Расчёт расхода тепла на сушку

Расход тепла на сушку складывается из затрат тепла на прогрев материала, испарение из него влаги и на теплопотери через ограждения камеры.

а) Расход тепла на прогрев 1 м³ древесины определяется по формуле:

q _ПР.1М³ = q_ПР.1КГ. · _WH ,кДж/м³,

где q_ПР.1КГ – затраты тепла на прогрев 1 кг. влажной древесины, кДж/кг.

_WH – плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности, кг/м³.

Значение q_ПР.1КГ определяется по диаграмме приложений как сумма абсолютных теплосодержаний древесины заданной начальной влажности при нагревании температуры. Левая часть диаграммы характеризует расход тепла на прогрев мерзлой древесины.

Значение плотности _WH определяют по диаграмме приложений в зависимости от породы и начальной влажности расчетного материала.

б) Удельный расход тепла на начальный прогрев древесины (на 1 кг. подлежащей испарению влаги).

q _ПР.ЗИМ. = , кДж/кг.вл.

в) Расход тепла на прогрев древесины в камере в секунду для зимних условий.

Q_ПР.ЗИМ. = , кВт.,

где - объём прогреваемого материала, м³. В камерах периодического действия равна вместимости камеры, т.е. ёмкости всех штабелей в камере, а в камерах непрерывного действия-емкости всего штабеля.

- продолжительность начального прогрева древесины, ч (см. пункт 2)

г) Удельный расход тепла на испарение 1 кг. влаги определяется:

ü при низкотемпературном процессе сушки (режимы М,Н,Ф)

q_ИСП. = 1000* - C_B ·t_М, кДж/кг.вл.,

где - тепло – и влагосодержание отработавшего воздуха, выбрасываемого из камеры (см. табл.5)

J₀,d₀ – тепло – и влагосодержание свежего воздуха, поступающего в камеру. При поступлении воздуха из коридора управления допустимо принять d₀ = 10…12 г/кг. J₀ = 46 кДж/кг.;

С_В – удельная теплоёмкость воды. С_В = 4,19 кДж/(кг. град);

д) Расход тепла в камере на испарение влаги в секунду.

Q_ИСП. = q_ИСП. · М_Р, кВт.,

где М_Р – расчётное количество испаряемой влаги, кг/с

е) Расчёт потерь тепла через ограждения камеры (крайней в блоке) в секунду выполняется для каждого ограждения отдельно по формуле.

Q _{ОГР.ЗИМ.} = F ·K ·(t_КАМ..- t_РАСЧ..) С ·10^-3, кВт.,

где F площадь поверхности ограждения, м²

К - коэффициент теплопередачи данного ограждения, Вт/(м².град). Значения К принимаются по приложению.

t_КАМ. – температура агента сушки в камере определяется как среднее значение температур на входе и выходе из штабелей, т.е.

t_КАМ. = ,

t_РАСЧ – расчётная температура вне камеры для зимних условий,

Если ограждении располагаются внутри здания сушильного цеха, то t_расч. принимается 15 – 20⁰. Если же они соприкасаются с наружным воздухом, то t_расч. определяется по климатиче­ским таблицам (см.таблицу 3 приложения).

С – коэффициент увеличения теплопотерь, равный 1,5 - при мягких режимах сушки, 2 – при нормальных, форсированных и высокотемпературных.

Расчёт теплопотерь через ограждения камеры сводятся в таблицу 6.

Пример расчета:

Q _{ОГР.ЗИМ.} (наружная боковая стена) = 39,75*0,6*(59-20)*2*10^-3 = 23,85*39*0,002 = 1,86 кВт.

Q _{ОГР.ЗИМ.} (торцовая задняя стена) = 33,92*0,6*(59-20)*2*10^-3 = 20,35*39*0,002 = 1,59 кВт. Q _{ОГР.ЗИМ.} (торцовая передняя стена (без двери)) = 8,16*0,6*(59-20)*2*10^-3 = 4,9*39*0,002 = 0,38 кВт.

Таблица 6 - Потери тепла через ограждения камеры

Название огражде­ния	F	К Bm/(H^2град)	tкам	tрасч.	tкам–tрасч	Ко­эффи- циент С	Q ОГР.ЗИМ.
Расчётная формула	Значение м^2
Наружная боковая стена	L*H
Торцовая задняя стена	B*H
Торцовая передняя стена (без двери)	B*H-b*h
Потолок	B*L
Пол	1,5 (L*2B)
Дверь	b*h
	∑

 

 

 

 

Потери тепла через смежные (междукамерные) стены в расчёт не принимаются. Чтобы правильно определить расчётную температуру для всех ограждающих поверхностей, необходимо выбрать возможный вариант планировки камер в цехе.

Для определения коэффициента теплопередачи ограждений необходимо знать их конструкцию, т.е. толщину и материал. Толщина наружных стен стационарных лесосушильных камер рекомендуется в два (510 мм) или в два с половиной (640мм) кирпича, а внутренних между смежными камерами – полтора кирпича (380 мм). Ограждения сборнометаллических камер изготавливаются в виде щитов толщиной 120- 130 мм с каркасом из профильной стали, с двухсторонней обшивкой их листовым металлом толщиной 2 мм и заполнением теплоизоляцией (шлаковата, стекловата, асбеста и т.п.). Значения коэффициента теплопередачи кирпичных стен, потолка (из железобетонных плит с утеплителями), дверей, ограждений сборных камер указаны в приложении).

Для камер любых конструкций в настоящее время рекомендуется каркасные (из профильной стали) дверей, прокатные листами нержавеющего металла с теплоизоляцией между ними. С целью облегчения конструкции дверей их толщина может быть 80-100мм с дополнительной теплоизоляцией (например, слой листового асбеста толщиной 4-5 мм). Для таких дверей следует принимать К = 0,6 Вт/ (м². град.).

Коэффициент теплопередачи пола принимается равным половине значение коэффициента теплопередачи наружной стены. При расчёте площади пола ширина внешней зоны теплопотерь через фундаменты принимаются равной 1,5м. Теплопотери через ограждения камеры ∑ Q _{ОГР. ЗИМ.} находятся путём суммирования потерь через все ограждающие конструкции.

 

ж) Удельный расход тепла на потери через ограждения.

q _{ОГР.ЗИМ.} = , кДж/кг.вл.

З) Суммарный удельный расход тепла на сушку для зимних условий

q_ЗИМ = (q_ПР.ЗИМ. + q _ИСП. + q _{ОГР.ЗИМ.}) * С₁, кДж/кг. вл.

С₁ – коэффициент учитывающий дополнительный расход тепла на подогрев оборудования, периодически охлаждённых элементов ограждений и пр. С₁ = 1,1…1,3

 

 

Выбор и расчёт калориферов

В лесосушильной технике принимается, как правило, для нагрева агента сушки компактные пластинчатые калориферы и сборные калориферы из чугунных ребристых туб. Тип применимых в сушильной камере калориферов обусловлен конструкций камеры.

Потребная площадь поверхности нагрева калориферов определяется по формуле:

F_{КАЛ. РАСЧ.} = , м²

_. – количество тепла, которое должно обеспечить в зимних условиях, кВт;

С₂ – коэффициент запаса, учитывающий загрязнения калориферов. С₂ = 1,1…1,2;

К_КАЛ. – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/м². град;

t_Т.Н. – температура теплоносителя. . Значение t_Т.Н определяется по таблице приложений в зависимости от давления;

t_КАМ. – температура агента сушки в камере.

Для камер периодического действия, когда прогрев древесины осуществляется условном впуском пара через увлажнительные трубы, причём в разное время с процессом испарения влаги

Q_{КАЛ. ЗИМ.} = Q_ИСП. + Σ Q_{ОГР. ЗИМ.}, кВт.

В камерах непрерывного действия

Q_{КАЛ. ЗИМ.} = Q_пр.зим +Q_ИСП. + Σ Q_{ОГР. ЗИМ.}, кВт.

Для определения значения К_КАЛ. необходимо знать скорость агента сушки, проходящего через калорифер, ω_КАЛ., которую можно подсчитать, если известна площадь живого сечения калориферов F_{Ж.С. КАЛ.}. Значение F_{Ж.С. КАЛ.} определяется по формуле, которая указана чуть далее, но предварительно принимается поверхность нагрева калориферов F_{КАЛ. ПР.} по типовому проекту, из технической характеристики камеры или из расчета (2…5) Е_УСЛ. – для камер непрерывного действия, (10…15) Е_УСЛ. – для низкотемпературных камер периодического действия и (15…18) Е_УСЛ. – для высокотемпературных камер, где Е_УСЛ. – вместимость камеры на условном материале. Далее определяется ориентировочное количество калориферов:

-из ребристых труб

n_{.ТР. пр} = ,

 

- из пластинчатых

n_ПЛ.ТР. = ,

где F_КАЛ.ПР. – предварительно принятая поверхность нагрева калориферов;

f _{1 пр.,}f _{1 КАЛ.} – площадь поверхности нагрева одной ребристой трубы и одного пластинчатого калорифера.

При длине труб 2; 1,5 и 1 м f _{1 тр} соответственно 4; 3 и 2 м².

f_{1 КАЛ.} – определяется по таблице приложений.

Площадь живого сечения калориферов из ребристых труб

F_{Ж.С.КАЛ.} = Fкан-Fпр.тр, м²,

где Fкан-площадь сечения канала (в котором размещены трубы), перпендикулярно потоку агента сушки, ²м

Fпр.тр – площадь проекций ребристых труб на плоскость, перпендикулярно направлению потока агента сушки

Fпр.тр= f _{пр1тр *} n'тр, м²,

Где _. f _пр1тр - площадь проекции одной трубы, f _пр1тр =0,185 м² при длине трубы 2 м.

n'тр – количество труб в плоскости, перпендикулярной направлению потока агента сушки.

Площадь живого сечения пластинчатых калориферов:

F_{Ж.С.КАЛ.} = f_{Ж.С. 1 КАЛ..}*n`_ПЛ.., м²,

где f_{Ж.С. 1 КАЛ..} – живое сечение одного пластинчатого калорифера, м². Значение f_{Ж.С. 1 КАЛ..} определяется по приложению.

n`_ПЛ.. – количество пластинчатых калориферов в одном ряду, перпендикулярно потоку агента сушки.

Количество калориферов n`<sub>ТР</sub> и n`_КАЛ. устанавливается путём предварительного размещения калориферов в соответствующих каналах камеры. Скорость циркуляции агента сушки через калорифер:

ω_КАЛ. = , м/с,

где - объём циркулирующего агента сушки, определяемый по формуле:

= , м³/с

где - коэффициент использования потока сушильного агента характеризующий отношение количества агента сушки, проходящего сквозь штабеля материалов к общему количеству циркулирующего в камерах агента сушки, принимается по опытным данным в пределах 0,5-0,7

Далее для калорифера из ребристых труб определяется приведенная скорость агента сушки, т.е. скорость при t=0ºС

ω₀ = , м/с.,

где - плотность агента сушки, кг/м³.

Значение коэффициента теплопередачи калориферов К_КАЛ. определяется в зависимости от приведённой скорости.

Для определения значения коэффициента теплопередачи пластинчатых калориферов находится массовая (весовая) скорость, равная произведению , затем по приложению определяется значение.

Найденное значение К_КАЛ подставляется в формулу и определяется расчётное значение поверхности нагрева калориферов F_{КАЛ. РАСЧ.}

Количество ребристых и пластинчатых калориферов уточняют по формуле:

n _тр = F _{КАЛ. РАСЧ.}/ f_{1 тр}

 

n _пл = F _{КАЛ. РАСЧ.}/ f_{1 кал}

С учётом возможности снижения давления теплоносителя или интенсификации процессов сушки расчётное количество калориферов можно увеличить на 10…20%.

Полученное количество калориферов увеличивается до большого целого числа, а окончательное их количество устанавливается с учётом равномерного размещения в циркуляционных каналах камеры.

 

Определение расходов пара

а) Максимальный часовой расход пара:

- для камеры периодического действия в период сушки и для камеры непрерывного действия определяется по формуле:

D_{ЗИМ.СУШ.} = , кг/ч.,

где - тепловая мощность калорифера, определенная ранее, кВт.

С₃ – коэффициент, учитывающий потери тепла паропроводами, конденсатопроводами, конденсатоотводчиками, С₃ = 1,25;

Определяется по приложению

- для камеры периодического действия в период прогрева:

D_ЗИМ.ПР. = , кг/ч,

где - расход тепла на начальный прогрев, определенный ранее, кВт.

– теплопотери через ограждения камеры.

б) Максимальный часовой расход пара сушильным цехом

- на блок камер периодического действия.

D_{ЦЕХА ЗИМ.} = D_ЗИМ.ПР.*n_ПР.+D_{ЗИМ.СУШ.}*n_СУШ., кг/ч.,

где n_ПР. – число камер, в которых одновременно производится прогрев древесины принимается равным 1/3 – 1/6 от общего числа камер n_к , но не менее одной;

n_суш. – число камер, в которых производится сушка;

n_суш = n_к – n_пр,

где n_к – принятое число сушильных камер, определённое в технологическом расчёте.

- на блок камер непрерывного действия

D_{ЦЕХА ЗИМ.} = D_{ЗИМ.СУШ.}*n_к, кг/ч.,

 

в) Часовой расход пара сушильным цехом для среднегодовых условий:

D_{ЦЕХА СР.ГОД.} = 0,8*D_{ЦЕХА ЗИМ.}, кг/ч