Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Транспортная энергетика (хладотранспорт) Минимаркер Сушка материала продуктами сгорания топлива

Сушка материала продуктами сгорания топлива

Страница 7 из 10

Сушильные установки, работающие на смеси продуктов сгорания с воздухом, получили широкое распространение. Для процессов сушки могут быть использованы топочные газы, полученные в специально сооружаемых для этой цели топочных камерах, или отходящие газы каких-либо высокотемпературных установок. Сушильный агент, состоящий из смеси газов и воздуха, должен быть очищен от механических примесей и не содержать компоненты, образующиеся при неполном сгорании топлива. В качестве первичного источника теплоты целесообразно использовать топливо с малым влагосодержанием: твердое – после сушки, мазут, природный газ.

Инженерный расчет таких сушильных установок приближенно можно выполнить с использованием Id-диаграммы, построенной для воздуха при высоких температурах. Здесь основные расчетные единицы – 1 кг топлива и 1 кг сухих газов. Ошибка в расчете не будет превышать 0,8–3,0%, причем, чем больше воздуха в газе или чем ниже температура смеси, тем меньше погрешность.

Материальный баланс сушильной камеры составляется с использованием уравнений (34) – (44). Для составления теплового баланса таких установок, прежде всего, необходимо определить основные величины и параметры, определяющие состояние рабочей смеси газов.

Энтальпия и влагосодержание продуктов сгорания. Вид и элементарный состав топлива должны быть известны. Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива

L0 = 0,115·(CР + 0,375·SРк + 0) + 0,342·НP - 0,043·OР, (72)

где СР, SРк + 0, НP, OР – элементарный состав топлива на рабочую массу, %.

Для 1 кг газообразного топлива

L0 = 0,01·[2,468·CO + 34,22·H2 + 6,10·H2S + l7,24·CH4 + 16,74·C2H6 + 16,07С3Н8+14,84С4Н10+16,15С5Н12 - О2], (73)

где СО, Н2, H2S и т. д. – элементарный состав 1 кг газообразного топлива в процентах по массе.

Обычно состав газообразного топлива задается в процентах по объему. Пересчет объемного состава на массовый производится по следующим формулам:

230314_f34

где СО′, H′2, CH′4 – объемное содержание компонентов, %, ρСО – плотность компонентов, входящих в газообразное топливо, кг/м3; ρср – средняя плотность газообразного топлива, кг/м3;

ρср = 0,01· (1,25· СО′ + 0,716· CH′4 + 1,251·С2Н′4 + 0,090·Н′2 + 1,964·СО′2 + 1,428·О′2 + 1,257·N′2). (75)

Количество сухих газов и водяных паров, получаемых при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива:

Gсг = 1 + α·L0 – 0,01·(АР + 9·НР + WP); (76)

Gп = 0,01·(9·НР + WP) + 0,001·α·L0·d0 + Wдт, (77)

где Wдт – масса водяного пара в случае распыления мазута паром, кг/кг мазута

То же при сгорании 1 кг газообразного топлива:

230314_f35

230314_f36

где Wт – влагосодержание газообразного топлива, кг/кг газа.

В сушильной технике форсунки для мазута с паровым распылением применяют очень редко, поэтому в последующих анализах системы уравнений величину Wдт из формулы (77) исключаем. Принимается также равным нулю влагосодержание природного газа в формуле (79): Wт = 0.

Влагосодержание d, г/кг сухих газов,

d = 1000·Gп / G. (80)

Для топочной камеры, в пределах которой подводится воздух, необходимый для сгорания топлива и разбавления газов до заданной температуры перед сушилкой, можно написать равенство:

QРв·ηт + ст·tт + α′·L0·I0 = Gсг·ссг·tг + Gп· (r + cп·tг), (81)

где ηт = 0,8 ÷ 0,92 – к. п. д. топочной камеры; ст·tт – физическая теплота топлива, поступающего в камеру сгорания; r + cп·tг = iп – энтальпия пара; r – теплота фазового перехода; cп – теплоемкость пара.

Теплоемкость сухих газов ссг приближенно можно принять равной теплоемкости сухого воздуха ссв. Ошибка при α′ = 3 будет примерно 2%, а при α′ = 10 – примерно 0,8%, что вполне допустимо для технических расчетов. Для более точного расчета необходимо определить состав сухих газов по массе и воспользоваться теплоемкостями газов, входящих в эту смесь.

Продукты сгорания и воздух смешивают разными способами, то есть непосредственно в топочной камере или в топливосжигающем устройстве (в горелках с переменным избытком воздуха) или за пределами топочного устройства. В последнем случае процесс горения топлива организуется при коэффициентах избытка воздуха, обеспечивающих такую температуру газа, при которой устойчиво работает камера сгорания, и футеровка топки сохраняется продолжительное время. Следовательно, из уравнения (81) можно определить температуру газов на выходе из топки или перед сушильной камерой, задаваясь предварительно в каждом конкретном случае коэффициентом избытка воздуха α, и наоборот, по заданной температуре газов tг за топочной камерой или перед сушилкой можно рассчитать коэффициент α.

Определив коэффициент избытка воздуха α, рассчитывают энтальпию топочных газов и смеси в соответствующих точках потока: на выходе из топки и на входе в камеру сушки

230314_f37

где Iг – энтальпия, кДж/кг сухих газов.

Полный объем газов при нормальных условиях

230314_f38

где ρп = 0,805 кг/м3; ρсг – плотность смеси сухих газов, кг/м3;

230314_f39

где 230314_f40 и т. д.

Объем смеси на 1 кг сухих газов, м3/кг сухих газов,

υсм = Vг / Gсг. (85)

Тепловой баланс сушильной камеры, работающей на смеси топочных газов с воздухом, составляется по высшей теплоте сгорания топлива, соответствующей количеству теплоты, подведенной к сушилке:

qск = (QРв·В·ηт) / W = q1 + q2 + q3 + qм + qтр + q5ск, (86)

где q1 – теплота, затраченная на испарение влаги из материала, определяется по формуле (47) при qд = 0 или (53), кДж/кг влаги; q2 – физическое тепло сушильного агента, выходящего из сушильной камеры; q3 – теплота, затраченная на испарение влаги из топлива; qм, qтр – расход тепла на нагревание материала и транспорта, рассчитывают по формуле (48); q5ск = qп – потери теплоты в окружающую среду (48);

230314_f41

или

230314_f42

где с′′вг – теплоемкость влажного газа, рассчитывается для смеси сухого газа и водяных паров, кДж/(кг·К); с′в – теплоемкость воздуха, поступающего в топку; t′′г, t′в – температура газов на выходе из сушильной камеры и воздуха, °С.

Расход теплоты на процесс образования водяных паров при сжигании твердого и жидкого топлива

230314_f43

То же при сжигании газообразного топлива

230314_f44

Расход топлива в единицу времени

230314_f45

Удельный расход топлива, нм3 или кг на 1 кг испаренной влаги,

b = qск / QРв·ηт. (91)

По рассчитанным и заданным параметрам продуктов сгорания топлива, смеси газов и воздуха строят процесс сушки в Id-диаграмме.

На рисунке 6 представлены схемы двух вариантов сушилок: с однократным использованием продуктов сгорания топлива (рис. 6, а) и с рециркуляцией смеси газов (рис. 6, б). Сушилки с однократным использованием топочных газов применяют при сушке материалов в среде высокотемпературного сушильного агента, например в барабанных сушилках, при сушке в псевдоожиженном слое и т.п. Состояние продуктов сгорания за топочной камерой в Id-диаграмме определяется точкой К, которая строится по рассчитанным параметрам tг, dг Iг. Параметры атмосферного воздуха заданы точкой А. Топочные газы смешиваются в камере смешения (2) с атмосферным воздухом в соотношениях, обеспечивающих заданную температуру смеси t1 перед камерой сушки.

Процессы сушки в Id-диаграмме

Рис. 6 – Принципиальные схемы конвективных сушильных установок, работающих на смеси продуктов сгорания топлива и воздуха, и процессы сушки в Id-диаграмме: а – без рециркуляции сушильного агента; б – с рециркуляцией сушильного агента; 1 – топочная камера; 2 – камера смешения; 3 – сушильная камера; 4 – дымосос (вентилятор)

Процессу смешения должны удовлетворять два уравнения:

(1 + nd1 = dг + n·d0; (92)

(1 + nI1 = Iг + n·I0, (93)

где п – количество атмосферного воздуха, приходящееся на 1 кг сухих топочных газов, кг/кг сухих газов.

Прямая, связывающая точки А и К в Id-диаграмме, – линия смешения. Положение точки М определяется пересечением прямой АК с изотермой t1.

Из условий подготовки сушильного агента очевидно, что сушка материала происходит при Δ < 0. Линия МС определяет изменение параметров смеси газов в процессе сушки. Построение в Id-диаграмме действительного процесса производится, как и при сушке нагретым воздухом, с однократным использованием сушильного агента.

Влагосодержание топочных газов в точке К больше влагосодержания атмосферного воздуха на влагосодержание dгd0, которое выделилось при сгорании топлива.

Расход смеси топочных газов с воздухом (точка М)

lМ = 1000 / (d2d1). (94)

Удельный расход теплоты

q = lМ·(I1I0). (95)

Расход топлива рассчитывают по формулам (90) и (91).

Оценивая экономичность сушки по удельному расходу теплоты q, следует отметить, что для одинаковых условий при сушке продуктами сгорания топлива расход тепла будет больше, чем при сушке нагретым воздухом. Это объясняется условиями приготовления сушильного агента.

При использовании в качестве сушильного агента топочных газов в смеси с воздухом учитывается как физическая теплота этой смеси, так и теплота, затраченная на парообразование при горении топлива, определяющая в основном положение точек К и М в Id-диаграмме. При сушке нагретым воздухом учитывается только его физическая теплота, полученная в калорифере от греющей среды. Приращение расхода теплоты при газовой сушке по сравнению с сушкой воздухом будет измеряться отрезком ВР (см. рисунок 6, а). Поэтому два способа сушки следует сравнивать по расходу топлива на 1 кг испаренной влаги. В большинстве случаев при сушке продуктами сгорания удельный расход топлива b будет меньше, чем при сушке воздухом. Это следует из расчетных соотношений, по которым определяют расход топлива:

при сушке воздухом

230314_f46

при сушке топочными газами

230314_f47

где ηпг, ηтр, ηк – к. п. д. парогенератора, системы паропроводов и калорифера.

В последнее время топочные газы используются как для высокотемпературной, так и для низкотемпературной сушки, но с повышенным влагосодержанием, например при сушке древесины. Эти требования могут быть выдержаны при применении рециркуляции отработавшей газовоздушной смеси. Схема такой сушилки и процесс сушки в Id-диаграмме показаны на рис. 6, б. Для графического построения сушки в Id-диаграмме и нахождения точек М1 и М2 могут быть использованы уравнения смешения:

230314_f48

где п – количество, кг, атмосферного воздуха на 1 кг топочных газов; п′ – количество, кг, отработавшей смеси на 1 кг газовоздушной смеси, с состоянием в точке М1.

Количество отработавших газов, выталкиваемых в атмосферу, равно количеству поступающей в сушилку смеси с параметрами в точке М1:

lух = lм = 1000 / (d2d1). (100)

Количество смеси, циркулирующей в сушильной камере,

lц = 1000 / (d2dсм). (101)

Количество топочных газов и атмосферного воздуха, поступающих в камеру смешения:

230314_f49

Удельный расход теплоты в предположении, что L0Gсг,

230314_f50

Расход топлива рассчитывают по формулам (90) и (91).


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика