РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СУШКИ КИРПИЧА-СЫРЦА И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС СУШИЛКИ

4. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СУШКИ КИРПИЧА-СЫРЦА И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС СУШИЛКИ

Тепловые потери из печи с охлаждающим воздухом самые большие и составляют 27,16% в тепловом балансе печи. Нагретый воздух как вторичный энергетический ресурс должен быть использован. Тепло воздуха можно использовать в сушилках, то есть на технологические цели.

Производительность сушила в соответствии с заданной производительность печи Р_г = 9 млн. шт в год. В переводе на массу Р_г^м = 33000 т/год. Начальная относительная влажность изделий = 22%. Конечная относительная влажность после сушки = 7,5%.

Сушка производится горячим воздухом, отбираемым из зоны охлаждения туннельных печей. Начальную температура воздуха при входе в сушило принимаем t_н = 120⁰С.

1). Для определения часовой производительности сушила принимаем: количество рабочих дней в году – 350, брак при сушке и обжиге  = 2%. Тогда часовая производительность по обжигаемым изделиям будет равна:

 кг/ч, (3.1)

где 24 – число часов в сутках;

кг/ч.

Если потери при прокаливании в процессе обжига составляют = 2%, то часовая производительность сушила по сухой массе составит:

 кг/ч, (3.2)

 кг/ч.

Поступает в сушило влажных изделий

 кг/ч, (3.3)

кг/ч.

Выходит из сушила высушенных изделий

 кг/ч, (3.4)

 кг/ч.

2). Часовое количество испаряемой влаги:

 кг/ч, (3.5)

кг/ч.

3). Расход сухого воздуха для теоретического процесса сушки.

Начальные параметры воздуха, поступающего в сушило, t_н = 120⁰С. Влагосодержание d_н находится по I-d диаграмме [1] для летних условий t_воз = 20⁰С,  (точка А). Получаем d_н = 12 г/кг сух. воз. и теплосодержание I_воз = 56 кДж/кг сух. воз. Схема расчета по I-d диаграмме дана на рис. 3.1.

При повышении температуры воздуха в зоне охлаждения печи до t_н = 120⁰С его влагосодержание не изменяется, а теплосодержание повышается до I_н = 156 кДж/кг сух. воз. (точка В).

Теоретический процесс сушки, изображенный линией ВС (рис.3.1), заканчивается при d₂ = 41 г/кг сух. воз. Точка С находится на пересечении линии I_н = const с линией t_к = const, задаемся t_к = 40⁰С.

Расход сухого воздуха при теоретическом процессе сушки находим по формуле

 кг сух. воз./ч , (3.6)

кг сух. воз./ч.

4). Потери теплосодержания воздуха в процессе сушки. Для расчета действительного процесса сушки определяем расход тепла в сушиле на нагрев материала, потери тепла в окружающую среду и тепло аккумулированное кладкой сушила.

Продолжительность сушки изделий принимаем 72 часа. Ширина сушильной камеры b = 1,4 м, длина камеры l = 17,8 м, высота h = 3 м. Сушило состоит из 30 камер.

Стены и свод сушила выполнены из красного кирпича, толщина стен R_ст = 0,24 м, толщина свода R_св = 0,12 м.

Общая ширина сушила:

 м, (3.7)

м.

Расход тепла на нагрев изделий в сушиле определяем по формуле

 кДж/ч, (3.8)

где с_м – теплоемкость высушенного материала

 кДж/кг·⁰С, (3.9)

где с_с – теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/кг·⁰С;

с_с = 0,921 кДж/кг·⁰С;

 кДж/кг·⁰С;

t_к и t_н – конечная и начальная температуры кирпича при сушке, t_к = 90⁰С,

t_н = 35⁰С;

 кДж/ч.

Потери тепла в окружающую среду через стены, потолок и двери определяем по формуле

 кДж/ч, (3.10)

где k – коэффициент теплопередачи, который определяем по формуле

 Вт/м²·⁰С, (3.11)

где - коэффициент теплоотдачи внутри сушила от движущегося сушильного агента к стенкам камеры, для садки изделий на этажерках при низких температурах = 5,2 Вт/м²·⁰С;

S₁ – толщина стенки, S₁ = R_ст = 0,24 м;

- коэффициент теплопроводности кирпичной стенки, = 0,5 Вт/м·⁰С;

- коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающую среду, определяем по номограмме для = 15⁰С [1], = 10 Вт/м²·⁰С;

t_ср – средняя температура сушильного агента, ⁰С;

t_окр – температура окружающей среды, t_окр = 20⁰С;

F – теплоотдающая поверхность стенок.

 м² , (3.12)

 м²,

 Вт/м²·⁰С.

Потери тепла через стены

 кДж/ч.

Находим поверхность потолка для определения потерь через свод:

 м², (3.13)

 м².

Коэффициент теплопроводности красного кирпича = 0,5 Вт/м·⁰С.

Коэффициент теплоотдачи = 11,4 Вт/м²·⁰С.

Коэффициент теплопередачи по формуле (3.11)

 Вт/м²·⁰С.

Потери тепла через потолок по формуле (3.10)

 кДж/ч

Определяем потери тепла через дверки, выполненных из дерева толщиной

R = 50 мм. Коэффициент теплопроводности = 0,16 Вт/м·⁰С.

Поверхность дверок:

 м², (3.14)

 м².

Коэффициент теплопередачи по формуле (3.11)

 Вт/м²·⁰С.

 кДж/ч.

Суммарные потери тепла в окружающую среду составят:

 кДж/ч, (3.15)

 кДж/ч.

Теплота аккумуляции определяется по формуле

 кДж/ч, (3.16)

где G_кл – масса кладки, аккумулирующая тепло

 кг, (3.17)

где  , (3.18)

 , (3.19)

где  - толщина слоя аккумуляции,  = 0,06 м;

- плотность кирпича, = 1800 кг/м³;

с_н , с_к – теплоемкости кирпичных стен и свода при t_н , t_к; с_н = 0,848 кДж/кг·⁰С, с_к = 0,866 кДж/кг·⁰С;

t_н = 40⁰С, t_к = 110⁰С – начальная и конечная температуры стен и свода;

- время сушки (аккумуляции);

Суммарные потери тепла в сушилке:

 , (3.20)

кДж/ч.

Потери теплосодержания воздуха в сушиле

 кДж/кг сух. воз., (3.21)

 кДж/кг сух. воз.

5). Действительный расход воздуха на сушку определяем с помощью I-d диаграммы. Для этого по I-d диаграмме от т.С вниз откладываем величину I_пот = 36,47 кДж/кг сух. воз. Действительный процесс сушки изображается линией ВЕ. Конечные параметры сушильного агента t_к = 40⁰С, = 55%, d_к = 34 г/кг сух. воз.

Действительный расход воздуха на сушку

 кг сух. воз./ч, (3.22)

 кг сух. воз./ч=8,64 м³(н)/с

Количество воздуха, подаваемого в сушило при t_воз = 20⁰С и V = 0,86 м³/кг сух. воз. [1] (приложение 40), составит:

 м³/ч, (3.23)

м³/ч

При температуре t = 120⁰С действительный расход воздуха равен:

 м³/ч.

Количество отработанного воздуха, удаляемого из сушила при t_к = 40⁰С, находим по формуле

 м³/ч, (3.24)

где  кг/ч;

- плотность отработанного воздуха, = 1,3 кг/м³;

м³/ч.

6). Расход тепла на сушку находим по формуле

 кДж/ч, (3.25)

где t_м – температура материала, поступающего в сушило;

 кДж/ч.

7). Составим тепловой баланс сушила (табл.3.1).

Тепло, уходящее с отработанным воздухом

 кДж/ч, (3.26)

кДж/ч.

Тепло на испарение и нагрев влаги материала

 кДж/ч, (3.27)

 кДж/ч.

Таблица 4.1 Тепловой баланс сушилки после реконструкции (2% брака)

№ п/п	Статьи теплового баланса	Количество тепла
		кДж/ч	%
	Приход тепла
1	Количество тепла, необходимое для сушки	3,4726×106	100,00
	Расход тепла
1	Нагрев материала qм	272572,26	7,49
2	Потери в окружающую среду qокр	475312	13,07
3	Испарение и нагрев влаги qисп	1914379,6	52,63
4	Тепло на аккумуляцию qакк	244875	6,73
5	Тепло с уходящим воздухом qух	730452,5	20,08
	Итого	3,6376×106	100,00

8). Расчет горения топлива в подтопке (аналогично п.2.2)

Состав топлива:

СН₄ = 98,49%

С₂Н₆ = 0,51%

С₃Н₈ = 0,17%

С₄Н₁₀ = 0,05%

N₂ = 0,75%

CO₂ = 0,03%

Всего: 100%

Расход окислителя на горение топлива

.

Теоретически максимально необходимый для полного горения единицы топлива расход воздуха

.

Действительный расход воздуха:

.

Продукты горения

 ;

;.

.

Теплота сгорания топлива

кДж/м³(н).

Выход продуктов горения

.

Процентный состав продуктов горения

,

,

,

.

9). Приводим окончательный вариант итерационного расчета параметров воздуха, необходимых для сушки.

Количество воздуха, подаваемого в сушилку из зоны охлаждения печи, недостаточно для сушки. Поэтому дополнительно используют подтопок. В подтопке установлена горелка для сжигания природного газа. Также в подтопок нагнетается воздух, необходимый для разбавления продуктов горения до нужной температуры. Смесь воздуха и продуктов горения смешивается с горячим воздухом, идущим от печи. Таким образом, обеспечиваются необходимые параметры воздуха для сушки кирпича-сырца (рис.3.2)

Действительный объем воздуха, необходимый для сушки,  м³/с. Учитывая потери в сушилке (~ 20%) объем воздуха  м³/с.

Объем смеси от подтопка

 м³/с, (3.28)

где  - объем воздуха, необходимый для сушки,  м³/с;

- объем воздуха, отбираемый в зоне охлаждения печи, = 3,13 м³/с;

 м³/с.

Объем продуктов горения в подтопке

 м³/с, (3.29)

где V_пг – выход продуктов горения (из горения топлива в подтопке);

В – расход газа в горелке подтопке, принимаем В = 52 м³/ч;

 м³/с.

Рассчитываем объем воздуха, подаваемого в подтопок по формуле

 м³/с, (3.30)

 м³/с

Определим температуру смеси в подтопке из уравнения:

 , (3.31)

где с_пг – теплоемкость продуктов горения при t_пг = 1500⁰С, с_пг = 1,587 кДж/кг·⁰С;

с_в – теплоемкость воздуха при t_в = 20⁰С, с_в = 1,29 кДж/кг·⁰С;

с_дг+в – теплоемкость продуктов горения и воздуха, с_дг+в = 1,375 кДж/кг·⁰С;

при t_пг = 1500⁰С, t_в = 20⁰С.

Выразим t_дг+в из уравнения (3.31), получим

 , (3.32)

⁰С.

Аналогично рассчитываем температуру смеси на входе в сушилку.

 (3.33)

⁰С.

Таким образом, температура смеси соответствует температуре, необходимой для сушки кирпича.

Рис. 3.2. Схема движения теплоносителей от печи и подтопка к сушилу

Примечание: в скобках указаны параметры теплоносителей, полученные в результате расчетов