Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку

В качестве топлива для города Киева используют природный сухой газ из газопровода Уренгой - Ужгород следующего состава [в % (об).]:

0,06 СO₂ (углекислый газ); 98,9 СН₄ (метан); 0,12 С₂Н₆ (этан); 0,01 С₃Н₈ (пропан); 0,01 С₄Н₁₀ (бутан); 0,9 N₂ (азот). Данные взяты из [2] c. 295.

Теоретическое количество сухого воздуха L₀, кг/кг, затрачиваемого на сжигание 1 кг топлива, рассчитывается по [3] формула (9.1):

Составы горючих газов выражены в объемных долях, приведенных выше.

Для определения теплоты сгорания топлива воспользуемся характеристиками горения простых газов (таблица 3.1).

 

Таблица 3.1 – Характеристики горения простых газов

Газ	Реакция	Тепловой эффект реакции, кДж/м^3
Метан	CH4 + 2O2 à CO2 + H2O
Этан	C2H6 + 3,5O2 à 2CO2 + 3H2O
Пропан	C3H8 + 5O2 à 3CO2 + 4H2O
Бутан	C4H10 + 6,5O2 à 4CO2 + 5H2O

 

Количество тепла Q _υ, кДж/(м³ · т), выделяющегося при сжигании 1 м³ газа из [3] с. 294 равно:

где C _m H _n – объемная доля компонента топлива;

Q _i – тепловой эффект реакции, кДж/м³,

Q _υ = 0,989 · 35741 + 0,0012 · 63797 + 0,0001 · 91321 + 0,0001 · 118736 =

= 35445,441 кДж / (м³ · т).

Плотность газообразного топлива ρ _т, кг/м³, рассчитывается по [3] формула (9.2):

где M _i – мольная масса топлива, кмоль/кг;

 

 

υ ₀ – мольный объем, м³/кмоль;

t _т – температура топлива, °С.

t _т = 20 °С – по данным приведенным в [3] с. 294; υ ₀ = 22,4 м³/кмоль.

Подставив, получим:

Количество тепла Q, кг/кг, выделяющегося при сжигании 1 кг топлива рассчитывается по [3] формула (9.3):

Q = Q _υ / ρ _т, (3.4)

Q = 35445 / 0,672= 52745,535 кДж/кг.

Масса сухого газа, подаваемого в сушильный барабан, в расчете на 1 кг сжигае­мого топлива определяется общим коэффициентом избытка воздуха α, необходимого для сжигания топлива и разбавления топочных газов до температуры смеси t _см = 720°С (по заданию).

Значение α находят из уравнений материального и теплового балансов. Уравнение материального баланса по [3] формула (9.4):

где L _c.г – масса сухих газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кг/кг;

С _m Н _n – массовая доля компонентов, при сгорании которых образуется вода, кг/кг.

Уравнение теплового баланса по [3] формула (9.5):

где η – общий коэффициент полезного действия, учитывающий эффективность работы топки (полноту сгорания топлива и т. д.) и потери тепла топкой в окружающую среду;

с _т – теплоемкость газообразного топлива при температуре t _т, Дж/(кг·К);

I ₀ – энтальпия свежего воздуха, кДж/кг;

i _c.г – энтальпия сухих газов, кДж/кг;

x ₀ – влагосодержание свежего воздуха, кг/кг сухого воздуха, при температуре t ₀ и относитель­ной влажности φ ₀;

i _п – энтальпия водяных паров, кДж/кг;

t _п – температура водяных паров, °С.

Энтальпия сухих газов i _c.г, кДж/кг, рассчитывается по формуле [3] c. 295:

i _c.г = с _с.г t _с.г, (3.7)

где с _с.г – теплоемкость сухих газов, кДж/(кг·К);

t _с.г – температура сухих газов, °С.

Энтальпия водяных паров i _п, кДж/кг, рассчитывается по формуле [3] c. 295:

i _п = r ₀ + с _п, (3.8)

где r ₀ – теплота испарения воды при температуре 0 °С, кДж/кг;

с _п – средняя теплоемкость водяных паров.

η = 0,95 – по данным приведенным в [3] с. 295; с _т = 2,224 кДж/(кг·К) – по данным приведенным в [5] с. 155; с _п = 1,97 кДж/(кг·К) – по данным приведенным в [3]с. 295; r ₀ = 2500 кДж/кг – по данным приведенным в [3] с. 295; t _с.г = 720 °С – по заданию; t _п = t _с.г = t _см = 720°С – по данным приведенным в [3] с. 295; с _с.г. = 1,136 кДж/(кг·К) по данным [6] с. 163.

Пересчитаем компоненты топлива, при сгорании которых образуется вода, из объемных долей в массовые:

CH₄ = 0,989 · 16 · 273/ [22,4 · 0,753(273 + 20)] = 0,9795;

С₂Н₆ = 0,0012 · 30 · 273/ [22,4· 0,753(273 + 20)] = 0,002228;

С₃Н₈ = 0,0001 · 44 · 273/ [22,4 · 0,753(273 + 20)] = 0,0002724;

С₄Н₁₀ = 0,0001 · 58 · 273/ [22,4 · 0,753(273 + 20)] = 0,0003585.

Параметры воздуха (г. Киев) при зимних и летних условиях (таблица 3.2) найдем из [4] с. 538 и по диаграмме Рамзина, приведенной на рисунке 3.1. Расчет всех параметров произведем для зимних условий.

 

Таблица 3.2 – Параметры воздуха

Зима	Лето
t 0, °С	φ 0, %	x 0, кг/кг сух. возд.	I 0, кДж/ кг сух. возд.	t 0, °С	φ 0, %	x 0, кг/кг сух. возд.	I 0, кДж/ кг сух. возд.
-6,0		0,0020	-4,0	19,3		0,0090	41,0

 

Количество влаги, выделяющейся при сгорании 1 кг топлива при зимних условиях, равно:

Коэффициент избытка воздуха α находим из совместного решения уравнений материального и теплового балансов по [3] формулы (9.4) и (9.5):

Общая удельная масса сухих газов G _c.г, кг/кг, получаемых при сжигании 1 кг топлива и разбавлении топочных газов воздухом до температуры смеси 720°С, определяется по [3] формула (9.7):

G _c.г = 1 + 2,998 · 17,079 – 2,209 = 49,994 кг/кг.

Удельная масса водяных паров в газовой смеси G _п, кг/кг при сжигании 1 кг топлива рассчитывается по [3] формула (9.8):

G _п = 2,209 + 2,998 · 0,0020 · 17,079 = 2,311 кг/кг.

 

Рисунок 3.1 – I –х диаграмма состояния влажного воздуха

(диаграмма Рамзина)

 

Влагосодержание газов на входе в сушилку (x ₁ = x _см) на 1 кг сухого воздуха находиться по [3] с. 295:

x ₁ = G _п / G _с.г, (3.11)

x ₁ = 2,311/49,994 = 0,04627 кг/кг сух. газа.

Энтальпия газов на входе в сушилку при температуре t = 720°С и x ₁ = 0,04627 кг/кг сух. газа равна I₁ = 225 ккал/кг сух. газа = 942,75 кДж/кг сух. газа (по диаграмме Рамзина, изображенной на рисунке 3.1). Коэффициент избытка воздуха велик, физические свойства газовой смеси, практически не отличаются физических свойств воздуха. Это дает возможность использовать в расчетах диаграмму состояния влажного воздуха I –х.

Материальный баланс сушилки

Расход испаряемой влаги в барабане W, кг/ч, находится по [7] с. 8:

где G ₁– производительность сушилки по влажному материалу, кг/ч;

ω ₁ – начальная влажность материала, % масс.;

ω ₂ – конечная влажность материала, % масс.

G ₁= 11000 кг/ч; ω ₁ = 12,5 % масс.; ω ₂ = 6,5 % масс. – по заданию.

Производительность сушилки по высушенному материалу G ₂, кг/ч, находится по [7] с. 8: