Расчёт теплоизоляции барабана

Для изоляции принимаем шлаковату. Задача сводится к определению толщины слоя шлаковаты из уравнения:

где К –коэффициент теплопередачи, Вт/м²·К;

α ₁ – коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке барабана, Вт/м²·К;

α ₂ – коэффициент теплоотдачи от барабана к окружающей среде, Вт/м²·К;

– толщина стенки барабана, мм;

– толщина стенки кожуха из листового железа, покрытого масляной краской, мм;

теплопроводность стали при средней температуре теплоносителя равной Δ t _ср = 420 ºС, Вт/м·К;

теплопроводность шлаковаты при t = (420 – 6) / 2 = 207 ºC, Вт/м·К;

теплопроводность стали теплопроводность стали при t = - 6 ºC.

– по данным из [7] с. 12; 41,43 ккал м. ч. град. = 41,43·1,163 Вт/м·К – из [7] с. 12; 0,0882 Вт/м·К – из [7] с. 12; 45 ккал м. ч. град. = 45·1,163 Вт/м·К – из [7] с. 12.

Стенка барабана схематично изображена на рисунке 3.2.

 

 

Рисунок 3.2 – Схематичное изображение стенки барабана

 

Коэффициент теплопередачи К, Вт/м²·К:

где Q _п – тепловой поток (потери в окружающую среду), Вт;

F – боковая поверхность барабана, м²;

D – диаметр барабана с учётом предварительно принятой толщины изоляции, м;

– средняя разность температур между дымовыми газами и окружающей средой, ºС;

Потери тепла в окружающую среду Q _п , Вт рассчитываются по формуле из [7] с. 9:

Q _п / l = 145 D + 0,6 t + 1,7 D t, (3.44)

где l – длинна объекта (барабана), м;

D –наружный диаметр с учётом изоляции, м;

t – температура теплоносителя (t_ср), °С;

l = 4 м. Примем предварительно D = 1,1 м.

 

Q _п / l = 145 · 1,1 + 0,6 · 420 + 1,7· 1,1 · 420 =1196,9 Вт/м длины,

Q _п = 1196,9 · 4 = 4787,6 Вт.

Боковая поверхность барабана F, м² рассчитывается по формуле, приведенной в [7] с. 12:

F = π D l, (3.45)

F =3,14 ·1,1 · 4 = 13,82 м².

Средняя разность температур между дымовыми газами и окружающей средой, , ºС находиться по формуле:

.

Коэффициент теплоотдачи α ₁ от дымовых газов к стенке барабана рассчитывается для средней температуры газов в барабане t = 420 ºC:

Критерий Рейнольдса рассчитывается по [7] c. 13:

где ω и ρ вычислены для средней температуры газов.

μ – вязкость дымовых газов (воздуха) при t = 420 ºC;

μ = 0,03·10^-3 Н·с/м² – из [3] с. 597.

При Re > 10⁴ выбираем формулу:

 

Определим из формулы:

где – разность между температурами дымовых газов и стенки (принимаем равной 20 ºC);

Коэффициент теплоотдачи α₂ от барабана к окружающей среде рассчитывается:

- коэффициент теплоотдачи за счёт естественной конвекции, Вт/(м²·К);

- коэффициент теплоотдачи за счёт лучеиспускания, Вт/(м²·К).

Определим по [7] с. 13:

 

Определим по формуле из [7] с. 13:

где - степень черноты для поверхности, покрытой масляной краской;

C₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютно чёрного тела, Вт/(м²·К);

= 0,95; C₀ =5,7 Вт/(м²·К) – по данным, приведенным в [7] с. 14.

α ₂ = 2,225 + 6,33 = 8,56 Вт/(м²·К).

Толщина слоя шлаковаты рассчитывается по [7] с. 14:

Наружный диаметр барабана с учётом изоляции:

D _н = 1,0 + 2 · 0,066 = 1,132 м.

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 07 07 04 ПЗ

Разраб.

Дранчук Е. В.

Провер.

Калишук Д. Г.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Калишук Д. Г.   .

Расчет топки

Лит.

Листов

БГТУ 4 20 06 07 09   04 31 06 19 07

4 Расчет топки

При расчете топки требуется рассчитать лишь расход топлива и объем топочного пространства. Расход топлива G _т, кг/с, определяется по [9] формула (31):

где L _с.г – расход сухих топочных газов в сушилке, кг/с;

α – коэффициент избытка воздуха;

L ₀ – теоретическое количество сухого воздуха на сжигание 1 кг топлива, кг/кг.

Рассчитываем по формуле (32) из [9] тепловую мощность топки Q _т, Вт.

где низшая теплотворная способность топлива, Дж/кг.

, рассчитывается по [2] формула (1.18):

где ρ _г – плотность природного газа, кг/м³,

ρ _г = 0,726 кг/м³ из данных, приведенных в [2] c. 295:

Q _т = 0,02292 48903,26 = 1120,863 кВт.

По тепловой мощности из [10] выбираем устройство для сжигания топлива (газовая горелка ELCO типоряд VG06.1600).

Объем топочного пространства V _т, м³ рассчитывается по [9] формула (33):

где q _т – тепловое напряжение топки, Вт/м³;

Принимаем q _т = 0,7 МВт/ м³– по данным, приведенным в [9].

 

Подбор вспомогательного оборудования

Подбор циклона

В сушильном барабане неизбежно происходит частичное истирание материала. Наиболее мелкие частицы выносятся из барабана потоком газа. Для улавливания последних чаще всего используют циклоны.

Расчет начинают с произвольного выбора типа и диаметра циклона. Затем с помощью графиков и номограмм определяют коэффициент извлечения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 07 07 05 ПЗ

Разраб.

Дранчук Е. В.

Провер.

Калишук Д. Г.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Калишук Д. Г.   .

Подбор вспомогательного оборудования

Лит.

Листов

БГТУ 4 20 06 07 09   04 31 06 19 07

Исходные данные для расчёта:

Расход газа – 3826 м³/ч (расход газа разделим между 2 циклонами по1913 м³/ч на каждый).

Средний диаметр пылевых частиц – 25 мкм;

Требуемая степень очистки газа (коэффициент извлечения) – 98%;

Плотность твёрдой фазы ρ = 1500 кг/м³;

Плотность газа ρ_г = 0,8982 кг/м³.

Примем произвольно циклон ЦН-24. Подбор по номограммам ведем согласно[11].

1) По расходу газа V = 1913 м³/ч выбираем по рисунку 5.1 диаметр циклона 450 мм. При этом величину принимаем 75 м. Как видно, диаметр соответствует нормализованным размерам, а укладывается в требуемый диапазон 55 – 75 м.

2) По среднему диаметру частиц определяем, по графику для стандартных условий, коэффициент извлечения для стандартного циклона (рисунок 5.2). Получаем η = 97,5%.

3) Корректируем полученный коэффициент извлечения в зависимости от типа циклона (по рисунку 5.3). Получаем η = 97,5%.

4) Корректируем полученный коэффициент извлечения, учитывая принятый диаметр 450 мм (рисунок 5.4). Получаем η = 98%.

5) Корректируем η, учитывая плотность твёрдой фазы ρ = 1500 кг/м³, получаем η = 98% (рисунок 5.5).

6) Корректируем, учитывая = 75 м (рисунок 5.6), получаем окончательно η = 98%.

 

 

Рисунок 5.1 – Номограмма для определения диаметра циклонов ЦН

 

 

Рисунок 5.2 – Номограмма для определения степени очистки газа от пыли в циклоне ЦН-15

Рисунок 5.3 – Номограмма для определения зависимости степени очистки газа от типа циклона

 

Рисунок 5.4 – Номограмма для определения зависимости степени очистки газа от диаметра циклона

 

Рисунок 5.5 – Номограмма для определения зависимости степени очистки газа от плотности пыли

 

Рисунок 5.6 – Номограмма для определения зависимости степени очистки газа от плотности пыли

 

Расчёт действительного значения сопротивления циклона ведут по [9] формула (12):

где ξ – коэффициент сопротивления циклона;

ρ _t – плотность газа в циклоне при условиях очистки, кг/м³;

ω – фиктивная скорость газа в циклоне, м/с.

ξ = 60 для ЦН-24 по данным, приведенным в [9] с. 12; ρ _t = 0,8982 кг/м³ – по данным, приведенным выше.

Скорость газа в циклоне ω, м/с, рассчитывается по формуле (5.2):

где V – расход газа в циклоне, м³/с;

d – диаметр циклона, м.

Сопротивление группы циклонов , Па, принимают на 20 - 30% больше сопротивления одиночного циклона:

Основные размеры циклона находим по [11] и сводим в таблицу 5.1.

 

Таблица 5.1– Основные размеры циклона ЦН-24

Размер	Обозначение	Величина в долях от D	Значения, м
Наружный диаметр выхлопной трубы	D т	0,6	0,27
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия	d 1	0,3-0,4	0,135
Ширина входного патрубка	b	0,2	0,09
Ширина входного патрубка на входе в циклон	B 1	0,26	0,117
Длина входного патрубка	l	0,6	0,27
Длина средней линии циклона	d ср	0,8	0,36
Высота установки фланца	h ср	0,24-0,32	0,108

Подбор вентилятора

 

Вентилятор выбираем по максимально возможному расходу газа, требуемого для сушки материала. В данном случае максимальная нагрузка по газу соответствует зимним условиям.

Скорость газа в газоходе равна 8 – 10 м/с. Примем ω = 10 м/с.

Диаметр газохода d, м вычисляется по [7] c. 12:

где V – расход газа в циклоне, м³/с;

ω – принятая скорость газа в газоходе, м/с.

Примем d _ст = 0,30 м.

Для выбора вентилятора необходимо рассчитать гидравлическое сопротивление системы . Расчёт производится после выполнения компоновочного чертежа сушильной установки, из которого берутся длины труб, вид местных сопротивлений и их количество по [7] c. 12:

где — сопротивление топки, Па;

— сопротивление сушильного барабана Па;

— сопротивление группы циклонов Па;

сопротивление прямых участков газохода Па;

сумма гидравлических потерь в местных сопротивлениях Па.

= 100 Па; 150 Па - [3, стр. 282]; Па – из расчетов, приведенных в подразделе 5.1.

Сопротивление прямых участков газохода , Па, находится по [7] c. 13:

где λ — коэффициент трения, зависящий от критерия Re и шероховатости;

l — длина прямых участков, м.

λ = 0,021 - [4] с. 32; l = 22,9 м – из компоновочного чертежа рисунок 5.1.

 

 

Рисунок 5.1 – Компоновочный чертеж

 

Критерий Рейнольдса рассчитывается по [7] c. 13:

где ρ _t – плотность газа в циклоне при условиях очистки, кг/м³;

– динамическая вязкость,

– по данным, приведенным в [7]; ρ _t = 0,8982 кг/м³.

е = 0,8 мм принимаем руководствуясь [4] с. 558.

Сумма гидравлических потерь в местных сопротивлениях находиться по [7] c. 13:

где — коэффициенты местных сопротивлений.

= 0,2; выбираются по данным, приведенным в [4] с. 560.

Поскольку характеристики вентиляторов составлены для стандартных условий воздуха, т.е. для t = 20°С и P = 760 мм рт. ст., следует гидравлическое сопротивление пересчитать на стандартные условия по [7] c. 13:

где ρ — плотность воздуха при стандартных условиях, кг/м³.

ρ = 1,2 кг/м³ – по данным, приведенным в [7].

По расходу газа и выбираем по справочнику [12], центробежный вентилятор ЦП-40-8К (n = 26,65 с^-1 – число оборотов; КПД = 0,61).

 

 

Заключение

В данном курсовом проекте был проведён расчёт, обоснование и подбор основного и вспомогательного оборудования сушильной барабанной установки с разработкой её технологической схемы. Также были выполнены: литературный обзор процесса сушки. Был сделан подробный расчёт барабанной сушилки и подбор основного и вспомогательного оборудования (циклона, вентилятора) сушильной барабанной установки с разработкой её технологической схемы.

В результате были подобраны:

– сушильный барабан диаметром – 1 м, длиной – 4 м.

– 2 циклона ЦН-24 с диаметром d = 0,45 м.

– центробежный вентилятор ЦП-40-8К (n = 26,65 с^-1 – число оборотов; КПД = 0,61).