Определение основных размеров сушильной камеры

Для определения геометрических размеров камеры для сушки материала во взвешенном состоянии рассчитывается критерий Архимеда:

(6.1)

где d – средний диаметр частиц материала, м;

ρ_м – плотность материала, кг/м³;

ρ_м=1640 кг/м³

ν_г – вязкость газов при температуре t₂, м/с²;

ν_г=25,45∙10^-6 м/с²

ρ_г – плотность газов при температуре t₂, кг/м³.

С помощью номограммы Ly=f(Ar, ε) [4] определяем критерий Лященко Ly для рабочей порозности слоя ε=0,55…0,75.

При Ar=4,6∙10^-6и ε=0,6 получаем Ly=8.

Зная критерий Лященко Ly можно определить скорость газов (сушильного агента) на полное сечение газораспределительной решетки:

(6.2)

Площадь решетки:

(6.3)

где l – удельный расход сушильного агента, кг/кг:

(6.4)

Диаметр решетки:

(6.5)

Высота кипящего слоя:

(6.6)

где h_ст – высота гидродинамической стабилизации слоя, определяется по формуле , в которой d_отв – диаметр отверстия решетки, d_отв=5 мм.

Высота сепарационного пространства

(6.7)

Полная высота сушильной камеры (над газораспределительной решеткой):

(6.8)

РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ СУШИЛЬНОЙ КАМЕРОЙ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ОТ НАРУЖНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС СУШИЛКИ. КПД СУШИЛЬНОЙ КАМЕРЫ И СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

Тепловой баланс конвективной сушилки на 1 кг испаренной из материала влаги:

(7.1)

гдеq₁ – полезная теплота, пошедшая на испарение 1 кг влаги из материала, кДж/кг

(7.2)

q₂ – потери теплоты с уходящим сушильным агентом, кДж/кг

(7.3)

здесь с₂ – массовая теплоемкость сушильного агента, покидающего сушилку (смеси дымовых газов с воздухом), можно принять равной теплоемкости воздуха и определить по формуле:

(7.4)

Зная геометрические размеры сушилки можно найти q5:

(7.5)

где t_ст – средняя температура поверхности ограждения, из условия безопасной эксплуатации сушилки принимается ;

α_i – коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения к окружающей среде, можно найти по эмпирической зависимости:

(7.6)

F – площадь поверхности ограждения, м²

(7.7)

КПД сушильной камеры:

(7.8)

КПД сушильной установки:

(7.9)

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В КОГЕНЕРАЦИИ С СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ. РАСЧЕТ ЦИКЛА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОГЕНЕРАЦИИ

Одним из направлений повышения эффективности использования топлива в сушильных установках является внедрение когенерации, суть которой в данном случае состоит в том, что в качестве сушильного агента можно использовать выхлопные газы газового двигателя, как внутреннего сгорания, так и газотурбинного (рисунок 8.1). При этом в газовом двигателе будет вырабатываться электрическая энергия, которая может использоваться для собственных нужд сушильной установки и предприятия в целом.

Рисунок 8.1 – Принципиальная схема конвективной сушильной установки на выхлопных газах двигателя

Для определения целесообразности использования газового двигателя в когенерации с сушильной установкой необходимо сравнить расход топлива двигателем в режиме когенерации с суммой расходов топлива сушильной установкой, оборудованной индивидуальной топкой, и топлива на объекте энергосистемы для выработки эквивалентного количества электрической энергии.

Электрическая мощность газового двигателя:

(8.1)

где l_ГД – удельная работа 1 кг рабочего тела в цикле газового двигателя, кДж/кг;

L – расход рабочего тела (расход сушильного агента), принимается из расчета сушилки, кг/с;

η_oi – внутренний относительный КПД газового двигателя, примим равным η_oi=0,85;

η_эм – электромеханический КПД, η_эм=0,97.

Для определения удельной работы газового двигателя необходимо принять параметры цикла и рассчитать удельные расходы подведенной q₁^г и отведенной q₂^г в цикле теплоты. Для этого изобразим процессы, происходящие в ГПА, на P,V-диаграмме (рисунок 8.2):

Рисунок 8.2 – Построение процессов, происходящих в ГПА, на P, V - диаграмме

1-2 – адиабатное сжатие воздуха

2-3 – изобарный подвод теплоты (сжатие топлива)

3-4 – рабочий ход (адиабатный процесс)

4-1 – изохорный процесс смены рабочего тела

Определим параметры в каждой точке:

· Точка 1

Р₀=0,1 МПа; t₁=20⁰C; Т₁=293К.

По уравнению состояния идеального газа P₁v₁=RT₁находим:

· Точка 2

Степень повышения давления

· Точка 3

· Точка 4

Удельное количество подведенной в цикле теплоты:

(8.2)

Удельное количество отведенной в цикле теплоты:

(8.3)

Тогда удельная работа 1 кг рабочего тела в цикле газового двигателя:

(8.4)

Расход сушильного агента:

Термический КПД газового двигателя:

(8.5)

Расход условного топлива газовым двигателем, входящим в состав когенерационной установки:

(8.6)

где Q_усл – теплота сгорания условного топлива, Q_усл=29330 кДж/кг.

Для выработки аналогичного количества электрической энергии на КЭС будет израсходовано топлива:

(8.7)

где b_кэс – удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт∙ч электрической энергии в энергосистеме, можно принять b_кэс=0,33 кг/кВт∙ч.

Расход топлива в сушильной установке:

(8.8)

Сравним расходы топлива

Таким образом видно, что использование газового двигателя в когенерации с сушильной установкой целесообразно, достигается экономия топлива в энергосистеме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсового проекта была рассчитана сушильная установка с кипящим слоем для мелкодисперсного материала. В данном случае в качестве материала выступал технологический песок.

В результате расчета был составлен материальный баланс сушилки, найдено количество влажного материала, поступающего в сушилку G₁=2085 кг/ч и количество испаренной влаги W=285 кг/ч.

Определены основные параметры сушильного агента и построены теоретический и действительный процессы сушки.

Установлено, что целесообразно использование газовых двигателей в когенерации с сушильной установкой. Определена мощность двигателя, которая составила 175 кВт.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности/Под ред. К.Ф. Роддатиса. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 488с.

2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование. – Химия, 1991. – 496с.

3. http://ru.wikipedia.org/

4. Лебедев, П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок : учеб. для высш. техн. учеб. заведений / П.Д. Лебедев. – М. : Госэнергоиздат, 1962. – 320с.