3.6.4. Определение тепловой нагрузки для расчета калориферов и расхода теплоносителя на сушку

Расчет производится для зимних условий, соответствующих максимальному теплопотреблению лесосушильной камерой.

Для камер периодического действия тепловую нагрузку (мощность калорифера) 𝑄_к, кВт, рассчитывают только на период собственно сушки (без затрат тепла на прогрев древесины):

Максимальный расход пара на сушку , кг/ч, составит:

где 𝑟_o.n - удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Максимальный расход горячей воды на сушку , кг/ч, составит:

где - температура горячей воды на входе в калориферы, ℃(95);

- температура горячей воды на выходе из калориферов, ℃(75).

3.7. Подбор калориферов

Агент сушки нагревают в рекуперативных поверхностных нагревателях, именуемых калориферами. Они относятся к основному виду теплового оборудования и во многом определяют энергетические и экономические показатели лесосушильных камер.

Ранее в камерах довольно широко применялись калориферы из гладких (обычных и биметаллических) труб, а также труб с накатными алюминиевыми ребрами. Однако в последние годы наиболее широко применяются стандартные металлические пластинчатые калориферы.

Коэффициент теплопередачи калорифера (при водяном обогреве) К, Вт/(м²·град), отнесенный к полной внешней поверхности нагрева определяется по формуле:

где р₂w₂ - массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кг/(м∙с);

w₁ - скорость воды в трубках, м/с

А - коэффициент, (А=21,52)

n,m - показатели степени, (n=0,275, m=0,192);

Скорость воды в трубах калорифера, м/с:

где ρ_в – плотность воды, кг/м;

f_{ж.с.к(тепл)} – площадь живого сечения калорифера по теплоносителю.

Аэродинамическое сопротивление ∆ℎ𝐾 Па, калориферов может быть определено по формуле:

Необходимую поверхность нагрева калорифера F_к, м², определяют по формуле:

где 𝑡_т- температура теплоносителя, ℃ ( для воды );

𝑡_c- температура среду в камере, ℃ .

Далее, приняв ориентировочную массовую скорость сушильного агента в живом сечении калорифера р₂w₂ = 4...12 кг/(м²·град), определяют необходимую площадь живого сечения калорифера f₂, м²:

где G₂ – количество нагреваемого сушильного агента, кг/ч (G₂ = G_шт).

Принимаем к установке 5 калориферов марки КВБ №12.

Действительная массовая скорость сушильного агента в живом сечении калорифера, кг/(м²·с)

где f_ф – фактическая площадь живого сечения калорифера, м².

4. Аэродинамический расчет камеры

4.1. Определение потерь напора в кольце циркуляции

Основным требованием, предъявляемым к лесосушильным установкам, является обеспечение равномерного просыхания древесины по всему объему сушильного пространства. Для выполнения этого требования необходимы равномерное распределение сушильного агента по высоте и длине сушильного штабеля, а также значительные скорости сушильного агента по материалы, способствующие достаточно равномерному просыханию древесины по ходу движения агента сушки.

Аэродинамическая схема лесосушильной камеры определяет взаимное расположение элементов внутреннего пространства: калориферов, вентиляторов, экранов рециркуляционных каналов, приточно-вытяжных каналов, а также размеры элементов циркуляционного контура. Поэтому от аэродинамической схемы зависят качество сушки и затраты на ее осуществление.

Рис. 1- Схема контура циркуляции агента сушки в камере УРАЛ-72.

Наименование местных сопротивлений:

2- вентиляторная перегородка;

1 - пластинчатый калорифер;

3; 6; 10; 13- повороты под углом 90º;

5; 8; 11- прямые газоходы;

4; 7; 12 - вход в штабель;

9 - выход из штабеля.

Определение скорости циркуляции агента сушки по каждому участку.

Скорость движения воздуха на каждом участке, м/с:

где V_ц – объем циркулирующего агента сушки, м³/с;

f_ж.с – поперечное сечение канала, свободное для прохода агента сушки, м².

Величина V_ц определяется, исходя из оптимальной скорости движения агента сушки по штабелю и живого сечения штабеля:

Затем производится расчет потерь давления на каждом участке Δh_уч, Па:

где ρ – плотность воздуха, кг/м³;

ω_уч – скорость воздуха на участках, м/с;

ξ – коэффициент сопротивления на участках.

Участок 2. Вентиляторная перегородка.

Поперечное сечение канала, свободное для прохождения агента сушки,:

где D_в - диаметр вентилятора, принимается равным м; n_в - число вентиляторов, работающих в камере, примем равное 1 шт.

Участок 1. Пластинчатые калориферы.

Поперечное сечение канала, свободное для прохождения агента сушки:

где n_к - число установленных в камере калориферов;

f_ж.с.к - живое сечение одного калорифера, м².

Участки 3; 6; 10 и 13. Повороты под углом 90º.

Поперечное сечение канала, свободное для прохождения агента сушки:

где B - ширина бокового газохода на уровне верха штабеля, м;

L - внутренняя длина камеры, м.

Участок 4; 7; 12. Внезапное сужение потока агента сушки (вход в штабель).

Поперечное сечение канала, свободное для прохождения агента сушки:

где f_ж.с.шт - живое сечение штабеля, м²;

n_шт - количество штабелей в камере.

Участок 9. Внезапное расширение потока агента сушки (выход из штабеля).

Поперечное сечение канала, свободное для прохождения агента сушки:

Сопротивление штабеля, уложенного на прокладках без шпаций, при движении воздуха вдоль прокладок Δh_шт, Па, рассчитывается по формуле

где ω_шт – скорость движения воздуха перед входом в штабель, м/с;

ξ_шт – коэффициент сопротивления штабеля.

где S – толщина доски, мм;

а – толщина прокладки, мм;

В – ширина штабеля, мм.

Рабочее давление вентилятора Н_раб, Па, определяется как сумма величин сопротивлений движению воздуха:

Таблица 3 - Подсчет местных сопротивлений в контуре циркуляции агента сушки сушильной камеры.

Номер участка	Плотность воздуха, ρ, кг/м3	Живое сечение, f, м2	Скорость агента сушки, ω, м/с	Коэффициент местного сопротивления, ξ	Сопротивление участков, Δhуч, Па
2	1,008	0,8	14	0,8	79,03
1	1,008	4,32	2,6	0,13	50,25
3, 6, 10, 13	1,008	2,1	5,3	1,1	15,7
4, 7, 12	1,008	5,6	2,0	0,13	0,26
9	1,008	5,6	2,0	0,16	0,08
8	1,008	5,6	2,0	26,6	13,4
Нраб					158,72

Поскольку характеристики вентиляторов составляют для воздуха при стандартных условиях (t = 20 ºC, ρ = 1,2 кг/м³), расчетный напор пересчитывают в характеристический Н_хар, Па:

где ρ – фактическая плотность воздуха, кг/м³