Реконструкция сушильной части пресспата

Размещено на http://allbest.ru

1. Краткая характеристика производства

ОАО «Сясьский ЦБК» - Это самое крупное предприятие Северо-Западного региона, было основано в 1928 году.

В дальнейшем вокруг комбината вырос город Сясьстрой.

На Сясьском ЦБК производят изделия, из санитарно-гигиенических видов бумаги, а так же кормовые дрожжи, товарную целлюлозу, технические лигносульфаты (жидкие, парошкообразные).

2. Основные технологические процессы

Основой для производства является еловая древесина (балансы), которая хранится на лесной бирже площадью 47га. Технологический процесс включает в себя весь цикл производства, начиная с переработки баланса, заканчивая получением конечного продукта.

2.1 Подготовка щепы

Баланс распиливается с помощью слешерных установок и подаётся в древесно-подготовительный цех. Так же с помощью автомобильного транспорта поставляется готовая хвойная щепа. С помощью вибрационных сортировок щепа сортируется и подаётся в бункера варочного цеха.

2.2 Варка щепы

Варка щепы осуществляется в варочных котлах периодического действия при повышенной температуре (140-145°C) и давлении (0,6 Мпа) с кислотой на смешанном кальциево-натриевом основании.

Путём сжигания расплавленной серы в серных печах и поглощения сернистого газа растворами кальцинированной соды и известкового молочка в барботажных колонках осуществляется приготовление сульфитной кислоты. Сваренная целлюлоза выдувается в сцежи, где освобождается от варочного раствора (щёлока) и подаётся насосами в промывной и очистной цех.

2.3 Подготовка целлюлозы

Целлюлозная масса очищается от сучков и непровара на сучкоуловителях в промывном и очистном цехе, промывается горячей водой на промывной установке, на центробежных сортировках и вихревых очистителях очищается и сортируется. Далее подготовленная масса жидким потоком подаётся по цехам: СББ, СБЦ и в отбельный цех.

2.4 Отбелка целлюлозы

Целлюлоза белится с использованием каустической соды, гипохлорита, и газообразного хлора. Далее белёная целлюлоза сортируется и очищается на вихревых очистителях в промывном цеху. Очищенная белёная целлюлоза сгущается на вакуум фильтре насосами, затем подаётся в сушильно-бумажный цех и отделение аккумуляции полуфабрикатов цеха СББ.

2.5 Сушка целлюлозы

Из промывного-очистного отделения отбельного цеха белёная сульфитная целлюлоза, с массовой долей волокна (1,5-2,5%) поступает в приёмный бассейн с мешальным устройством сушильно-бумажного цеха.

Далее из приёмного бассейна целлюлозная масса насосом подаётся в напорный бак, откуда самотёком поступает в напускные ящики открытого типа пресспатов №1 и №2. Белёная или полубелёная сульфитная хвойная целлюлоза также может подаваться в композиционный бассейн, откуда масса насосом подаётся в напорный бак и далее поступает в напускные ящики открытого типа пресспатов №1 и №2.

В напускном ящике масса разбавляется оборотной подсеточной или фильтрованной водой до концентрации (0,8-1,5%).Через напускное устройство, состоящее из фартука и линеек, поступает на сетку сеточного стола, где осуществляется формирование и обезвоживание целлюлозного полотна. Сеточный стол включает в себя грудной вал, регистровые валики, отсасывающие ящики и отсасывающий гауч вал. В отсасывающих ящиках и в гауч-вале, вакуум создаётся при помощи вакуум-насосов.

В прессовой части происходит дальнейшее обезвоживание целлюлозного полотна, состоящей из 4-х двухвальных обычных прессов, снабжённых сукнами. Прижим прессов винтовой, с рычажно-грузовой системой.

Далее полотно проходит подогревательный цилиндр между 3-м и 4-м прессами, в который поступает вторичный пар после третьей и четвёртой групп сушильных цилиндров.

Процесс обезвоживания завершается в сушильной части, состоящей из 40 сушильных цилиндров без сукон, расположенных в два яруса в шахматном порядке.

3. Технико-экономическое обоснование

В соответствии с темой моего дипломного проекта, предлагается стабилизировать тепловой и гидравлический режимы работы сушильной части пресспата, попутно повысив производительности пресспата и снизить затраты пара и тепла на сушку целлюлозы.

В соответствующей практике реконструкции подобного рода агрегатов, увеличение производительности сушильных установок достигается различными путями.

Основные из которых:

1. увеличение поверхности нагрева сушильной части машины за счет установки новых цилиндров;

2. уменьшение плоскостной массы вырабатываемой продукции;

3. повышение давления пара, поступающего в цилиндр;

4. установка дополнительных источников теплоты:

a. колпаки скоростной сушки на цилиндр;

b. электрические или газовые излучатели.

5. стабилизация теплового и гидравлического режимов.

Увеличение производительности пресспата с помощью первого, второго, третьего и четвёртого случаев невозможна, так как в первом случае установка новых цилиндров ограничена размерами цеха. Во втором случае уменьшение плоскостной массы вызывает несоответствие ГОСТу.

В третьем случае давление, поступающего в цилиндр пара не должно превышать расчётного давления, при котором сохраняется безопасная и надёжная работа цилиндра и пресспата в целом. В четвёртом случае необходимы денежные и энергетические затраты.

Исходя из сказанного, при работе над проектом был выбран вариант 5. Идея этого варианта заключается в том, что опыты проведенные во время преддипломной практики по исследованию температурного режима сушки бумаги на пресспате показали, что несмотря на то, что в паровые группы пар поступает с давлением около трёх атмосфер, температура стенок цилиндров значительно ниже температуры насыщенного пара при соответствующем давлении.

Все цилиндры имею температуру ниже температуры пара при заданном давлении, что говорит о нахождении в полости цилиндров конденсата, который не удалялся своевременно. Это снижает интенсивность передачи теплоты от пара к высушиваемому материалу и понижает производительность.

Для стабилизации теплового и гидравлического режимов, в виде увеличения температуры стенки и своевременного и полного удаления конденсата, необходимо выполнить теплотехнический расчёт на существующем режиме, с целью выявления коэффициента теплопередачи со стороны пара и величины теплоотдачи со стороны контактного теплообменника. Так же при фиксированном давлении пара расчёт на максимальную производительность.

Необходимо знать расходы пара по отдельным цилиндрам, на основании которых можно рассчитать диаметры дроссельных шайб, установленных на опускных стояках конденсатопровода. Они предназначены для пропуска конденсата так, чтобы он полностью удалялся в соответствии с полным расходом пара в цилиндр. И установить эти шайбы, расчётного диаметра, на отведённых конденсатных стойках после каждого цилиндра.

4. Описание схемы теплоснабжения

По приводу и распределению пара, сушильная часть разделена на 4 группы. В каждой по 10 сушильных цилиндров.

Паровые группы. Пар с максимальным давлением подаётся на последние 10

Пар из турбин с ТЭС- 2 по главному паропроводу поступает на сушильную часть пресспата. Из главного паропровода пар распределяется на отдельные цилиндров с 31 по 40 цилиндр. В них поддерживается давление P4= 3 ата. С таким-же давлением пар поступает в цилиндры 3й паровой группы (21- 30 цил). В цилиндрах 3й и 4й паровых групп пар конденсируется, при конденсации выделяется теплота, равная теплоте парообразования при соответствующем давлении r, которая передаётся внутренней стенке цилиндра. За счёт этой теплоты происходит сушка целлюлозы.

Образующийся в цилиндрах конденсат с помощью черпаков выводится из полости цилиндра и по конденсатным стоякам отводится в

конденсатопровод соответствующей паровой группы. Из конденсатопроводов конденсат поступает в водоотделители 4х и 3х паровых групп. В водоотделители вместе с конденсатом поступает пролётный (неиспользуемый в цилиндрах) пар. Между паровым и конденсатным трубопроводами устанавливают перепад давлений, не менее Таким образом в водоотделителе устанавливается пониженное давление и в нём происходит процесс самопроизвольного вскипания конденсата с образованием пара, вторичного вскипания.

Пролётный пар из 3х и 4х паровых групп и пар вторичного вскипания из водоотделителей 3й и 4й группы подаётся на питание 2й паровой группы (11- 20 цил). Во 2й группе схема преобразования пара в конденсат повторяется, пролётный пар и пар вторичного вскипания из водоотделителя 2й группы направляется на питание 1й паровой группы (1-10 цил).

Весь конденсат из всех водоотделителей поступает в общий конденсатопровод, а из него в бак сборник конденсата. Затем конденсат насосами подаётся на спрыски сеточной части пресспата. Вторичный и пролётный пар из водоотделителя 1 поступает на вентиляцию.

В процессе прохождения преддипломной практики были произведены лабораторные измерения температуры поверхности всех цилиндров на сушильной части пресспата. Результаты измерения температуры поверхности цилиндров нанесены на график распределения температуры по длине сушильной части.

В соответствии с поступающим в цилиндры пара, температура образующегося конденсата, а соответственно и температура

В соответствии с описанной и представленной тепловой схемой можно поверхности (tст) должна быть одинакова, если из цилиндра своевременно и полностью удаляется образующийся конденсат, то есть при заданном давлении:

t^рнп=t^ркнд=tст.цил.

Однако, реальная температура стенок цилиндров значительно отличается от значений температур, соответствующих давлению пара. Выявленный в результате измерений перепад температур между t^рнп и tст.цил говорит о том, что внутри всех цилиндров находится часть не выведенного конденсата. Это снижает величину теплового напора между поступающим в цилиндр пара и высушиваемым полотном целлюлозы, а соответственно понижает производительность сушильной части машины.

Параметры острого пара поступающего к машине из котельной:

P₀= 3,6 ата. t₀= 140°C

Сушильные цилиндры разбиты на 4 паровые группы, цилиндры номер 21- 30 и цилиндры номер 31- 40 питаются из общего паропровода, через свои паропроводы, давление в которых поддерживается на уровне P₁= 3,5 ата. Конденсат из этих паровых групп отводится в свои водоотделители.

Вместе с конденсатом в водоотделители поступает часть пролётного пара с P₂= 3 ата. В водоотделителе этих паровых групп за счёт пониженного давления, образуется вторичный пар, так же с давлением пара 3 ата и температуре = 133°С пролётный и вторичный пар из этих водоотделителей поступает на питание второй паровой группы, цилиндры с 11 по 20.

Недостаток пара на питание цилиндров второй группы восполняется добавлением пара из главного паропровода. Конденсат из второй группы поступает в водоотделитель №2 с давлением P₃= 2,5 ата.

Образующийся в нём вторичный пар и пролётный пар поступающий из второй паровой группы подаётся на питание 3й паровой группы с давлением 2,5 ата. Недостаток пара восполняется из главного паропровода. Перепад давления между паром и конденсатом группы составляет ?P= 1 ата.

Конденсат и пролётный пар из третьей паровой группы поступает в водоотделитель №3. образующийся вторичный пар в водоотделителе №3 используется на подогрев воздуха в системе вентиляции. Конденсат из водоотделителя №1,2,3 поступает в общий конденсатопровод машины, по нему в бак сборник конденсата, откуда конденсат насосом перекачивается в котельную.

В соответствии с описанной схемой составляют график распределения давлений и температур насыщенного пара вдоль сушильной части машины.

В период прохождения практики из лаборатории цеха были получены значения температуры поверхности всех 40 цилиндров при работе сушильной части машины на вышеописанных параметрах. График изменения этих температур представляет собой пикообразную конфигурацию. Во всех 40 цилиндрах температура греющей поверхности стенок цилиндров значительно отличается от температур которые соответствуют давлению пара поступающего в цилиндры. При стабильном тепловом и гидравлическом режиме, температура поступающего пара в цилиндр должна быть максимально близка к температуре образовывающегося в цилиндре конденсата и равна температуре наружной греющей поверхности стенки цилиндра.

Значит перепад температур который составляет на цилиндрах от 105 до 125 °С. Этот перепад температур появляется в следствии того что все цилиндры сушильной части машины залиты переохлаждённым конденсатом, который своевременно не выводится из полости цилиндров.

Пар поступает в цилиндр и конденсируется не на внутренней стенке цилиндра, а на поверхности конденсатной плёнки цилиндра, который создаёт термическое сопротивление, препятствует передачи тепла от пара к внутренней стенке цилиндра снижая удельный тепловой поток, и общее количество передаваемого тепла. Налицо явное нарушение теплового и гидравлического режимов работы тепловой схемы сушильной части машины, при этом резко снижается производительность машины.

Стабилизация теплового и гидравлического режимов подразумевает максимального сближения температуры греющей поверхности цилиндров к температуре насыщенного пара поступающего в цилиндр.

Мероприятия по стабилизации позволяют повысить производительность машины по высушиваемому материалу, и значительно снизить затраты тепла и пара на единицу выпускаемой продукции. Решение задачи по стабилизации теплового и гидравлического режимов сводится к решению нескольких теплотехнических расчётов сушильной части, среди них:

1. Тепловой расчёт машины на сушильном тепловом режиме, основанном на полученных лабораторных данных.

2. Тепловой расчёт на номинальную производительность при заданных параметрах пара, при условии стабилизации параметров.

3. Тепловой расчёт машины с учётом кинетики процесса сушки и теплового режима сушильной части.

4. На основе уточнённого расчёта, определение удельных расходов пара на каждом цилиндре при заданном тепловом режиме.

5. На основе расчёта расхода пара по цилиндрам, и перепадов давлений в паровом и конденсатном коллекторов, расчёт проходных сечений диаметров дроссельных шайб которые будут устанавливаться на конденсатных стояках каждого цилиндра.

5. Тепловой расчёт машины на сушильном режиме

5.1 Исходные данные для расчёта

1. Количество сушильных цилиндров: n= 40 шт.

2. Диаметр сушильных цилиндров: d= 1500 мм.

3. Диаметр цилиндра: l= 3450 мм.

4. Плоскостная масса материала (вес 1м² полотна): P_сп= 500 г/м²

5. Часовая производительность машины на сушильном режиме по данным в лаборатории = 3,5 т/ч.

6. Сухость целлюлозы на входе в сушильную часть: Т₀= 38 %.

7. Критическое влагосодержание по лабораторным данным: U_кр=1кг_вл/кг_ц

8. Конечная сухость Т₂= 80%.

9. Толщина стенки цилиндров: д _ст= 20 мм.

10. Доля обхвата целлюлозы полотном: ?= 0,73.

11. Начальная температура полотна на входе в пресспат ?= 40 °С.

Поскольку данный тепловой расчёт сушильной части пресспата производится на сушильном режиме, то в качестве параметров греющей поверхности используются температуры поверхностей стенок цилиндров.

12. Средняя температура греющей поверхности на первых пяти цилиндрах: t_гр= 118 °С.

13. Средняя температура греющей поверхности на цилиндрах первого периода сушки: t₂= 118 °С; второго периода сушки: t₂= 120,5 C°

Температура приобретаемая полотном в первом периоде н₁ определяется из графика П.А. Жучкова: при t₁= 118 °C н₁= 105 °C.

Температура материала на выходе:

н₂= t₂-(7-10 °C); при t₂= 120,5 °С; н₂= 120,5 - 6 = 114,5 °С.

5.2 Тепловой расчёт машины

Количество тепла необходимое на прогрев бумаги:

Q_пр = 1/?_пр·G_ц·(С_ц+С_w·U₀)·(н₁-н₀)

?_пр - коэффициент используемого тепла в периоде прогрева. хх

G_ц - производительность целлюлозы по сухой массе. хх

С_ц - удельная теплоёмкость целлюлозы по сухой массе. хх

С_w - удельная теплоёмкость воды, в парах целлюлозы поступающей на сушку в пресспат. С_w= 4,19 кДж/кг.

Q_пр= 1/1· G_ц·(1,45 + 4,19 · 1,63)·(105 - 40) = 538,2G_ц кДж/ч

Количество тепла необходимое для испарения влаги в первом периоде сушки.

Q_I = 1/?_I · G_ц·(U₀ - U_кр)· r_I

Разность энтальпий пара в первом периоде сушки.

r_I = (2490 + C_п · н₁) - 4,19 · н₁

Q_I = 1/0,85 · G_ц·(1,63 - 1)·[(2490 + 2·105) - 4,19 · 105] = 1665G_ц кДж/ч.

Количество тепла необходимое на испарение влаги и нагрев высушиваемого материала во втором периоде сушки.

Q_II = 1/?_II · G_ц[(U_кр - U_II)· r_II + (С_ц + С_w· U_II)·(н₂ - н₁)

Q_II = 1/0,75 · G_ц·[(1 - 0,25)· 2252 + (1,45 + 4,19 · 0,25)·(107 - 105)= 2249G_ц кДж/кг.

Теплообмен на сушильном цилиндре происходит между паром поступающим в полость цилиндра и материалом на наружней поверхности цилиндра. Удельные тепловые потоки в отдельные периоды сушки на активные поверхности сушильных цилиндров.

Период прогрева:

q_пр= K^*·(t_гр - ?_пр)

q_пр= 1016·(116 - 73,5)= 43180 Вт/м²

В первом периоде сушки:

q₁= K^*·(t₁ - н₁)= 1016·(118 - 107)= 11176 Вт/м²

Во втором периоде сушки:

q₂= K*·(t₂ - н₂)·m_r · Z = 1016·(122 - 110) · 1,25 · 0,45 = 6858 Вт/м²

где m_r - коэффициент учитывающий дополнительные затраты тепла во втором периоде сушки.

m_r = 1; 1,25

н₂- средняя температура полотна во втором периоде сушки.

Z - средний интегральный коэффициент сушки во втором периоде, учитывает изменение падения скорости сушки, для толстых материалов 0,35 - 0,45 в зависимости от гигроскопичности высушиваемого материала. Чем плотнее материал, тем хуже отдаёт влагу.

Активная боковая поверхность цилиндра:

h_ац = ?_ц · р · ? · L = ?_ц· р · ?_ц · В_п

В_п - ширина полотна на цилиндре. В_п = 3,45 м

h_ац = 0,73 · 3,14 · 1,5 · 3,45 = 11,9 м²

Q_i- количество тепла в отдельные периоды сушки.

q_i- удельный тепловой поток в отдельных периодах сушки.

y_ац- дополнительное количество тепла от горячего воздуха к полотну на свободном участке прохода материала от цилиндра к цилиндру, y_ац = 0,2 - 0,25.

Действительное количество цилиндров на машине - 40 штук.

40 = G_ц·(0,000249 + 0,00291 + 0,0065)= 0,009· G_ц

5.3 Расчёт машины на максимальную производительность

В основу расчёта положена температура греющего пара, в соответствии с принятыми в каждой паровой группе давлениями.

При температуре пара 126,8 °С, н₁= 107°С.

н₂= t_гр - (7;10 °С)= 138 - 8= 130 °С

5.3.1 Расход количества тепла на сушку

На прогрев материала:

Q_пр= 1/Ш_пр· G_ц·(С_ц + С_w· U₀)·(н₁ - н₀)

Q_пр= 1/1· G_ц·(1,45 + 4,19 · 1,63)·(107 - 40) = 554,7 G_ц кДж/ч

Расход тепла на испарение влаги в первый период сушки:

Q_I= 1/Ш₁· G_ц·(U₀ - U_кр)· r₁

r₁= 2490 + С_п· н₁ - С_w· н₁= 2490 + 2 · 107 - 4,19 · 107 = 2255 кДж/ч

Расход тепла на испарение влаги во второй период сушки:

Q_II= 1/ Ш₂· G_ц[(U_кр - U_II) · r₂ + (С_ц + С_w · U_II) · (н₂ - н₁) = 1/0,75 · G_ц · [(1 - 0,25) · 2301

r₂= 2490 + С_п · н₂ - С_w · н₁ = 2490 + 2 · 130 - 4,19 · 107 = 2301 кДж/ч

Q_II = 1/0,75 · G_ц·[(1 - 0,25) · 2301+(1,45+4,19·0,25)·(130 - 107)]=2372G_ц кДж/ч

Удельные тепловые потоки на активной поверхности цилиндров:

- в период прогрева: q_пр= 750 · (127 - 73) = 40125 Вт/м²

- в первом периоде сушки: q₁ = 750 · (133 - 107) = 19500 Вт/м²

- во втором периоде сушки: q₂ = 750 · (138 - 118,5)·1,15·0,35 = 5886,5 Вт/м²

Расход тепла на сушку:

В период прогрева: Q_пр= 554,7 · G_ц =554,7 · 4125 = 2288137 кДж/ч

В первом периоде сушки: Q_I = 1671,8 · G_ц = 1671,8 · 4125 = 6896175 кДж/ч

Во втором периоде сушки: Q_II = 2372 · G_ц = 2372 · 4125 = 9786562 кДж/ч

5.3.2 Расчётное число цилиндров

В период прогрева: n_пр = 0,000268 · 4125 = 1,1 шт - 1ц

В первом периоде сушки: n_I = 0,00166 · 4125 = 6,8 шт - 7ц

Во втором периоде сушки: n_II = 0,0078 · 4125 = 32,2 шт - 32 ц

Расход пара: Q_I^p3 = 3,6 · 750·(127-107)·(1+0,2)·8,94 = 6893813 кДж/ч

Поскольку на первых девяти цилиндрах протекает первый период с постоянной скоростью сушки, то в каждом из этих цилиндров расходуется одинаковое количество пара.

Из расчёта видно, что в третьей паровой группе с давлением 2,5 ата. и температуре 127°С на первом цилиндре протекает период прогрева, а на остальных 9 цилиндрах первый период сушки. Начиная с 11 цилиндра и до конца, протекает второй период сушки.

Но вторая паровая группа включает в себя с 11 по 20 цилиндр, параметры пара в которых t₂=132°С, P₂= 3,0 ата. Необходимо определить какое количество тепла передаётся высушиваемому материалу на испарение влаги и нагрев полотна в этой паровой группе, из общего количества тепла потраченного на второй период сушки Q_II = 9786562 кДж/ч.

Для этого определим удельный тепловой поток от пара к материалу на десятом цилиндре второй паровой группы.

Q_II^p2 = 3,6 · q_II^p2·(1 + y_ац)· h_ац · n_II^p2

Q_II^p2= 3,6 · K^*·(t_нп^p2 - ?_II) · m_r^p2 · Z^p2 · h_ац · (1+y_ац) · n_II^p2

Q_II^p2= 3,6 · 750·(133 - 118) · 1,15 · 0,72 · (1,2) · 11,9 · 10 = 4629033

На второй период сушки протекающей на цилиндрах первой паровой группы (21 - 40 цил.)

Q₂^p1 = Q_II - Q_II^p2= 9786562 - 4629033 = 5157529

Количество тепла на оставшихся 20 цилиндрах с 21 по 40:

Q_II^p1 = 3,6 K^*(q_II^p1 · m_r · Z_II^p1 · (1+y_ац)· h_ац · n_II^p1)

Q_II^p1 = 3,6 · K^*·( t_нп^p1 - ?_II) · m_r · Z_II^p1· (1+y_ац)· h_ац · n_II^p1)

Q_II^p1 = 3,6 · 750·(138 - 118) · 1,15 · 0,3 · (1,2) · 11,9 · 20 = 5157529

Общий расход пара на второй период сушки

древесина гидравлический сушильный

?₂ = ?₂^p2 + ?₂^p1 = 5135

Из расчёта определения тепла во втором периоде видно, что выбранные численные значения m_r = 1,15 и Z = 0,3 отражают реальный расход тепла, затраченный на испарение влаги и нагрев высушиваемой целлюлозы на цилиндрах первой и второй паровой группы. Это даёт возможность рассчитать действительные расходы пара в цилиндрах второго периода сушки с 21 по 40 цилиндры. Во втором периоде сушки расход пара в цилиндрах не одинаков, а определяется с учётом изменения среднеинтегрального коэффициента сушки определяемого по графику Жучкова.

Для расчёта в основу кладём график и делим рабочую часть графика от Z=1 до Z= 0,22 на 30 оставшихся во втором периоде цилиндров. Расход пара с 11 по 20 цилиндры определяется из уравнения: Общий расход:

?ээ^P2 =_i= 2328

Расчёт расхода пара в цилиндрах первой паровой группы с 21 по 40 цилиндр:

5.4 Расчёт дроссельных шайб

Дроссельные шайбы нужны для стабилизации гидравлического режима - равенство между количеством пара, поступающего в цилиндры, и количеством удаляемого из них конденсата.

Дроссельные шайбы устанавливают на тихоходных машинах (W_м<W_кр=400 м/мин) на конденсатных стояках после конденсатных задвижек, или на быстроходных машинах (W_м>W_кр) в нутрии цилиндра на сифонах.

Размещено на Allbest.ru