Барабанная сушилка

где: - количество сухого воздуха. Необходимого для получения смеси с температурой tнгаз =600°С

От точки В проводим линию Ннгаз = const до пересечения с изотермой tкгаз =120°С и определяем положение конечной точки процесса L0. Теоретический процесс сушки на Н-d диаграмме изобразится линией ВС0. Параметрами точки С0 на 1 кг сухих газов являются постоянная энтальпия Ннгаз =1100 кДж и влагосодержание d2 = 300 г.

6.6 Расход сухих газов по массе при теоретическом процессе сушки

6.7 Построение действительного процесса в реальной сушилке сводится к определению направления линии сушки для чего находим удельное количество теплоты, отданное в окружающую среду поверхностью сушильного барабана и на нагрев материала.

где: - количество теплоты, расходуемой на нагрев сушимого материала, кДж/кг.

где: см – удельная теплоемкость высушенного материала при конечной влажности .

где: – теплоемкость,

- количество теплоты, потерянной сушилкой в окружающую среду.

где: α1 – коэффициент теплоотдачи от газов к внутренней поверхности сушильного барабана равной 150 Вт/(м2*°С);

s1 – толщина стенки барабана = 14 мм;

s2 – толщина теплоизоляции барабана равна 40 мм;

и - теплопроводность соответственно стальной стенки

= 58,2 Вт/°С;

= 0,2 Вт/°С;

- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции в окружающую среду обычно принимаемый 12-15 Вт/(м2*°С), ;

– площадь боковой поверхности сушильного барабана

- разность температур газов рабочего пространства барабана и окружающего воздуха, °С

- средняя температура материала в барабане

где: средняя температура материала в барабане.

Следовательно:

Подставляем числовые значения в формулу :

Подставляем числовые значения в формулу :

6.8 Так как часть теплоты теряется, то энтальпия в конце процесса будет меньше энтальпии газов в начале процесса сушки, т.е

Находим величину уменьшения энтальпии дымовых газов.

Откладываем на Н-d диаграмме значение = кДж на 1 кг сухих газов от точки С0 вертикально вниз и получаем точку D, которую соединяем с точкой В. Линия BD показывает направление линии действительного процесса сушки с учетом тепловых потерь. Линия пересечения пучка действительного процесса сушки с линией = 600°С дает точку С – конца процесса сушки. При заданной конечной температуре процесса =65°С весь процесс в действительной сушилке выразился линией ВС. Следовательно, процесс пойдет по более крутой линии и конечная точка переместится по вертикали вниз от С до точки D на величину, равную потере теплоты, отнесенной к 1 кг сухого газа, проходящего через сушилку. Притом энтальпия уменьшается при постоянном влагосодержании, поскольку потери теплоты снижают температуру газов. Определяем на Н-d диаграмме конечное влагосодержание газов для точки С, dк = 270г на 1 кг сухих газов.

6.9 Действительный расход газов по массе на сушку составит

6.10 Определяем количество теплоты на сушку

6.11 Приняв к.п.д. топки η=0,9 определим количество подводимой теплоты в топку

6.12 Определим тепловую мощность топки

6.13 Расход топлива по массе составляет

7.Материальный и тепловой баланс сушильного барабана

При установившемся процессе сушки количество влаги, поступающей в сушильный барабан с материалом и дымовыми топочными газами, должно быть равно количеству влаги, остающейся в материале, и влаги, ушедшей с дымовыми газами (баланс влаги) на 1 ч работы сушилки. Малая величина потерянной теплоты в окружающую среду объясняется применением тепловой изоляции. Проверим конструктивные размеры сушильного барабана.

7.1 Определяем объем сушильного барабана Vбар,м3

где: Кб—коэффициент, учитывающий долю объема барабана, занятого насадками и винтовыми направляющими (Кб=1,1 ...1,2) Кб=1,2;

Ф — тепловой поток, передаваемый от газов к материалу и расходуемый на испарение влаги и нагрев материала:

Ф=( 2493+1,97*tкгаз-4,2*tнм)*0,278*W+0,278*Qм (61)

где: Qм- количество теплоты, расходуемой на нагрев сушимого материала:

кДж/ч

Ф=(2493+1,97*120-4,2*15)*0,278*1704,55+0,278*505227,1=1403967,86 кВт

7.2 Определяем среднюю логарифмическую разность температур между газами и материалом в барабане для случая прямотока по формуле

∆tср=∆tмакс-∆tмин/﴾2,3*lg*(∆tмакс/∆tмин)﴿ (62)

∆tмакс= tнгаз - tнм (63)

∆tмакс=600-15=585°С

∆tмин= tкгаз – tкм (64)

∆tмин =120-65=55°С

∆tср=585-55/(2,3*lg*(585/55)=224,58°С

Принимаем объемный коэффициент теплоотдачи, отнесенный к единице свободного объема барабана, не занятого перегородками и лопастями Вт/(м3*°С)

Таблица 1. Материальный баланс

7.3 Определим количество водяных паров в газах

8.Расчет удельного количества теплоты, топлива и к.п.д. сушилки

Таблица 2. Тепловой баланс сушильного барабана.

9. Расчет частоты вращения и мощности привода сушильного барабана

9.1 Определяем удельный расход сухих газов на 1 кг испаренной влаги

lсм=1000/ (d2-dн) (66)

lсм=1000/(300-26,4)=3,65 кг

9.2 Удельное количество теплоты на 1 кг испаренной влаги составит

q= Qтоп/W (67)

Определим количество теплоты потерянные в топке, кДж/ч:

q=578965,92/1704,55=339,66 кДж

9.3 Удельный расход топлива на 1 кг испаренной влаги составит

b= mт/W (69)

b=142,35/1704,55=0,084

9.4 Тепловой к.п.д. барабанной сушилки равен

η= Qисп/q q (70)

Определим количество теплоты на испарение и нагрев влаги материала, кДж/ч;

η=20,65/339,66 =0,06

10. Расчет частоты вращения и мощности привода сушильного барабана

10.1 Частоту вращения барабана определяем по формуле

n= LБАР/(a* t *D* tg α) (71)

где: a- коэффициент, зависящий от типа насадки и диаметра барабана.

Для подъемно лопастной насадки принимаем угол наклона барабана: α=30 (tg =0,052)

n=11,46/(1.2*2649*1,77*0.052) =0,039 об/с = 2,35 об/м

10.2 Мощность, необходимую на вращение барабана, определяем по формуле А.П.Ворошилова

N=0,0013* D3БАР* LБАР*n* η*ρн (72)

где: η- коэффициент мощности для барабана

ρн- объемная насыпная масса суперфосфата гранулированного в барабане при средней влажности , кг/м3

Следовательно:

N=0,0013*1,773*11,46*2,35*0.038*2600=19,18 кВт

11 Аэродинамический расчет, подбор приборов для сжигания топлива и вентиляционных устройств

Расчет топочного устройства и подбор горелочного устройства

11.1 Объем топки Vт,м3:

Vт=Qт/qv (73)

qv =(100000)кВт/м3

Vт=(40762*142,35)/100000=5,8 м3

11.2 Диаметр топки Dт, м:

Dт= (75)

Dт==1,55

11.3 Длина топки Lт, :

Lт=2* Dт (76)

Lт=2*1,55=3,1

Рассчитаем мощность горелки, мВт:

Qг=(mт *Q)/106 (77)

Qг=(142,35*)/106=50,8

По рассчитанной мощности принимаем к установке газомазутную горелку с форсунками воздушного распыливания Оргмонтажэнергогаз ОЭН-75-ГМВ-6, номинальной производительностью-86 м3/ч, с давлением газа перед горелкой 1-1.5 кПа.

11.4 Определяем объемный расход воздуха V'ВОЗ,м3/ч, необходимого для горения газа :

(78)

11.5 Определяем подачу воздуха вентилятором Vt, м3/ч, при температуре воздуха t0 = 15°C (летние условия работы):

Вентилятор подбирают в зависимости от требуемых подачи и создаваемого давления, необходимого для преодоления сопротивлений воздушного тракта с целью нормальной работы горелки.

11.6 Принимаем полное давление, развиваемое вентилятором при плотности воздуха ρв=1,2 кг/м3: Pt = 1500 Па

По таблицам выбираем центробежный вентилятор ВЦ-14-46, имеющего следующие характеристики:

к. п. д. в — 0,6 .

11.7 Определяем мощность на валу электродвигателя NДВ, кВт, приняв к.п.д. привода для вентилятора, соединенного с двигателем при помощи эластичной муфты ηп=0,98

11.8 Определяем установочную мощность электродвигателя Nуст, кВт, с учетом запаса

где: К — коэффициент запаса мощности электродвигателя на пусковой момент, который принимают в зависимости от мощности на валу NДВ, кВт. К=1.1-1.2, К=1.2

Принимаем к установке электродвигатель типа АИР 56 А4, мощностью 0.12 кВт.

С целью понижения температуры дымовых газов, а также интенсивного перемешивания их с воздухом и предохранения загрузочной течки от быстрого перегорания воздух подают специальным вентилятором в подсводовое пространство смесительной камеры.

11.9 Определяем объемный расход холодного воздуха V''в, м3/ч, необходимого для разбавления дымовых газов в камере смешивания

(82)

С учетом температурной поправки подача воздуха вентилятором Vt, м3/ч

По таблице выбираем вентилятор ВЦ-14-46-2.5 с КПД равным 0.6.

Вентилятор соединяют с электродвигателем с помощью муфты, что требует соответствия частоты вращения его и двигателя. К. п. д. привода =0,98.

11.10 Определяем мощность NДВ, кВт, на валу электродвигателя

11.11 Определяем установочную мощность Nуст, кВт, двигателя

Nуст=K*Nдв (85)

Nуст=1,2*1,7=2,06

где К — коэффициент запаса мощности на пусковой момент, равный 1,1 .

Принимаем к установке электродвигатель типа АИР100L6, мощностью 2,2 кВт, 1000 об/мин.

11.12 Определяем действительный объемный расход влажных отходящих газов Vсм,м3/с, при выходе из сушильного барабана:

где gcm — расход газов по массе, выходящих из сушильного барабана, кг/ч

11.13 Определяем плотность уходящих дымовых газов ρ см, кг/м3, при tГАЗК =120° С

По H,d-диаграмме при tГАЗК =120° С и dK=270г на 1 кг сухих газов парциальное давление водяного пара в отходящих газах составит

Рп = 26664.5 Па

Тогда

Следовательно,

11.14 Сопротивление барабанной сушилки принимают 100—200 Па при скорости газа =1,7...2 м/с и коэффициенте заполнения = 20,6 %

Наибольшее сопротивление движению газового потока оказывает батарейный циклон для очистки от пыли отходящих газов. Подбираем батарейный циклон с элементами диаметром D=150 мм, коэффициент гидравлического сопротивления элемент=90. Исходя из технико-экономических соображений, а также из требований надежности работы батарейных циклонов принимаем гидравлическое сопротивление батарейного циклона из соотношения (отношение перепада давления в циклоне к плотности газа): Принимаем

11.15 Определяем пропускную способность Vэл, м/с, через один элемент циклона по запыленному газу

11.16 Определяем требуемое количество элементов циклона n:

11.17 Принимаем тип секции ПС-5-5, количество элементов в секции n=50. Располагаем их в 5 рядов по ходу газа ( 10 элементов в каждом ряду)

Определяем гидравлическое сопротивление циклона ,Па

ΔР=550*ρсм (91)

ΔР=550*0,8=440

Начальная запыленность газа, поступающего в батарейный циклон, допускается до 100 г/м3. К. п. д. батарейного циклона зависит от фракционного состава пыли и в среднем колеблется от 78 до 95%.

11.18 Определяем скорость газов на выходе из барабана Vгаз, м/с

11.19 Определяем скорость газов ν, м/с, в цилиндрической части циклонного элемента

11.20 Общее аэродинамическое сопротивление, которое должен преодолеть дымосос, складывается из следующих сопротивлений

газоходов от топки до входа в сушильный барабан….…………....100 Па

барабанной сушилки……………………………..………….................200

выходной газовой камеры от конца барабана до выходного патрубка циклона…………………………………………………………………………...50

батарейного циклона………………………………………..............440

Полное сопротивление сушильной установки составит = 790Па.

11.21 Обычно газы отсасываются вентилятором среднего давления, подачу которого рассчитывают из условий обеспечения скорости газов по массе в сечении барабана 2—3 кг/(с-м2) с учетом подсосов по газовому тракту в размере 50—70%

Определяем подачу дымососа Vдым, м3, с учетом подсосов воздуха в размере 50%:

Vдым=Vcм*1,5 (94)

Vдым=*1,5=16867,32

11.22 При подборе дымососа следует учитывать запас давления примерно до 40% к общей сумме аэродинамических сопротивлений, Па

Соответственно:

ΔРсу=790*1,4=1106

11.23 В качестве дымососа можно использовать обычный центробежный вентилятор среднего давления (желательно с охлаждением подшипников)

Так как характеристики для подбора вентиляторов составлены для нормальных условий при Т0=273+15 = 288° К, Па.

По этим данным (Vдым=2735 м3/ч и Р0=1509 Па) подбираем центробежный вентилятор типа ВЦ-14-46-6.3: к.п.д. B = 0,63.

11.24 Определяем мощность электродвигателя Nдв, кВт, вентилятор

где: — к. п. д. передачи при помощи эластичной муфты, равный 0,98.

11.25 Определяем установочную мощность двигателя Nуст, кВт, при коэффициенте запаса мощности К=1,1, кВт.

Nуст=Nдв*К К (97)

Nуст=11,45*1,1=12,59

Принимаем к установке двигатель серии АИР160S-4 с номинальной мощностью 15 кВт, 1500 оборотов в минуту. Дымосос и циклон необходимо изолировать в том случае, если ожидается охлаждение газов в них ниже 70—75 °С.

Вращающиеся барабанные сушилки обычно работают под полным давлением (585-635 Па), чтобы предотвратить выход в цех запыленных вредных топочных газов. Слишком большой подсос воздуха снизит температуру сушки, поэтому стремятся за счет уплотнений (лабиринтных радиальных и торцовых) снизить подсос воздуха до минимального предела.

12. Примерный расчет дымовой трубы

12.1 Определяем температуру газов в устье трубы tу, °С, из условий понижения температуры по высоте = 1,5° С на 1 м для кирпичной трубы и 2—3° С в металлических нефутерованных трубах:

tу=tосн-30Δt (98)

tу=120-30*1,5=75

12.2 Определяем среднюю температуру tср, °С ,газов в трубе:

12.3 Определяем среднюю плотность окружающего воздуха, кг/м3 :

12.4 Определяем диаметр устья трубы Dу, м, принимая скорость νоу=4м/с, если плотность газов при давлении 101,3 кПа и t=80° С составляет 0 = 1 кг/м3:

12.5 Принимаем Dy-1,22м.

Тогда

12.6 Определяем диаметр основания трубы Dосн, м:

DOCH =l,5Dy =1,5*1,22= 1,83

12.7 Определяем средний диаметр Dср, м:

12.8 Определяем среднюю скорость газов в трубе νср, м/с:

При искусственной тяге высоту дымовой трубы выбирают с учетом санитарно-гигиенических требований и «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий» . Металлические трубы изготовляют высотой не более 30—40 м. При сжигании сернистых топлив не следует применять металлические трубы вследствие их износа от коррозии за 3—4 года. Согласно санитарно-техническим нормам, дымовую трубу высотой 30 м допускают при суточном массовом расходе многозольного топлива до 5 т/ч. При работе на газе и мазуте высота дымовых труб может быть уменьшена, но она должна быть больше высоты зданий, расположенных вблизи сушильной или печной установки. Если в радиусе 200 м от сушильной установки имеются здания высотой более 15 м,