Расчет сушилки с кипящим слоем

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ Участок производства слюдяной массы Продукт переработки отходов - молотая слюда флогопит Измельчение Классификация Сушка Транспортирование материала Технические решения Расчет классификатора Подбор насосов Расчет сушилки с кипящим слоем Тепловой и материальный баланс процесса сушки Тепловой конструктивный расчет М/с Подбор циклона Подбор газодувки Расчет толщины обечайки Расчет штуцеров и подбор фланцев МПа < 0,9∙540 = 486 МПа,(4.1.5.3.17) СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ Экологическая безопасность РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

184445

знаков

таблиц

изображений

Подбор насосов Читать далее: Тепловой и материальный баланс процесса сушки

3.5 Расчет сушилки с кипящим слоем

3.5.1 Материальный и тепловой баланс процесса горения

В сушильной установке с кипящим слоем подогрев сушильного агента осуществляется за счет сжигания газообразного топлива с высоким избытком воздуха в топке. При этом требуемая температура сушильного агента обеспечивается за счет дополнительного смешения продуктов сгорания и воздуха перед сушильной камерой.

Целью расчета является определение состава сушильного агента (смеси продуктов сгорания и воздуха), влагосодержания и энтальпии. Исходными данными являются элементарный состав топлива и температура газов перед сушилкой. Основой для расчета являются уравнения материального и теплового баланса процесса горения, учитывающие изменения теплоемкости газов в зависимости от температуры.

Требуемые для расчета параметры воздуха - энтальпия h₀ и влагосодержание x₀ определяем по h-x диаграмме влажного воздуха: h₀= 38 кДж/кг;x₀= 9∙10^-3кг/кг.

Сжигание газообразного топлива

В качестве теплоносителя используем топочный газ, образующийся при горении газообразного топлива. В таблице 3.5.1.1.1 представлен состав используемого природного газа.

Таблица 3.5.1.1.1 Состав топлива

Компонент газа	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₄H₁₀	CO₂	N₂
Объемное содержание данного компонента y_i, %	98,7	0,35	0,12	0,06	0,1	0,67

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м³газа:

V⁰= 0,0476 [yH₂/2 + yCO/2 + yH₂S + (3.5.1.1.1)

+ ∑(m+n/4)yC_mH_n - yO₂],

где y_i- объемное содержание данного компонента, %.

Так как используемый газ не содержит в себе H₂, O₂ и H₂S, то в соответствии с уравнением (1) имеем:

V⁰= 0,0476 [(1+4/4)98,7 + (2+6/4)0,35 + (3.5.1.1.2)

+ (3+8/4)0,12 + (4+10/4)0,06] = 9,5 м³/м³.

Находим объем дымовых газов. Теоретический объем азота:

V⁰N₂= 0,79V⁰ + 0,01yN₂,(3.5.1.1.3)

V⁰N₂= 0,79∙9,5 + 0,01∙0,67 = 7,5 м³/м³. (3.5.1.1.4)

Объем трехатомных газов:

VRO₂= 0,01∙(yCO₂ + yCO + yH₂S +∑myC_mH_n), (3.5.1.1.5)

VRO₂= 0,01[(1∙98,7 + 2∙0,35 + 3∙0,12 +(3.5.1.1.6)

+ 4∙0,06 + 0,1)] = 1,0 м³/м³.

Теоретический объем водяных паров:

V⁰H₂O = 0,01(yH₂S+∑(n/2)yC_mH_n) + 1,61V⁰∙x₀, (3.5.1.1.7)

где V⁰- теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м³газа, равное 9,5 м³/м³,

x₀ - влагосодержание воздуха, равное 9∙10^-3кг/кг.

V⁰H₂O = 0,01(2∙98,7 + 3∙0,35 + 4∙0,12 + 5∙0,06) +(3.5.1.1.8)

+ 1,61∙9,5∙9∙10^-3= 2,13 м³/м³.

Низшая теплота сгорания газового топлива определяется на 1м³ газа при нормальных условиях через теплоты сгорания составляющих его компонентов:

Q^c_н= 358,2∙yCH₄ + 637,5∙yC₂H₅ + 912,5∙yC₃H₈ + (3.5.1.1.9)

+ 711,7∙yC₄H₁₀ + 126,4∙yCO,

Q^c_н = 358,2∙98,7 + 637,5∙0,35 + 912,5 ∙0,12 +(3.5.1.1.10)

+ 711,7∙0,06 + 126,4∙0,1 = 35742,31 кДж/м³.

Определение избытка воздуха и параметров смеси

Коэффициент избытка воздуха α определяется из уравнения теплового баланса, записанного для условий адиабатного сжигания:

Q_φ_в + Q^c_н = h_г,(3.5.1.2.1)

Q^c_н + α∙ V⁰∙c_в∙t₀ = h_г⁰ + (α-1)∙h⁰_в,(3.5.1.2.2)

где c_в- теплоемкость воздуха, кДж/м³К,

h⁰_в - энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре t = t₁, °С.

Здесь энтальпия газов h_г⁰ при α = 1 и температуре газов t = t₁ определяется выражением:

h_г⁰= VRO₂∙ с_RO₂∙ t₁ + V⁰H₂O∙ c_H₂_O ∙ t₁ +(3.5.1.2.3)

+ V⁰N₂∙ c_N₂∙ t_1,кДж/м³.

При расчете необходимо учитывать зависимость теплоемкости от температуры для газовых компонентов в следующем виде:

Теплоемкость сухих трехатомных газов

с_RO₂= 1,6 + 0,00088∙ t₁,(3.5.1.2.4)

где t₁- температура теплоносителя на входе в сушилку, равная 330°С,

с_RO₂= 1,6 + 0, 00088∙330 = 1,89 кДж/м³К.(3.5.1.2.5)

Теплоемкость азота

c_N₂= 1,29 + 0,000202∙ t₁,(3.5.1.2.6)

c_N₂= 1,29 + 0,000202∙ 330 = 1,36 кДж/м³К. (3.5.1.2.7)

Теплоемкость водяных паров

c_H₂_O= 1,49+0,00016∙ t₁,(3.5.1.2.8)

c_H₂_O= 1,49+0,00016∙ 330 = 1,54 кДж/м³К.(3.5.1.2.9)

Теплоемкость воздуха

c_в = 1, 319 + 0, 000078∙ t₁,(3.5.1.2.10)

c_в = 1, 319 + 0, 000078∙ 330 = 1, 34 кДж/м³К.(3.5.1.2.11)

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при температуре t = t₁, °С:

h⁰_в = V⁰∙ c_в ∙ t₁,(3.5.1.2.12)

h⁰_в = 9,5∙1,34∙330 = 4200 кДж/м³.(3.5.1.2.13)

Таким образом, уравнение (3.5.1.2.3) принимает вид:

h_г⁰= 1,0∙1,89∙330 + 2, 13∙1,54∙330 + (3.5.1.2.14)

+ 7,5∙1,36∙330 = 5072 кДж/м³.

Физическая теплота воздуха:

Qφ_в = α∙V⁰∙ c_в∙t₀,(3.5.1.2.15)

где V⁰ - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м³газа, равное 9,5 м³/м³(3.5.1.1.2).

Qφ_в = α∙9,5∙1,34∙20 = 255∙α кДж/м³.(3.5.1.2.16)

Определяем избыток воздуха из уравнения (3.5.1.2.2):

α = (Q^c_н - h_г⁰+ h⁰_в )/(h⁰_в - V⁰∙ c_в∙t₀),(3.5.1.2.17)

где Q^c_н - низшая теплота сгорания газового топлива определяется на 1м³ газа при нормальных условиях, равная 35742,31 кДж/м³(3.5.1.1.10).

α = (35742,31 - 5072 + 4200)/(4200 - 255) = 8,84. (3.5.1.2.18)

Тогда действительный объем водяных паров при избытке воздуха будет равен:

VH₂O = V⁰H₂O + 1, 61(α - 1) V⁰∙x₀,(3.5.1.2.19)

где x₀ - влагосодержание определяемое по h-x диаграмме влажного воздуха, равное 9∙10^-3кг/кг.

VH₂O = 2, 13 + 1, 61(8,84 - 1)*(3.5.1.2.20)

*9,5∙9∙10^-3= 3,2 м³/м³.

Объем сухих дымовых газов:

Vс.г. = VRO₂ + V⁰N₂ +(α - 1) V⁰,(3.5.1.2.21)

где VRO₂- объем трехатомных газов, м³/м³; V⁰N₂ - теоретический объем азота, м³/м³.

Vс.г. = 1,0 + 7,5 + (8,84 - 1)∙ 9,5 = 82,98 м³/м³. (3.5.1.2.22)

Найдем плотность отдельных компонентов при данном давлении (Р = 101, 325 кПа) и температуре из уравнения состояния идеального газа:

ρ_i = (P∙μ_i)/[R∙( t₁+ 273)],(3.5.1.2.23)

где μ_i - молярная масса компонентов газа.

Плотность воздуха:

ρ_в = (P∙μ_в)/[R∙( t₁+ 273)],(3.5.1.2.24)

ρ_в = (101325∙28,8)/[8314∙(330+ 273)] = 0, 582 кг/м³. (3.5.1.2.25)

Плотность азота:

ρ_N₂ = (P∙μ_N₂)/[R∙( t₁+ 273)],(3.5.1.2.26)

ρ_N₂ = (101325∙28)/[8314∙(330+ 273)] = 0, 566 кг/м³. (3.5.1.2.27)

Плотность сухих трехатомных газов:

ρ_RO₂ = (P∙μ_RO₂)/[R∙( t₁+ 273)],(3.5.1.2.28)

ρ_RO₂ = (101325∙44)/[8314∙(330+ 273)] = 0, 889 кг/м³. (3.5.1.2.29)

Плотность сухих дымовых газов:

ρ с.г. = (∑ρ_i∙Vi)/Vс.г.,(3.5.1.2.30)

ρ с.г. = [(0, 889∙1,0) + (0, 566∙7,5) + (3.5.1.2.31)

+ (0, 582∙(8, 84 - 1)∙ 9,5)]/82, 98 = 0, 584 кг/м³.

Плотность водяных паров:

ρH₂O = (P∙μH₂O)/[R∙( t₁+ 273)], (3.5.1.2.32)

ρH₂O = (101325∙18)/[8314∙(330+ 273)] = 0, 364 кг/м³. (3.5.1.2.33)

Влагосодержание теплоносителя на входе в сушильную камеру при заданной температуре t₁ определяем из выражения:

x₁ = (VH₂O/Vс.г.)∙( ρH₂O/ρ с.г.),(3.5.1.2.34)

где VH₂O - действительный объем водяных паров при избытке воздуха, равный 3,2 м³/м³,

Vс.г. - объем сухих дымовых газов, равный 82,98 м³/м³ (3.5.1.2.22).

x₁ = (3,2 / 82, 98)∙( 0, 364 / 0, 584) = 0, 024 кг/кг. (3.5.1.2.35)

По h-x диаграмме влажного воздуха (рисунок 3.5.1.2.1) при известных температуре t₁, равной 330°, и влагосодержании x₁, равному 0, 024,определяем энтальпию газов перед сушильной установкой: h₁ = 400 кДж/кг.

Описание: scan0006.gif