Расчет барабанной сушилки для сушки песка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет барабанной сушилки для сушки песка

Введение

В печах и сушилах силикатной промышленности осуществляются весьма сложные, ответственные технологические процессы, связанные с сушкой и обжигом материалов и изделий, а также с расплавлением шихтовых материалов. Поэтому вопросы технического прогресса силикатных производств неразрывно связанны с совершенствованием конструкции печей и сушил и их тепловой работы.

Выбор конструкции сушилки зависит от ее технического назначения. Для сушки сыпучих мелкокусковых порошкообразных материалов используются различные конструкции сушилок непрерывного действия - барабанные, пневматические. Подбирают их в зависимости от свойств высушиваемого материала (влажности, крупности частиц, плотности, характера связи влаги с материалом), а также требований к высушиваемому материалу, производительности, с учетом техника - экономических показателей работы выбранного аппарата. Наибольшее распространение имеют барабанные сушилки. Они отличаются надежностью в работе, легкостью управления с применением автоматики, возможностью использования разнообразных видов топлива.

Она представляет собой сварной цилиндр - барабан, на наружной поверхности которого укреплены бандажные опоры, кольца жесткости и приводной зубчатый венец. Ось барабана может быть наклонена к горизонту на 4⁰ - 6⁰.

Внутри барабана устанавливают насадки, конструкция которых зависит от свойств высушиваемого материала. Со стороны загрузочной камеры многозапорная винтовая насадка, с числом спиральных лопастей от шести до шестнадцати в зависимости от диаметра барабана. При сушке материала с большой адгезией к поверхности на начальном участке последнего закрепляют цепи, при помощи которых разрушают камки и очищают стенки барабана. Для этой же цели могут применять ударные приспособления, расположенные с внешней стороны барабана.

В сушилках диаметром 1000-1600 мм для материала с хорошей сыпучестью и средним размером частиц до 8 мм устанавливают секторную насадку. В тех же сушилках, для материалов, обладающих повышенной адгезией или сыпучих материалов со средним размером частиц более 8 мм устанавливают подъемно - лопастные устройства. В сушилках диаметром 1000 - 3500 мм для материалов склонных к налипанию, но восстанавливающих сыпучие свойства в процессе сушки сначала устанавливают подъемно - лопастные перевалочные устройства, а затем секторные насадки.

Основной материал для изготовления барабанов сушилок, загрузочных и разгрузочных камер - углеродистые стали. В технически обоснованных случаях дополнительное изготовление барабанов, загрузочных и разгрузочных камер частично или полностью из жаростойких сталей специальных марок.

1. Расчет горения топлива

Таблица 1-Состав горючей массы

Продукт	Сг	Нг	Ог	Nг	Sг	Сумма
%	78	5,7	13,3	1,6	1,4	100

Содержание золы А^с =17%

Содержание влаги в рабочем (пылевидном) топливе W^p=2%

Температура подогрева вторичного воздуха (70% от общего количества) равна t_в=400⁰. Первичный воздух (30%) холодный.

Содержание золы в рабочем топливе:

(1)

%

Содержание других элементов в рабочем топливе:

% (2)

% (3)

% (4)

% (5)

% (6)

Таблица 2 - Состав рабочего топлива

Продукт	Ср	Нр	Ор	Nр	Sр	Ар	Wp	Сумма
%	63,5	4,6	10,8	1,3	1,1	16,7	2	100

барабанный тепловой сушка аэродинамический

Определим теплоту сгорания рабочего топлива:

кДж/кг (7)

кДж/кг

Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха:

м³/кг (8)

м³/кг

С учетом влажности атмосферного воздуха при d=10 г./кг сух. воз. получим

м³/кг (9)

м³/кг

Определим действительное количество воздуха при

Сухого воздуха:

м³/кг (10)

м³/кг

Атмосферного воздуха:

 м³/кг (11)

м³/кг

Состав и количество продуктов горения при находим

м³/кг (12)

м³/кг (13)

м³/кг (14)

м³/кг (15)

м³/кг (16)

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Общий объем продуктов горения

м³/кг (17)

м³/кг

Определим процентный состав продукта:

% (18)

% (19)

% (20)

% (21)

% (22)

Всего: 100%

Таблица 3 - Материальный баланс процесса горения на 100 кг топлива при

Приход	кг	Расход	кг
Топливо Воздух: H2O	100 235,2 775 10,1	Зола (шлак) Продукты горения: СО2=100. 1,18. 1,977 SO2=100. 0,007. 2,852 H2O=100.0,67. 0,804 N2=100. 6,2. 1,251 О2=100. 0,28. 1,429 Невязка	16,7 233 2 53 776 40 -0,4
Итого:	1120,3	Итого:	1120,3

Невязка баланса составляет: %

Определяем действительную температуру горения угольной пыли. Находим общее теплосодержание продуктов горения, только 70% вторичного воздуха подогрето до 400^0. По i- t диаграмме находим для t 400⁰ теплоту нагрева =535,9 кдж/м³

кДж/м³ (23)

 кДж/м³

Расчет топлива продуктов горения при

кДж/м³ (24)

По i- t диаграмме находим действительную температуру горения t_г=1590⁰

2. Тепловой расчет барабанного сушила

Тепловой расчет барабана для сушки песка производительностью, Р_М=12 т/ч по высушенному песку. Песок высушивается от начальной относительной влажности, w_н=10% до конечной w_к=0,3%. Сушка производится топочными газами, разбавленными атмосферным воздухом в смесительной камере перед входом их в барабан. Сжигаемое топливо - Черемховский уголь содержащий А^р=16,7%, W^р=2%.

Размеры сушильного барабана. Количество влаги, удаляемой при сушке песка.

кг/ч (25)

где - щ_н - начальная относительная влажность, %;

щ_к - конечная относительная влажность, %;

Р_М=12000 кг/ч производительностью по высушенному песку

Принимаем напряженность объема барабана по влаге (табл. 24) равной m₀=90 кг/м³.ч, тогда необходимый внутренний объем барабана без учета заполнения его перегородками (8-10%) будет равен:

 (26)

По данному объему подбираем барабан длиной L=8 м и диаметром D=1,5 м (табл. 21). Внутренний объем этого барабана составляет V_б=30,5 м³.

Проверим объем барабанного сушила по формуле, принимая объемный коэффициент теплоотдачи вт/м³ * град.

Предварительно определим расход тепла на нагрев материала

кДж/ч (27)

Где с_с - 0,796 кДж/кг град

Р_м=12000 кг/ч

t_н=80⁰

t_к=5⁰

с_м - определим по формуле

(28)

кДж/ч

Определим полезный расход, тепла на сушку:

(29)

кДж/ч



Рис. 1 График для определения средне логарифмической разности температур

Среднюю логарифмическую разность температур находим по приложению 31:

Находим объем барабана:

(30)

По данному объему подбираем барабан длиной L=14 м и диаметром D=2,2 м (табл. 21). Внутренний объем этого барабана составляет V_б=53,2м³.

3. Производительность барабана

Фактическую производительность барабана по высушенному песку находим по формуле:

кг/ч (31)

в которой заменим величину n=m₀V_б= кг/ч

кг/ч

При заданной производительности Pм=12000 кг/ч напряженность барабана по влаге составит:

; m_o=24,5 кг/м³

Производительность по абсолютно сухому песку будет:

кг/ч (32)

Количество остаточной влаги равно w=720 кг/ч

4. Расчет начальных параметров сушильного агента

Принимаем начальную температуру газов при входе в сушильный барабан t_н=800°. Чтобы получить такую температуру, необходимо дымовые газы, образующиеся при горении топлива, разбавить атмосферным воздухом.

Составим уравнение баланса тепла, принимая количество воздуха для смешения равным х (м³/на 1 кг топлива) при температуре 20°; к. п. д. топки = 0,9

(33)

где ct_воз= кДж/нм³

1110 кДж/нм³ (приложение 9)

1185,3 кДж/нм³ (приложение 9)

Тогда

х = 9,52 м³/кг

Общее количества воздуха, идущее для горения и разбавления дымовых газов:

(34)

м³/кг

Общий коэффициент расхода воздуха

(35)

Находим влагосодержание дымовых газов, разбавленных воздухом:

г/кг. сух. газ. (36)

Для этого необходимо определить при новом значении = 2,63 объем Vн₂о который увеличивается за счет дополнительного ввода водяных паров с атмосферным воздухом, VN₂ и Vо₂, зависящих от коэффициента расхода воздуха. Объем Vco₂ не зависит от коэффициента избытка воздуха.

(37)

(38)

(39)

Vco₂=1,18 м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Тогда

г/кг. сух. газ.

5. Построение теоретического процесса сушки на I - d-диаграмме

Нам известны два начальных параметра сушильного агента: t_н=800° и d_H = 13,38 г./кг сух. газ., по которым находим точку В-начало процесса сушки

Теоретический процесс сушки на I-d-диаграмме изображается линией ВС. Параметрами точки С являются: постоянное теплосодержание I_н=1015 кдж/кг сух. газ. и конечная температура t_к газов, которую принимаем по практическим данным, t_к = 110°.

Рис. 2 I-d - диаграмма влажного воздуха

По I-d-диаграмме находим для точки С влагосодержание d₂=285 г./кг сух. газ.

Расход сухих газов для теоретического процесса сушки

(40)

кг сух. газ/ч

6. Потери теплосодержания газов в процессе сушки

При действительном процессе сушки будут потери тепла в окружающую среду через стенки сушильного барабана и расход тепла на нагрев сушимого материала. Общие тепловые потери будут составлять:

кДж/ч. (41)

Расход тепла на нагрев материала был определен ранее

кДж/ч

Потери тепла через стенки в окружающую среду находим по формуле принимая = 100 вт/м².град

кДж/ч (42)

где s₁ =0,012 м;

=58,2 вт/м град (стальной корпус)

s₂=0,03 м (тепловая изоляция из диатомита = 750 кг/м³)

₂=0,20 вт/м град (приложение 14)

t_воз= 15⁰

Температуру газов внутри барабана определим по формуле

^ОС (43)

где ⁰С (44)

тогда ⁰С (45)

Поверхность барабана при L=14 м и D_ср=2,2 м составляет:

м² (46)

Следовательно

кДж/ч

кДж/ч

Потери теплосодержания будут равны:

кДж/кг сух. газ. (47)

кДж/кг сух. газ.

7. Действительный процесс сушки

Действительный процесс сушки на I-d-диаграмме. От точки С вниз по диаграмме (при d=const) откладываем величину I_пот = 235 кДж/кг. сух. газ. пользуясь шкалой теплосодержаний на I-d - диаграмме, получим точку D.

Соединим точку D с точкой В-начала процесса сушки и получим линию, которая показывает, с каким средним изменением теплосодержания, влагосодержания и температур сушильного агента пойдет действительный процесс сушки (луч действительного процесса сушки).

Конечные параметры действительного процесса сушки нами установлены ранее принятой t_к=110⁰. Линия пересечения луча действительного процесса сушки с линией t_к =110⁰ даст точку Е - конца процесса сушки, для которой d_к=215 г./кг. сух. газ.

Рис. 3 I-d - диаграмма влажного воздуха

Действительный расход газов на сушку будет равен:

 кг сух. газ. (48)

кг сух. газ.

Находим расход тепла на сушку:

кДж/ч (49)

где =898 кДж/кг или по I-d - диаграмме для точки В», как для воздуха при = 800°;

кДж/ч

Расход тепла в топке

кДж/ч (50)

кДж/ч

Расход угля

кг/ч (51)

кг/ч

При установке двух форсунок на топку производительность каждой форсунки следует брать в пределах до 100 кг/ч.

Удельный расход тепла на сушку, отнесенный к 1 кг испаренной влаги, будет равен:

 кДж/кг. испар. вл (52)

8. Тепловой баланс сушильного барабана

Таблица 4

Наименование статей	Количество тепла
	кДж/ч	кДж/кг вл	%
Приход тепла 1. Тепло, вносимое топливом в топку 2. Тепло, вносимое атмосферным воздухом	5649752 99435	4369 77	98 2
Всего:	5749187	4446	100
Расход тепла 1. Нагрев материала qM 2. Потери в окружающую среду 3. Испарение и нагрев влаги материала 4. Тепло отходящих газов, за исключе-нием тепла, уносимого испаряющееся влагой 5. Потери тепла в топке 6. Невязка баланса	720000 412841 3478000 570000 551000 +17346	557 320 2689 440 427 +13	12,7 7 60 10 10 +0,3
Всего:	5749187	4446	100

9. Расход воздуха и объем отходящих газов

Количество воздуха, необходимое для горения:

м³/ч (53)

м³/ч

Количество воздуха, необходимое для разбавления дымовых газов в камере смешения:

м³/ч (54)

м³/ч

Определим объем отходящих газов при выходе из сушильного барабана:

м³/ч (55)

Количество газов, выходящих из сушильного барабана, равно:

кг/ч (56)

кг/ч

Плотность отходящих газов при t_ух=110° определим по формуле

кг/м³ (57)

Парциальное давление водяного пара в отходящих газах определим по I-d - диаграмме. При конечных параметрах t_к=110⁰ и d_к=215 г./кг сух. газ. _п=29000 н/м².

кг/м³

Действительный объем влажных газов, уходящих из сушильного барабана при t_к=110⁰ и d_к=215 г./кг сух. газ.

м³/ч (58)

м³/ч

Скорость газов при выходе из барабана

м/сек (59)

м/сек

10. Аэродинамический расчет

Подбор горелочного устройства. Для сжигания угля в топке сушильного барабана принимаем форсунку низкого давления системы.

1. № форсунки 6

2. Типоразмер ОЭН-350

3. Расход по топливу 350 кг/ч

4. Диаметр входного воздушного патрубка 250 мм

5. Объемный расход воздуха, пропускаемого через форсунку 2600 м³/ч

6. Объемный расход воздуха, необходимого для сжигания топлива 4325

Первичный воздух (около 60 - 70%) подводится к патрубку кожуха форсунки, вторичный поступает в топку через фронтовой регистр за счет разрежения в топке и эжектирующего действия форсунки. Амбразура фор - сунки. выполненная в виде конуса во фронтовой стене топки, служит для улучшения зажигания и повышения устойчивости процесса горения. Предпочтительно весь воздух, необходимый для горения, подавать как первичный со скоростью 50-80 м/с. Подогрев его возможен до 300°С. Коэффициент избытка воздуха 1,2. Воздух поступает от вентилятора с давлением 25-100 Па.

Подбор вентилятора и дымососа

Определяем объемный расход воздуха, необходимого для горения угля:

м³/ч (60)

м³/ч

Подача воздуха вентилятором при температуре воздуха t₀=20°С (летние условия работы)

м³/ч (61)

м³/ч

Вентилятор подбирают в зависимости от требуемых подачи и создаваемого давления, необходимого для преодоления сопротивлений воздушного тракта с целью нормальной работы форсунки.

Принимаем полное давление, развиваемое вентилятором при плотности воздуха =1,2 кг/м³; =2500 Па. По номограмме выбираем центробежный вентилятор высокого давления Ц8-18 №8, имеющего следующие характеристики: к. п. д. _в=0,58 и угловая скорость =125 рад/с

Приняв к.п.д. привода для вентилятора, соединенного с двигателем при помощи эластичной муфты =0,98

Определяем мощность на валу электродвигателя

кВт. (62)

кВт.

Установочная мощность электродвигателя с учетом запаса равна:

кВт. (63)

где К-коэффициент запаса мощности электродвигателя на пусковой момент, который принимают в зависимости от мощности на валу кВт. при =2,28 кВт; =1,1

кВт.

Электродвигатели выбирают преимущественно короткозамкнутые, асинхронные.

С целью понижения температуры дымовых газов, а также интенсивного перемешивания их с воздухом и предохранения загрузочной течки от быстрого перегорания воздух подают специальным вентилятором в подсводовое пространство смесительной камеры.

Определяем объемный расход холодного воздуха, необходимого для разбавления дымовых газов в камере смешивания.

 м³/ч (64)

м³/ч

С учетом температурной поправки:

м³/ч (65)

м³/ч

Для подачи воздуха на смешивание достаточно установки вентилятора низкого давления до =1000 Па

По номограмме графической характеристики центробежных вентиляторов подбираем вентилятор №4: к.п.д. _в=0,64; =142 рад/с.

Вентилятор соединяют с электродвигателем с помощью муфты, что требует соответствия частоты вращения его и двигателя. К.п.д. привода _п =0,98. Мощность на валу электродвигателя равна:

кВт (66)

Установочная мощность двигателя составит

кВт (67)

где К-коэффициент запаса мощности на пусковой момент, равный 1,15

Принимаем к установке электродвигатель серии мощностью 3 кВт, w= 148,6 рад/с.

Определяем действительный объемный расход влажных отходящих газов при выходе из сушильного барабана по формуле

 (67)

где G_см-расход газов по массе, выходящих из сушильного барабана

кг/ч (68)

кг/ч

При =110⁰C плотность уходящих дымовых газов составит:

(69)

По I-d-диаграмме при =100⁰C и d_к=290 на 1 кг сухих газов парциальное давление водяного пара в отходящих газах составит водяного пара

Р_п=29000 Па

Тогда

кг/м³

Следовательно

м³/с

Сопротивление барабанной сушилки _сущ принимают 100-200 Па при скорости газа _газ=1,7….2 м/с и коэффициенте заполнения =15…20%. Наибольшее сопротивление движению газового потока оказывает батарейный циклон для очистки от пыли отходящих газов. Подбираем батарейный циклон с элементами диаметром D=150 мм, коэффициент гидравлического сопротивления элемента =90. Исходя из технико-экономических соображений, а также из требований надежности работы батарейных циклонов принимают гидравлическое сопротивление батарейного циклона из соотношения (отношение перепада давления в циклоне к плотности газа) =550…750. Принимаем =600.

Пропускную способность через одни элемент циклона по запыленному газу определяем по формуле

(70)

Требуемое количество элементов циклона составит

(71)

Гидравлическое сопротивление циклона

Па (72)

Начальная запыленность газа, поступающего в батарейный циклон, допускается до 100 г./м³. К.п.д. батарейного циклона зависит от фракционного состава пыли среднем колеблется от 78 до 95%. Скорость газов на ходе из барабана

 (73)

м/с

Скорость газов в цилиндрической части циклона элемента определяем по формуле:

(74)

м/с

Общее аэродинамическое сопротивление, которое должен преодолеть дымосос, складывается из следующих сопротивлений:

Газоходов от топки до входа в сушильный барабан 100 Па

Барабанной сушилки 200

Выходной газовой камеры от конца барабана до выходного патрубка циклона 50

Батарейного циклона 504

Полное сопротивление сушильной установки составит _с.у.=854 Па

Обычно газы отсасываются вентилятором среднего давления, подачу которого рассчитывают из условий обеспечения скорости газов по массе в сечении барабана 2-3 кг/(с-м²) с учетом подсосов по газовому тракту размере 50-70%

Подача дымососа с учетом подсосов воздуха в размере 50% составит

м³/ч (75)

При подборе дымососа следует учитывать запас давления примерно до 40% к общей сумме аэродинамических сопротивлении. Соответственно

Па (76)

В качестве дымососа можно использовать обычный центробежный вентилятор среднего давления. Так как характеристики для подбора

вентиляторов составлены для нормальных условий при Т_о =273+ 20=293° К, то

Па (77)

По этим данным (V_дым=30000 м³/ч и Р₀=1520 Па) подбираем центробежный вентилятор к.п.д. _в=0,63; = 87 рад/с.

Мощность электродвигателя вентилятора:

кВт (78)

где _п - к.п.д. передачи при помощи эластичной муфты, равный 0,98. Установочная мощность двигателя при коэффициенте запаса мощности К=1,1 равна:

кВт (78)

Принимаем к установке двигатель с мощностью N=11 кВт.

Вращающиеся барабанные сушилки обычно работают под небольшим отрицательным давлением (50-250 Па), чтобы предотвратить выход в цех запыленных вредных топочных газов. Слишком большой подсос воздуха снизит температуру сушки, поэтому стремятся за счет уплотнений (лабиринтных радиальных и торцовых) снизить подсос воздуха до минимального предела.

11. Материальный баланс процесса сушки

Таблица 5 - материальный баланс процесса сушки

Наименование статей	Кг/ч	%
Приход Вл. Материал =12 000+1293 Воздух, необходимый для горения Воздух, необходимый для разбавления дым. Газов Невязка	13293 1743 2081 8,33	77,63 10,17 12,15 0,04
Всего:	17 125,33	100
Расход Производительность по высушенному материалу Количество влаги удаленного при сушке песка Продукты горения Воздух, необходимый для горения Воздух, необходимый для разбавления дым. Газов	12000 1293 1,18 6,21 0,27 0,67 1743 2081	70,08 7,55 0,007 0,04 0,001 0,004 10,19 12,16
Всего:	17 125,33	100

Библиографический список

1. Белопольский М.С. Сушка керамических суспензий в распылительных сушилках / М.С. Белопольский - М.: Изд-во лит-ры по строительству, 1972. - 126 с.

2. Левченко П.В. Расчеты печей и сушилок силикатной промышленности: учеб. пособие для вузов /П.В. Левченко. - М.: Высш. школа, 1968. - 367 с.

3. Мазуров Д.Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов: учебник для техникумов / Д.Я. Мазуров. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1982. - 288 с.

4. Никифорова Н.М Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов: учебник для техникумов / Н.М. Никифорова. - М.: Высш. школа, 1974. - 144 с.

5. Мамыкин П.С. Печи и сушила огнеупорных заводов: учебник для техникумов / П.С. Мамыкин, П.В. Левченко, К.К. Стрелов. - Свердловск: ГНТИ, 1963. -472 с.

6. Роговой М.И. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов: учеб. пособие для техникумов / М.И. Роговой, М.Н. Кондакова, М.Н. Сагановский. - М.: Высш. школа, 1975. - 320 с.

7. Роговой М.И. Теплотехническое оборудование керамических заводов: учебник для техникумов /М.И. Роговой. - М.: Стройиздат, 1983. - 367 с.

8. Справочник по производству строительной керамики / под ред. М.О. Юшкевича. - М.: Стройиздат. - Т. 1, 1961. - 464 с.

9. Справочник по производству строительной керамики / под ред. Д.Н. Полу-бояринова, В.Л. Балкевича. - М: Стройиздат. - Т.2, 1961. - 640 с.

10. Перегудов В.В. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей: учебник для вузов / В.В. Перегудов, М.И. Роговой. - М.: Стройиздат, 1983. - 416 с.

11. Баренбойм А.М. Тепловые расчеты сушилок и печей силикатной промышленности: учеб. пособие для вузов / A.M. Баренбойм, Т.М, Галиева, Д.Б. Гинзбург [и др]; под ред. Д.Б. Гишбурга, В.Н. Зимина. - М.: Изд-во лит-ры по строительству, 1964. - 496 с.

12. СТО ИрГТУ 05-2006. Оформление курсовых и дипломных проектов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006.

Размещено на Allbest.ru