МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ шляхів сполучення
Інститут транспортної техніки і організації виробництва
Кафедра: "Теплоенергетика залізничного транспорту"
Курсова робота з дисципліни:
"Теплотехнічні установки і нормування техніко-економічних ресурсів"
Розрахунок барабанної сушильної установки
Москва 2010 р
Ентальпія і вологовміст продуктів згоряння палива
Теоретична кількість абсолютно сухого повітря необхідного для спалювання 1 кг газоподібного палива, кг повітря / кг палива:
L0 = 1.38 * (0.0179СО +0.248 Н2 +0.44 Н2S + Σ (m + n) / 4 (12m + n) CmHn - O2)
L0 = 9.249 кг в-ха/кг т-ва
Перерахунок об'ємного складу на масовий проводиться за співвідношенням:
g1 = ri * (mi / m)
gco = 0.0018 * (36/25. 94) = 0.00249; gH2 = 0.5 * (2/25.94) = 0.00003855;
gO2 = 0.001 * (32/25.94) = 0.00123; gH2S = 0.0002 * (34/25.94) = 0.0000262;
gCH4 = 0.63 * (16/25.94) = 0.3885; gC2H6 = 0.15 * (30/25.94) = 0.1734;
gC3H8 = 0.086 * (44/25.94) = 0.1458; gC4H10 = 0.12 * (58/25.94) = 0.2683;
gC5H12 = 0.006 * (72/25.94) = 0.0166;
Молярна маса палива
m = Σ ri * mi
m = 0.0036 +0.14 +0.032 +0.0068 +10.08 +4.50 +3.78 +6.96 +0.432 = 25.94 грам
Нижча теплота згоряння палива, кДж / кг. Сухого газу:
Qн = 22.4 * (22.33CH4 +21.2 C2H6 +20.7 C3H8 +20.4 C4H10 +20.26 C5H12 +6.86 H2S +53.55 H2 +4.51 CO)
Qн = 47487 кДж / кг. Сухого газу
Вища теплота згоряння сухого газоподібного палива, кДж / кг палива:
Qв = Qн + 2512 * Σ0/09 * n * CmHn/12 * mn
Qв = 47487 + 4685 = 52172 кДж / кг.топліва
ККД топкової камери приймаємо рівним 0.9
ŋ = 0.9
Теплоємність палива
Cm = Σcigi
Cm = 0.002484 * 1.04 +0.0000385 * 14.42 +0.00123 * 0.92 +0.0000262 * 1.55 +
+0.3885 * 2.23 + 0.1734 * 1.25 + 0.1458 * 1.67 +0.2683 * 1.7 +0.0166 * 1.703 =
= 0.0025896 +0.000555 + 0.00113 + 0.00004 +0.866355 + 0.21675 +0.243486 +
+0.45611 +0.282698 = 1.815 кДж / КГК
Температуру палива tm приймаємо рівною 25 З
Кількість сухих газів (кг / кг палива) утворилися при спалюванні 1 кг палива:
Gсг = 1 + ά * L0 - Σ0/09 * n * CmHn/12 * mn
Gсг = 42 кг / кг палива
Кількість водяної пари
Gп = Σ0/09 * n * CmHn/12 * mn + ά * L0 * d0/1000
Gп = 2.087 кг / кг палива
За допомогою діаграми визначаємо, що вологовміст зовнішнього повітря
d0 = 6 г / кг у-ха
Ентальпія зовнішнього повітря
hс.в = 22 кДж / кг
Також знаємо що ентальпія водяної пари при температурі 900 С
hп = 4398 кДж / кг (з програми)
ά отримуємо за співвідношенням:
ά = 4
Вологовміст продуктів згоряння палива (г / кг сухого газу)
d = 1000 * (gп / Gсг)
d = 49.7 г / кг сухого газу
Ентальпія продуктів згоряння палива, кДж / кг
h = (Qв * ŋ + cm * tm + ά * L0 * h0) / Gcг
h = 1338 кДж / кг
Тепловий розрахунок сушильної установки
Сумарна витрата теплоти на 1 кг испаренной вологи кДж / кг
qc = Q * B * ŋ / W = q1 + q2 + q3 + q4
qc = 2560 +287 +572 +40 = 3459 кДж / кг
Корисний витрата теплоти на випаровування вологи
q1 = hn2 - c2 * t2
q1 = 2631 - 71 = 2560 кДж / кг
Витрата теплоти на нагрівання піску в установці:
q3 = G2 * cm * (t''- t ') / W
G2 = G1 - W = 0.4678 кг / c
W = G1 (w1 - w2) / (100-w2) = 0.0622 кг / с
q3 = 287.15 кДж / кг
Втрати теплоти з сушильним агентом
q2 = lcm * cвг * (t2 - t0) = 8.34 * 1.107 (70 - 8) = 572 кДж / кг
lcm = (q1 + q3 + q4) / (cсг * tсг - c2t2) = (2560 +287.15 +40) / 346 = 8.34 кг / кг вологи
cвг = с2 + 0.00197 * d
cвг = 1.125 кг / кг вологи
Витрата палива, кг / с
B = qc * W / (Qв * ŋ)
B = 0.00458 кг / с
Питома витрата палива, кг палива / кг вологи
b = B / W
b = 0.073 кг палива / кг вологи
Кількість теплоти, переданої від газів висушуваного піску. кВт
Q = W * (q1 + q3 + q4)
Q = 180 кВт
Визначення розмірів сушарки
Тип внутрішнього устрою барабана сушарки вжити відповідно з малюнком N 1. Об'ємний коефіцієнт тепловіддачі
αυ = α'υ + α''υ + α'''υ
αυ = 402 + 11.5 + 111.5 = 525 Вт / (м куб .* К)
Для піску падаючого з лопаток
α'υ = α * α'к * F'm + α'луч * Fo
α'υ = 402 Вт / (м куб .* К)
Де коефіцієнт враховує всі особливості передачі теплоти при падінні часток піску з лопаток, визначається по діаграмі на рис N 2.
За графіком визначаємо що коефіцієнт α = 0.19
Коефіцієнт тепловіддачі
α'к = 0.72 * (λ / υЅ) * (ŴІ + 4.93 * h) ј / (δср) Ѕ
α'к = 311 Вт / (м кв .* К)
Середня швидкість сушильного агента м / с
Ŵ = Vcp / [(1-ξ) * 0.785 * DбІ]
Ŵ = 0.328 м / с
При ступені заповнення піском барабана ξ = 0.018 (уточнене значення)
І числі оборотів n = 1
Середній об'ємна витрата вологих газів в сушильній камері м куб. / С
Vcp = B * υcp * Gсг
Vcp = 0.4289 м куб. / с
Сумарна поверхню частинок, що падає з лопаток, віднесена до 1 м куб. барабана
F'm = 57.5 * (1-m) * Dб * n * П / (2.45 * δср * 1000)
F'm = 6.814 м кв. / М куб.
Сумарна поверхня піску на завалі і в лопатках м кв. / М куб.
F''m = 2.37/Dб
F''m = 1.823 м кв. / м куб.
Об'ємний коефіцієнт тепловіддачі через зовнішню поверхню шару піску, що знаходиться на лопатках і в завалі
α''υ = α''к * F''m + α''луч * F''m
α''υ = 11.5 Вт / (м куб .* К)
де коефіцієнт тепловіддачі α''к визначається за формулою емперіческой
де Nu = α''к * l / λ Re = ρ Ŵ l / μ = ρ Ŵ l / ρυ = Ŵ l / υ
За певний розмір в цій формулі приймається величина середньої довжини скочування частинок l = 0.75 м . Фізичні константи приймаються за відповідними параметрами повітря при середній температурі tcpг = 0.5 * (tcг + t2)
tcpг = 230С
Re = 0.328 * 0.75 * 1000000/37.8 = 6508
= 0.347 * 329 = 114.078
Nu = 114.078 = α''к * l / λ
α''к = Nu * λ / l = 114.078 * 0.04134/0.75 = 6.288 Вт / (м кв .* К)
Третя складова об'ємного коефіцієнта тепловіддачі, що враховує теплоту, одержуваної піском від більш нагрітих деталей внутрішнього устрою і обичайки барабана.
α'''υ = α'''к * Fгол * [tсг -0.5 * (t '+ t'')]/ Δt
α'''υ = 111 Вт / (м куб .* К)
За формулою Юргеса
α'''к = 5.0 +3.0 * (ρ Ŵ)
α'''к = 5.688 Вт / (м кв .* К)
Для прямоточного руху в барабані сушарки піску і сушильного агента
Δt = (tсг - t ') - (t2 - t'') / ln [(tсг - t') / (t2 - t'')]
Δt = (383.5 - 22) / ln (383.5/22) = 126.5
Для прийнятої конструкції пристрою барабана
Fгол = 8.9 / Dб
Fгол = 6.846 м кв. / м куб
Об'єм барабану сушарки, м куб.
Vб = 1.2 * Q * 1000 / (αυ * Δt)
Vб = 3.252 м куб.
Довжина барабана сушарки, м
LБ = Vб / (0.785 * DбІ)
LБ = 2.5 м
Кількість вологи, що випаровується в одиницю об'єму сушарки, кг / (м куб. / С)
Wv = W / Vб
Wv = 0.0191 кг / (м куб. / С)
Перевірка:
Час проходження піску через сушарку
τ = 12 LБ / (h / Dб) *
* [7tgω + (0.0514 * (ρ Ŵ 
/ Δср * 1000)]
τ = 148с
Уточнене значення ступеня заповнення обсягу барабана сушарки піском
ξ = τ * 0.5 * (2G1 - W) / (0.83 * ρ cp * Vб)
ξ = 0.018
Ступінь заповнення барабана відрізняється менш ніж на 5% отже параметри були обрані вірно.
Інститут транспортної техніки і організації виробництва
Кафедра: "Теплоенергетика залізничного транспорту"
Курсова робота з дисципліни:
"Теплотехнічні установки і нормування техніко-економічних ресурсів"
Розрахунок барабанної сушильної установки
Москва 2010 р
Ентальпія і вологовміст продуктів згоряння палива
Теоретична кількість абсолютно сухого повітря необхідного для спалювання
L0 = 1.38 * (0.0179СО +0.248 Н2 +0.44 Н2S + Σ (m + n) / 4 (12m + n) CmHn - O2)
L0 =
Перерахунок об'ємного складу на масовий проводиться за співвідношенням:
g1 = ri * (mi / m)
gco = 0.0018 * (36/25. 94) = 0.00249; gH2 = 0.5 * (2/25.94) = 0.00003855;
gO2 = 0.001 * (32/25.94) = 0.00123; gH2S = 0.0002 * (34/25.94) = 0.0000262;
gCH4 = 0.63 * (16/25.94) = 0.3885; gC2H6 = 0.15 * (30/25.94) = 0.1734;
gC3H8 = 0.086 * (44/25.94) = 0.1458; gC4H10 = 0.12 * (58/25.94) = 0.2683;
gC5H12 = 0.006 * (72/25.94) = 0.0166;
Молярна маса палива
m = Σ ri * mi
m = 0.0036 +0.14 +0.032 +0.0068 +10.08 +4.50 +3.78 +6.96 +0.432 = 25.94 грам
Нижча теплота згоряння палива, кДж / кг. Сухого газу:
Qн = 22.4 * (22.33CH4 +21.2 C2H6 +20.7 C3H8 +20.4 C4H10 +20.26 C5H12 +6.86 H2S +53.55 H2 +4.51 CO)
Qн = 47487 кДж / кг. Сухого газу
Вища теплота згоряння сухого газоподібного палива, кДж / кг палива:
Qв = Qн + 2512 * Σ0/09 * n * CmHn/12 * mn
Qв = 47487 + 4685 = 52172 кДж / кг.топліва
ККД топкової камери приймаємо рівним 0.9
ŋ = 0.9
Теплоємність палива
Cm = Σcigi
Cm = 0.002484 * 1.04 +0.0000385 * 14.42 +0.00123 * 0.92 +0.0000262 * 1.55 +
+0.3885 * 2.23 + 0.1734 * 1.25 + 0.1458 * 1.67 +0.2683 * 1.7 +0.0166 * 1.703 =
= 0.0025896 +0.000555 + 0.00113 + 0.00004 +0.866355 + 0.21675 +0.243486 +
+0.45611 +0.282698 = 1.815 кДж / КГК
Температуру палива tm приймаємо рівною 25 З
Кількість сухих газів (кг / кг палива) утворилися при спалюванні
Gсг = 1 + ά * L0 - Σ0/09 * n * CmHn/12 * mn
Gсг = 42 кг / кг палива
Кількість водяної пари
Gп = Σ0/09 * n * CmHn/12 * mn + ά * L0 * d0/1000
Gп = 2.087 кг / кг палива
За допомогою діаграми визначаємо, що вологовміст зовнішнього повітря
d0 = 6 г / кг у-ха
Ентальпія зовнішнього повітря
hс.в = 22 кДж / кг
Також знаємо що ентальпія водяної пари при температурі 900 С
hп = 4398 кДж / кг (з програми)
ά отримуємо за співвідношенням:
ά = 4
Вологовміст продуктів згоряння палива (г / кг сухого газу)
d = 1000 * (gп / Gсг)
d = 49.7 г / кг сухого газу
Ентальпія продуктів згоряння палива, кДж / кг
h = (Qв * ŋ + cm * tm + ά * L0 * h0) / Gcг
h = 1338 кДж / кг
Тепловий розрахунок сушильної установки
Сумарна витрата теплоти на
qc = Q * B * ŋ / W = q1 + q2 + q3 + q4
qc = 2560 +287 +572 +40 = 3459 кДж / кг
Корисний витрата теплоти на випаровування вологи
q1 = hn2 - c2 * t2
q1 = 2631 - 71 = 2560 кДж / кг
Витрата теплоти на нагрівання піску в установці:
q3 = G2 * cm * (t''- t ') / W
G2 = G1 - W = 0.4678 кг / c
W = G1 (w1 - w2) / (100-w2) = 0.0622 кг / с
q3 = 287.15 кДж / кг
Втрати теплоти з сушильним агентом
q2 = lcm * cвг * (t2 - t0) = 8.34 * 1.107 (70 - 8) = 572 кДж / кг
lcm = (q1 + q3 + q4) / (cсг * tсг - c2t2) = (2560 +287.15 +40) / 346 = 8.34 кг / кг вологи
cвг = с2 + 0.00197 * d
cвг = 1.125 кг / кг вологи
Витрата палива, кг / с
B = qc * W / (Qв * ŋ)
B = 0.00458 кг / с
Питома витрата палива, кг палива / кг вологи
b = B / W
b =
Кількість теплоти, переданої від газів висушуваного піску. кВт
Q = W * (q1 + q3 + q4)
Q = 180 кВт
Визначення розмірів сушарки
Тип внутрішнього устрою барабана сушарки вжити відповідно з малюнком N 1. Об'ємний коефіцієнт тепловіддачі
αυ = α'υ + α''υ + α'''υ
αυ = 402 + 11.5 + 111.5 = 525 Вт / (м куб .* К)
Для піску падаючого з лопаток
α'υ = α * α'к * F'm + α'луч * Fo
α'υ = 402 Вт / (м куб .* К)
Де коефіцієнт враховує всі особливості передачі теплоти при падінні часток піску з лопаток, визначається по діаграмі на рис N 2.
За графіком визначаємо що коефіцієнт α = 0.19
Коефіцієнт тепловіддачі
α'к = 0.72 * (λ / υЅ) * (ŴІ + 4.93 * h) ј / (δср) Ѕ
α'к = 311 Вт / (м кв .* К)
Середня швидкість сушильного агента м / с
Ŵ = Vcp / [(1-ξ) * 0.785 * DбІ]
Ŵ = 0.328 м / с
При ступені заповнення піском барабана ξ = 0.018 (уточнене значення)
І числі оборотів n = 1
Середній об'ємна витрата вологих газів в сушильній камері м куб. / С
Vcp = B * υcp * Gсг
Vcp =
Сумарна поверхню частинок, що падає з лопаток, віднесена до 1 м куб. барабана
F'm = 57.5 * (1-m) * Dб * n * П / (2.45 * δср * 1000)
F'm = 6.814 м кв. / М куб.
Сумарна поверхня піску на завалі і в лопатках м кв. / М куб.
F''m = 2.37/Dб
F''m =
Об'ємний коефіцієнт тепловіддачі через зовнішню поверхню шару піску, що знаходиться на лопатках і в завалі
α''υ = α''к * F''m + α''луч * F''m
α''υ = 11.5 Вт / (м куб .* К)
де коефіцієнт тепловіддачі α''к визначається за формулою емперіческой
За певний розмір в цій формулі приймається величина середньої довжини скочування частинок l =
tcpг = 230С
Re = 0.328 * 0.75 * 1000000/37.8 = 6508
Nu = 114.078 = α''к * l / λ
α''к = Nu * λ / l = 114.078 * 0.04134/0.75 = 6.288 Вт / (м кв .* К)
Третя складова об'ємного коефіцієнта тепловіддачі, що враховує теплоту, одержуваної піском від більш нагрітих деталей внутрішнього устрою і обичайки барабана.
α'''υ = α'''к * Fгол * [tсг -0.5 * (t '+ t'')]/ Δt
α'''υ = 111 Вт / (м куб .* К)
За формулою Юргеса
α'''к = 5.0 +3.0 * (ρ Ŵ)
α'''к = 5.688 Вт / (м кв .* К)
Для прямоточного руху в барабані сушарки піску і сушильного агента
Δt = (tсг - t ') - (t2 - t'') / ln [(tсг - t') / (t2 - t'')]
Δt = (383.5 - 22) / ln (383.5/22) = 126.5
Для прийнятої конструкції пристрою барабана
Fгол = 8.9 / Dб
Fгол =
Об'єм барабану сушарки, м куб.
Vб = 1.2 * Q * 1000 / (αυ * Δt)
Vб =
Довжина барабана сушарки, м
LБ = Vб / (0.785 * DбІ)
LБ =
Кількість вологи, що випаровується в одиницю об'єму сушарки, кг / (м куб. / С)
Wv = W / Vб
Wv = 0.0191 кг / (м куб. / С)
Перевірка:
Час проходження піску через сушарку
τ = 12 LБ / (h / Dб) *
τ = 148с
Уточнене значення ступеня заповнення обсягу барабана сушарки піском
ξ = τ * 0.5 * (2G1 - W) / (0.83 * ρ cp * Vб)
ξ = 0.018
Ступінь заповнення барабана відрізняється менш ніж на 5% отже параметри були обрані вірно.