3.2 Расчет конвективной сушильной установки для сушки первого слоя грунта [7]
а) Определение размеров сушильной камеры.
Ширина транспортного проема
b1 = b + 2*b2, (3.31)
где b – ширина изделия, b = 1,62 м;
b2 – зазор по ширине между изделием и проемом, b2 = 0,15 м [1].
b1 = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м ≈ 2 м.
Высота транспортного проема
h1 = h + 2*h2, (3.32)
где h – ширина изделия, h = 1,42 м;
h2 – зазор по высоте между изделием и проемом, h2 = 0,1 м [1].
h1 = 1,42 + 2*0,1 = 1,62 м ≈ 1,7 м.
Ширина камеры (с учетом размещения воздуховодов)
В = b + bвоз, (3.33)
где bвоз – зазор по ширине между изделием и стенкой установки равный 0,7 м в соответствии с ГОСТ 23093–78.
В = 1,68 + 2*0,7 = 3,08 м ≈ 3,1 м.
Длина камеры
L = τ*υ + 2*LT, (3.34)
где τ – время сушки, τ = 30 мин;
υ – скорость конвейера, υ = 1,2 м/мин;
LТ – длина тамбура, LТ = 1,5м.
L = 1,2*30 +2*1,5 = 39 м.
Высота камеры
Н = h + 0,8 + 1,32; (3.35)
Н = 1,42 + 0,8 + 1,32 = 3,54 м ≈ 3,6м.
Размеры проема в месте прохождения конвейера с учетом размеров каретки
bз = 0,3 м; hз = 0,4 м.
Площадь транспортного проема
Fпр = b1*h1 + (b1 + bз)/2*(1,32 – h2 – hз) + bз*bз; (3.36)
Fпр = 2*1,7 + (2 + 0,3)/2*(1,32 – 0,1 – 0,4) + 0,3*0,4 = 4,7 м2.
Поверхность стен сушильной камеры
F1 = 2*(L + B)*H – 2*Fпр; (3.37)
F1 = 2*(39 +3,1)*3,6 – 2*4,7 = 294 м2.
Поверхность потолка и пола сушильной камеры
F2 = 2*L*B; (3.38)
F2 = 2*39*3,1 = 242 м2.
Поверхность наружных воздуховодов
F3 = 2*L; (3.39)
F3 = 2*39 = 78 м2.
б) Расход теплоты в сушильной камере.
Тепловые потери через внешние ограждения камеры
W1 = (F1*k1 + F2*k2 + F3*k3)*(tc – tн), (3.40)
где tс – температура сушки, tс = 180 °С;
tн – температура воздуха в цехе, tн = 15°С.
В качестве теплоизоляции выбираем минеральную вату (слой толщиной 0,08 м). Тогда коэффициенты теплопередачи [1, с. 217], кДж/(м2*ч*°С)
k1 = k2 = 3,73; k3 = 7,54.
W1 = (294*3,73 + 242*3,73 + 78*7,54)*(180 – 15) = 294489 кДж/ч.
Расход тепла на нагрев изделий и транспорта
W2 = Gизд*сизд*(t2изд – tн) + Gтр*стр*(t2тр – tн), (3.41)
где Gизд – производительность установки по массе изделий, Gизд=18000 кг/ч; сизд, стр – удельная теплоемкость изделий и транспорта, сизд = стр = 0,48 кДж/(кг*°С); Gтр – производительность установки по массе транспортных средств, Gтр = 3800 кг/ч; t2изд и t2тр – соответственно, температура изделия и транспорта на выходе из сушильной камеры.
Значения t2изд и t2тр рассчитываем по формуле (3.42)
τ = S*ρ*cизд/(k*α)*2,3*lg[(tc – tн)/(tc – t2)] , (3.42)
где S – толщина нагреваемого изделия, м;
ρ – плотность нагреваемого изделия, ρ = 7800 кг/м3;
k – коэффициент формы, k = 1;
α – коэффициент теплоотдачи от воздуха к изделию, (принимаем α = 29,3 кДж/(м2*ч*°С)) [1, с. 217];
t2 – температура изделия при выходе изделия из камеры, °С.
Учитывая, что Sизд = 0,0014 м; Sтр = 0,005 м, тогда
0,5 = 0,0014*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(180 – 15)/(180 – t2изд)];
0,5 = 0,005*7800*0,48/(1*29,3)*2,3*lg[(180 – 15)/(180 – t2тр)].
Решая эти уравнения, получим
t2изд = 170 °C и t2тр = 105°С.
W2 = 18000*0,48*(170 – 15) + 3800*0,48*(105 – 15) = 1503360 кДж/ч.
Расход теплоты на нагрев и испарение воды с изделий
W3 = Gв*[cв*(tc – tн) + r], (3.43)
где Gв – масса воды, поступающая с изделиями в камеру, кг/ч;
r – теплота испарения воды, r = 2400 кДж/кг [2, с.516].
Gв = Gуд*Fизд, (3.44)
где Gуд – масса воды на 1 м2 поверхности изделия (в зависимости от группы сложности изделия принимают Gуд = 0,05…0,15), кг/м2;
Fизд – производительность установки по обрабатываемой поверхности изделий, Fизд = 4800 м2/ч.
Gв = 0,1*4800 = 480 кг/ч.
W3 = 480[4,19*(180 – 15) + 2400] = 1483848 кДж/ч.
Расход теплоты на нагрев свежего воздуха
W4 = Gвоз*своз*(tc – tн), (3.45)
где Gвоз – масса воздуха, врывающегося через открытый проем в сушильную камеру, кг/ч;
своз – удельная теплоемкость воздуха, своз = 1 кДж/(кг*°С).
Масса воздуха, врывающегося через открытые проемы Gвоз, при наличии воздушных завес, если принято, что Gзав/Gвоз = 1 (где Gвоз = Gзав – масса воздуха подаваемого на воздушную завесу) рассчитывается по формуле (3.46) [1, с. 235]
Gвоз = Gзав = 2/3*3600*μ*b1*hнл*(2*g*hнл*(ρн – ρвн)*ρсм)0,5, (3.46)
где μ – коэффициент расхода воздуха через проем при наличии завесы;
hнл – расстояние от нейтральной линии до низа проема, м;
ρн, ρвн, ρсм – соответственно плотность воздуха в цехе, в установке и проеме, кг/м3.
Коэффициент μ зависит от типа завесы (односторонняя или двухсторонняя), а так же от соотношения Gзав/Gвоз и Fщ/Fпр (где Fщ – площадь щели завесы, через которую выходит воздух, м2) и угла выхода струи завесы к плоскости проема.
Для расчета принимаем: размеры щели воздушной завесы 2,42 x 0,015 м (завесу устанавливаем по всей высоте проема с двух сторон); угол выхода струи завесы к плоскости проема α = 45°; температура смеси в проеме 75 °С. Тогда плотность воздуха будет равна, кг/м3 ρн = 1,226; ρвн = 0,946; ρсм = 1,013 [2, с.10].
Fщ/Fпр = 2*b́/b́́́ ́, (3.47)
где b́ – ширина щели, м;
b́ ́ – приведенная ширина проема, м.
b́́ ́ = Fпр/hпр, (3.48)
где hпр – суммарная высота проема, м.
hпр = 1,32 + h + h2; (3.49)
hпр = 1,32 + 2,42 + 0,1 = 3,84 м.
b́́ ́ = 4,7/3,84 = 1,22 м.
Fщ/Fпр = 2*0,015/1,22 = 1/40,6.
Расстояние от нейтральной линии до низа проема
hнл = Fпр/2*b1; (3.50)
hнл = 4,7/2*2 = 1,8 м.
С учетом вышеуказанных условий получаем μ = 0,160 [4, с.40].
Gвоз = Gзав = 2/3*3600*0,160*2*1,18*(2*9,81*1,18*(1,226 – 0,946)*1,013)0,5 = 2322 кг/ч.
Расход воздуха через два проема
Ǵвоз = 2*Gвоз = 2*2322 = 4644 кг/ч.
Объемный расход воздуха через два проема
Vвоз = Ǵвоз/ρвоз, (3.51)
где ρвоз – плотность воздуха, ρвоз = 1,226 кг/м3.
Vвоз = 4644/1,226 = 3788 м3/ч.
W4 = 4644*1,0*(180 – 15) = 766260 кДж/ч.
Общий расход теплоты
∑W = (W1 + W2 + W3 + W4)*kз, (3.52)
где kз – коэффициент запаса, kз = 1,2 [1, с. 218].
∑W = (294489 + 1503360 + 1483848 + 766260)*1,2 = 4857549 кДж/ч.
в) Расчет горения топлива.
Теоретический объем продуктов сгорания при сжигании 1 м3 газа
Vог = 1,14*Qнр/(4,19*1000) + 0,25, (3.53)
где Qнр – теплота сгорания газа, Qнр = 35200 кДж/м3.
Vог = 1,14*35200/(4,19*1000) + 0,25 = 9,83 м3/м3.
Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания 1 м3 газа
Vов = 1,09*Qнр/(4,19*1000) – 0,25; (3.54)
Vов = 1,09*35200/(4,19*1000) – 0,25 = 8,9 м3/м3.
Действительный объем воздуха, подаваемый для сжигания 1 м3 газа
Vв = α* Vов, (3.55)
где α – коэффициент избытка воздуха, α = 1,05…1,15 [1, с. 220].
Vв = 1,15*8,9 = 10,2 м3/м3.
Действительный объем продуктов сгорания
Vг = Vог + (α – 1)*Vов; (3.56)
Vг = 9,83 + (1,15 – 1)*8,9 = 11,17 м3/м3.
Удельная энтальпия продуктов сгорания
Iпс = (Qнр*η)/Vг, (3.57)
где η – КПД топки, η = 0,8.
Iпс = 35200*0,8/11,17 = 2521 кДж/м3.
Количество воздуха, необходимое для разбавления 1 м3 дымовых газов до температуры сушильного агента (принимаем температуру сушильного агента tса = 400 °С)
X = (Iпс – Iпг)/(Iв – 1,3*tн), (3.58)
где Iпг, Iв – соответственно энтальпия продуктов горения и воздуха, при tса = 400 °С, кДж/м3.
X = (2521 – 564)/(535,9 – 1,3*15) = 3,8 м3/м3.
Расход воздуха на разбавление дымовых газов, получаемых при сгорании 1м3 газа
Vсм = Vг*Х; (3.59)
Vсм = 11,17*3,8 = 42,5 м3/м3.
Количество воздуха, идущее на горение и разбавление дымовых газов
Vα = Vв + Vсм; (3.60)
Vα = 10,2 + 42,5 = 52,7 м3/м3.
г) Подбор вентиляторов, топки и горелок.
Объем свежего сушильного агента, поступающего из топки
Vса = ∑W/(Iса – Iух), (3.61)
где Iса – энтальпия сушильного агента (принимаем равной энтальпии воздуха при температуре tса = 400 °С, кДж/м3);
Iух – энтальпия газовоздушной смеси на выходе из сушильной камеры (при температуре сушки tс = 180 °С), кДж/м3.
Vса = 4857549/(535,9 – 143,4) = 12376 м3/ч.
Объем продуктов сгорания газа, необходимый для ведения процесса
Vпс = Vса*( Iса – 1,3*tн)/( Iпс – 1,3*tн); (3.62)
Vпс = 12376*(535,9 – 1,3*15)/(2521 – 1,3*15) = 2555 м3/ч.
Объем рециркулируемой газовоздушной смеси
Vрец = Vса*(Iса – Iгс)/(Iгс – Iух), (3.63)
где Iгс – энтальпия сушильного агента в момент смешения с рециркулируемой газовоздушной смесью (tгс = tс + 20…30 °С, принимаем tгс = 200 °С, тогда Iгс = 183 кДж/м3 ).
Vрец = 12376*(535,9 – 183)/(183 – 143,4) = 110290 м3/ч.
Производительность рециркуляционного центра
Vрец.ц = (Vрец. + Vса)*(273 + tгс)/(273 + tн); (3.64)
Vрец.ц = (110290 + 12376)*(273 + 200)/(273 + 15) = 201462 м3/ч.
Производительность вытяжного центра
Vвц = (Vвоз + Vса)*(273 + tух)/(273 + tн); (3.65)
Vвц = (3788 + 12376)*(273 + 180)/(273 + 15) = 25425 м3/ч.
На сушилке устанавливаем два рециркуляционных вентилятора. Принимаем напор вентиляторов Р = 800 Па.
Выбираем рециркуляционный вентилятор Ц4 – 76 №16 со следующей характеристикой [6, с.155]
Q = 103000 м3/ч; Р = 800 Па; η = 0,72; ω = 60 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле (3.17)
N = 103000*800*1,1/(3600*1000*0,72*0,96*0,95) = 38,3 кВт.
Выбираем электродвигатель АО2–91–8 [6, с.173].
N = 40 кВт; n = 750 мин-1.
На сушилке устанавливаем два вытяжных вентилятора, которые одновременно подают воздух на воздушные завесы. Производительность одного вентилятора
V1 = (Vзав + Vвоз + Vса)*(273 + tух)/((273 + tн)*2); (3.66)
V1 = (3788 + 3788 + 12376)*(273 + 180)/((273 + 15)*2) = 15691 м3/ч.
Принимаем напор вентиляторов Р = 800 Па.
Выбираем вентилятор Ц4–76 №8 со следующей характеристикой [6, с.152]
Q = 16000 м3/ч; Р = 800 Па; η = 0,84; ω = 100 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле
N = 16000*800*1,1/(3600*1000*0,84*0,95*0,96) = 5,1 кВт.
Выбираем электродвигатель АО2–51–6 [6, с.173]
N = 5,5 кВт; n = 1000 мин-1.
Расход газа в сушильной установке
В = Vпс/Vг; (3.67)
В = 2555/11,17 = 229 м3/ч.
Объем топки
Vт = B*Qнр/(4*106); (3.68)
Vт = 229*35200/(4*106) = 2 м3.
Принимаем к установке круглую топку
Для сжигания газа выбираем 4 горелки инжекциооные [5, с.216] с производительностью 20 – 60 м3/ч.
Расход воздуха, подаваемого в топку на горение и смешение
Vвт = Vα*B; (3.70)
Vвт = 52,7*229 = 12068 м3/ч.
Принимаем напор вентилятора Р = 2500 Па.
Выбираем вентилятор ЦП7–40 №6,3 со следующей характеристикой [6, с.165]
Q = 12100 м3/ч; Р = 2500 Па; η = 0,5; ω = 200 с-1.
Требуемую мощность электродвигателя рассчитываем по формуле
N = 12100*2500*1,1/(1000*3600*0,5*0,96*0,95) = 20,3 кВт
Выбираем электродвигатель типа АО2–71–2 [6, с.173]
N = 22 кВт; n = 3000 мин-1.
0 комментариев