Сушильная установка с дымовыми газами в роли сушильного агента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сушкой называется термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путём её испарения.

Изделие или материал приходится сушить в зависимости от их назначения для разных целей. Твёрдое топливо, например, подсушивают для повышения теплоты сгорания, улучшения процесса горения, древесину - для увеличения прочности, предохранение от гниения и плесени, различные другие изделия - для облегчения обработки, увеличения долговечности, предотвращения сжатия, искривления и растрескивания. Ряд материалов подвергается сушке для уменьшения их веса и тем самым удешевления транспортировки, изменение физических свойств (например, уменьшения теплопроводности).

Перечень материалов, подвергающихся в процессе их обработки также и сушке, чрезвычайно велик. Глубина обезвоживания материала в каждом отдельном случае определяется многими причинами.

В некоторых случаях перед сушкой материалов целесообразно предварительное обезвоживания их механическим или физико-химическим способом.

Механическое обезвоживание материалов более экономно, чем тепловая сушка, однако оно применимо только для материалов допуска, допускающих деформация (торфяная масса, текстиль, шерсть и т.п.) При этом одно механическое обезвоживание материала в большинстве случаев является недостаточным, так как оно обеспечивает только частичное удаление свободной влаги. Поэтому часто комбинируются различные способы удаления влаги.

Сушка материалов имеет большое распространение в различных производствах. Назначение сушки может быть различным в зависимости от того, какой материал подвергается этому процессу. В некоторых случаях она является завершающей фазой технологического процесса, придает материалу свойства, необходимые для его использования. Иногда сушка является промежуточной стадией технологического процесса.

Сушка материала - это процесс удаления из него жидкости, природа которой отлична от природы самого материала. В подавляющем большинстве случаев удалению подлежит вода. Однако иногда из высушиваемого материала удаляются другие жидкости.

Сушилки, работающие на смеси топочных газов с воздухом, получили в настоящее время большое распространение. Топочные газы в большинстве случаев получаются в специальных топках, и если они имеют высокую температуру, то для получения сушильного агента с требуемой температурой их разбавляют воздухом.

При полном сгорании (с избытком воздуха) горючей части твердого или жидкого топлива, состоящей из углерода С, водорода Н и серы S, продукты сгорания будут состоять из СО2, Н2О, SO3, N2 и О2. В случае, если топливо не содержит серы, продукты сгорания отличаются от чистого воздуха только некоторым содержанием углекислоты и повышенным содержанием азота и водяных паров. Положение значительно усложняется, если происходит неполное сгорание, так как в этом случае продукты сгорания засорены не только сажей, т.е. частицами несгоревшего углерода, но и продуктами сухой перегонки в виде СО и ряда углеводородов, которые, как правило, химически активны, обладают специфическим запахом, сравнительно низкой точкой кипения и т.д. Таким образом, одним из основных требований применения сушки топочными газами является осуществление полного сгорания.

Принципиальная расчетная схема сушильной установки с дымовыми газами в роли сушильного агента (СА)

Температура СА выше точки выхлопных газов: СК - сушильная камера; ДИПТ - дополнительный источник потока () тепловой энергии в СК; Т - топка; КСМ - камера смешения; ГСА - генератор сушильного агента; 1В - поток воздуха; ТВ - поток топлива; 1Г, 2Г, 3Г, 4Г - состояние дымовых газов в характерных сечениях; СМ1, СМ2 - состояние сушимого материала; , - рассеяние энергии через ограждающие конструкции ГСА и СК; ПВСК - присосы воздуха.

Воздух и дымовые газы поступают в топку. Некоторое количество дымовых газов поступает в камеру смешения. Основным отличием топок сушильных установок от топок паровых котлов является то, что в них может иметь место более низкая температура горения топлива. С целью защитить стенки топки от действия высоких температур и улучшить горение коэффициент избытка воздуха при сжигании твердого топлива принимают равным 2 - 2,5, а затем топочные газы разбавляют воздухом или циркулирующей в сушилке смесью до требуемой температуры.

Основное требование, предъявляемое к топочным устройствам сушильных установок, состоит в том, чтобы в топке происходило полное сгорание топлива без наличия сажи, а продукты сгорания содержали минимальное количество частичек золы.

1. Энергетический расчет системы

1.1 Расчет горения топлива в воздухе. Расчет состава и удельного объема выхлопных газов

Природный газ является высокоэффективным энергоносителем и ценным химическим сырьем. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива и сырья:

- стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива; производительность труда при его добыче выше, чем при добыче нефти и угля;

- отсутствие в природных газах оксида углерода предотвращает возможность отравления людей при утечках газа;

- при газовом отоплении городов и населенных пунктов гораздо меньше загрязняется воздушный бассейн; - при работе на природном газе обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достигаются высокие КПД;

- высокие температуры в процессе горения (более 2000 °С) и удельная теплота сгорания позволяют эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлива.

Целью расчета горения топлива в воздухе является нахождение состава дымовых газов, его температуры и средней объемной изобарной теплоемкости газов.

Исходный данные состав топлива:

Объемный состав природного газа

Таблица 1 - Объемный состав природного газа КУ

Компон ент ПГ	Молярная масса	низш.тепл.сгорания	Плотность	Рабочая масса	сухая
		Норм.м.	Тымчак	при н.у.	табличн.	В расчет	расчетная	масса
	кг/кмоль	ккал/м3	ккал/м3	кг/м3	%	%	%	%
СО	28,011	3018	3016	1,2505	0,00%	0,0%	0,0%	0,0%
Н2	2,016	2579	2577	0,0900	0,00%	0,0%	0,0%	0,0%
СН4	16,042	8555	8558	0,7162	84,30%	84,3%	84,3%	84,3%
С2Н4	28,052	14107	14105	1,2523	0,00%	0,0%	0,0%	0,0%
С2Н6	30,068	15226	15235	1,3423	12,00%	12,0%	2,0%	2,0%
С3Н8	44,094	21795	21802	1,9685	1,00%	1,0%	1,0%	1,0%
С4Н10	58,12	28338	28345	2,5946	0,80%	0,8%	0,8%	0,8%

Плотность компонентов при нормальных условиях вычисляется по следующей формуле:

, кг/м3

где М - молярная масса компонента.

Расчет теплоемкостей компонент топлива:

: ===1,261 кДж/мК;

:===0,18 кДж/мК;

:===0,015 кДж/мК;

:===0,012 кДж/мК;

: ===0,016 кДж/мК;

: ===0,01 кДж/мК;

Общая теплоемкость топлива:

==+++++=1,261+0,18+0,015+0,012+0,016+0,01= 1,494 кДж/мК.

Физическая энтальпия топлива:

кДж/м

2) Расчет состава сухого воздуха

Молярные массы сухого воздуха:

кг/кмоль,

где Мi - молярная масса компонента; r “i- объемная доля компонента в смеси.

Тогда молярная масса сухого воздуха :

Объемный состав воздуха нам задан. Значение молярных масс компонентов сухого воздуха

Тогда:

Из таблиц находим теплоемкость сухого воздуха при tв=210С

= 1,320 кДж/(м3*0С), плотность сухого воздуха с=1,293 кг/м3,молярная масса природного газа Мп.г=18,50 кг/кмоль.

Теперь найдем плотность природного газа при нормальных условиях

кг/м3 (показатель адиабаты k=1,33).

Универсальная газовая постоянная R=8,314 кДж/(кмоль*0С).

Таблица 2- Состав сухого воздуха

Состав сухого воздуха: (ИД)	молярные массы, кг/кмоль
содержание N2	21,880496	28,016	объемные %	78,1%
содержание СО2	0,0132033	44,011	объемные %	0,03%
содержание О2	6,72	32	объемные %	21,0%
содержание аргона (Ar)	0,359532	39,948	объемные %	0,9%
Контрольная сумма для состава	100,0%
Молярная масса сухого воздуха		кг/кмоль	28,97
теплоемкость сухого воздуха			кДж/(м3*гр)	1,320
Плотность сухого воздуха			кг/м3	1,293
Молярная масса природного газа		кг/кмоль	18,50
Плотность ПГ при н.у.			кг/м3	0,826
Показатель адиабаты природного газа			1,331

3) Расчет состава влажного воздуха

Объёмное содержание Н2О (при влагосодержании 20 г/кг)

=4,92%,

r"i - объемное содержание сухой компоненты воздуха:

Массовое содержание Н2О (при влагосодержании 20 г/кг):

,

тогда массовое содержание сухого воздуха будет равно

Плотность влажного воздуха (при н.у):

,

где Мобщ=28,43 кг/кмоль.

кг/м3

Исходя из этих данных, можем найти теплоемкость влажного воздуха

где =1,496кДж/(м3*0С) при t=200С

кДж/(м3*0С)

Таблица 3- Состав влажного воздуха

Состав влажного воздуха	молярные массы, кг/кмоль	Ед. измерения	Величина
содержание N2	28,016	21,05573	объемные %	75,2%
содержание СО2	44,011	0,01271	объемные %	0,03%
содержание Н2О (соотв. влагосодерж.10 г/кг)	18,016	0,672437	объемные %	3,73%
содержание О2	32	6,46918	объемные %	20,2%
содержание аргона (Ar)	39,948	0,346113	объемные %	0,9%
сумма контрольная по балансу	28,43		100,0%
Плотность влажного воздуха (при н.у.)		кг/м3	1,2694
Теплоемкость влажного воздуха		кДж/(м3*гр)	1,329
Энтальпия вносимого воздуха, Iв		кДж/м3	672

1.2 Определение объемного состава дымовых газов, получаемых при горении топлива

1. Находим теоретическое количество влажного воздуха:

,

где - объем, взятый из состава топлива , объемные %;

- объем, взятый из состава топлива, объемные %;

- объем, взятый из состава топлива , объемные %;

- объем, взятый из состава топлива , объемные %;

- объем, взятый из состава влажного воздуха,объемные %;

- теоретическое количество влажного воздуха, м?/м?.

.

2. Находим теоретический объем азота во влажном воздухе:

где - теоретический объем азота во влажном воздухе, м?/м?;

- объем, взятый из состава влажного воздуха ,объемные %;

- объем, взятый из состава топлива, объемные %;



3. Определяем избыточный объем воздуха при :

где - коэффициент избытка воздуха ;

- избыточный объем воздуха (), м?/м?.

4.Находим объем азота в действительных дымовых газах:

где - объем азота в действительных дымовых газах, м?/м?.

Определяем объем трехатомных газов в действительных дымовых газах:

1. Находим объем трехатомных газов во влажном воздухе:

где - объем, взятый из состава влажного воздуха, объемные %;

- объем трехатомных газов во влажном воздухе, м?/м?.

.

Находим объем трехатомных газов в действительных дымовых газах:

где - объем трехатомных газов в действительных дымовых газах.

.

Определяем объем водяных паров в действительных дымовых газах:

1. Находим теоретический объем водяных паров во влажном воздухе:

,

где - теоретический объем водяных паров во влажном воздухе, м?/м? ;

- влагосодержание, г/кг.

2. Находим объем водяных паров в действительных дымовых газах:

,

где - объем водяных паров в действительных дымовых газах, м?/м?.

Определяем объем кислорода в действительных дымовых газах:

,

где - объем кислорода в действительных дымовых газах, м?/м?;

- объем, взятый из состава вл. воздуха, объемные %;

.

Определяем объем аргона в действительных дымовых газах:

1. Находим действительный объем воздуха:

.

2. Находим объем аргона в действительных дымовых газах:

,

где - объем аргона в действительных дымовых газах, м?/м?;

- объем, взятый из состава влажного воздуха ,объемные %;

.

Определяем объем действительных дымовых газов:

,

где - объем действительных дымовых газов, м?/м?.

.

Определяем объемный процент каждого компонента в действительных дымовых газах, иначе говоря, находим состав дымовых газов:

,

где - объемный процент i - го компонента, в %;

- объем i - го компонента в действительных дымовых газах, м?/м?.

;

;

;

;

.

5) Коэффициент избытка воздуха

Подбираем б, таким образом, чтобы концентрация кислорода в окислителе была равна 10%.

Этому значению соответствует значение б=2,18.

6) Смешение воздуха с выхлопными газами

Чтобы обеспечить сгорание топлива в топке с

необходимо получить поток (смесь дымовых газов с воздухом), в котором объемный процент кислорода

.

Подбираем такое содержание

,

чтобы температура смеси дымовых газов с воздухом была равна 338°С. Этой температуре соответствует концентрация

.

Определяем состав потока смеси дымовых газов с воздухом:

1.Находим найдем расход воздуха на м3 ВГ:

Если 13% > , то , иначе .

где - удельный расход воздуха на 1м? топлива, м?/м? ;

- удельный расход ВГ на 1м?, поступающего в ГТД, м?/м?;

- объемное содержание кислорода в действительных дымовых газах

- объемное содержание кислорода в поступающем воздухе

2.Определяем объемный процент каждого компонента в смеси, иначе говоря, находим ее состав:

где - объемный процент i - го компонента смеси , % ;

- объем i - го компонента в дымовых газах, м?/м?;

- удельный расход ВГ на 1м?, поступающего в ГТД, м?/м?;

- расход воздуха на м3 ВГ.



Изобарная удельная теплоемкость смеси определяется как:

где - изобарная удельная объемная теплоемкость i-го компонента в смеси, кДж/м3;

- объемная доля i-го компонента в смеси, %.

Энтальпия выхлопных газов действительного состава на 1 м3 ВГ:

,

где - средняя объёмная изобарная теплоемкость газов.

Энтальпия вносимого влажного воздуха на метр воздуха:

Расход смеси на метр ВГ:

где ,м3/ м3- расход воздуха;

,м3/ м3 - расход выхлопных газов.

Находим энтальпию смеси:

,

где - средняя удельная объёмная изобарная теплоемкость газа,

- температура смеси.

1.3 Расчет горения топлива в дымовых газах. Расчет состава и удельного объема выхлопных газов

Исходные данные:

Точка на схеме 1В, рисунок 1

Температура влажного воздуха (ВВ) - 210С

Давление ВВ - 98 кПа

Влагосодержание ВВ - 2 г/кг

Состав сухой компоненты воздуха (объёмный):

содержание N2 - 78,1%

содержание СО2 - 0,03%

содержание O2 - 21,0%

содержание аргона (Ar) - 0,87%

Точка на схеме ТВ, рисунок 1

Состав топлива:

СН4 - 84,3%

С2Н6 - 12,0%

С3H8 - 1,0%

C4H10 - 0,8%

N2 - 1,2%

H2O - 0,7%

Точка на схеме 2Г, рисунок 1

Состав дымовых газов соответствует реакции горения ПГ в окислителе из смеси воздуха и выхлопных газов ДВС. Концентрация кислорода в окислителе равна 13% .

Присосы воздуха в топку - 0,5% (% от расхода окислителя)

Точка на схеме 1Г, рисунок 1

Температура дымовых газов - 4640С

Состав дымовых газов (ДГ) соответствует горению ПГ в воздухе, при котором концентрация кислорода в дымовые газы равна 10%.

Рассеяние энергии через ограждающие конструкции Т - 3%.

Целью расчета топки является нахождение коэффициента избытка воздуха б, при помощи подбора содержания кислорода в выхлопных газах до требуемого значения, т.е. до 13%,а также расчет теплоты сгорания,

Таблица 8- Объемный состав природного газа КУ

Компо-	Молярная	низш.тепл.сгорания	Плотность	Рабочая масса
нент ПГ	масса	Норм.м.	Тымчак	при н.у.	табличн.	В расчет	расчетная
	кг/кмоль	ккал/м3	ккал/м3	кг/м3	%	%	%
СО	28,011	3018	3016	1,2505	0,00%	0,0%	0,0%
Н2	2,016	2579	2577	0,0900	0,00%	0,0%	0,0%
СН4	16,042	8555	8558	0,7162	84,30%	84,3%	84,3%
С2Н4	28,052	14107	14105	1,2523	0,00%	0,0%	0,0%
С2Н6	30,068	15226	15235	1,3423	12,00%	12,0%	12,0%
С3Н8	44,094	21795	21802	1,9685	1,00%	8,0%	8,0%
С4Н10	58,12	28338	28345	2,5946	0,80%	0,8%	0,8%
С5Н12	72,151	34890	34900	3,2210	0,00%	0,0%	0,0%
СmНn*	114,22	14107	17000	5,0991	0,00%	0,0%	0,0%
СО2	44,011	0	0	1,9648	0,00%	0,0%	0,0%
О2	32	0	0	1,4286	0,00%	0,0%	0,0%
N2	28,016	0	0	1,2507	1,20%	1,2%	1,2%
Н2О	18,016	0	0	0,8043	0,70%	0,7%	0,7%
H2S	34,082	5585	5534	1,5215	0,00%	0,0%	0,0%
Проверка материального состава топлива по балансу	100,0%	100%	100%

Плотность компонентов при нормальных условиях вычисляется по следующей формуле:

, кг/м3

где М - молярная масса компонента.

Низшая теплота сгорания берется из таблиц.

Расчет теплоемкостей компонент топлива:

: ===1,261 кДж/мК;

:===0,18 кДж/мК;

:===0,015 кДж/мК;

:===0,012 кДж/мК;

: ===0,016 кДж/мК;

: ===0,01 кДж/мК;

Общая теплоемкость топлива (не зависит от температуры):

==+++++=1,261+0,18+0,015+0,012+0,016+0,01= 1,494 кДж/мК.

Физическая энтальпия топлива:

кДж/м

2) Расчет состава сухого воздуха

Молярные массы сухого воздуха:

кг/кмоль,

где Мi - молярная масса компонента; r “i- объемная доля компонента в смеси.

Тогда молярная масса сухого воздуха :

Объемный состав воздуха нам задан.Значение молярных масс компонентов сухого воздуха приведено

Тогда:

Из таблиц находим теплоемкость сухого воздуха при tв=210С

=1,320 кДж/(м3*0С),

плотность сухого воздуха с=1,293 кг/м3,молярная масса природного газа Мп.г=18,50 кг/кмоль.

Теперь найдем плотность природного газа при нормальных условиях

кг/м3 (показатель адиабаты k=1,33).

Универсальная газовая постоянная R=8,314 кДж/(кмоль*0С).

Таблица 9 - Состав сухого воздуха

Состав сухого воздуха: (ИД)	молярные массы, кг/кмоль
содержание N2	21,880496	28,016	объемные %	78,1%
содержание СО2	0,0132033	44,011	объемные %	0,03%
содержание О2	6,72	32	объемные %	21,0%
содержание аргона (Ar)	0,359532	39,948	объемные %	0,9%
Контрольная сумма для состава		100,0%
Молярная масса сухого воздуха		кг/кмоль		28,97
теплоемкость сухого воздуха			кДж/(м3*гр)		1,320
Плотность сухого воздуха			кг/м3		1,293
Молярная масса природного газа		кг/кмоль		18,50
Плотность ПГ при н.у.			кг/м3		0,826
Показатель адиабаты природного газа				1,331

3) Расчет состава влажного воздуха

Объёмное содержание Н2О (при влагосодержании 20 г/кг)

=4,92%,

r"i - объемное содержание сухой компоненты воздуха:

Массовое содержание Н2О (при влагосодержании 20 г/кг):

,

тогда массовое содержание сухого воздуха будет равно



Плотность влажного воздуха (при н.у):

,

где Мобщ=28,43 кг/кмоль.

кг/м3

Исходя из этих данных, можем найти теплоемкость влажного воздуха

где =1,496кДж/(м3*0С) при t=200С

кДж/(м3*0С)

Таблица10- Состав влажного воздуха

Состав влажного воздуха	молярные массы, кг/кмоль	Ед. измерения	Величина
содержание N2		28,016	21,05573	объемные %	75,2%
содержание СО2		44,011	0,01271	объемные %	0,03%
содержание Н2О (соотв. влагосодерж.10 г/кг)	18,016	0,672437	объемные %	3,73%
содержание О2		32	6,46918	объемные %	20,2%
содержание аргона (Ar)	39,948	0,346113	объемные %	0,9%
сумма контрольная по балансу	28,43			100,0%
Плотность влажного воздуха (при н.у.)		кг/м3		1,2694
Теплоемкость влажного воздуха		кДж/(м3*гр)	1,329
Энтальпия вносимого воздуха, Iв		кДж/м3		672

1.4 Определение объемного состава дымовых газов, получаемых при горении топлива

1. Находим теоретическое количество влажного воздуха:

,

где - объем, взятый из состава топлива , объемные %;

- объем, взятый из состава топлива , объемные %;

- объем, взятый из состава топлива , объемные %;

- объем, взятый из состава топлива, объемные %;

- объем, взятый из состава влажного воздуха ,объемные %;

- теоретическое количество влажного воздуха, м?/м?.

.

2. Находим теоретический объем азота во влажном воздухе:

где - теоретический объем азота во влажном воздухе, м?/м?;

- объем, взятый из состава влажного воздуха, объемные %;

- объем, взятый из состава топлива ,объемные %;

3. Определяем избыточный объем воздуха при :

где - коэффициент избытка воздуха ;

- избыточный объем воздуха (), м?/м?.

4. Находим объем азота в действительных дымовых газах:

где - объем азота в действительных дымовых газах, м?/м?.

Определяем объем трехатомных газов в действительных дымовых газах:

1. Находим объем трехатомных газов во влажном воздухе:

где - объем, взятый из состава влажного воздуха ,объемные %;

- объем трехатомных газов во влажном воздухе, м?/м?.

.

Находим объем трехатомных газов в действительных дымовых газах:

где - объем трехатомных газов в действительных дымовых газах.

.

Определяем объем водяных паров в действительных дымовых газах:

1.Находим теоретический объем водяных паров во влажном воздухе:

,

где - теоретический объем водяных паров во влажном воздухе, м?/м? ;

- влагосодержание, г/кг.

2. Находим объем водяных паров в действительных дымовых газах:

,

где - объем водяных паров в действительных дымовых газах, м?/м?.

Определяем объем кислорода в действительных дымовых газах:

,

где - объем кислорода в действительных дымовых газах, м?/м?;

- объем, взятый из состава вл. воздуха ,объемные %;

.

Определяем объем аргона в действительных дымовых газах:

1.Находим действительный объем воздуха:

.

2.Находим объем аргона в действительных дымовых газах:

,

где - объем аргона в действительных дымовых газах, м?/м?;

- объем, взятый из состава влажного воздуха ,объемные %;

.

Определяем объем действительных дымовых газов:

,

где - объем действительных дымовых газов, м?/м?.

.

Определяем объемный процент каждого компонента в действительных дымовых газах, иначе говоря, находим состав дымовых газов:

,

где - объемный процент i - го компонента, в %;

- объем i - го компонента в действительных дымовых газах, м?/м?.

;

;

;

;

.

Таблица 11- Расход воздуха и выход газов при горении топлива

Расход воздуха и выход газов при горении топлива:
При сжигании 1 м3 газообразного топлива:
- теоретическое количество влажного воздуха, V0	м3/м3		11,05
- теоретический объём азота, VN20		м3/м3		8,22
- объём трёхатомных газов, VRO2		м3/м3		1,15
- теоретический объём водяных паров, VH2O0*)	м3/м3		3,54
- теоретический объём аргона, VAr0*)		м3/м3		0,09
- теоретический объём дым. газов, V0д	м3/м3		13,00
- теоретическая масса воздуха, V0		кг/м3		14,026
- теоретическая масса азота, VN20		кг/м3		10,281
- теоретическая масса трёхатомных газов, VRO2	кг/м3		2,26
- теоретическая масса водяных паров, VH2O0*)	кг/м3		2,84
- теоретическая масса аргона, VAr0*)		кг/м3		0,16
- теоретическая масса дымовых газов, V0д	кг/м3		15,55
плотность теоретических дымовых газов		кг/м3		1,196
- содержание азота в теорет. прод. сгорания, VN20	% по объему	63,25%
- содержание трёхатомных газов в -"- , VRO2	% по объему	8,83%
- содержание водяных паров в -"-, VH2O0*)	% по объему	27,22%
- содержание аргона в -"-, VH2O0*)		% по объему	0,70%
баланс							100,0%
- действительные дымовые газы
- действительный объем воздуха, Vвз		м3/м3		22,8
- действительная масса воздуха, Gвз		кг/м3		28,9
- избыточный объем воздуха, (альфа-1)*V0	м3/м3		11,7
- избыточная масса воздуха, (альфа-1)*Gвз	кг/м3		14,9
- действительный объём дымовых газов, Vг	м3/м3		24,731
- действительная масса дымовых газов, Gг	кг/м3		30,4
плотность действительных дым. газов		кг/м3		1,231
- объём азота в действительных д.г., VN2		м3/м3		16,93
- объём трёхатомных газов в действ. д.г., VRO2	м3/м3		1,1515
- объём водяных паров в действ. д.г., VH2O	м3/м3		4,1140
- объём кислорода в действительных д.г., VO2	м3/м3		2,3430
- объём аргона в действительных д.г., VAr	м3/м3		0,1885
Объем д. г.				м3/м3		24,731

5) Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха подбирается под содержание кислорода в ВГ

После горения природного газа в топке на выходе будем иметь следующие дымовые газы:

Таблицы 11- Состав продуктов сгорания на выходе из топки КУ:

Состав продуктов сгорания на выходе из топки КУ	ДГ горения в окислителе	срj
	ДГ горения в воздухе	балласт
VN2	68,5%	16,934	63,2%	7,722	24,66	66,7%	1,3922
VRO2	4,7%	1,152	8,8%	1,079	2,23	6,0%	2,2048
VH2O	16,6%	4,114	27,2%	3,323	7,44	20,1%	1,7243
VO2	9,5%	2,343	0,0%	0,000	2,34	6,3%	1,4883
Var	0,8%	0,189	0,7%	0,089	0,28	0,8%	0,9335
Баланс	100,0%	24,731	100%	12,21	36,94	100,0%
Теплоемкость дымовых газов топки КУ		кДж/(м3*гр)		1,511
Энергия дымовые газы в топке КУ на 1 м3 ПГ подаваемого в КУ	кДж/м3	56065
Температура ДГ в топке КУ адиабатная (расчетная)	0С	1005
Температура адиабатная, приближение		0С	1004

Теплоемкости компонент продуктов сгорания

Общая теплоемкость топлива (не зависит от температуры):

==++++=1,511 кДж/мК.

Физическая энтальпия уходящих дымовых газов:

 кДж/м

Теплоемкость топлива (не зависит от температуры) - Ср=1,494 кДж/(м3*К)

Физическая энтальпия топлива

Дж/м3

где температура топлива tТ =210С.

Проверка правильности выбора температуры горения:

=1004

1.5 Расчет камеры смешения

В КСМ происходит смешение высокотемпературных дымовых газов(ДГ), пришедших из топки, и холодного влажного воздуха(ВВ). Из КСМ выходит смесь дымовых газов и влажного воздуха, заданной температуры.

Процесс происходит при атмосферном давлении и является изобарическим процессом. В ходе которого идет остывание потока ДГ и нагревание потока ВВ.

В расчете на 1 м3 ПГ
Температура дымовых газов			0С		464
Энтальпия дымовых газов действительного состава	кДж/м3		481
Средние объёмные изобарные теплоемкости газов:	кДж/(м3*гр)	1,39687
N2	68,74%		0,9101		кДж/(м3*гр)	1,32388
CO2	4,42%		0,08706		кДж/(м3*гр)	1,96871
H2O	16,04%		0,25351		кДж/(м3*гр)	1,58023
O2	10,00%		0,13881		кДж/(м3*гр)	1,38827
Ar	0,79%		0,00739		кДж/(м3*гр)	0,93354
баланс	100,00%
расход							26,4
Энергия потока						12708,5961

Где средние объемные изобарные теплоемкости рассчитываются по следующим формулам:

: кДж/мК,

: кДж/мК,

: кДж/мК,

: кДж/мК,

: кДж/мК.

Общая объёмная изобарная теплоемкость ДГ:

Физическая энтальпия дымовых газов:

кДж/м3

Энергия потока рассчитывается:

Дж,

Выхлопные газы после топки
Температура						1005
Энтальпия ВГ						1518
Энергия потока						56065
Средние объёмные изобарные теплоемкости газов:	кДж/(м3*гр)	1,51072979
N2	66,74%		1,01437		кДж/(м3*гр)	1,39223103
CO2	6,04%		0,11055		кДж/(м3*гр)	2,20494683
H2O	20,13%		0,16971		кДж/(м3*гр)	1,72442699
O2	6,34%		0,14521		кДж/(м3*гр)	1,48827361
Ar	0,75%		0,00675		кДж/(м3*гр)	0,93353666
	100,00%
расход							36,94
Рабочая смесь
расход							63,34

Где средние объемные изобарные теплоемкости рассчитываются по следующим формулам:

: кДж/мК,

: кДж/мК,

: кДж/мК,

: кДж/мК,

: кДж/мК.

Общая объёмная изобарная теплоемкость ДГ:

Физическая энтальпия дымовых газов:

кДж/м3

Энергия потока рассчитывается:

Дж,

Рабочая смесь
расход					63,34
Средние объёмные изобарные теплоемкости газов:
N2		102,2786			67,58%
CO2		7,717796			5,36%
H2O		18,44197			18,43%
O2		13,56664			7,87%
Ar		1,14913			0,77%
					100,00%
Энергия потока				66710
Температура (приближение)			710
Температура расчет.			710

Энергия потока рассчитывается:

Дж,

Где 0,97- поправка, учитывающая потери тепла в окружающую среду.

Таким образом температура смеси после смешения дымовых газов после топки и дымовых газов после ГТУ равна 710оС.

3. Расчет сушильной камеры

Исходные данные:

Сушимый материал - калийная соль

Точка на схеме, рисунок 1 - СМ1

Температура t=300C

Влажность на общую массу w1=6,4%

Расход G=17 т/час

Точка на схеме, рисунок 1 - СМ2

Влажность на общую массу w2=0,07%

Температура t=1500C

Теплоемкость изобарная, удельная массовая Ср=0,693кДж/кг*0С

Тракт сушильного агента

Точка на схеме, рисунок 1 - 5г

Температура СА t=1500C

Присосы воздуха

ПВСК =1,1%

Рассеяние энергии через ограждающие конструкции - 1,1%

Дополнительные тепловыделения в СК - 0

1) Составляем материальный баланс сушилки.

Количество влаги испаряемой из материала:

.

Или в пересчете на объемный расход:

где - расход до сушильной камеры, кг/час;

- влажность на общую массу (перед СК);

- влажность на общую массу (после СК).

Количество зерна, выходящего из сушилки:

Количество влаги в материале до сушки:

Остаточная влага в материале:

Проверка:

Количество абсолютно сухой массы материала:

2) Рассчитываем расход и энергию потока дымовых газов до рециркуляции и с рециркуляцией.

Предположим, что на рециркуляцию поступает 24,2% от расхода после КСМ.

Подберем такой расход чтобы после смешения tсм = 601?С,

.

Таблица 2.3.1- Параметры потока дымовых газов до рециркуляции без учета потерь в окружающую среду.

ДГ до рецеркуляции
Температура газов после камеры смешения	0С	120
Энтальпия дымовых газов действительного состава	кДж/м3	157,1
Средние объёмные изобарные теплоемкости газов:	кДж/(м3*гр)	1,3089
N2	0,971223541	кДж/(м3*гр)	1,2957
CO2	0,005254257	кДж/(м3*гр)	1,7179
H2O	0,064285684	кДж/(м3*гр)	1,5093
O2	0,260054837	кДж/(м3*гр)	1,326
Ar	0,008066239	кДж/(м3*гр)	0,934
Состав
- азота, VN2	2623,4	м3/м3	% объемн.	74,95%
- трёхатомных газов, VRO2	10,7	м3/м3	% объемн.	0,31%
- водяных паров, VH2O	149,1	м3/м3	% объемн.	4,26%
- кислорода, VO2	686,6	м3/м3	% объемн.	19,62%
- аргона VAr	30,2	м3/м3	% объемн.	0,86%
Баланс	3500,0	м3/м3	% объемн.	100,0%
расход	м3/ч	3500,0
Энергия потока	кДж/ч	549738

Полная энергия потоков дымовых газов, воздуха и их смеси в точках 1В, 1Г и 2Г соответственно будет выражаться как:

,

где q1Г, q1В , q2Г, qпр - удельные потоки энергии потоков дымовых газов , воздуха, их и присосов в КСМ смеси в точках 1В, 1Г и 2Г соответственно;

V1Г, V1В, V2Г, - объемные расходы дымовых газов, воздуха и их смеси в точках 1Г, 1В, 2Г соответственно;

Wос - потери энергии в окружающую среду.

Энергия потока дымовых газов до рециркуляции без потерь:

кДж/ч.

При известных удельных изобарных теплоемкостях и температурах дымовых газов, воздуха и их смеси в соответствующих точках, рассчитаем расходы в этих точках. Для этого запишем баланс энергии для КСМ с использованием объемных расходов:

Из приведенной выше системы уравнений найдем V1Г, V1В.

Отсюда:

Тогда энергии потоков дымовых газов и воздуха в точках 1Г и 1В соответственно равны:

Рассчитаем потери энергии в окружающую среду:

Тогда энергия потока дымовых газов до рециркуляции в реальном случае:

Рассчитанные выше параметры понадобятся нам для построения полосовой диаграммы Сенки, приведенной в графической части курсового проекта.

Таблица 2.3.2 - Параметры потока дымовых газов с рециркуляцией без учета потерь в окружающую среду.

смесь на рециркуляцию
Температура после сушилки	0С	55
Энтальпия смеси после сушилки	кДж/м3	76,7
Средние объёмные изобарные теплоемкости газов:	кДж/(м3*гр)	1,3943
N2	0,52623	кДж/(м3*гр)	1,2945
CO2	0,00275	кДж/(м3*гр)	1,6567
H2O	0,72116	кДж/(м3*гр)	1,5000
O2	0,13978	кДж/(м3*гр)	1,3139
Ar	0,00437	кДж/(м3*гр)	0,9335
Состав д. г.
- азота, VN2	1081,3	м3/м3	% объемн.	40,65%
- трёхатомных газов, VRO2	4,4	м3/м3	% объемн.	0,17%
- водяных паров, VH2O	1278,8	м3/м3	% объемн.	48,08%
- кислорода, VO2	283,0	м3/м3	% объемн.	10,64%
- аргона VAr	12,5	м3/м3	% объемн.	0,47%
Баланс	2660,00	м3/м3	% объемн.	100,00%
% от ДГ		0,760
расход	м3/ч	2660,00
Энергия потока	кДж/ч	203984,2

Энтальпия дымовых газов с рециркуляцией:

кДж/м3

кДж/м3

Определяем объемный расход с рециркуляцией:



где - расход до рециркуляции;

% - процент от дымовых газов.

м3/ч.

Энергия потока с рециркуляцией:

Тогда суммарный расход:

м3/ч.

Объемное содержание водяных паров в смеси с рециркуляции и при выходе из СК:

Объемное содержание водяных паров при входе в СК:

3) Смешение потоков.

Таблица 2.3.3

Смешение потоков
Температура перед сушилкой	0С	90
Энтальпия смеси перед сушилкой	кДж/м3	122,6
Средние объёмные изобарные теплоемкости газов:	кДж/(м3*гр)	1,3621
N2	0,77880835	кДж/(м3*гр)	1,2950
CO2	0,004148172	кДж/(м3*гр)	1,6903
H2O	0,348815745	кДж/(м3*гр)	1,5048
O2	0,223826398	кДж/(м3*гр)	1,4221
Ar	0,006471859	кДж/(м3*гр)	0,9335
Состав д. г.
- азота, VN2	3704,72	м3/м3	% объемн.	60,14%
- трёхатомных газов, VRO2	15,12	м3/м3	% объемн.	0,25%
- водяных паров, VH2O	1427,92	м3/м3	% объемн.	23,18%
- кислорода, VO2	969,53	м3/м3	% объемн.	15,74%
- аргона VAr	42,71	м3/м3	% объемн.	0,69%
Баланс	6160,00	м3/м3	% объемн.	100,00%
расход	м3/ч	6160
Энергия потока	кДж/ч	753715,73

Энергия потока в точке 3Г:

Энергия сушимого материала в точке СМ1:

Энергия сушимого материала в точке СМ2:

Баланс энергии для дымовых газов с рециркуляцией имеет вид:

753,72МДж=755,15МДж. Верно при погрешности 0,189% .

Полный энергобаланс сушильной камеры представлен ниже:

Потери энергии через ограждающие конструкции СК:



1131,95 МДж=1137,11 МДж. Верно при погрешности 0,45%.

Количество испаряемой воды из материала:

где - расход до сушильной камеры, кг/час

- влажность на общую массу (перед СК)

- влажность на общую массу (после СК)

V - удельный объем пара при t=1500С и Р=98кПа

1.6 Параметры потока дымовых газов до рециркуляции.

Найдём теплоёмкость дымовых газов:

==0,9784 кДж/мК,

где k=1.33 =0.6541 R=8.3141 кДж/кмоль

==0,0931кДж/мК,

где k=1.33 =0.0623 R=8.3141 кДж/кмоль

==0,15859кДж/мК,

где k=1.33 =0.1060 R=8.3141 кДж/кмоль

==0,0957кДж/мК,

где k=1.33 =0.064 R=8.3141 кДж/кмоль

==0,00943кДж/мК,

где k=1.33 =0.843 R=8.3141 кДж/кмоль

Общая теплоёмкость:

= 1,33522кДж/(м3*К)

Рассчитаем энтальпию дымовых газов:

, кДж/м3,

где

ср - объемная изобарная теплоемкость газов

tдг - температура ДГ до рециркуляции.

Расход ДГ: Gдг=1500 м3/час

Энергия потока дымовых газов до рециркуляции:

кДж/м3

Параметры потока дымовых газов с рециркуляцией.

Таблица 17

Средние объёмные изобарные теплоемкости газов:			1,430909
N2		39,50%				0,491587	1,296883
CO2		2,03%				0,062894	1,744431
H2O		51,07%				0,823108	1,514078
O2		6,98%				0,049563	1,3312
Ar		0,43%				0,003758	0,9335
		100,00%

rj=rj.дг*Vдг/(Vдг+Vв)

Cpj=cj*rj

Энтальпия дымовых газов с рециркуляцией:

кДж/м3

кДж/м3

Задаемся процентом рециркуляции = 0,2

Определяем расход с рециркуляцией:



где - расход до рециркуляции

% - процент от дымовых газов

м3/ч.

Энергия потока с рециркуляцией:

кДж/м3

Тогда суммарный расход:

м3/ч.

Смешение потоков

Таблица 18

Средние объёмные изобарные теплоемкости газов:	1,401	кДж/(м3*гр)
N2		66,13%		0,890715		1,346915	кДж/(м3*гр)
CO2		6,22%		0,128517		2,066184	кДж/(м3*гр)
H2O		20,32%		0,330804		1,627973	кДж/(м3*гр)
O2		6,63%		0,094285		1,4221	кДж/(м3*гр)
Ar		0,71%		0,006628		0,9335	кДж/(м3*гр)
		100,00%

Энергия потока:

кДж/м3

Баланс энергии:

1261, 758МДж=1260, 9МДж

Баланс энергии для сушильной камеры:

Срса Gса tса + срсм Gсм tсм + ср Gп tп = Срса.вых Gcа.вых tcа.вых + Gсм.вых срсм.вых tсм.вых + Qос

где срса - объемная изобарная теплоемкость СА =1,401 кДж/(м3*гр)

GСА - расход СА = 1800 м3/ч.

tса- температура СА = 5000С

срсм-теплоемкость изобарная массовая СМ = 0,693кДж/кг*0С

Gсм- расход СМ (приход) = 9000 кг/час

tcм- температура СМ на входе = 25 0С

сP- объемная изобарная теплоемкость ВВ = 1,345кДж/(м3*гр)

tп-температура ВВ =15 0С

Gп- объем присосов = GСА*0,011=19,8 м3/ч.

Gса.вых- выход СА = Gса+Gв+Gп=2839,686 м3/ч.

tса.вых- температура СА на выходе =160 0С

срсм.вых-теплоемкость изобарная массовая СА = 0,693кДж/кг*0С

Gсм.вых- расход СМ = Gсм- Gв/ V=7485 кг/час

tcм.вых- температура СМ на выходе = 160 0С

Qос=Qприх.*0,011=1417224,465*0,011 = 15589,469 кДж/час

1,417МДж=1,415МДж

Заключение

По заданным параметрам был произведен расчет сушильной установки с дымовыми газами в качестве сушильного агента. В результате расчета мы определили энергию потока на выходе из сушильной установки, рассчитали баланс энергии. Исходя из полученных данных, построили технологическую и структурную схемы установки, а также график процесса сушки с рециркуляцией.

Литература

сушильная установка дымовой газ

1. Лебедев П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. - М.: Энергия.1966.

2. Лебедев П.Д. Теплообменные сушильные и холодильные установки. - М.: Энергия.1966.

3. Данилов О. Теория и расчет сушильных установок - МЭИ.1977.

4. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. - М., Энергия, 1980. - 424 с., ил.

5. Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк «Техническая термодинамика», т.1. УП

6. Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк «Техническая термодинамика», т.2. УП

Размещено на Allbest.ru