Основные элементы теплового и циркуляционного оборудования сушилок

Основные элементы теплового и циркуляционного оборудования сушилок

Основные элементы теплового и циркуляционного оборудования сушилок

Вопросы

1. Калориферы

. Конденсатоотводчики

. Топки

. Вентиляторы

1. Калориферы

Калорифером называется теплообменный аппарат, предназначенный для передачи тепла от теплоносителя к сушильному агенту. В зависимости от вида применяемого теплоносителя калориферы бывают паровые, водяные, огневые и электрические. В промышленности наибольшее распространение получили паровые калориферы с рабочим давлением водяного насыщенного или слабо перегретого пара до 0,6 МПа.

Паровой калорифер представляет собой замкнутую систему сообщающихся металлических труб - паропроводов, которая снаружи омывается циркулирующим сушильным агентом, а изнутри обогревается паром, поступающим из котельной.

Теплосодержание пара должно быть использовано в калориферах в максимально возможной степени. Так как значительную часть этого теплосодержания составляет скрытая теплота парообразования, то весь пар, подаваемый в калорифер, должен сконденсироваться. Для этого на трубопроводе за калориферами ставят специальные устройства - конденсатоотводчики.

Теплопроизводительность калорифера и его поверхность нагрева связаны уравнением, Вт,

где Qk- теплопроизводителъность (тепловая мощность) калорифера, Вт, определяемая на основании теплового расчета сушилки или зоны;

Кс - среднее значение коэффициента теплопередачи калорифера, Вт/ (м²- град), величина которого зависит от конструктивного исполнения калорифера, скорости сушильного агента в живом сечении калорифера, вида теплоносителя и скорости его циркуляции по трубам;

Dtс - средний температурный напор, или расчетная разность температур между теплоносителем и сушильным агентом,⁰С, отнесенная ко всей поверхности нагрева калорифера.

В современных паровых сушильных установках с рециркуляцией воздуха по зонам и большими скоростями циркуляции сушильного агента по материалу средний температурный напор в калориферах сушильных зон можно определять как среднеарифметический по формуле, ⁰С,

Dtс = tн - 0,5 (t1 + tсм),

гден - температура насыщения пара при данном давлении, С, tсм - температура воздуха после и до подогрева в калорифере, С.

Разница между среднеарифметическим напором и средне-логарифмическим не будет больше 3%.

В промышленности применяют калориферы гладкотрубные, пластинчатые, оребренные и изготовленные из чугунных ребристых труб.

Паровые сушилки льно-пенькозаводов оснащены гладкотрубными калориферами. Гладкотрубные калориферы обладают высоким коэффициентом теплопередачи, сравнительно компактны и удобны в эксплуатации, так как их легко очищать от наружного загрязнения,

Устройство и расчет гладкотрубных калориферов

Эти калориферы изготавливают из гладких стальных бесшовных холоднотянутых газоводопроводных труб наружным диаметром до 50 мм. Трубы располагают в несколько рядов но ходу воздуха в коридорном или шахматном порядке.

Рис. 1. Схемы расположения труб в калорифере:

а - шахматное по ходу воздуха; б - коридорное

Рис 2. Восьмирядный калорифер сушилки СКП-9-7ЛМ

Трубчатый калорифер характеризуется наружным диаметром труб d и относительным расстоянием между осями S1/d b S2/d? где S1 - расстояние между осями труб в плоскости, перпендикулярной потоку воздуха S2 - расстояние между осями труб в плоскости, параллельной потоку воздуха.

На рис. 1 показаны схемы расположения труб в калорифере. На рис. 2 показан восьмирядный калорифер сушилки СКП-9-7ЛМ. Трубы калорифера 6 с наружным диаметром 26,8 мм, толщиной стенки 2,8 мм расположены по ходу воздуха в шахматном порядке. Концы труб вварены в две трубные доски-решетки 3 толщиной 8 мм. Расстояние между трубными досками, или рабочая длина труб калорифера, l = 970мм. В каждом нечетном ряду по ходу воздуха имеется 22 трубы, а в четном - 21 труба. Относительные расстояния S₁/d = 40 мм и S₂/d = 35 мм. Со стороны входа пара в калорифер и со стороны выхода из него конденсата к трубным доскам приварены коробки. В коробке для пара имеется отверстие, в котором закреплен патрубок 1 для подвода пара, диаметр патрубка 42,3 мм, толщина стенки 3,2 мм. К этому патрубку подсоединяют отросток с вентилем от паровой магистрали. Отвод конденсата из калорифера производится через патрубок (трубу) 5 с наружным диаметром 26,8 мм и толщиной стенки 2,8 мм, который одним концом соединен с коробкой для сбора конденсата, а другим - с конденсатопроводом, по которому отводится конденсат и от других калориферов. Для лучшего стока конденсата патрубок 5 расположен под нижним рядом труб калорифера. К коробкам на ширине 50 мм приварены лапы 4 толщиной 8 мм, которыми калорифер устанавливают на опорах, изготовленных из уголков 50X50X5 мм. К лапе со стороны входа пара приварены две пластинки 8 толщиной 10 мм каждая.

Эти пластинки позволяют установить калорифер в наклонном положении и этим обеспечить лучший сток конденсата из трубок. Каждая трубная доска вверху имеет скобы 2, через которые пропускается трос или крюк для подъема калориферов при их установке или демонтаже. С боков калорифер имеет обшивку 7 из листовой стали толщиной 2 мм.

Коэффициент теплоотдачи гладкотрубных калориферов может быть определен по формуле Д. А. Литвинова:

= C₁C₂Reⁿ,

где Nu - тепловой критерий Нуссельта, характеризующий коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубок калорифера к воздуху; Re критерий Рейнольдса, характеризующий гидродинамические условий теплообмена между поверхностью трубок калорифера и воздухом;

С1 - коэффициент, зависящий от расположения труб в калорифере (шахматное или коридорное), разный для различных рядов труб по ходу движения воздуха;- коэффициент, величина которого зависит от значения отношения S1/d;- показатель степени.

При S1/d-1.2...З; C2=1+0,lS1/d; при S1/d>3 C2 =1,3-= const.

Живое сечение калорифера - это площадь между трубками калорифера в одном ряду, свободная для прохода воздуха и нормальная к потоку.

С некоторым допущением (считая, что коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности труб при полной конденсации пара бесконечно большая величина по сравнению с коэффициентом теплоотдачи на наружной поверхности труб и термическое сопротивление стенок труб равно нулю) можно коэффициент теплопередачи калорифера определить из выражения, Вт/(м²-град)

К = a=l/d*Nu=l/d C1C2Reⁿ

где

l - коэффициент таплопроводности воздуха.

. Конденсатоотводчики и их подбор

Конденсатоотводчнки устанавливают на конденсатопроводе за калориферами. Назначение конденсатоотводчиков состоит в том, чтобы обеспечить свободный выход конденсата, не выпуская из теплообменника (калорифера) пар. Конденсатоотводчики необходимо устанавливать обязательно с обводной линией 1 и контрольной трубкой 2 (рис. 3).

Обводная линия необходима для сброса скопившегося конденсата при продувке калориферов в момент пуска сушильной установки и для замены или ремонта конденсатоотводчика без останова сушилки. В это время в качестве конденсатоотводчика используют слегка открытый вентиль на обводной линии. Контрольная трубка 2 служит для проверки исправности конденсатоотводчика. Конденсатоотводчик следует устанавливать строго горизонтально ниже конденсационного штуцера (патрубка) калорифера.

В сушильной технике промышленности первичной обработки лубяных культур наибольшее распространение получили конденсатоотводчики с открытым поплавком типа 45ч4бр или КГ. На рис. 4 изображен разрез конденсатоотводчика типа 45ч4бр. Внутри корпуса 1 находится открытый поплавок (стакан) 2. Шток 3, прикрепленный к дну стакана, может вертикально перемещаться по направляющему цилиндру.

Рис. 3. Схема установки конденсатоотводчика

Рис. 4. Конденсатоотводчик с открытым поплавком типа 45ч4бр

Вентиль 4 служит для включения и выключения конденсатоотводчика. При поступлении в корпус конденсата поплавок всплывает и в верхнем крайнем положении поплавка шток запирает выходной клапан. При дальнейшем поступлении конденсата вода переливается в стакан, который при наполнении опускается под действием силы тяжести и открывает отверстие клапана. Давлением пара конденсат выдавливается из стакана через пространство между штоком и направляющим цилиндром в выходной патрубок. Однако, прежде чем вся жидкость выйдет из стакана и освободит проход для пара, стакан снова всплывет и закроет клапан.

Подбор конденсатоотводчиков с открытым поплавком про изводят по формуле инж. Строганова:

G_K = 32d²

где _K - расчетный расход конденсата, кг/ч:- диаметр прохода клапана конденсатоотводчика, мм; Р1 - избыточное давление перед конденсатоотводчиком. бар; Р2 - - избыточное давление за конденсатоотводчиком, бар.

Диаметры прохода клапана для одного и того же номера конденсатоотводчика типа 45ч4бр различны, поэтому при заказе кондсатоотводчиков этого типа надо указывать не только его номер, но и диаметр прохода клапана.

Давление перед конденсатоотводчиком принимают на 5% ниже давления при входе в калориферы сушилки. Давление за конденсатоотводчиком при свободном сливе конденсата в сборный бак принимают равным нулю.

В последнее время в промышленности ПОЛВ получают некоторое применение термодинамические конденсатоотводчики. Их установочные размеры и производительность приведены в каталогах и справочных руководствах.

ПАРОПРОВОДЫ И КОНДЕНСАТОПРОВОДЫ

Паропроводы и конденсатопроводы изготовляют обычно из гладких стальных водогазопроводных труб. Для магистральных паропроводов большого сечения используют электросварные стальные трубы, а при давлениях в магистральном паропроводе свыше 1,2 МПа - специальные паропроводные трубы. Для соединения и разветвления труб диаметром до 70 мм применяют фасонные части - фитинги (соединительные муфты, отводы, тройники, крестовины). Паропроводы большого диаметра соединяют на фланцах и сваркой. Внешние паропроводы теплоизолируют.

К запорно-регулировочным устройствам, применяемым при пароснабжении сушилок, относятся:

вентили, предназначенные для включения и выключения калориферов, конденсатоотводчиков, форсунок и других устройств, для регулирования расхода пара и, следовательно, температуры сушильного агента;

обратные клапаны, предназначенные для обеспечения движения пара и конденсата только в заданном направлении;

водоотделители, предназначенные для очистки пара от частиц конденсата и воды, унесенной из котла;

редукционные клапаны, предназначенные для регулирования давления пара перед калориферами, или регуляторы давления, предназначенные для автоматического поддержания давления пара на заданном уровне на входе в сушилку;

манометры для измерения давления пара в магистрали на входе в сушилку;

грязевики, предназначенные для очистки конденсата перед подачей его на питание котлов;

необходимо иметь также паромеры для измерения расхода пара на каждую сушилку.

Сечение паропровода или конденсатопровода рассчитывают исходя из максимального расхода пара или конденсата и заданной скорости движения его в трубопроводе. Для приближенных вычислений рекомендуется следующая формула, м:

d =

где dmax - максимальный часовой расход пара или конденсата, протекающего по трубопроводу, кг/ч; r-плотность пара или конденсата, кг/;

w- скорость движения пара или конденсата в трубопроводе;

Топки современных газовых сушилок заводов ПОЛВ работают на жидком топливе (тракторном керосине) и природном газе. Сушилки, работающие на твердом топливе (костре, угле, дровах и т. д.), используют редко.

На рис. 5 показана топка газовой сушилки АСУ-1Л для мокрой льняной тресты.

Топка машины АСУ-1Л состоит из камеры сгорания 1 и камеры дожигания 2. Между камерой сгорания и камерой дожигания имеется порог 3 из огнеупорного кирпича. Для предотвращения разрушения топки от тепловых расширений в кладке предусмотрены температурные швы, заполняемые молотым асбестом. Каркас 4 топки представляет собой пространственную сварную раму, изготовленную из швеллера № 12. Доступ в камеру горения для ремонта кладки и розжига топки осуществляют через топочную дверцу 5. При взрыве несгоревшего топлива газы удаляются через взрывной клапан 6. На фронтоне топки установлены форсунки 7 и регистр 8

Рис. 5. Топка газовой сушилки АСУ-1Л

Работа топки происходит следующим образом. Газы, полученные от сгорания жидкого топлива, поступают в камеру смешивания, куда добавляют свежий воздух и часть отработавших газов из корпуса сушилки (рециркуляционные газы). Образующаяся рабочая смесь с температурой около 250 °С дымососом подается в распределительный канал сушилки. Перед растопкой топку вентилируют в течение 10 мин, включив дутьевой вентилятор. В период вентилирования, розжига и разогрева топка работает на растопочную трубу. После розжига топки подачу топлива к форсунке постепенно увеличивают до нормальной величины. Разогревают топку обычно около 30 мин (температура в камере дожигания после разогрева должна быть около 900-ПОО°С). Топки других газовых сушилок аналогичны по конструкции топке сушилки АСУ-1 Л. Отличаются они только размерами и, если топливо - природный газ, типом форсунок. Топки оборудованы автоматическим контролем уровня дизельного топлива в расходном баке, автоматикой безопасности горения (в случае срыва пламени форсунки подача топлива к форсунке топки автоматически перекрывается с помощью электромагнитного клапана) и автоматикой работы шибера на борове горячих газов от топки к камере смешивания. При включении дутьевого вентилятора топки шибер направляет газовую смесь на растопочную трубу, а после прогрева тонки и включения дымососа - в камеру смешивания, перекрывая газоход растопочной трубы. При отключении дымососа шибер автоматически направляет горячие газы в растопочную трубу. Кроме того, имеется световая и звуковая сигнализация для производства операции по обслуживанию топки и сушилки.

сушилка калорифер конденсатоотводчик вентилятор

4. Вентиляторы

Вентиляторы представляют собой механизмы для перемещения больших масс воздуха или газа при давлении, близком к атмосферному.

В сушильных установках вентиляторы применяют для создания циркуляции воздуха по материалу и в сушильном пространстве, а также для подачи свежего воздуха или газа и для выброса отработавшего воздуха (газа) в атмосферу.

По принципу действия вентиляторы подразделяют на два класса - центробежные и осевые.

В центробежных вентиляторах перемещение воздуха или газа осуществляется под действием центробежного эффекта. Внутри улиткообразного кожуха 1 вращается колесо (ротор) с лопатками 2 (рис. 6). Под действием центробежной силы воздух из межлопаточного пространства ротора отбрасывается к стенкам кожуха и выбрасывается через выхлопной патрубок 3 наружу. В межлопаточном пространстве ротора создается разрежение, благодаря, чему воздух подсасывается через всасывающий патрубок вентилятора внутрь кожуха к ротору.

Таким образом, в результате вращения ротора перед вентилятором в воздушном потоке создается некоторое разрежение, а за вентилятором - избыточное давление (по сравнению с атмосферным давлением). Следовательно, на входе в вентилятор полное давление воздушного потока будет отрицательным, а на выходе положительным. Алгебраическая разность полных давлений потока воздуха (газа) в выходном и всасывающем патрубках вентилятора называется его полным давлением.

Рис. 6. Центробежный вентилятор

Изготовляемые промышленностью центробежные вентиляторы общего назначения по создаваемому ими полному давлению подразделяют на вентиляторы низкого давления (до 1000 Па), вентиляторы среднего давления (до 3000 Па) и вентиляторы высокого давления (до 12000 Па).

В зависимости от направления вращения ротора различают вентиляторы правого и левого вращения.

В сушильной технике промышленности ПОЛВ обычно применяют центробежные вентиляторы низкого и среднего давления.

В газовых сушилках, работающих на жидком топливе и газе, используют также дымососы серии Д и дутьевые вентиляторы. Дымососы служат для подачи к корпусу сушилки свежих газов с температурой до 250°С, а дутьевые вентиляторы - для создания дутья в топках. В качестве дутьевых вентиляторов используют вентиляторы высокого давления серии ВВД или специальные дутьевые вентиляторы ВД.

В сушильных установках промышленности ПОЛВ наибольшее применение получили центробежные вентиляторы серий ЭВР, Ц4-70, Ц9-55 (ЦВ-55) и Ц9-57 (СТД-57)-

Осевые вентиляторы (рис. 7) работают по принципу воздушного винта. Ротор (колесо) этих вентиляторов составлен из лопастей 1 определенного профиля, насаженных на ступицу (втулку) 2 под некоторым углом а к плоскости ее вращения. Воздух перемещается в направлении оси вращения ротора. Колесо вентилятора помещается обычно в кожухе-обечайке 3.

Рис. 7. Осевой вентилятор

Как у центробежных, так и у осевых, вентиляторов привод может осуществляться электродвигателем через муфту или через шкив с ременной передачей. Колесо вентилятора может быть также установлено непосредственно на валу электродвигателя. Осевые вентиляторы, как и центробежные, различают по типам (сериям) и номерам; номер вентилятора также показывает диаметр его ротора в дециметрах.

В серийных паровых сушилках льнопенькозаводов осевые вентиляторы используют для создания циркуляции воздуха по материалу в зонах сушки, увлажнения и охлаждения.

Получили распространение вентиляторы следующих типов: КПБ № 10 - восьмилопастные с винтообразными литыми лопастями; этими вентиляторами оборудуют зоны сушки и увлажнения сушилок СКП-9-7ЛМ, СКП-8-12П и СКП-8-12ПМ; СКВ № 10 - восьмилопастные (по типу 1ДАГИ) с углом установки лопастей а=15°, устанавливают в сушильных и увлажнительных зонах сушилок СКП-1-10ЛУ и в СКП-10КУ;

Рис. 8. Схемы осевых вентиляторов:

а - серии МЦ (06-320); б - серии КПБ; в -серии В; г - реверсивный ЦАГИ.

Направление движения должно быть таким, чтобы лопасти набегали на поток вогнутой или плоской стороной. Такие вентиляторы называют нереверсивными. В отличие от них реверсивные вентиляторы имеют симметричный профиль лопастей, и поэтому их аэродинамические показатели одинаковы при любом направлении вращения. Коэффициент полезного действия реверсивных вентиляторов значительно ниже, чем у нереверсивных; последние имеют более совершенную аэродинамическую схему.

Центробежный, или осевой, вентилятор с приводом и с системой подключенных к нему трубопроводов или каналов называется вентиляторной установкой.

Размеры и сечение трубопроводов или каналов могут быть различными и не имеют принципиального значения.