Примеры расчетов

10.5.1. Определить подачу вентилятора корпуса ΙΙ-В сушилки Пеко. Для расчета используются экспериментальные данные испытания сушилки. Масса торфа, поступившая в корпус G_т=17,2 т/ч |32|.

Влагосодержание атмосферного воздуха

- на входе в корпус d ₁=6,5 г/кг _сух.в.

- на выходе из корпуса d ₂=35,2 г/кг _сух.в.

Температура воздуха на входе t ₁=17,3 °С. Масса испаренной влаги W=1340 кг/ч

1. Количество сушильного агента, необходимого для сушки торфа

Удельный расход сухого воздуха

l _с.в.=1000/(d₂-d₁)=1000/(35,2-6,5)=34,84 кг _{сух газа}/кг испаренной влаги

Расход сухого воздуха на выходе из циклона

L _с.в.= l _с.в. W =13,84∙1340=46685 кг _{сух.возд.}/ч

Удельный объем воздуха на входе в корпус

v₀ =4,64∙10^-6(273+t)(622+d)=4,64∙10^-6(273+17,3)(622+6,5)=0,85 м³/кг _сух.в.

Производительность по воздуху из условий теплового расчета

V _в= k _подL_с.гυ=1,1∙46685∙0,85=43650 м³/ч,

где k _под – коэффициент, учитывающий подсос воздуха

2. Количество воздуха, необходимого для транспорта торфа |22|

V _тр= G ₁/µρ_в=17200/10∙1,205=1427 м³/ч,

где G ₁=17200 кг/ч – масса торфа, поступившего в корпус ΙΙ-В; µ=10 кг/кг– расходная концентрация смеси воздух-торф; ρ_в=1,205 кг/м³ – плотность воздуха.

3. Согласно расчету вентилятор должен обеспечить подачу сушильного агента равную V _в=43650 м³/ч

10.5.2. Определить подачу вентилятора пневмогазовой сушилки с шахтной мельницей. Использованы исходные данные и результаты расчета из [10]. Производительность сушильного отделения по сырью (w ₁=50 %), 8,6 т/ч. Производительность сушилки по испаренной влаге 3,54 т/ч. Влагосодержание топочных газов на входе в сушилку 74,2 г/кг_{испар. влаги}; на выходе из сушилки 213,0 г/кг_{испар. влаги}. Температура топочных газов перед вентилятором 84 °С.

1. Количество топочных газов, необходимое для сушки торфа.

Удельный расход топочных газов

l _г=1000/(d ₂- d ₁)=1000/(213,0-74,2)=7,19 кг_т.г./кг_исп.вл.

Расход топочных газов

L _г= l _г W =7,19∙3,54∙10³ =25453 кг_т.г./ч

Удельный объем топочных газов перед вентилятором

v₀ =4,64∙10^-6(273+84)(622+213)=1,38 м³/кг_т.г.

Производительность вентилятора

V _г= k _под L _гυ₀=1,1∙25453∙1,38=38635 м³/ч

2. Количество воздуха, необходимое для транспорта торфа

V _тр=G₁/µρ_в=8600/10∙1,205=714 м³/ч

3. Согласно расчету в сушильных установках, использующих газ (атмосферный воздух, топочные газы) в качестве сушильного агента и транспортирующего средства, подача вентилятора должна определяться из необходимого количества сушильного агента.

10.5.3. Оценить возможность подсушки топливного торфа повышенной влажности в модернизированной пневмопароводяной сушильной установки Пеко.

Для расчета использованы данные промышленных экспериментальных исследований установки Пеко по «разомкнутому» циклу [32]

Масса торфа, поступившая в корпус ΙΙ-В, кг/ч.........................................18250

Влажность торфа на входе w ₁,%....................................................................43,2

Влажность торфа на выходе w ₂,%.................................................................40,1

Масса, испарившейся влаги, кг/ч...................................................................890

Расход сушильного агента (сухой воздух) L, кг/ч...................................46200

Температура торфа:

на входе v ₁,°С......................................................................................... 22,1

на выходе (торфа) v ₂, °С.......................................................................... 28,7

Температура воздуха:

на входе t ₁,°С................................................................................................ 20,5

на выходе (торфа) t ₂, °С............................................................................. 31,7

Влагосодержание:

на входе d ₁, г/кг сух.в...................................................................................... 6,0

на выходе (торфа) d ₂, г/кг сух.в................................................................... 25,3

Энтальпия воздуха:

на входе I 1, кДж/кг сух.в.............................................................................. 35,8

на выходе (торфа) I ₂,кДж/кг сух.в............................................................... 25,3

Относительная влажность

на входе φ ₁, %................................................................................................... 40

на выходе (торфа) φ ₂,%..............................................................................…. 77

Торф такой исходной влажности w ₁=43,2 % не требует подсушки, но использование данных, полученных экспериментально на производстве, позволит показать реальные возможности предлагаемого способа.

1. Расход теплоты в корпусе ΙΙ-В, работающему по «разомкнутому» циклу(в корпус ΙΙ-В подается пар). Эта теплота может использоваться для подсушки топливного торфа.

1.1. Затраты теплоты на испарение влаги из торфа и нагрев сушильного агента (атмосферного воздуха) в корпусе II-В

Q ₁= L (I ₂- I ₁)=46,2∙10³(98,5-35,8)= 2,9∙10⁶ кДж/ч,

где I ₂, I ₁ – энтальпия воздуха на выходе и входе из корпуса, кДж/кг _{сух.воз.}.

1.2. Затраты теплоты на нагрев торфа

Q ₂= G _{2 торфа}(v ₂ - v ₁)=17360∙2,88(28,7-22,1)=0,33∙10⁶ кДж/ч,

где _торфа – теплоемкость торфа, кДж/кг∙К; v ₂ и v ₁ – температура торфа соответственно на входе и выходе из корпуса;

_торфа= _с(100- w ₂)/100+ _в w ₂/100=2(100-40,1)/100+4,19∙40,1/100=2,88 кДж/кг∙К

Масса высушенного торфа

G ₂= G ₁- W =18250-890=17360 кг/ч, где W – масса испаренной влаги, кг/ч;

1.3. Общие затраты теплоты в корпусе ΙΙ-В

Q _общ= Q ₁+ Q ₂=2,9∙10⁶+ 0,33∙10⁶ =3,23 ∙10⁶ кДж/ч.

2. Теплотехнический расчет предлагаемой системы подсушки топливного торфа

По трубкам корпуса ΙΙ-В продувается атмосферный воздух. Предполагаем, что теплота, которую отдает теплоноситель смеси торф-воздух, в данном случае будет расходоваться на нагрев воздуха.

Тогда

Q _общ= L ∙ _воз(t ₁- t ₀),

где _воз=1,00499 кДж/кг∙К – теплоемкость воздуха; t ₁ – температура воздуха на выходе из корпуса ΙΙ-В.

Отсюда

t ₁= Q _общ/ L _воз+ t ₀=3,23∙10⁶/(4,62∙10⁴∙1,00499)+20,3=89,3 °С

3. Нагретый воздух направляется в шахтную мельницу, в поток которого поступает топливный торф с ленточного конвейера сырья.

Масса топливного торфа – 25 % от поступающего на завод сырья

G _топл=0,25 G ₁=0,25 18250=4560 т/ч.

4. Процесс сушки топливного торфа на Id-диаграмме [32]

Точка А Наружный воздух:

температура – 20,5 °С;

относительная влажность – 40%

влагосодержание – 6 г/кг _{сух.воз.}

Точка В:

влагосодержание – 6 г/кг _{сух.воз.}

температура – 89,3 °С;

энтальпия по Id-диаграмме I_в=105 кДж/кг_{сух. воз.}

Параметры точки С для действительной сушилки определить не представляется возможным, так как не известна температура материала на выходе из сушилки и ее производительность по испаренной влаге.

Потери на нагрев материала и в окружающую среду составляют 5 % при температуре газов 600 °С. В данном расчете температура сушильного агента 89,3 °С и потери соответственно будут ниже. Поэтому строим процесс подсушки торфа как для теоретической сушилки, то есть энтальпия сушильного процесса – постоянна. Тогда температура –45 °С; влагосодержание – 24 г/кг_{сух.воз.}; энтальпия I _с=105 кДж/кг_{сух. воз.}

Производительность шахтной мельницы по испаренной влаге

W =(d ₂ - d ₁) L =(24-6)∙10^-3∙46200=830 кг/ч

Используя формулу , определим влажность подсушенного торфа

w ₂=(G ₁ w ₁-100 W)/(G ₁- W)=(18250·43,2-100·830)/(18250-830)=40,5 %.

Таким образом, используя данный метод подсушки торфа можно уменьшить влажность исходного торфа с 43,2 % до 40,5 %, испарить 830 кг/ч влаги торфа. Это не намного меньше, чем испаряется в корпусе W _ΙΙ-В=890 кг/ч при «разомкнутом» цикле. При подсушке торфа более высокой влажности эффект от использования данного способа подсушки топливного торфа будет значительно выше.

5. По ориентировочно вычисленной влажности подсушенного торфа

w ₁=40,5 % и производительности по испаренной влаге W =830 кг/ч произведем расчет действительной сушилки.

Определяем поправку на действительную сушилку

∆= _вл v ₁-∑ q _п= _вл v ₁-(q ₃+ q ₅),

где q ₃ – потери теплоты на подогрев материала, кДж/кг_исп.вл.; q ₅ – потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг_исп.вл.;

Общий расход теплоты на нагрев материала

,

где G ₂= G ₁- W =4560-830=3730 кг – масса подсушенного торфа; G ₁ – масса топливного торфа, поступившего на ТБЗ; – теплоемкость высушенного торфа, кДж/кг∙К

= _с

=2

Температура высушенного торфа

Тогда

_исп.вл.

q ₅=4,19∙40=168 _исп.вл.

Тогда

∆=4,19∙22,1-(72,1+168)=-147,5 _исп.вл.= –35,2 ккал/кг_исп.вл.

Величина отрезка еЕ = еf = – 4,93 мм, где 500 – масштаб Id-диаграммы.

Построенный процесс сушки на I-d диаграмме аналогичен .

Тогда d ₂=22,3 г/кг_вл.

Производительность действительной сушилки по испаренной влаге

W =(d ₂ - d ₁) L =(22,3-6)∙10^-3∙42200=753 кг/ч.

Влажность подсушенного торфа

=40,75 %

В результате уточнения на действительную сушилку влажность подсушенного торфа равна не 40,73 %, а 40,75 %, что подтвердило вывод о перспективности предлагаемого метода подсушки топливного торфа повышенной влажности.

Рассмотрим, до какой влажности w ₂ можно подсушить топливный торф, если его исходная влажность w ₁ равна 55 %.

На завод поступает G ₁=18250 кг/ч [16] торфа влажностью 55%. Топливный торф B для котельной составляет 25 % от поступающего на завод торфа с учётом использования пара котельной для отопления помещений завода и других потребителей.

B = 0,25 G ₁ = 0,25·18250 = 4580 кг/ч.

В корпусе II-В за счёт теплоты пара при «разомкнутом» цикле может испариться 890 кг/ч влаги.

Производительность системы по испаренной влаге

W = B ·(w ₁ – w ₂)/(100 – w ₂) = 4580 · (55 – w ₂) / (100 – w ₂).

Откуда влажность подсушенного топливного торфа

w ₂ = (B·w ₁ – 100· W)/(B – W) = (4580·55 – 100·890) / (4580 – 890) = 44,2 %.

Таким образом, при использовании системы подсушки топливного торфа его влажность можно снизить с 55 % до 44,2 %.

10.5.4. Рассчитать необходимое количество топлива - фрезерного торфа w = 50 % для топки с наклонно-переталкивающей решеткой типа ЛК при паро-производительности котла Q = 30 т/ч (давление перегретого пара _п.п. = 3,8 МПа, температура – t_п.п = 425 °С).

Элементный состав топлива:

зольность – А^р = 5,5 %;

углерод – С^р =25,7 %;

водород – Н^р = 2,7 %;

азот – N^p = 1,1 %;

кислород – О^р = 14,9 %;

сера – S^p = 0,1 %.

Низшая температура сгорания Q^p_н = 2030 ккал/кг = 8500 кДж/кг. Выход летучих на горючую массу v^r = 70 %. Температура топочных газов на выходе из топки - t = 250 °С. (Для расчета использован «Тепловой расчет котлов (нормативный метод)» ЦКТИ, СПб, 1998. 259 с.).

Коэффициент избытка воздуха принимаем α = 1,2.

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для сжигания 1 кг торфа

кг/кг_топл.

Масса водяного пара М _п и сухих газов М _г, образующихся при сгорании 1 кг топлива,

кг/кг_топл.,

где d ₀ = 1,9 г/кг – влагосодержание наружного воздуха при t = -7,1° и φ= 89 % (для января в Санкт-Петербурге).

кг/кг_топл..

Влагосодержание дымовых газов на выходе из топки

г/кг_{сух. газ.}

Энтальпия уходящих из топки газов на 1 кг сжигаемого топлива

797,3 ккал/кг_топл.=3,334 МДж/кг_топл.,

где – теплоемкость смеси воздуха и пара, t ₁= 250 °С – температура отходящих из топки топочных газов.

Энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха. Принимаем температуру холодного воздуха t _B = 20 °С (температура в помещении) и влагосодержание d ₀ = 1,9 г/кг (для наружного воздуха)

J _х.в = М _г [(0,24 + 0,0004 d ₀) t, + 0,595 d ₀] =4,102 [(0,24+0,0004∙1,9) 20 +0,595 ∙ 1,9]= 24,4 ккал/кг _{топлива} = 102,2 кДж/кг _{топлива}.

Потери тепла от механического недожога для топок ЛК; бурые угли - 5 ÷7 %; сланцы - 3 %. Для торфа принимаем q ₄ = 2 % по данным для шахтных толок.

Потери тепла с уходящими из топок газами

(797,3 – 1,2·21,4)(100 – 2)/2030= 37,3 %

Потери тепла от химического недожога топлива 2 %. Принимаем для торфа, как в шахтной топке, q ₃ = 2 %. Потери тепла от механической неполноты сгорания. Для слоевых топок q₄ = 2 %. Потери тепла в окружающую среду q ₅ = 1,1 %.

Коэффициент сохранения тепла

.

Потери с физическим теплом шлаков­

%,

где a _шл=1 - a _ун=1 – 0,2=0,8; a _ун= 0,2 – доля золы топлива, уносимая газом для слоевых топок; (ct)_шл= 138,8 ккал/кг_топл. – энтальпия золы и шлака при сухом шлакоудалении и температуре 660 °С.

Сумма тепловых потерь

%.

Коэффициент полезного действия котельного агрегата

%.

Энтальпия перегретого пара

ккал/кг кДж/кг.

Энтальпия питательной воды при t _п.в.=100 °С. Тогда i _п.в.≈ t _п.в.=100 ккал/кг.

Полезно использованное в котельном агрегате тепло

ккал/ч = 85,7 ∙ кДж/ч.

Полный расход топлива

т/ч.

Количество топлива действительно сгоревшего в топке (расчетный расход)

т/ч.

Таким образом, при паропроизводительности котла 30 т/ч (температура 425 °С, давление 3,8 МПа) в топке сжигается 17,2 т/ч фрезерного торфа при w = 50 1 %.