ИПИ. Исследование режимов работы сушильных устройств (сушильные установки)

• Название: Исследование режимов работы сушильных устройств (сушильные установки)
• Дата: 10.05.2022
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: ИПИ.docx
• Тип: Исследование; #520018
• страница: 3 из 20

ГЛАВА 2. СУШКА ВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ ТОПОЧНЫМИ

ГАЗАМИ

1. 
   Сушка материалов топочными газами
   

Для сушки высоковлажных низкокалорийных топлив применяют продукты сгорания этих топлив. Топочными газами высушивают железную руду после обогащения, кварцевый песок в литейном производстве, глину и другие влажные материалы. Дымовые газы могут получаться в специально предназначенных для этих целей топочных устройствах или использоваться уходящие продукты сгорания энергетических котельных агрегатов.

Основным требованием, предъявляемым к дымовым газам как сушильному агенту, является полнота сгорания топлива, отсутствие химического и механического недожога, загрязняющего высушиваемый материал.

Для построения процессов изменения состояния дымовых газов используется I-d диаграмма влажного воздуха, так как продукты сгорания обычно сильно разбавлены воздухом. Теоретический расход (минимальное количество) воздуха, необходимого для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива, определяется в зависимости от элементарного состава топлива

Lj = 0,115 • N^r + 0,345-H^r + 0,043-(0^r -S^r), кг/кг топлива.

Теоретический расход воздуха для сжигания сухого газообразного топлива определяется по формуле

L = 1,38. (0,0179. CO + 0,248-H₂ + 0,44-H₂S + m + n/4

+ X C_mH - O) , ea/ea one eaa .

12m + n ^{m n 2}

В этих формулах элементарные составляющие топлива выражены в процентах по массе.

Масса водяных паров, содержащихся в составе продуктов сгорания, состоит из массы пара, образующегося при полном

9. 
   H^r + W^r
   

сгорании твердого или жидкого топлива , массы пара,

a₆ Lj dj

поступающего с воздухом ^qqq ' , и массы пара, применяемого для дутья или распыливания топлива W_т



9 ■ н^г + W^r _а ■ L ■ d

Gv = + —⁰—¹ + W_b, кг/кг топлива.

¹ 100 1000 ⁰

Для сухого газообразного топлива

а₀ ■ L_f ■ d_f 0,09n

G =— + У C_m ■ H , кг/кг топлива.

2. 
   1000 12m + n ^{m n}
   

Масса сухих продуктов сгорания для твердого и жидкого топлива определяется по формуле

^ _{1 т} A^r + 9 ■ H^r + W^r

G«₃ = 1 + —л ■ L , кг/кг топлива.

1. 
   ¹ 100
   

Для газообразного топлива по формуле

0,09n

G_fl3 = 1 + а_Л ■ L - У С_т ■ H, кг/кг топлива.

Ild О 1 -* r\ m 11'

12m + n

Влагосодержание дымовых газов определяется как отношение массы пара к массе сухих дымовых газов

d_T = 1000^ G„/G„ , г/кг.

t n nd ^J

Уравнение теплового баланса топки для сушильной установки имеет вид

^QS + По + ^со*о + ^—о ■ ^Li ■ ^Ii + ^Wo ■ ⁱ1 = ^Gcd ■ Id'tm + ^GI ■ ^

или

^QS + По + ^соА + ^—o ■ ^L1 ■ ^I1 + ^Wo ■ ⁱ1 = ^Gcd ■ ^Io ^{, (2}.1)

где c₆, t₆ и I_a,t_ffi - соответственно, теплоемкость и температура

топлива и дымовых газов; = 0,9 - КПД топки; i_n - энтальпия пара, применяемого для дутья, i_£ = (ij + с -t_M) = (2500+ 2-t_M) - энтальпия пара при температуре дымовых газов;

¹о = ^find^t« + ⁱ, ^о^/1000 = ⁿnd^tnd + V^GI^/Gcd ^{- э}н^тальпи^я дымо^вых газов на выходе из топки. В уравнении теплового баланса используют

высшую теплоту сгорания топлива ^Q_s^r , тем самым учитывают наличие водяного пара в составе продуктов сгорания.

Высшей теплотой сгорания называют количество теплоты, полученное при полном сгорании единицы массы топлива с учетом теплоты конденсации водяных паров. Она определяется для твердого или жидкого топлива по эмпирической формуле Д. И. Менделеева



Q. = 320• N^r +1260- H^r -109• (O^r + S^r), ёЛе/ёа oiieeaa
или

Qr = Q[ + 25,14-(9- H_r + W) , ёЛж/ёа oiieeaa ,

Высшая теплота сгорания газообразного топлива

_{r r} ^ 0,09n

Q_s = Q. + 25,14-Z С H, ёЛж/ёа oiieeaa ,

^{s 1} 12m + n ^{m n}

где низшая теплота сгорания сухого газообразного топлива определяется
как сумма теплоты сгорания составляющих газов

Q^r_i = 22,4 ■ (22,3 ■ CH4 + 21,16 ■ C2H6 + 20,7 ■ СзН₈ + 20,41 ■ C4H10 +

+ 20,24 ■ C₂H₂ + 21,24 ■ C₂H₄ + 20,57 ■ C₃H₆ + 20,28 ■ C₄H₈ +

+ 4,53 ■ CO + 5,42 ■ H₂ + 6,87 ■ H₂S), кДж/кг топлива.

В топках котельных агрегатов с повышением коэффициента
избытка воздуха увеличиваются потери с уходящими газами; в топках
сушильных установок топочные газы приходится специально
разбавлять воздухом. Значение коэффициента избытка воздуха в
топке сушильной установки может быть на порядок выше, чем в
топке котельного агрегата, и определяется минимально возможной
устойчивой температурой горения топлива. Коэффициент избытка
воздуха в топке определяется из уравнения теплового баланса (2.1)
для твердого или жидкого топлива

A^r + 9 - H^r + W\ ,9 - H^r + W^r

) - c_cat_ca - (

100 100


A I 9 - II I VV 9 - II 1 VV 1

^QS + ^Co^to ^{- (1} 7^ ^{) - C}ca^tca ^{- ( ) - i}i + ^Wo ^{- (i}i ^{- i}i <sup>)


а0</sup> i. - d.

L(c Л. + -^{1 L} - L)

^{1 (ca ca} 1000 ¹⁾

Коэффициент избытка воздуха в топке при сжигании
газообразного топлива

^ A^r + 9 - H^r + W\ ^ 0,09n ^ ^

^QS + ^Ct ^{- t}t ^{- (1} 7^ ^{) - C}ca^tca ^{- (}Е ^Cm ^{- H}n ^{) - i}i

100 12m + n


а_А =


o


L (c . -1. + -1)


^{1 ( ca ca} 1000 ¹⁾





Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки

1. 
   = ^Qs • ^{п + С}°*° ^{+ а}° • ^Li • ^{1 + W} , ёАж/ёа aa?a . (2.2)
   

° Gc_S


Из формулы (2.2) следует, что энтальпия топочных газов, образующихся в результате сжигания топлива, определяется в основном теплотой сгорания топлива и коэффициентом избытка воздуха в топке.

2. 
   Схема газовой сушильной установки с камерой смешения
   

Схема газовой сушильной установки с камерой смешения представлена на рис. 2.1.

Для влажных материалов органического происхождения высокая температура сушильного агента недопустима из-за возможности термического разложения высушиваемого материала или его воспламенения, поэтому перед сушильной установкой дымовые газы смешиваются в камере смешения с холодным (присадочным) воздухом до необходимой допустимой температуры.

Кратность смешения равна отношению удельных расходов дымовых газов и воздуха: n = /_т / /_о. Удельный расход образующейся смеси равен /_см = /_о + /_т и может быть определен по I-d диаграмме

_ 1000 “ = d₂ - d_d .

Влагосодержание газовоздушной смеси

_d А + ⁿ • d т


см -*

n +1

Удельный расход присадочного воздуха, поступающего в
камеру смешения

L = ^ ^{d т - d см} или L = ^1см


d_ - d n +1








do dcM — di d_T d2 d г/кг


Рис. 2.1. Схема газовой сушильной установки с камерой смешения (а) и процесс изменения состояния сушильного агента в этой схеме (б):

I - топка; II - камера смешения; III - сушильная камера; IV - дымосос; V - отработанный сушильный агент; 0СТ - процесс смешения дымовых газов (точка Т) и присадочного воздуха (точка 0) в камере смешения; С-2 - охлаждение и увлажнение сушильного агента при испарении влаги из материала в сушильной камере





Удельный расход топочных газов, поступающих в камеру смешения

j _ J ^d»■ ^dо или ! _.

' ⁰ d, - d см n +1

Общее количество воздуха, подаваемого в топку и камеру смешения

_ (a + a,, ) • L .

iau Vo ail / i

Энтальпия смеси на выходе из камеры смешения

т ^QS • Лт + ^Стtт + ^(ат + ^адоп ) + ^Lо • ¹о ^ ,

2. 
   см _ ; ^{, кДж/кг газа} .
   

G + а • L

сг доп о

Коэффициент избытка воздуха, дополнительно подаваемого в камеру смешения, определяется по следующей формуле


а_доп _ ^Qs •^{Пт + Ст} • *^{т + ат} • ^L° •¹ о—G^сг •^Ссг • *^{см Gп} •^{1 см} , кДж/кг газа .

L • (с • t + ^{1 см} ^ ^о -1 )

о V в см Ю00 о

3. 
   Схема газовой сушильной установки с рециркуляцией
   

В сушильных установках, работающих на дымовых газах,
применяют рециркуляцию (например, для сушки лесоматериалов
используются дымовые газы при низких температурах с высокой
влажностью). Схема сушильной установки приведена на рис. 2.2.
Кратность рециркуляции K_p = 1_рец / 1_см - это отношение расходов
возвращаемого и "свежего" сушильного агента.

Удельный расход циркулирующего в установке сушильного
агента 1_п = 1_см + 1_рец определяется по I-d диаграмме

1000


I _


^d2 ^{- d}ci


Влагосодержание сушильного агента на входе в сушильную установку рассчитывается по формуле

_ ^d2 • ^Kp + ^dci


Kp+1



а


б





Рис. 2.2. Схема сушильной установки с рециркуляцией дымовых газов

(а) и процесс изменения состояния сушильного агента в этой схеме

(б): I - топка; II - камера смешения; III - сушильная камера; IV - дымосос; V - отработанный сушильный агент; VI - линия рециркуляции; 0СТ - процесс смешения дымовых газов (точка Т) и присадочного воздуха (точка 0); С-1-2 - процесс смешения "свежего" (точка С) и отработанного (точка 2) сушильного агента, или процесс рециркуляции; 1 -2 - охлаждение и увлажнение сушильного агента при испарении влаги из материала





Удельный расход теплоты на сушку материала

^qc = ¹см ^(Iс ^- У ,

где 1см = 1000/(d2 - ёсм).

Формула для определения расхода топлива имеет вид

q .M*» L_m n

B = — — или B =


Qr 'По ° G„_s.(n +1)

где М_вл - массовый расход испарившейся влаги.

КПД котельного агрегата повышается в результате включения в схему парогенератора сушильной установки. При сжигании низкокалорийных топлив температура уходящих газов составляет 170 - 180 °С; при наличии сушильной установки температура газов может быть понижена до 90 - 100 °С. Снижение температуры уходящих газов на 30 °С дает прирост КПД примерно на 1 %; за счет включения сушильной установки можно повысить КПД котельного агрегата на 2 - 3 %. Кроме того, при снижении влажности топлива увеличивается его температура горения, повышается производи­тельность топки и котельного агрегата.

4. 
   Топки для сушильных установок
   

Основным отличием топок сушильных установок от топок паровых котлов является то, что в первых может иметь место более низкая температура горения топлива. С целью защитить стенки топки от воздействия высоких температур и улучшить горение коэффициент избытка воздуха в них при сжигании твердого топлива принимают равным 2 - 2,5 , а затем топочные газы разбавляют воздухом или циркулирующей в сушилке смесью до требуемой температуры.

Основное требование, которое предъявляется к топочным устройствам сушильных установок, состоит в том, чтобы в топке происходило полное сгорание топлива без наличия сажи, а продукты сгорания содержали минимальное количество частичек золы, которые должны почти полностью улавливаться в пылеосадительных камерах или циклонах. Исходя из этих условий, при расчете размеров топок для сушильных установок тепловое напряжение колосниковой решетки и тепловое напряжение объема топочного пространства принимают ниже, чем для топок котельных установок.

Различают топки слоевые для сжигания кускового топлива и камерные для сжигания газового и жидкого топлива. Вид применяемой топки обычно зависит от рода топлива,





производительности сушилки и свойств высушиваемого материала. Если высушиваемый материал не боится загрязнения, применяют простые топки с колосниковой решеткой (рис. 2.3) и небольшой пылеосадительной камерой. Для материалов, не допускающих загрязнения, топки для твердого топлива снабжаются пыле­осадительными камерами, за которыми может еще последовательно включаться циклон или другое пылеосадительное устройство, так как унос золы из таких топок может составлять значительную величину.

При сушке высоковлажного топлива используют продукты сгорания этого же топлива. Наиболее простыми устройствами для сжигания твердого топлива являются слоевые топки. Для сжигания кускового или фрезерного торфа, а также влажных древесных отходов применяются шахтные топки с наклонной колосниковой решеткой. Разновидностью слоевых топок являются полугазовые топки. В этих топках осуществляется полугенераторный процесс сжигания твердого топлива и дожигания газа подачей вторичного воздуха.





Рис. 2.3. Полумеханизированная топка с неподвижной решеткой:

1 - колосниковая решетка; 2 - шлаковый бункер; 3 - подвод воздуха; 4 - рукоятка для опрокидывания колосников; 5 - пневмомеханический забрасыватель; 6 - бункер для топлива


Наиболее простыми и компактными в конструктивном отношении являются топочные устройства для сжигания жидкого или газообразного топлива.





На рис. 2.4 показана топка для сжигания газа. Отличительной особенностью этой топки является зазор между камерой сгорания и кожухом, куда тангенциально подается вторичный воздух. Воздух охлаждает наружную стенку камеры сгорания и затем смешивается с продуктами сгорания. При воздушном охлаждении камера может быть футерована в один кирпич, сжигание топлива можно вести при высоких температурах.

Важным показателем является соотношение количества сжигаемого газа и необходимого для этого воздуха. Так, на 1 м³ доменного газа с низкой теплотой сгорания (Q^di = 3,75 МДж/м³)

3 3

требуется около 0,8 м воздуха, а на 1м природного газа _d

(Q i = 36,8 МДж/м ) требуется около 10 м воздуха.

Топка для сжигания мазута представляет собой цилиндрическую камеру (рис. 2.5). Кожух изготовлен из листовой стали толщиной 10 мм. По фронту топки размещены мазутные форсунки. Воздух для горения подается над форсунками. Воздух для разбавления газов вводится в смесительную камеру через каналы в верхней части топки, что позволяет одновременно охлаждать свод камеры. Изнутри камера футерована шамотным кирпичом. В этой же топке можно сжигать природный газ.

Мазут сжигается в камерных топках в распыленном состоянии. Для распыления служат форсунки. По принципу работы они бывают механические и паровоздушные. Топливные форсунки должны обеспечивать такое диспергирование мазута, чтобы не происходило проскока крупных капель в сушилку и порчи продукта.

Мазутные форсунки устанавливают обычно на фронтальной стене топки. Глубина топки должна быть не менее 3 м для малых форсунок и не менее 4 м для крупных. Чтобы избежать попадания капель неиспарившегося мазута на боковые стенки и под топки, расстояние от них до оси форсунки должно быть не менее 1,2 - 2 м.








Рис. 2.4. Топка для сжигания газа с охлаждением наружной стенки камеры сгорания:

1 - окно для подвода вторичного воздуха; 2 - газовая горелка; 3 - смотровое отверстие; 4 - камера сгорания; 5 - взрывной клапан; 6 - камера смешения; 7 - футеровка; 8 - опора





Рис. 2.5. Топка для сжигания мазута:

1 - форсунка низкого давления; 2 - камера сгорания; 3 - каналы для подачи воздуха; 4 - патрубок растопочной трубы; 5 - перегородка; 6 - камера смешения



Контрольные вопросы по главе 2

1. 
   Чем высшая теплота сгорания топлива отличается от низшей теплоты сгорания?
   
2. 
   Зависит ли высшая теплота сгорания от влажности сжигаемого топлива?
   
3. 
   Будут ли в составе дымовых газов водяные пары при сжигании сухого топлива?
   
4. 
   В чем основное отличие топок сушильных установок от топок паровых котлов?
   
5. 
   Какие основные требования предъявляются к дымовым газам как к сушильному агенту?
   
6. 
   При каком значении скорости обеспечивается максимальная очистка дымовых газов в циклоне?
   
7. 
   Какие вентиляторы (осевые, центробежные или радиальные) не относятся к вентиляторам высокого давления?
   
8. 
   Какой основной конструктивный параметр определяется при расчете циклона?
   
9. 
   Какая оптимальная скорость газов в газоходах?
   

1. 
   0. Что такое высшая теплота сгорания топлива?
   

11. 
    Где больше коэффициент избытка воздуха: в топках котельных агрегатов или в топках сушильных установок?
    
12. 
    Где ниже тепловое напряжение топочного объема: в топках котельных агрегатов или в топках сушильных установок?
    
13. 
    Входит ли азот в состав продуктов сгорания твердого топлива?
    
14. 
    Как влияет повышение коэффициента избытка воздуха в топке котельного агрегата на потери с уходящими газами?
    
15. 
    Чем обусловлена полнота сгорания топлива?
    
16. 
    Что такое влагосодержание дымовых газов?
    
17. 
    Что такое коэффициент избытка воздуха?
    
18. 
    Что такое температура точки росы?
    
19. 
    Что такое температура смоченного термометра?
    
20. 
    Когда температура по сухому термометру выше температуры смоченного термометра?
    
21. 
    Что такое термовлажностное отношение, или угловой коэффициент процесса?
    
22. 
    Какое значение принимает угловой коэффициент в "теоретическом" процессе сушки?