Проектирование сушильной установки для сушки шлама, вписываемой в технологическую линию по производству БТЦ

Курсовой проект

по дисциплине «Теплотехника и теплотехническое оборудование в технологии строительных материалов, изделий и конструкций»

Тема: «Проектирование сушильной установки для сушки шлама, вписываемой в технологическую линию по производству БТЦ»

Содержание

Введение

1. Расчёт горения топлива

. Расчет начальных параметров теплоносителя

. Построение теоретического и действительного процессов сушки на I-d диаграмме

. Материальный баланс сушильного барабана

. Тепловой расчёт сушильного барабана

6. Размеры и производительность сушильного барабана

Заключение

Список литературы

Введение

Перед обжигом шлама, его высушивают до влажности 1%. Для этого устанавливают сушильные барабаны.

Барабаны сушильные предназначены для сушки сыпучих материалов топочными газами в различных отраслях промышленности: строительных материалов, металлургической, химической, стекольной и т.д.

В промышленности строительных материалов барабаны устанавливаются в технологических линиях для тепловой сушки известняка, глины, песка, мела и др. сыпучих материалов крупностью частиц от 0 до 80 мм в зависимости от диаметров применяемых барабанов.

Данные сушилки являются прямоточными, т.е. подача материала и топочных газов осуществляется параллельно.

Температура топочных газов, поступающих в барабан, не должна превышать 600-900 °С. При более высокой температуре внутренние перегородки корпуса быстро перегорают, а материал может потерять свои свойства или воспламениться. Температура дымовых газов на выходе из барабана составляет 100-200 °С, температура материала - около 100°С.

Эксплуатация барабана допускается в диапазоне температур стенки корпуса от -25 °С до +350 °С.

Сушилки барабанные имеют ряд преимуществ перед другими сушилками (например, пневматическими или паровыми трубчатыми):

а) благодаря непрерывному перемешиванию при вращении сушилки частицы высушиваемого материала соприкасаются с газами очень короткое время, что позволяет применять более высокую температуру газов;

б) применение газов с высокой температурой делает эти сушилки очень экономичными как по расходу тепла, так и по расходу энергии;

в) барабанные сушилки имеют сравнительно большую производительность;

г) при использовании определённых типов насадок, в этих сушилках можно подсушивать кусковые материалы, не обладающие сыпучими свойствами.

Материал в барабане просушивается газами из топок или отходящими дымовыми газами из зоны охлаждения печей. Топки (теплогенераторы) работают на газообразном или жидком топливе, сжигание которого происходит в горелке.

Топочные газы омывают пересыпающийся материал, нагревают его и поглощают содержащуюся в нем влагу. Для активизации передачи тепла барабаны внутри снабжены различными внутренними теплообменными устройствами. В серийно выпускаемой конструкции устанавливаются насадки: в начале - винтовая, в средней части - подъемно - лопастная, в конце - секторная.

В зависимости от свойств сушимого материала могут быть установлены другие типы насадок: распределительная, комбинированная, цепная, ячейковая, перевалочная и их комбинации. Эффективность сушки материалов в сушильных барабанах характеризуется удельной паронапряжённостью - количеством воды, испарённой за 1 час с 1 м³ рабочего объёма барабана. Удельная паронапряжённость зависит от свойств материалов, их начальной и конечной влажности и для различных материалов может сильно отличаться. При выборе сушильных барабанов пользуются опытными показателями.

Материал для просушки поступает в барабан из камеры загрузки, где смешивается с топочными газами. При вращении корпуса материал пересыпается по внутренним насадкам и продвигается вдоль оси барабана за счет уклона корпуса, нагреваясь при сушке.

Для уменьшения потерь тепла через стенки барабана наружную поверхность сушильной части барабана теплоизолируют.

Сушка происходит при прямом контакте дымовых газов с материалом тремя основными способами:

. обдув дымовыми газами при падении материала с лопаток;

. через наружную оголенную поверхность материала, находящегося в завале;

. от более нагретых внутренних деталей сушильной части барабана.

При сушке материала в сушильных барабанах необходимо соблюдать следующие условия:

* создавать максимально возможный перепад температур газов при входе и выходе из барабана. При этом следует учесть, что при температуре поступающих газов больше 700-800 ⁰С создаётся опасность деформации барабана, а температуре газов меньше 110-75 ⁰С возможна конденсация паров воды и не только прекращается сушка материала, но он даже увлажняется;

* равномерно питать барабан материалом, куски должны быть одинаковыми по величине. При чрезмерно быстром поступлении в барабан он выйдет из него недосушенным, а при недостаточном поступлении - пересушенным;

* обеспечить определённую скорость движения газов, которая не должна превышать 1,5-2,0 м/сек. При более высокой скорости повышается унос материала и возрастает пылеобразование.

топливо сушка барабан газ

1. Расчёт горения топлива

Мазут марки 100. Содержание золы А^Р = 0,2%, содержание влаги принимаем W^Р=3%. Коэффициент расхода воздуха при сжигании мазута с помощью форсунки низкого давления принимаем a=1,2. Воздух для горения поступает неподогретым.

Таблица 1.1 Состав горючей массы мазута, %

Определяем состав рабочего топлива, находим содержание элементов в рабочем топливе

(2.1)

(2.2)

(2.3)

 (2.4)

(2.5)

Таблица 1.2. Состав рабочего топлива, %

Теплоту сгорания мазута находим по формуле:

(2.6)

Теоретически необходимое для горения количество сухого воздуха находим по формулам:

(2.7)

Количество атмосферного воздуха при его влагосодержании d = 10 г/кг сух. воз равно:

(2.8)

Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода a =1,2:

Сухого

Атмосферного

Количество и состав продуктов полного горения при a =1,2 находим по формулам:

 (2.9)

(2.10)

(2.11)

 (2.12)

 (2.13)

Общее количество продуктов горения при a=1,2:

Процентный состав продуктов горения при a=1,2:

Сумма равна 100%

Составляем материальный баланс процесса горения на 1 кг топлива при a=1,2

Таблица 1.3. Материальный баланс процесса горения

Невязка баланса составляет:

Определяем теоретическую температуру горения. Для этого находим общее теплосодержание продуктов горения (без подогрева воздуха и топлива):

(2.14)

По I-t диаграмме при a=1,2 находим теоретическую температуру горения t_ТЕОР = 1815 ⁰C

Определяем действительную температуру горения при коэффициенте h_n=0,8.

Расчетное теплосодержание равно:

По I-t диаграмме находим действительную температуру горения мазута

t_ДЕЙСТ=1500 ⁰C.

. Расчет начальных параметров теплоносителя

Температура газов при входе в сушильный барабан

Для получения такой температуры дымовые газы, образующиеся при горении топлива, необходимо разбавить атмосферным воздухом в камере смешивания.

Составляем уравнение теплового баланса топки и камеры смешивания на 1кг сжигаемого топлива:

 (3.1)

где I_в- энтальпия воздуха, поступающего для смешивания при температуре -35⁰С:

I_в

I_дым - энтальпия дымовых газов при

I_дым=1025  (2 прилож.10)

I’_в- энтальпия воздуха при температуре смешивания 700⁰С

I’_в=963 (2 прилож.10)

h - кпд топки /принимаем h=0,9/

c - количество воздуха, необходимое для разбавления дымовых газов.

Подставляя эти данные из расчёта горения топлива в уравнение, получим:

c =20,7

Общее количество воздуха, необходимое для горения 1 кг топлива и разбавления дымовых газов до заданной температуры, составит:

L’’_a=L’_a+c= 12,78+20,7=33,48()

Общий коэффициент избытка воздуха:

Влагосодержание разбавленных дымовых газов определяем как отношение массы водяных паров к массе сухих продуктов горения:

 (3.2)

где объёмы отдельных составляющих продуктов горения при a_общ=3,47.

Необходимо при новом значении a_общ=3,47 найти объём ,который увеличивается за счёт дополнительного ввода водяных паров с атмосферным воздухом и ,зависящих от коэффициента избытка воздуха. Объёмне зависит от a_общ.

Тогда влагосодержание разбавленных газов находим, подставляя в формулу (3.2) значения

. Построение теоретического и действительного процессов сушки на I - d диаграмме

Построение процесса сушки производим на I - d диаграмме.

Сначала производим построение теоретического процесса сушки, т.е. считаем, что в процессе сушки тепло расходуется только на испарение влаги, не учитывая потери тепла через стенки барабана в окружающую среду и на нагрев сушильного материала. Теоретический процесс сушки протекает адиабатически, т.е. при условии .

Параметры газов, идущих для смешивания с воздухом:

I_ОБЩ =2975 кДж/м³

d_ГАЗ = 69,4 г/кг сух газа

Точка B характеризуется начальными параметрами сушильного агента:

и d_Н = 35,74 г/кг сух газа

Эта точка B характеризует начало теоретического процесса сушки сушильным агентом, т.е. смесью продуктов сгорания топлива с воздухом.

Соотношение между дымовыми газами и воздухом при смешивании их до заданных параметров определяется зависимостью:

От точки B проводим линию  до пересечения с изотермой  и определяем положение конечной точки процесса С₀. Теоретически процесс сушки на I-d диаграмме изображается линией BC₀.

Тогда т.С₀ характеризуется параметрами:  и

Плотность сушильного агента, отходящего из сушилки, принимаем r_см=1,2 кг/м³

По I-d диаграмме найдем для точки С₀ влагосодержание отработанного сушильного агента d₂ = 280 г/кг сух воздуха.

Расход сухих газов (по массе) при теоретическом процессе сушки:

Построение действительного процесса в реальных условиях отличается от теоретического тем, что при действительном процессе сушки учитываются потери тепла в окружающую среду через стенки барабана и расход тепла на нагрев сушильного материала.

Общие тепловые потери будут составлять:

(4.1)

Расход тепла на нагрев материала определим по формуле:

(4.2)

(4.3)

где С_С - теплоемкость абсолютно сухого материала

Потери тепла через стенки в окружающую среду:

(4.4)

где a₁- коэффициент теплоотдачи от газов к внутренней поверхности сушильного барабана. Для дымовых газов a=100-450. Принимаем a₁=150.

S₁ - толщина стенки барабана, принимаем S₁=20 мм.

S₂ - толщина теплоизоляции барабана, равная 200 мм.

l₁ и l₂ -теплопроводность соответственно стальной стенки барабана l₁=58,2 и диатомитовой изоляции l₂=0,2 при r_{д. зас.}=750 кг/м³ и t_воз=20⁰С [5]

a₂ - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции в окружающую среду. Принимаем a₂=14.

S_б- площадь боковой поверхности барабана.

 - разность температур газов рабочего пространства барабана и окружающего воздуха.

, (4.5)

где - средняя температура материала в барабане.

Тогда

Подставим числовые значения в формулу и определим потери тепла в окружающую среду с одного барабана:

Общие потери с 2 барабанов:

В процессе сушки часть тепла теряется, поэтому меньше . Находим величину уменьшения энтальпии дымовых газов:

На I-d диаграмме откладываем значение I_ПОТ = 106 кДж/кг сух газа от т. С₀ вертикально вниз и получаем т. Д, которую соединяем с т. В.

Линия ВД показывает направление действительного процесса сушки. Точка С - конец процесса сушки, ее можно найти, зная конечную температуру газов (). Линия ВС обозначает действительный процесс сушки.

Определяем на I-d диаграмме конечное влагосодержание газов для точки C: dк=250 г/кг

Определяем расход тепла на сушку:

(4.6)

где I’_H - энтальпия смеси газов с воздухом без учета энтальпии водяных паров продуктов горения топлива. I’_H определяется по I-D диаграмме при t_воз=700⁰С и d₀=10 г/кг сух.воз. I’_H = 780кДж/кг сух газ., I₀ = 38кДж/кг сух газ.

Тогда

Расход тепла в топке с учетом КПД топки h=0,9:

Расход топлива:

. Материальный баланс сушильного барабана

При установившемся процессе сушки количество влаги, поступающей в сушильный барабан с дымовыми газами и материалом, должно быть равно количеству влаги, остающейся в материале, и влаге, уходящей с дымовыми газами.

На основании вышеприведенных расчетов составляем таблицу материального баланса, предварительно определив расход влажных отходящих газов при выходе из сушильного барабана Y_CM и количество водяных паров в дымовых газах, поступающих на сушку по формулам:

Таблица 4.1. Материальный баланс сушильного барабана.

. Тепловой расчёт сушильного барабана

Тепловой баланс составляется для определения расхода тепла на сушку, а также для оценки отдельных статей прихода и расхода тепла в сушильной установке. Для сушил составляется единый баланс. Тепловой баланс условно принято составлять при 0⁰С; считается, что все тела, влага, газы, участвующие в балансе, вносят в него тепло, если их t>0⁰C и расходуют тепло на нагрев за счет баланса, если имеют t<0⁰C. Тепловой баланс составляется в кДж на 1 час работы сушила и в кДж на 1 кг испарённой влаги.

Для составления теплового баланса необходимо рассчитать некоторые статьи прихода и расхода тепла.

Приход тепла.

Тепло, вносимое теплоносителем:

Расход тепла.

1.      Тепло на испарение и нагрев влаги материала

2493 - скрытая теплота парообразования при 0 ⁰С

,97 - теплоемкость водяных паров

,2  - теплоемкость влаги материала

2.      Тепло с отходящими дымовыми газами, за исключением тепла, уносимого испарившейся влагой:

I_УХ - находим по I-t диаграмме

3.      Потери в топке:

Таблица 5.1. Тепловой баланс сушильного барабана

Удельное количество теплоты на 1 кг испаренной влаги:

Обычно q = 3700-5000 кДж при t_ГАЗ = 400-800 ⁰С [5]

Удельный расход топлива на 1 кг испаренной влаги:

Тепловой КПД барабанной сушилки:

Обычно КПД сушилок такого типа составляет 0,6-0,8 [5]

. Размеры и производительность сушильного барабана

_м - производительность по сухому шламу

По ГОСТ 27136-86 подберём сушильные установки, учитывая производительность по испаренной влаге:

сушильных барабана 3,5х27 м, производительностью 11т/ч каждый.

Проверим правильность подбора сушильных установок по времени нахождения материала в барабане:

- время сушки

Определим время нахождения материала в барабане по формуле:

 (7.1)

b - коэффициент заполнения барабана, принимаем b = 0,1;

r - плотность шлака при средней влажности w_СР, можно определить по формуле:

w

Таким образом, получаем

τ_пребыв=

Число оборотов барабана приближенно можно определить по формуле:

(7.2)

где A - коэффициент, зависящий от типа насадки и характера движения материала, обычно А= 0,4-0,65;

a - угол наклона барабана.

Тогда

Обычно барабаны вращаются со скоростью 1-9.

Заключение

В данной курсовой работе произведён теплотехнический расчёт барабанного сушила для сушки шлама производительностью 111375 кг/ч. Определены конструктивные параметры барабана: диаметр D=3,5 м и длина L=27 м.

Определены: количество испарённой влаги в сушиле- 21375 кг/ч, расход топлива -2137 кг/ч.

Основные теплотехнические показатели барабанного сушила, полученные при расчёте, сведены в таблицу.

Таблица 1. Основные теплотехнические показатели