Расчет горения топлива и определение параметров теплоносителя

 

В качестве топлива используется природный газ Восточная Украина Шебелинское месторождение. Состав и свойства приведены в таблице 2.2

 

Таблица 2.2. Состав и свойства природного газа Восточной Украины Шебелинского месторождения

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2
91, 5	4	1, 6	0, 28	0, 13	0, 12	2, 39

 

Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха α =1, 2. Воздух, идущий для горения, имеет температуру 20 ^оС.

Принимаем содержание влаги в газе 1, 0%. Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

 

 

Другие составляющие газа остаются без изменений. Состав влажного рабочего газа приведен в таблице 2.3

 

Табл. 2.3. Состав влажного рабочего газа, %.

CH4вл	C2H6вл	C3H8вл	C4H10вл	C5H12вл	CO2вл	N2вл	H2Oвл
90, 585	4	1, 6	0, 28	0, 13	0, 12	2, 39	1, 0

 

Определяем теплоту сгорания газа:

 

Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха

 

 

Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха d_o=10 сух. воздуха и находим теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности

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

Сухого воздуха: L_α =

Атмосферного воздуха:

Определяем количество и состав продуктов горения при α = 1, 2:

Общее количество продуктов горения составляет:

Определяем процентный состав продуктов горения:

Составляем материальный баланс процесса горения на 100 нм³ газа при α =1, 2 (табл. 2.4)

 

Таблица 2.4. Материальный баланс процесса горения

Приход	Кг	%	расход	Кг	%
Природный газ			Продукты горения
	64, 949	4, 033		208, 129	12, 91
	5, 424	0, 336		178, 145	11, 05
	3, 232	0, 200		58, 860	3, 65
	0, 795	0, 049		1166, 05	72, 37
	0, 418	0, 025	Невязка	-0, 98	0, 061
	0, 237	0, 014
	0, 804	0, 049
Воздух:
	353, 16	21, 93
9, 807*1, 2*0, 21*0, 79*1, 251	1163, 06	72, 23
	15, 139	0, 940
Итого	1610, 21	100	Итого	1611, 19	100

 

Невязка баланса составляет:

Тогда

Определяем действительную температуру горения при коэффициенте η _п=0, 82

Расчетное теплосодержание составит:

 

 

Определяем коэффициент избытка воздуха из уравнения теплового баланса процесса горения газа

 

,

 

Откуда

 

2.4 Расчет конструктивных размеров сушилки и режима сушки

 

Давление распыления шликера рассчитывается по эмпирической формуле:

 

 

Где μ – коэффициент распыления форсунки; d_с – диаметр сопла форсунки, мм; d – средний размер частиц порошка, мм; W_ш – относительная влажность шликера.

Принимая для диаметра сопла d_с=3, 7 коэффициент распыления μ =0, 7 находим:

Для распыления шликера используем механические центробежные форсунки, разработанные в НИИ Стройкерамики.

Производительность одной форсунки

 

 

Общее количество форсунок в сушилке

 

 

Принимаем N=6.

Полученное число форсунок удовлетворяет рекомендациям /14/, в соответствии с которым общее количество форсунок не должно быть более 12 шт., что обеспечивает их рациональное размещение внутри сушилки и простоту обслуживания.

Высота факела форсунки, выше которой поднимается не более 1% частиц (капель) шликера,

 

 

Радиус окружности распыления, внутри которого выпадает 99% всех частиц (капель) шликера,

 

Диаметр цилиндрической части сушильной камеры

 

 

где l – расстояние по окружности между соседними форсунками.

Принимаем l=0, 15 м, получаем:

Тогда

Форсунки располагаются по окружности вокруг вертикальной оси сушильной камеры. Диаметр данной окружности

Высота сушильной камеры Δ h_к, равная расстоянию от уровня установки форсунок до потолка сушилки, принимается на 0, 5 м больше высоты факела:

 

 

В соответствии с рекомендациями /14/ принимаем расстояние от уровня отбора отработанного теплоносителя до выгрузочного отверстия Δ h_отб=1, 7 м.

Расстояние от уровня установки форсунок до уровня установки горелок составит (0, 5–0, 8) H_99.

 

 

Определив основные габаритные размеры сушильной камеры, рассчитываем начальные параметры процесса сушки.

Высшая теплота сгорания топлива

 

 

здесь g_п.в.г. – количество образующихся при горении топлива паров воды, кг/м³.

Величину g_п.в.г. находим, используя данные статьи «расход продуктов горения»

 

g_п.в.г= .

 

Находим

Максимальное теплосодержание продуктов горения

 

,

 

где η _т – к.п.д. топки; g_возд – теоретический расход воздуха на горение, кг/м³; g_с.п.г. – теоретическое количество сухих продуктов горения, кг/м³.

В распылительной сушилке применяются встроенные газовые горелки. При таком расположении газовых горелок η _т=1.

Находим величину g_возд:

 

 

Величину g_с.п.г. находим используя данные статьи «расход продуктов горения»:

 

Получаем

Максимальное начальное влагосодержание продуктов горения

 

 

Теплосодержание наружного воздуха

 

 

Начальное теплосодержание теплоносителя

 

 

где х – соотношение между количеством избыточного воздуха продуктов горения и теоретическим количеством сухих продуктов горения, х=0, 3 – 6.

Для распылительных сушилок с встроенными горелками х рекомендуется принимать ближе к значению 0, 3.

Принимаем х=0, 35. Находим

Начальное влагосодержание теплоносителя

 

По точке пересечения I₁ =2188 кДж/кг = const и d₁ = 118, 704 г./кг = const на I – d диаграмме находим начальную температуру t_н равную 1430 ^оС

Определяем конечные параметры процесса сушки. Принимаем температуру порошка на выходе из сушилки θ _к по точке пересечения линии теоретического процесса сушки I₁=const (линия ВС) с линией φ =100% по I-d диаграмме. Откуда θ _к=80 ^оС.

 

Рис. I-d диаграмма

 

Величина удельных теплопотерь составит:

 

∆ =  *[G_А.с.^общ. *c_c*(θ _н – θ _к) + 4, 19* G_{вл. ш.}* θ _н – 4, 19*G_ост.* θ _к] – q^вл._окр,

 

Где q^вл_окр – относительная величина теплопотерь в окружающую среду.

Потери тепла в окружающую среду принимают равными 210 -250 кДж/кг испаренной влаги ⁄ 15⁄.

Принимаем q^вл._окр = 236 кДж/кг испаренной влаги. Находим:

∆ = 1/5371 *[6250 *0, 921*(37–80) + 4, 19*5770*37 – 4, 19*399*80] – 236 =

= – 140 кДж/кг.

Строим линию действительного процесса сушки на I – d диаграмме.

В действительном процессе сушки имеют место тепловые потери. Следовательно, при действительном процессе сушки теплосодержание в точке С снизится на величину теплопотерь ∆ = 140 кДж/кг сухого газа. Линия ВD показывает направление линии действительного процесса сушки с учетом тепловых потерь. Задаемся значением температуры отходящих газов t_к =150 ⁰С. Точка Е находится пересечением линии ВD с изотермой t_к =const. Точка Е является конечной точкой действительного процесса. Действительный процесс сушки изображается линией ВЕ.

По точке пересечения линии t_к =const с линией действительного процесса находим значение d_к = 685 г./кг сух. воздуха.

Начальное количество теплоносителя

 

 

Начальная расчетная температура теплоносителя

 

 

Средняя разность температур

 

 

Находим расстояние Δ h от уровня установки форсунок до уровня отбора отработанного теплоносителя при подаче шликера снизу вверх из формулы

 

Здесь r – теплота испарения,

 

,

 

где r_o=2493 кДж/кг – скрытая теплота парообразования водяного пара при 0 ^оС; с_п=1, 97 кДж/(кг*К) – удельная теплоемкость водяных паров; с_в=4, 19 кДж/(кг*К) – удельная теплоемкость воды.

Получаем

Откуда Δ h=1, 707 м.

Найденное значение Δ h удовлетворяет требованиям [3], в соответствии с которыми величина Δ h должна находиться в пределах от 0, 155 до 5, 5 м.

Общая высота сушильной камеры

 

 

Отношение высоты цилиндрической части сушильной камеры к ее общей высоте составляет:

 

 

Принимая i_к=0, 62, находим высоту цилиндрической части сушильной камеры

 

Высота конусной части сушильной камеры

 

 

Сушильная камера обычно изготавливается из листовой нержавеющей стали типа Х13 или Х25Т толщиной 4–5 мм.

Снаружи камера покрывается теплоизоляцией, выполненной из минераловатных плит, и обшивается дюралюминиевыми листами толщиной 1 мм.

Основные конструктивные размеры распылительной сушилки, полученные в результате расчетов, показаны на рис. 2.

 

Рис. 2. Основные размеры распылительной сушилки

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: