Камерные сушила, используемые для сушки
мелких и средних стержней, отличаются от описанного
только несколько меньшими размерами камеры, наличием только одной топки и
соответственно одного дымового капала, а также способом
загрузки высушиваемого материла. Стержни обычно размещают
на металлических этажерках, вдвигаемых в рабочую камеру. Для
облегчения перемещения этажерки делают сравнительно
небольшими: в сушилке, как правило, помещают 2—4 этажерки одновременно.
Внутренние размеры камерных сушил меняются в широких пределах и
зависят от их назначения и условий размещения
в цехе. При конструировании сушил рекомендуется не превышать следующие
максимальные размеры (внутренние): длина 10 м; ширина 5,5—6 м; высота 4,0— 4,5 м. Чтобы обеспечить циркуляцию газов в сушиле, должны бить выдержаны минимально допустимые расстояния
между загружаемым материалом и подом 0,5—0,7 м; между материалом и сводом 0,4—0,5 м; между материалом и боковыми стенами над дымовыми каналами 0,4— 0,5м.
Ямное сушило (рис.91) применяется для сушки
крупных форм. Рабочая камера ямного сушила располагается ниже уровня
пола цеха, и загрузка форм в нее осуществляется через съемный свод с мостовым
краном. Сушило занимает в цехе меньшую
площадь, так как здесь отпадает
необходимость в рельсовых путях и механизмах для перемещения тележки. При загрузке нижний ряд опок устанавливают на стеллажи, а последующие — одну на другую с металлическими прокладками между ними.
Так как топка в ямном сушиле расположена
рядом с
рабочей камерой, то величина геометрического напора, создаваемая разностью плотностей столбов дымовых газов в сушиле и воздуха вне его, невелика. Поэтому для повышения скорости движения газов в ямных сушилах всегда применяют принудительную рециркуляцию. Продукты горения поступают из топки в
вертикальный канал, в который снизу подсасывается возврат за счет инжектирующего действия струи
отработанных дымовых газов, подаваемых дымососной установкой. Дымовые газы поступают в сушильную камеру из вертикальных каналов через отверстия. Покидающие
камеру газы отводятся в борова, перекрытые чугунными
плитами с отверстиями. Наибольшее распространение получили ямные сушила
с размерами рабочих камер 9,0X5,0X3,5;
11,0X5,0X3,5; 13,0X3,5 м.
В камерных и ямных сушилах расход топлива на
удаление 1 кг влаги из высушиваемого материала составляет 13500—20000
кДж/кг, причем большие значения соответствуют
сушке форм стального литья, а меньшие — сушке мелких стержней.
Разработка новых методов покрытия внутренних поверхностей
литейных форм быстротвердеющими смесями позволяет
более широко заменять сквозную сушку форм более быстрой и
производительной поверхностной подсушкой.
В
качестве примера установки, используемой для этой цели, может служить сушило с сушкой
горячим воздухом (рис. 6). Сушило представляет собой переносную рамную
конструкцию, устанавливаемую над предназначенной для подсушки полуформой.
Воздух, забираемый вентилятором из окружающего пространства, направляется в
так называемый калорифер, представляющий собой теплоизолированную камеру с
установленными в ней электрическими нагревателями сопротивления в виде спиралей.
1 – рабочее
пространство сушила; 2 – съемный свод; 3 – вертикальный канал; 4 – из
дымососной установки; 5 – топка; 6 – в дымососную установку; 7
– дымовые борова
Рисунок 5 – Ямное
сушило
1 – сборный
воздухопровод; 2 – вентилятор; 3 – электрокалорифер; 4 – распределительные воздухопроводы
Рисунок 6 –
Переносное сушило для поверхностной подсушки форм горячим воздухом
Вентилятор
и калорифер установлены наверху рамы сушила. Нагреватели, обдуваемые потоком
воздуха с высокой скоростью, быстро нагревают его до температуры 300—350°С,
после чего горячий воздух поступает в пять распределительных воздухопроводов,
расположенных внизу рамы. Каждый воздухопровод имеет сопла, через которые
горячий воздух с большой скоростью направляется на поверхность литейной формы.
Часть отработанного воздуха через сборный воздухопровод засасывается
вентилятором и вновь попадает в калорифер для обеспечения рециркуляции, которая
протекает здесь по незамкнутому циклу.
Конструкции сушил непрерывного действия. Сушильные установки непрерывного
действия представляют собой вытянутые (в высоту или в длину в зависимости от
удобства размещения в цехе) камеры, внутри которых с помощью конвейеров
различных конструкций высушиваемый материал перемещается от загрузочного к разгрузочному
концу. Из-за трудности создания надежных конвейерных устройств для
транспортировки тяжелых форм и крупных стержней эти сушила применяются только
для сушки мелких и средних стержней. Сушила непрерывного действия работают с
постоянным во времени тепловым режимом.
Вертикальное
конвейерное сушило (рис. 7) выполняется в виде башни со стенами рамно-щитовой
конструкции. Пространство между внутренним и внешним стальными листами
обшивки рам заполняется теплоизоляционным материалом (шлаковой или стеклянной
ватой). Внутри сушила движется вертикальный конвейер, состоящий из двух
непрерывных роликовых цепей с подвешенными на них этажерками. На полки этажерок
укладывают подвергаемые сушке стержни. Количество полок на каждой из этажерок
зависит от размера стержней. При массе
стержней до 5 кг обычно на этажерке устанавливают по три полки, при сушке более крупных стержней
количество полок уменьшается. Изменяя скорость движения конвейера, можно
устанавливать различное время пребывания стержней в сушиле в зависимости от их массы. Загрузка стержней производится
со стороны восходящей ветви конвейера, разгрузка — с противоположной стороны,
причем загрузка и выгрузка обычно механизированы.
1 – рабочее
пространство сушила; 2 – привод; 3 – цепь конвейера; 4 – продольная
перегородка; 5 – ведущее колесо; 6 – дымовая труба
Рисунок 7 –
Вертикальное конвейерное сушило
Топка сушила находится между двумя ветвями
конвейера;
размещена выше уровня загрузочного и разгрузочного
окон, чтобы предотвратить выбивание горячих дымовых газон. Топливо сжигается. б
топке, расположенной внутри смесительной камеры, в которой
происходит перемешивание выходящих из топки продуктов горения (с температурой 1000—1200° С) с холодным
воздухом или отработанными газами.
Наружная камера одновременно играет роль тепловой изоляции кладки
топки. Приготовленный таким образом сушильный агент выходит из камеры смешения через отверстия в ее своде и
поступает в сушильную камеру со стороны восходящей ветви конвейера. Поднявшись в верхнюю часть сушила, дымовые
газы огибают перегородку, опускаются в нижнюю часть сушила, откуда
дымососом часть их отводится для рециркуляции,
а часть поступает в дымовую трубу. Вместо сплошной перегородки часто
используются газоотбойные щиты,
устанавливаемые над топкой. Меняя угол наклона этих щитов при помощи
лебедки, можно регулировать распределение газовых потоков в сушильной камере.
Помимо этого, дымовая труба соединена с верхней частью сушильной камеры четырьмя короткими трубопроводами с заслонками на
каждом из них. Все эти средства позволяют
регулировать работу сушила и подбирать тот режим сушки, который требуется для данных стержней.
Стержни перед выдачей из сушила охлаждаются.
Зоной
охлаждения служит участок нисходящей ветви конвейера между дымоотборным
отверстием и разгрузочным окном. Охлаждение
стержней осуществляется воздухом, подсасываемым в сушильную камеру через окно
разгрузки.
Технические характеристики типовых вертикальных сушил, разработанных институтом «Теплопроект», приведены
ниже:
Производительность сушила,
кг/ч
800 1300
1750 2500
влаги, кг/ч 42 68 92 131
Расход тепла на удале-ние 1 кг влаги, кДж/кг . 26700 21000 19600 18000 Общее число этажерок
в сушиле 18 26 28 35
Горизонтальное конвейерное сушило (рис. 8) представляет собой теплоизолированный коридор. Внутри
коридора перемещается цепной конвейер, который делает несколько поворотов в горизонтальной плоскости. К цепи конвейера
подвешены этажерки, на которые укладывают влажные
стержни. Торцы сушила остаются открытыми
1 – топка; 2 –
вентилятор подачи дымовых газов в сушильное пространство; 3 – вентилятор
откоса отработанных газов из сушила; 4 – трубопровод дымовых газов; 5
– короба подачи дымовых газов в сушильное пространство; 6 – трубопроводы подачи
охлаждающего воздуха; 7 – дымовая труба; 8 – дымосос; 9 – натяжное устройство
конвейера; 10 –звездочка привода конвейера; 11 – вентилятор подачи
охлаждающего воздуха; 12 – трасса конвейера; 13 – отверстия с задвижками для
выхода газов в сушильное пространство
Рисунок 9 –
Четырехходовое горизонтальное конвейерное сушило
(для входа и выхода непрерывно движущегося
конвейера). Чтобы избежать попадания горячих газов на
рабочую площадку, сушило поднято над уровнем пола цеха на высоту около 2 м и конвейер входит в него наклонно. Сушильная камера
выполняется сборной из отдельных панелей с теплоизоляционной прокладкой. В
качестве теплоизоляции служит шлаковая или
стеклянная вата. Сборка каркаса с
панелями осуществляется па болтах что допускает легкую смену панелей.
Часть потолочных панелей не крепится
болтами, а лежит свободно и играет роль
предохранительного клапана на случай взрыва в рабочем пространстве.
Топка в таких сушилах вынесена из рабочей
камеры и дымовые газы подаются вентилятором по
металлическому дымоходу. Продукты горения поступают в короба, расположенные па полу сушила, Поступление сушильного
агента в рабочее пространство регулируется задвижками. Отработанные дымовые
газы отбираются из предпоследнего и последнего коридоров и используются
для рециркуляции. Последний ход сушила
играет роль зоны охлаждения. В него подается атмосферный воздух для охлаждения
стержней перед выходом из сушила. Часть топочных газов, смешанных с воздухом в
зоне охлаждения, отсасывается вентилятором и выбрасывается в атмосферу.
Наличие вынесенной топки и принудительной подачи
сушильного агента позволяет легко регулировать требуемый режим сушки по всему рабочему пространству.
Производительность горизонтальных конвейерных сушил
2000—3000 кг/ч при количестве испаряемой влаги до 140—160 кг/ч и расходе
тепла на 1 кг удаляемой влаги 14500—19500 кДж/кг.
Отопление всех описанных сушильных установок может осуществляться любым видом топлива (твердым, жидким или газообразным), сжигание которого осуществляется
с помощью топливосжигательных устройств.
3 Расчет
процессов сушки
Расчет процесса
сушки производится для нахождения необходимого для нормальной работы сушила
количества сушильного агента и определения расхода тепла (топлива). Тип
сушила, характеристики высушиваемого материала и вид топлива обычно бывают
заданы. Режим сушки выбирают, исходя из технологических соображений и вида
форм и стержней.
При такой
постановке задачи расчет сводится к совместному рассмотрению балансов влаги и
тепла при процессе сушки. Очевидно, что вся влага, удаляемая из материала при
сушке, переходит к сушильному агенту, повышая влагосодержание последнего от
начального dнач (на выходе в сушило) до
конечного dкон (на выходе из сушила).
Тогда, исходя из закона постоянства массы:
mвл = L(dкон –dнач) кг, (1)
где L — количество сухого сушильного
агента, кг сухого газа (возд).
Количество
необходимого сухого сушильного агента удобно выразить, отнеся его к 1 кг удаляемой из высушиваемого материала влаги:
l=L/ mвл =1/ dкон –dнач кг/кг исп. вл. (2)
Все последующие
операции по совместному анализу балансов тепла и массы для процесса сушки могут
быть наиболее эффективно осуществлены с помощью I—d диаграммы, подробно
описанной в гл. II первого тома учебника.
Основными параметрами I—d диаграммы служат энтальпия I (кДж/кг) и влагосодержание d (кг/кг сух. возд). Диаграмма I—d построена для влажного воздуха, однако с ее помощью можно производить
расчеты сушки не только воздухом, но и дымовыми газами, а также смесью дымовых
газов с воздухом.
При расчете
процессов сушки с помощью I—d диаграммы следует последовательно
отображать на ней имеющие место в сушиле явления: подготовку сушильного агента
перед его подачей в рабочую камеру (т. е. подогрев воздуха в случае
использования воздуха в качестве сушильного агента); смешение продуктов
горения с воздухом или возвратом в случае сушки дымовыми газами и собственно
процесс сушки.
Ниже рассмотрен
порядок отображения на I—d диаграмме процессов сушки различными
сушильными агентами. Это отображение будет в дальнейшем называться «построение
процесса сушки».
Сушка
воздухом. Для построения на I—d диаграмме процесса сушки
воздухом предварительно определяют его начальные параметры φвоз
и Твоз в зависимости от времени года и местности. По этим данным на
диаграмме находят точку А (рис. 10). Для осуществления процесса сушки воздух
необходимо подогреть до температуры Тнач (температура воздуха на
входе в сушильную камеру). Эту температуру принимают на 150—250° С выше
рекомендуемой технологией температуры сушки, поскольку указанная разность
температур между сушильным агентом и поверхностью сушимых изделий характерна
для значительного большинства сушил с теплопередачей преимущественно
конвекцией. Эта разность температур и создает необходимый для процесса сушки
тепловой поток к высушиваемой поверхности. Процесс подогрева на диаграмме
изображается прямой линией АВ, параллельной линиям постоянного влагосодержания d=const, так как при подогреве начальное влагосодержание воздуха остается
неизменным, а изменяется только его энтальпия. Точка В характеризуется параметрами
dнач = dвоз, Тнач, Iнач.
В процессе сушки
влагосодержание воздуха и его температура изменяются. Влагосодержание воздуха
возрастает за счет удаления влаги из материала, а его температура снижается
до величины Ткон вследствие затраты тепла на процесс сушки.
Температура Ткон соответствует моменту выхода сушильного агента из
сушильной камеры. Эту температуру принимают равной рекомендуемой (по
технологическим условиям) температуре сушки или величине несколько меньшей в
случае, если садка загружается в холодную камеру, и тогда учитывается средняя
за период температура уходящих газов. (Во всех случаях выбирать параметры
процесса сушки ниже линии относительной влажности φ=100% нельзя, так как
насыщенный пар частично конденсируется и влага оседает на высушиваемых
изделиях, что резко ухудшает качество форм и стержней.)
Если в процессе
сушки все вводимое в сушило тепло расходуется исключительно па удаление влаги
из материала, то происходит так называемый теоретический процесс сушки,
который протекает при постоянной энтальпии сушильного агента. На I—d диаграмме он изображен прямой линией ВС', параллельной линиям постоянной
энтальпии I== const до пересечения в точке С' с
изотермой Ткон =const.
Энтальпия сушильного агента (в данном случае воздуха) при теоретическом
процессе сушки остается постоянной, поскольку тепло, затраченное на испарение
влаги, возвращается воздуху с водяными парами, несущими в себе скрытую теплоту
парообразования.
Рисунок 10 –
Построение I–d-диаграмме процесса сушки
нагретым воздухом
Для определения количества
сухого воздуха lтеор, требующегося для удаления 1 кг влаги из материала, находят по шкале влагосодержаний разность конечного d2 и начального d1 = dнач влагосодержаний воздуха, соответствующих началу и концу
теоретического процесса сушки, а затем подставляют эту величину в выражение (XIII-37). Отрезок (d2—d1) можно заменить отрезком (D’—С'), измеренным в миллиметрах и умноженным на масштаб. Точку
D' находят следующим построением. Из
точки С' проводят линию, параллельную оси абсцисс до пересечения с вертикальной
прямой, 'характеризующей влагосодержание воздуха в начале процесса. Масштаб
влагосодержаний Md зависит от общего масштаба
диаграммы и указывается обычно на оси абсцисс.
Действительный
процесс сушки отличается от теоретического тем, что учитывается расход
тепла на потери разного рода (аккумуляцию тепла высушиваемым материалом,
транспортирующими устройствами, непосредственно сушильной камерой и т. п.).
Эти затраты тепла уменьшают энтальпию сушильного агента. Расчет действительного
процесса сушки сводится к определению изменения энтальпии сушильного агента,
зависящего от величины тепловых потерь. Для построения действительного
процесса сушки по I—d диаграмме предварительно находят
величину перечисленных выше потерь, относя их к единице массы (1 кг) испаренной влаги.
Потери тепла на
нагрев материала дм, отнесенные к 1 кг испаренной влаги, находят с помощью
выражения
qM =MM cM (TMкон -ТМнач)/mвл кДж/кг исп. вл., (3)
где ММ—
масса материала после сушки, кг;
CM— средняя теплоемкость
песчано-глинистых смесей,
принимаемая равной 0,837 кДж/(кг*К);
ТМ
кон — конечная температура материала, °С;
ТМнач
— начальная температура материала, °С.
Потери тепла на
нагрев транспортирующих устройств qтр, отнесенные к 1 кг испаренной влаги:
qтр =Mтр cM (Tтркон –Ттрнач)/mвл кДж/кг исп. вл., (4)
где Мтр—
масса транспортирующих устройств, кг;
Cтр— средняя теплоемкость материала
транспортирующих
устройств, кДж/(кг*К).
Потери тепла на
аккумуляцию камерой сушила qакк, отнесенные к 1 кг испаренной влаги:
qакк =Mкл cкл (Tсркон –Тсрнач)/mвл кДж/кг исп. вл., (5)
где Мкл—
масса кладки камеры сушила, кг;
Cср— средняя теплоемкость материала
кладуки камеры,
кДж/(кг*К);
Тср
кон — средняя конечная температура кладки, °С;
Тсрнач
— средняя начальная температура кладки, °С.
Для нахождения
средних температур по толщине стен используют метод конечных разностей.
неучтенные
потери принимают равными 5-10% от величины найденных суммарных потерь (исключая
потери тепла на нагрев сухого материала).
После
суммирования величин найденных тепловых потерь находят потери теплосодержания,
относя их к 1 кг сухого воздуха:
Iпот =∑qпот /lтеор кДж/кг сух.воз. (6)
Полученную
величину в масштабе энтальпий откладывают от точки С’ по вертикали d2 =const вниз (отрезок С’E). Точку
Е соединяют с точкой В начала процесса сушки. Таким образом, действительный
процесс сушки, протекающий с уменьшением энтальпии воздуха, изображается на I–d диаграмме прямой линией ВЕ. Поскольку процесс сушки заканчивается при
заданной температуре уходящего из сушила воздуха Ткон , то на
пересечении линии ВЕ с изотермой Ткон находят точку С,
соответствующую концу действительного процесса сушки и характеризующуюся
параметрами воздуха dкон, Ткон, Iкон. Проведя из точки С прямую линию,
параллельную оси абсцисс, до пересечения с прямой АВ (dнач =const) в точке D, находят величину отрезка CD, соответствующую разности
влагосодержаний воздуха (dкон - dнач) в действительном процессе сушки.
Подставляя величину (dкон - dнач) в выражение (2) , определяют
действительное количество сухого воздуха, необходимого для удаления 1 кг влаги из высушиваемого материала.
Расчет воздуха в
объемных единицах можно найти по формуле
Vдейств =Vlдейств м3/кг исп. вл.,
(7)
где V– объем влажного воздуха,
приходящего на 1 кг сухого
воздуха при атмосферном давлении. При температуре
200
С можно принять V=0,86 м3/кг.
Расход тепла для
удаления 1 кг влаги можно найти по изменению энтальпии воздуха при его
подогреве от Твоз до Тнач:
q=lдейств (I’нач-Iвоз)-сТМнач кДж/кг
исп. вл., (8)
где (I’нач-Iвоз)– разность энтальпий воздуха,
определяемая по отрезку
АВ с учетом масштаба энтальпии Мr (указываемом
обычно на оси ординат).
сТМнач
– количество тепла, кДж/кг исп. вл., внесенного в сушило
влагой, содержащейся в материале при начальной
температуре материала ТМнач ;
с– теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг*К);
Расход тепла на
подогрев воздуха за цикл сушки равен
Qцикл=qmвл кДж. (9)
Сушка
дымовыми газами. Для построения процесса сушки дымовыми газами предварительно определяют начальные
параметры продуктов горения ТД (как действительную температуру
горения) и dД на выходе из топки. По этим данным
строят точку В’, соответствующую параметрам продуктов горения на воздухе в
сушильную камеру (рис. 11).
Как уже
отмечалось, температуру Тнач выбирают, исходя из требований
технологии процесса сушки. Так как эта температура должна быть существенно
меньше температуры продуктов горения, то для снижения последней смешивают
дымовые газы с атмосферным воздухом или возвратом. Рассмотрим сначала порядок
построения процесса сушки смесью дымовых газов с воздухом.
Рисунок 11 –
Построение на I—d-диаграмме процесса сушки смесью
дымовых газов и воздуха
Для построения
этого процесса на I—d диаграмме описанным выше путем
находят точку А, характеризующуюся начальными параметрами воздуха dвоз, Tвоз, и затем соединяют ее с точкой В'. Прямая АВ’ изображает
процесс смешения дымовых газов с воздухом. Значение температуры воздушно-дымовой
смеси на входе в сушильную камеру принимают так же, как и в предыдущем случае
(для сушки воздухом), т. е. на 150—250°С выше технологически рекомендуемой
температуры сушки.
Пересечение
прямой АВ’ с изотермой Тнач дает точку В, характеризующуюся
параметрами dнач, Тнач, Iнач. Принимая температуру уходящих из
сушила газов Ткон равной технологически рекомендуемой температуре
сушки, дальнейшее построение процессов сушки дымовыми газами проводят
аналогично построению процесса сушки воздухом.
Количество
исходной смеси воздуха и дымовых газов, требующееся для удаления 1 кг влаги из высушиваемого материала в теоретическом процессе сушки, находят из выражения
lтеор =1/( d2 - dнач) кг/кг исп. вл., (10)
здесь отрезок C'D' соответствует разности влагосодержаний (d2 - dнач) (см. рис. 11). То же в
действительном процессе
lдейств =1/( dкон - dнач) кг/кг исп. вл.,
(11)
Здесь отрезок CD соответствует разности влагосодержаний
(dкон - dнач) с учетом масштаба влагосодержаний Мd.
Расход тепла на
удаление влаги определяют по формуле (аналогичной процессу сушки воздухом) по
разности энтальпий дымовых газов. В технических расчетах обычно используется
величина низшей теплоты сгорания топлива Qрн , определяемая при условии, что вся влага, образующаяся при
горении топлива, находится в парообразном состоянии при температуре 20° С.
Поэтому вместо энтальпии Iнач, фактически соответствующей
точке В, следует учесть энтальпию Iнач (см. рис. 11), соответствующую точке В",
характеризующейся энтальпией тех же газов, при той же температуре Tнач, но при влагосодержаний,
соответствующем 20°С (т. е. практически dвоз).
Тогда
q=lдейств (I’нач-Iвоз)-сТМнач кДж/кг
исп. вл. (12)
Здесь с учетом
масштаба энтальпии Мr разности (I’нач-Iвоз) соответствует отрезок АВ".
Расход тепла за
цикл сушки находят по формуле (9). Далее, зная величину низшей теплоты сгорания
топлива, можно легко найти количество топлива, которое надо сжечь в сушиле за
1 цикл сушки:
Вцикл=Qцикл/Qрн кг (м3). (13)
Среднечасовой
расход топлива
b= Вцикл /t кг/ч (м3/ч), (14)
где t— время работы топки сушила, ч.
Заключение
В современных плавильных
цехах высушивание различных материалов и изделий играет весьма важную роль, так
как от него в значительной мере зависит качество металла или получаемых
отливок. Это обусловлено тем, что сталеразливочные ковши, их стопорные
устройства, литейные формы и стержни подвергаются сушке с целью удаления влаги,
вводимой при их изготовлении вместе со связующими растворами и материалами.
Кроме того, исходные сыпучие материалы для изготовления огнеупоров, литейных
форм и стержней также предварительно высушивают.
Широкий
ассортимент материалов, подвергаемых сушке, и изделии из них предопределяет
большое разнообразие сушильных установок, которые выполняются работающими как
непрерывно, так и периодически, топливными и энергетическими и т.д. Все эти
совершенно различные в конструктивном отношении установки объединяются
общностью осуществляемого с их помощью технологического процесса сушки.
Список использованных
источников
1 Лыков А. В. Тепло- и массообмен в
процессах сушки. М., Госэнергоиздат, 1956, 464 с. с ил.
2 Мастрюков Б. С. Теплотехнические
расчеты промышленных печей. М., «Металлургия», 1972, 367 с. с ил.
Страницы: 1, 2
|