана

F_пб=D_бL_б=∙1.6∙12=60.29 м³

Отношение

Принято в расчете n=22. Разница в n составляет 7%.

Удельный влагосъем составляет:

Расчет размеров топки произведен по тепловому напряжению топочного пространства с учетом установки горелок типа ГНП.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Теплоемкость сухих материалов	кДж/кг∙град
Песок	С=0.84
Глина огнеупорная	С20=0.8 С100=0.88
Известняк	С=0.825+0.0004t
Мел	С20=0.84 С100=0.92
Шлак	С20-100=0.754
Диатомит	С20=0.83 С100=0.88
Каменные угли	С20-100:
Антрацит	0.92
Тощие	1.00
Бурые	1.13
Каменные угли других марок	1.09