Расчет барабанной сушильной установки

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Институт транспортной техники и организации производства

Кафедра: "Теплоэнергетика железнодорожного транспорта"

Курсовая работа по дисциплине:

"Теплотехнические установки и нормирование технико-экономических ресурсов"

Расчет барабанной сушильной установки

Москва 2010 г

Энтальпия и влагосодержание продуктов сгорания топлива

Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха необходимого для сжигания 1 кг газообразного топлива, кг воздуха/кг топлива:

L0 = 1.38*(0.0179СО+0.248Н2+0.44Н2S+Σ(m+n)/4(12m+n) CmHn – O2)

L0 = 9.249 кг в-ха/кг т-ва

Пересчет объемного состава на массовый производится по соотношению:

g1 = ri*(mi/m)

gco=0.0018*(36/25. 94) = 0.00249; gH2=0.5*(2/25.94)= 0.00003855;

gO2 =0.001*( 32/25.94) = 0.00123; gH2S = 0.0002*(34/25.94) = 0.0000262;

gCH4 = 0.63*(16/25.94)=0.3885; gC2H6 = 0.15*(30/25.94) =0.1734;

gC3H8 =0.086*( 44/25.94) =0.1458; gC4H10 =0.12*( 58/25.94) =0.2683;

gC5H12 =0.006*(72/25.94)= 0.0166;

Молярная масса топлива

m = Σ ri*mi

m = 0.0036+0.14+0.032+0.0068+10.08+4.50+3.78+6.96+0.432 = 25.94 грамм

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг. Сухого газа:

Qн=22.4*(22.33CH4+21.2C2H6+20.7C3H8+20.4C4H10+20.26C5H12+6.86H2S+53.55H2+4.51CO)

Qн = 47487 кДж/кг. Сухого газа

Высшая теплота сгорания сухого газообразного топлива, кДж/кг топлива:

Qв = Qн + 2512*Σ0/09*n*CmHn/12*m-n

Qв = 47487 + 4685 =52172 кДж/кг.топлива

КПД топочной камеры принимаем равным 0.9

ŋ = 0.9

Теплоемкость топлива

Cm = Σcigi

Cm = 0.002484*1.04+0.0000385*14.42+0.00123*0.92+0.0000262*1.55+

+0.3885*2.23+ 0.1734*1.25 + 0.1458*1.67+0.2683*1.7+0.0166*1.703=

=0.0025896+0.000555+ 0.00113 + 0.00004+0.866355+ 0.21675+0.243486+

+0.45611+0.282698 = 1.815 кДж/кгК

Температуру топлива tm принимаем равной 25 С

Количество сухих газов (кг/кг топлива) образовавшихся при сжигании 1 кг топлива:

Gсг = 1 + ά*L0 - Σ0/09*n*CmHn/12*m-n

Gсг = 42 кг/кг топлива

Количество водяного пара

Gп = Σ0/09*n*CmHn/12*m-n + ά* L0*d0/1000

Gп =2.087 кг/кг топлива

При помощи диаграммы определяем, что влагосодержание наружного воздуха

d0 = 6 г/кг в-ха

Энтальпия наружного воздуха

hс.в = 22 кДж/кг

Также знаем что энтальпия водяных паров при температуре 900 С

hп = 4398 кДж/кг (из программы)

ά получаем по соотношению:

ά = 4

Влагосодержание продуктов сгорания топлива ( г/кг сухого газа)

d = 1000*(Gп/Gсг)

d = 49.7 г/кг сухого газа

Энтальпия продуктов сгорания топлива, кДж/кг

h = (Qв* ŋ+cm*tm + ά* L0 *h0)/Gcг

h = 1338 кДж/кг

Тепловой расчет сушильной установки

Суммарный расход теплоты на 1 кг испаренной влаги кДж/кг

qc = Q*B*ŋ/W = q1 + q2 + q3 + q4

qc = 2560+287+572 +40 = 3459 кДж/кг

Полезный расход теплоты на испарение влаги

q1 = hn2 – c2*t2

q1 = 2631 – 71 = 2560 кДж/кг

Расход теплоты на нагрев песка в установке:

q3 = G2*cm*( t’’ – t’)/W

G2 = G1 – W = 0.4678 кг/c

W = G1(w1 – w2)/(100-w2) = 0.0622 кг/с

q3 = 287.15 кДж/кг

Потери теплоты с сушильным агентом

q2 = lcm*cвг*(t2 – t0) = 8.34*1.107 (70 – 8) = 572 кДж/кг

lcm =(q1 + q3 + q4)/(cсг*tсг – c2t2) = (2560+287.15+40)/346 =8.34 кг/кг влаги

cвг = с2 + 0.00197*d

cвг = 1.125 кг/кг влаги

Расход топлива, кг/с

B = qc*W/(Qв* ŋ)

B = 0.00458 кг/с

Удельный расход топлива, кг топлива/кг влаги

b = B/W

b = 0.073 кг топлива/кг влаги

Количество теплоты, переданной от газов высушиваемому песку. кВт

Q = W*(q1+q3+q4)

Q = 180 кВт

Определение размеров сушилки

Тип внутреннего устройства барабана сушилки принять в соответствии с рисунком N 1. Объемный коэффициент теплоотдачи

αυ = α’υ + α’’υ + α’’’υ

αυ = 402 + 11.5 + 111.5 = 525 Вт/(м куб.*К)

Для песка падающего с лопаток

α’υ = α*α’к* F’m + α’луч*Fo

α’υ = 402 Вт/(м куб.*К)

Где коэффициент учитывающий все особенности передачи теплоты при падении частиц песка с лопаток, определяется по диаграмме на рис N 2.

По графику определяем что коэффициент α = 0.19

Коэффициент теплоотдачи

α’к = 0.72*(λ/υ½)*( Ŵ² + 4.93*h)¼/( δср)½

α’к =311 Вт/(м кв.*К)

Средняя скорость сушильного агента м/с

Ŵ = Vcp/[(1-ξ)*0.785*Dб²]

Ŵ = 0.328 м/с

При степени заполнения песком барабана ξ = 0.018 (уточненное значение)

И числе оборотов n = 1

Средний объемный расход влажных газов в сушильной камере м куб./с

Vcp = B*υcp*Gсг

Vcp = 0.4289 м куб./с

Суммарная поверхность частиц, падающая с лопаток, отнесенная к 1м куб. барабана

F’m = 57.5*(1-m)*Dб*n*П/(2.45*δср*1000)

F’m =6.814 м кв./м куб.

Суммарная поверхность песка на завале и в лопатках м кв./м куб.

F’’m = 2.37/Dб

F’’m = 1.823 м кв./м куб.

Объемный коэффициент теплоотдачи через внешнюю поверхность слоя песка, находящегося на лопатках и в завале

α’’υ = α’’к* F’’m + α’’луч*F’’m

α’’υ =11.5 Вт/(м куб.*К)

где коэффициент теплоотдачи α’’к определяется по эмперической формуле

 где Nu = α’’к*l/ λ Re = ρ Ŵ l/μ = ρ Ŵ l/ρυ = Ŵ l/υ

За определенный размер в этой формуле принимается величина средней длины скатывания частиц l = 0.75 м. Физические константы принимаются по соответствующим параметрам воздуха при средней температуре tcpг = 0.5*(tcг +t2)

tcpг = 230С

Re =0.328*0.75*1000000/37.8 = 6508

 = 0.347*329 = 114.078

Nu = 114.078 = α’’к*l/ λ

α’’к = Nu* λ/l = 114.078 * 0.04134/0.75 = 6.288 Вт/(м кв.*К)

Третья составляющая объемного коэффициента теплоотдачи, учитывающая теплоту, получаемою песком от более нагретых деталей внутреннего устройства и обечайки барабана.

α’’’υ = α’’’к* Fгол *[tсг -0.5*(t’ + t’’)]/∆t

α’’’υ = 111 Вт/(м куб.*К)

По формуле Юргеса

α’’’к = 5.0 +3.0* (ρ Ŵ)

α’’’к = 5.688 Вт/(м кв.*К)

Для прямоточного движения в барабане сушилки песка и сушильного агента

∆t = (tсг - t’) - (t2 - t’’)/ln[(tсг - t’)/ (t2 - t’’)]

∆t = (383.5 – 22)/ln(383.5/22) = 126.5

Для принятой конструкции устройства барабана

Fгол = 8.9/ Dб

Fгол = 6.846 м кв./м куб

Объем барабана сушилки, м куб.

Vб =1.2*Q*1000/ (αυ *∆t)

Vб = 3.252 м куб.

Длина барабана сушилки, м

Lб = Vб/(0.785* Dб²)

Lб = 2.5 м

Количество влаги, испаряющейся в единицу объема сушилки, кг/(м куб./с)

Wv =W/ Vб

Wv = 0.0191 кг/(м куб./с)

Проверка:

Время прохождения песка через сушилку

τ = 12 Lб/(h/ Dб)* *[7tgω + (0.0514*(ρ Ŵ/ δср*1000)]

τ =148с

Уточненное значение степени заполнения объема барабана сушилки песком

ξ = τ*0.5*(2G1 – W)/(0.83* ρ cp* Vб)

ξ = 0.018

Степень заполнения барабана отличается менее чем на 5% следовательно параметры были выбраны верно.