Расчет барабанной сушилки для сушки песка

Расчет барабанной сушилки для сушки песка

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

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

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

Невязка баланса составляет: %

Определяем действительную температуру горения угольной пыли. Находим общее теплосодержание продуктов горения, только 70% вторичного воздуха подогрето до 400^0. По it 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 it 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=12 000 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=12 000 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=12 000 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

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=29 000 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 °C. 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=29 000 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=30 000 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

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.