Методические рекомендации к выполнению практических занятий по ПМ.02 Эксплуатации технологического оборудования (спец.18.02.05)
Департамент образования, науки и молодежной политики
Воронежской области
Государственное образовательное бюджетное учреждение среднего профессионального образования Воронежской области
«Семилукский государственный технико-экономический колледж»
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ПМ 02 Эксплуатация технологического оборудования
МДК 02.01 Основы эксплуатации технологического оборудования производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий.
Раздел 1. Основы эксплуатации теплотехнического оборудования производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий
240111 Производство тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий
Семилуки
2013
Методические рекомендации печатаются по решению Методического Совета ГОБУ СПО ВО «СГТЭК» № 00 от г.
Составитель: Калухина Н.И.., преподаватель ГОБУ СПО ВО «СГТЭК»
Рецензент: Панькина Е.Н., главный технолог ЗАО «ВКСМ».
Методические рекомендации по выполнению практических занятий являются частью учебно-методического комплекса (УМК) по ПМ 02 Эксплуатация технологического оборудования.
Методические рекомендации определяют цели, порядок выполнения, практических занятий, примеры выполнение расчетов, задания для самостоятельного решения, а также содержат необходимый справочный материал в виде таблиц, графиков, диаграмм и номограмм.
В электронном виде методические рекомендации размещены на файловом сервере колледжа по адресу: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в разделах ПРЕПОДАВАТЕЛЯМ и ОБУЧАЮЩИМСЯ.
Содержание
Введение.
4
Тема 1.1. Топливо и его горение
1
Практическое занятие №1 Пересчет состава топлива из заданной массы в рабочую . Расчет теплоты сгорания по заданному составу топлива..
5
2
Практическое занятие №2 Расчет количества воздуха на горение различных видов топлива Расчет количества продуктов горения различных видов топлива
9
3
Практическое занятие №3 Составление материального баланса процесса горения топлива..
14
4
Практическое занятие №4 Расчет температуры горения топлива с помощью I-t диаграммы
16
Тема 1.3. Процессы сушки и сушильные установки.
5
Практическое занятие №5 Построение действительного процесса сушки воздухом и определение расхода теплоносителя на сушку..
21
6
Практическое занятие №6 Расчет расхода дымовых газов на сушку путем построения процесса на I-d диаграмме
24
7
Практическое занятие №7 Расчет размеров сушильного барабана...
26
8
Практическое занятие №8 Тепловой баланс сушильного барабана
29
9
Практическое занятие №9 Составление теплового баланса сушильного барабана. Определение КПД сушильного барабана...
34
10
Практическое занятие №10 Аэродинамический расчет сушильного барабана. Подбор тягодутьевых устройств.
35
11
Практическое занятие № 11 Материальный баланс процесса сушки в туннельном сушиле. Конструктивный расчет.
38
12
Практическое занятие № 12 Тепловой расчет туннельного сушила..
40
13
Практическое занятие № 13 Составление теплового баланса туннельного сушила. Определение КПД туннельного сушила
43
14
Практическое занятие № 14 Аэродинамический расчет туннельного сушила. Подбор тягодутьевых устройств.
45
Тема 1.5.Печи для обжига сырьевых материалов
15
Практическое занятие №15 Конструктивный расчет шахтной печи...
48
16
Практическое занятие №16 Методика составления теплового баланса шахтной печи. Определение КПД..
50
17
Практическое занятие №17 Аэродинамический расчет шахтной печи. Подбор тягодутьевых устройств..
55
18
Практическое занятие №18 Конструктивный расчет вращающейся печи..
58
19
Практическое занятие №19 Тепловой расчет вращающейся печи. Определение КПД
61
Тема 1.6. Печи для обжига сырца керамических и огнеупорных изделий
20
Практическое занятие №20 Конструктивный расчет туннельной печи..
65
21
Практическое занятие №21 Тепловой расчет туннельной печи
69
22
Практическое занятие №22 Составление таблицы теплового баланса для туннельной печи Определение КПД.
77
23
Практическое занятие №23 Аэродинамический расчет туннельной печи. Подбор тягодутьевых устройств
Список используемых источников.
78
82
Введение
Практические занятия по профессиональному модулю ПМ 02 эксплуатация технологического оборудования МДК 02.01 Основы эксплуатации технологического оборудования производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий, Раздел 1. Основы эксплуатации теплотехнического оборудования производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий, являются одними из основных видов учебных занятий.
Выполнение практических занятий по профессиональному модулю ПМ 02 Эксплуатация технологического оборудования направлено на приобретение практических умений, формирование профессиональных (ПК) и общих компетенций (ОК).
Настоящие методические рекомендации (МР) определяют цели, порядок выполнения практического занятия, примеры выполнения расчетов, а также задания для самостоятельного решения.
Методические рекомендации способствуют выработке навыка выполнения теплотехнических расчетов, построения процессов сушки на I-d диаграмме, подбора вентиляторов по номограммам, грамотного подхода и использования технической и справочной литературы.
Использование рекомендаций и следование им позволит избежать ошибок, сократит время и поможет своевременно и качественно выполнить задания практических занятий.
.
Тема 1.1. Топливо и его горение
Практическое занятие №1
Пересчет состава топлива из заданной массы в рабочую . Расчет теплоты сгорания по заданному составу топлива.
Цель занятия: научиться определять теплотворность топлива по заданному составу топлива.
Краткие теоретические сведения
1. Массы топлива
При исследовании углей производят полный элементарный анализ с определением всех элементов С, Н, О, N, S. При этом состав условно горючей массы
Сr + Hr + Or + Nr +Sr= 100%.
При элементарном анализе топлива различают также органическую массу топлива, в состав которой входят следующие элементы:
С° + Н° + О°+ No = 100%.
Состав сухой массы топлива
Сс + Нс + Ос + Nc + Sc + Ас = 100%
Рабочее топливо содержит все элементы и полный балласт
Ср+ Нр + Ор+ Np + Sp + Аp+ Wp = 100%
Состав твердых видов топлива весьма наглядно представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 Состав топлива.
Состав твердых и жидких топлив принято выражать в процентах по весу. Состав газообразных топлив в процентах по объему. Для пересчета одного состава топлива в другой пользуются соответствующими коэффициентами (таблица 1).
Пользуясь приведенными в таблице 1 коэффициентами, можно сделать любой пересчет топлива одного состава в топливо дру гого состава твердого и жидкого. Так, по составу горючей массы топлива можно найти состав рабочего топлива с помощью следующего коэффициента:
13 EMBED Equation.3 1415 %
Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты в кДж, выделяемой при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 нм3 газообразного топлива.
Различают высшую и низшую теплотворности. В расчетах всегда используют низшую рабочую теплотворность.
Теплотворность определяется в приборе калориметре или по расчетным формулам.
Таблица 1 – Коэффициенты для пересчета состава топлива
Заданная масса топлива
Масса топлива, на которую производится перерасчет
органическая
горючая
сухая
рабочая
Органическая
1
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Горючая
13 EMBED Equation.3 1415
1
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Сухая
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
1
13 EMBED Equation.3 1415
Рабочая
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
1
Формулы для расчетов теплоты сгорания топлива
Для твердого и жидкого топлива:
QH,p = 339 Ср + 1030 Hp-108,9(Op-Sp)-25Wp
Для природного газа:
QHP= 358,2 СН4 + 637,5 С2Н6 + 912,5 С3Н8 + 1186,5 С4Н10 + 1460,8 С5Н,2
Для генераторного и коксодоменного газа:
QH p= 126,5 СО + 107,6 Н2 + 358,2 СН4 +587 С2Н6+231 H2S
Самая высокая теплотворность у мазута, затем у природного газа и у угля на последнем месте.
В расчетах применяют низшую теплотворность.
Порядок расчета
Произвести расчет теплотворности природного газа, если состав газа СН4С = 95,5% С4Н|0с =0,4% N2c=0,5%
С2Н6С = 1,9% С5Н12С = 0,8%
С3Н8С = 0,7% СО2С = 0,2%
Wp= 1%
Найдем коэффициент необходимый для пересчета сухой массы в рабочую по таблице1:
13 EMBED Equation.3 1415%
СН4С*К = СН4Р = 95,5*0,99 = 94,5%
С2Н6С*К = С2Н6Р = 1,9*0,99 = 1,9%
С3Н8С*К = С3Н8Р = 0,7*0,99 = 0,7%
С4Н,ос*К = С4Н,0р = 0,4*0,99 = 0,4%
С5Н12С*К = С5Н12Р = 0,8*0,99 = 0,8%
СО2С*К = СО2 = 0,2*0,99 = 0,2%
N2C*K = N2P = 0,5*0,99 = 0,5% Сумма- 100%
Онр= 358,2 CH4 + 637,5 C2H6 + 912,5 C3H8 + 1186,5 C4H10 + 1460,8 C5H12 кДж/нм3
Qн p = 358,2 * 94,5 + 637,5 * 1,9 + 912,5 * 0,7 + 1186,5 * 0,4 + 1460,8 * 0,8 =37342 кДж/нм3
Задачи для решения:
1.Определить низшую рабочую теплоту сгорания рабочей массы челябинского угля марки Б3 состава: Ср=37,3%, Нр=2,8%, Sр=1,0%, Nр=0,9%, Ор=10,5%, Ар=29,5%, Wр=18,0%.
2. Определить низшую рабочую теплоту сгорания рабочей массы кузнецкого угля марки Д, если его состав горючей массы: Сг=78,5%, Нг=5,6%, Sг=0,4%, Nг=2,5%, Ог=13,0%. Зольность сухой массы Ас=15,0%, а влажность рабочая Wр=12,0%.
3 Определить низшую теплоту сгорания сухого природного газа Саратовского месторождения состава: СО2=0,8%; СН4=84,5%; С2 Н6=3,8%; С3Н8=1,9%; С4Н10=0,9%; С5Н12=0,3%; N2=7,8%.
Задание: В соответствии с указанным преподавателем месторождением газа (таблица 2), произвести вышеизложенный расчет
Таблица 2 – Состав, плотность природного газа различных месторождений
Республика
(край), область, месторождение
Состав сухого газа, % (объёмные)
Плотность
13 EMBED Equation.3 14150с, кг/м3
СН4
С2Н6
С3Н8
С4Н10
С5Н12и выше
СО2
N2
H2S
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Астраханская:
Промысловское
95,3
-
-
-
-
0,3
4,4
-
0,747
Волгоградская:
Верховское
Коробковское
Стрелковское
Медвежье
98,5
94,7
98,0
99,0
0,6
0,9
0,1
0,1
0,1
0,04
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,1
0,6
0,4
0,1
0,7
3,76
1,5
0,8
-
-
-
-
0,730
0,753
0,734
0,726
Самарское и Оренбургское:
Дерюжевское
Арктическое
Лебежанское
57,4
98,0
85,0
1,8
0,1
4,0
1,16
-
1,5
0,14
-
2,0
0,1
-
0,5
0,9
0,1
-
38,5
1,8
7,0
-
-
-
0,973
0,729
0,851
Калмыкия:
Ики-Бурульс
кое
91,0
0,6
0,1
-
-
0,3
8,0
-
0,771
Республика Дагестан:
Ачи-Су
86,0
2,0
1,0
0,5
0,5
8,5
1,5
-
0,880
Саратовская:
Генеральское
Степковское
83,5
95,5
4,3
1,9
1,9
0,7
1,0
0,4
0,5
0,8
0,2
0,2
8,6
0,5
-
-
0,850
0,796
Продолжение таблицы 2.
Республика
(край), область, месторождение
Состав сухого газа, % (объёмные)
Плотность
13 EMBED Equation.3 14150с, кг/м3
СН4
С2Н6
С3Н8
С4Н10
С5Н12и выше
СО2
N2
H2S
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Краснодарский край:
Березанское
Майкопское
Фрунзенское
Ставропольский
87,2
84,6
99,0
3,6
2,8
0,3
0,7
0,3
0,1
0,1
-
0,4
1,0
0,5
-
3,4
4,2
0,2
4,0
7,6
-
-
-
-
0,841
0,846
0,733
край:
Журавское
78,0
11,0
4,0
-
-
3,0
4,0
-
0,897
Таблица 3 – Состав твердого топлива
Вид топлива
Марка
Горючая масса,%
Сухая масса
Рабочая масса
Sк г
Sор г
Cг
Нг
Nг
Ог
Vг
Ас
Wр
Qн р, кДж/кг
Донецкий бассейн
Д
2,2
2,1
75,5
5,5
1,6
13,2
43,0
19,5
13,0
21060
Г
2,7
2,1
81,0
5,4
1,5
7,7
40,0
20,0
7,5
23820
Ж
2,7
1,1
84
5,2
1,5
5,5
32,0
20,5
6,0
24600
Т
2,1
1,1
89,0
4,2
1,5
2,1
12,0
18,0
4,5
26750
ПА
1,8
0,9
91,0
3,5
1,3
1,5
7,5
17,0
5,0
26920
А
1,6
0,8
93,5
1,8
0,9
1,4
4,0
16,5
5,0
25500
Кузнецкий бассейн
Г
0,6
83,0
5,8
2,9
7,7
39,0
13,0
7,5
26600
ОС
0,6
90,7
4,3
1,8
2,6
15,0
15,0
6,0
27750
Т
0,6
89,5
4,1
2,0
3,8
13,0
16,0
7,0
26500
Карагандинский бассейн
К
1,4
82,5
5,2
1,3
9,6
28,0
38,0
10,0
17650
Печорский бассейн
Ж
1,0
84,2
5,3
1,8
7,7
33,0
21,0
5,5
24910
Подмосковный бассейн
Б
3,3
2,8
67,0
5,2
1,3
20,4
47,0
37,0
32,0
10430
Экибастузский бассейн
СС
0,7
0,7
79,0
5,3
1,5
12,8
24,0
41,0
7,0
16750
Канско-Ачинский бассейн
Б
0,8
70,0
4,8
0,8
23,6
48,0
12,0
39,0
13020
Сланцы Эстонии
3,9
1,0
74,0
9,5
0,3
11,3
90,0
48,0
13,0
10340
Торф фрезерный
0,3
56,5
6,0
2,5
34,7
70,0
12,5
48,5
8460
Контрольные вопросы:
Перечислите известные Вам массы топлива. Перечислите их составы.
По какой массе указывается в справочнике жидкое топливо, газообразное?
Что такое балласт топлива?
Что такое теплота сгорания топлива? Единицы измерения.
Дайте определение высшей, низшей теплоте сгорания топлива.
Сделайте вывод по работе.
Практическое занятие №2
Расчет количества воздуха на горение различных видов топлива Расчет количества продуктов горения различных видов топлива.
Цель занятия: научиться рассчитывать теоретические необходимое количество воздуха для горения по химической реакции топлива
Краткие теоретические сведения
1. Определение количества воздуха на горение.
Количество воздуха, необходимое для горения любого топлива, можно определить по количеству кислорода, вступающего в реакции окисления горючих составляющих топлива. При горении газообразного топлива протекают химические процессы соединения горючих газов с кислородом воздуха в определённых объемах и весовых отношениях.
Негорючие газы, входящие в состав топлива, остаются в продуктах горения. Количество необходимого кислорода и количество образующихся продуктов горения газообразного топлива находят по следующим соотношениям.
СО+1/2 О2=СО2
Н2 + 1/2О2=Н2О;
СН4+2О2= СО2+2 Н2О
С2Н4 +3О2=2 СО2+2 Н2О
С2Н6+3 1/2 О2=2 СО2+3Н2О
С3Н8 +5 О2=3 СО2+4Н2О
С4Н10 +6 1/2 О2=4СО2+5Н2О
С5Н12 +8 О2=5 СО2+6Н2О
Н2S +1 1/2 О2= SО2+Н2О
Из соотношений видно, что для полного горения 1 нм3СО требуется 0,5 нм3 кислорода, для полного горения 1 нм3 пентана, требуется 8 нм3 кислорода. Следовательно, зная количество отдельных горючих газов в 1 нм3 газообразного топлива можно подсчитать количество кислорода, а затем и воздуха.
В расчетах принимают следующий состав воздуха: 79,0 % азота и 21,0 % кислорода по объему. Если известно количество потребляемого кислорода, то количество азота, вводимого вместе с воздухом
N2=79/21О2=3,762 О2 нм3
Количество воздуха, идущего для горения, если известно потребное количество кислорода.
L=N2+O2=3.762 O2+O2=4,762О2
Или L=1.0/0,21О2=4,762 О2
Формулы для расчетов теоретически необходимого количества воздуха для горения.
Для природного газа
L0=0.04762(2CH4р+3.5C2H6р+5C3H8р +6.5C4H10р+8C5H12р) нм3/ нм3
Для твердого и жидкого топлива
L0=0.0889Cр+0,265Нр-0,0333(Ор-Sр) нм3/ кг
Для генераторного газа
L0=0.04762(0,5СОр+0,5Н2р+2CH4р+3C2H4р+ 1,5Н2Sр-О2р) нм3/ нм3
Действительное количество воздуха для горения определяется по следующей формуле:
L
·=
·* L0,
где
· – коэффициент избытка воздуха, который равен
· = L0/ L
·,- отношению действительного количества воздуха, пошедшего на горение к теоретически рассчитанному. Зависит от вида топлива, способа сжигания и конструкции топливо сжигающего устройства.
Физический смысл
·- коэффициент показывает во сколько раз в действительности нужно взять воздуха на горение чем теоретически рассчитанного.
· – коэффициент избытка воздуха – величина, не имеющая размерности.
Значение коэффициента избытка воздуха берут из таблицы 4.
Таблица 4 – Коэффициент избытка воздуха
Вид топлива
Коэффициент избытка воздуха
Природный газ
мазут
1,05-1,2
Пылевидное топливо
1,2-1,25
Твердое топливо
1,3-1,4
Для определения действительного количества воздуха, необходимо предусмотреть , что в зависимости от вида топлива будет по-разному происходить и процесс его окисления, способ сжигания
Пример расчета:
Определить количество воздуха, необходимого для горения для природного газа Саратовского месторождения
Природный газ Саратовского месторождения. Состав сухого газа приведен в таблице5.
Таблица 5 – Состав сухого газа, %
СНс4
С2Нс6
С3Нс8
С4Нс10
С5Нс12
СОс2
Nc2
Сумма
94,0
1,2
0,7
0,4
0,2
0,2
3,3
100
Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха
·=1,2. Воздух, идущий для горения, нагревается до температуры 8000С.
Принимаем содержание влаги в газе 1,0 %. Пересчитываем состав сухого газа на рабочий газ:
13 EMBED Equation.3 1415 %.
Состав рабочего газа приведен в таблице 6.
Таблица 6 – Состав рабочего газа
СНР4
С2НР6
С3НР8
С4НР10
С5НР12
СОР2
NР2
Н2ОР
Сумма
93,0
1,2
0,7
0,4
0,2
0,2
3,3
1,0
100
Определяем теплоту сгорания газа по формуле:
QН=358,2·СН4+637,5·С2Н6+912,5·С3Н8+1186,5·С4Н10 +1460,8·С5Н12 , кДж/нм3
QН = 358,2·93,0+637,5·1,2+912,5·0,7+1186,5·0,4+460,8·0,2 = 35 485 кДж/нм3
Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха:
L0=0,0476(2· СН4+3,5· С2Н6+5· С3Н8+6,5·С4Н10+8·С5Н12), нм3/нм3
L0 = 0,0476(2·93+3,5·1,2+5·0,7+6,5·0,4+8·0,2) = 0,0476·197,9 = 9,42 нм3/нм3
Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха d=10 г/кг·сух.воз. и находим теоретически необходимо количество сухого воздуха с учетом его влажности:
13 EMBED Equation.3 1415=1,016·L0=1,016·9,42 = 9,57 нм3/нм3
Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода
·=1,2 находим по формуле:
сухого воздуха L
· =
·· L0 = 1,2 · 9,42 = 11,3 нм3/нм3
атмосферного воздуха 13 EMBED Equation.3 1415= 1,2 · 9,57 = 11,48 нм3/нм3
2. Определение объема продуктов горения.
При сжигании всех видов топлива образуются газообразные продукты полного горения – СО2, Н2О, N2, О2, и SО2 при наличии в топливе серы. Так как продукты горения удаляются из печи обычно с температурой выше 1000С, то влага находится в парообразном состоянии.
Общий объем продуктов горения при сжигании топлива с принятым в расчетах коэффициентом избытка воздуха
· равен сумме объемов отдельных составляющих
V
·=VCO2+VSO2+VH2O+VN2+VO2
Для природного газа
VО2=0,21(
·-1)Lо нм3/ нм3
VN2=0,79L
·+0.01N2 нм3/ нм3
13 EMBED Equation.3 1415= 0,01(СО2+ СН4+2·С2Н6+3· С3Н8+4·С4Н10+5·С5Н12), нм3/нм3
13 EMBED Equation.3 1415 = 0,01(2·СН4+3·С2Н6+4·С3Н8+5·С4Н10+6·С5Н12+Н2О+0,16·d·L
·), нм3/нм3
Для твердого и жидкого топлива:
VCO2=0,01855Ср, нм3/кг
VSO2= 0,007 Sp , нм3/кг
VH2O=0.112Нр+0,0124 (Wр+100wпар)+0,0016dL
·, нм3/кг
VN2=0.79L
·+0.008Nр, нм3/кг
VO2=0,21(
·-1) L0, нм3/кг
Пример расчета
Природный газ Саратовского месторождения. Состав сухого газа приведен в таблице 7.
Таблица 7 – Состав сухого газа, %
СНс4
С2Нс6
С3Нс8
С4Нс10
С5Нс12
СОс2
Nc2
Сумма
94,0
1,2
0,7
0,4
0,2
0,2
3,3
100
Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха
·=1,2. Воздух, идущий для горения, нагревается до температуры 8000С.
Принимаем содержание влаги в газе 1,0 %. Пересчитываем состав сухого газа на рабочий газ:
13 EMBED Equation.3 1415 %.
Состав рабочего газа приведен в таблице 2.
Таблица 8 – Состав рабочего газа
СНР4
С2НР6
С3НР8
С4НР10
С5НР12
СОР2
NР2
Н2ОР
Сумма
93,0
1,2
0,7
0,4
0,2
0,2
3,3
1,0
100
Определяем теплоту сгорания газа по формуле:
QН=358,2·СН4+637,5·С2Н6+912,5·С3Н8+1186,5·С4Н10 +1460,8·С5Н12 , кДж/нм3
QН = 358,2·93,0+637,5·1,2+912,5·0,7+1186,5·0,4+460,8·0,2 = 35 485 кДж/нм3
Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха:
L0=0,0476(2· СН4+3,5· С2Н6+5· С3Н8+6,5·С4Н10+8·С5Н12), нм3/нм3
L0 = 0,0476(2·93+3,5·1,2+5·0,7+6,5·0,4+8·0,2) = 0,0476·197,9 = 9,42 нм3/нм3
Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха d=10 г/кг·сух.воз. и находим теоретически необходимо количество сухого воздуха с учетом его влажности:
13 EMBED Equation.3 1415=1,016·L0=1,016·9,42 = 9,57 нм3/нм3
Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода
·=1,2 находим по формуле: сухого воздуха L
· =
·· L0 = 1,2 · 9,42 = 11,3 нм3/нм3
атмосферного воздуха 13 EMBED Equation.3 1415= 1,2 · 9,57 = 11,48 нм3/нм3
Определяем количество и состав продуктов горения при
·=1,2 по формулам:
13 EMBED Equation.3 1415= 0,01(СО2+ СН4+2·С2Н6+3· С3Н8+4·С4Н10+5·С5Н12), нм3/нм3
13 EMBED Equation.3 1415 = 0,01(0,2+93+2·1,2+3·0,7+4·0,4+5·0,2)=1,003 нм3/нм3
13 EMBED Equation.3 1415 = 0,01(2·СН4+3·С2Н6+4·С3Н8+5·С4Н10+6·С5Н12+Н2О+0,16·d·L
·), нм3/нм3
13 EMBED Equation.3 1415=0,01(2·93+3·1,2+4·0,7+5·0,4+6·0,2+1+0,16·10·11,3) = 2,146 нм3/нм3
13 EMBED Equation.3 1415= 0,79 · L
·+0,01·N2 , нм3/нм3
13 EMBED Equation.3 1415= 0,79·3,3+0,79·11,3 = 8,953 нм3/нм3
13 EMBED Equation.3 1415= 0,21(
·-1) L0 , нм3/нм3
13 EMBED Equation.3 1415= 0,21·(1,2-1)·9,42 = 0,396 нм3/нм3
Общее количество продуктов горения составляет:
V
· = 13 EMBED Equation.3 1415+13 EMBED Equation.3 1415+13 EMBED Equation.3 1415+13 EMBED Equation.3 1415, нм3/нм3
V
· = 1,003+2,146+8,953+0,396 = 12,498
· 12,5 нм3/нм3
Определяем процентный состав продуктов горения:
СО2 = 13 EMBED Equation.3 1415 = 13 EMBED Equation.3 1415 %
Н2О = 13 EMBED Equation.3 1415 %
N2 = 13 EMBED Equation.3 1415%
O2 = 13 EMBED Equation.3 1415%
Всего: 100 %.
Задачи для самостоятельного решения
1. Определить действительное количество воздуха и объем продуктов горения для карагандинского угля марки К следующего состава:
Ср=54,7%, Нр=3,3%, Sр=0.8%, Nр= 0,8%, Ор=4,8%, Ар=27,6%,Wр=8.0%,
· =1,3
2. Определить действительный объем воздуха и объем продуктов горения для кузнецкого угля марки Д, если известен горючий состав:
Сг=78,5%, Нг=5,6%, Sг=0,4%, Nр= 2,5%, Ор=13,0%, Ас=15,0%,Wр=12.0%,
· =1,3
3. Определить действительное количество воздуха для горения и объем продуктов горения малосернистого мазута следующего состава Ср=84,65%, Нр=11,7%, Sр=0,3%, Ор=0,3%, Ас=0,05%,Wр=3,0%,
· =1,3
Задание
1. В соответствии с выданным месторождением природного газа (таблица 9) определить действительное количество воздуха, пошедшего на горение и объем продуктов горения:
Таблица 9 – Составы природного различных месторождений
Республика, область месторождения
Состав сухого газа, %
СН4
С2Н6
С3Н8
С4Н10
С5Н12 и выше
СО2
N2
Н2S
1. Линевское
81,0
2,5
0,15
-
-
1,6
14,75
-
2. Кудиновское
86,0
6,0
2,5
0,5
1,0
-
4,0
-
3. Джебольское
81,8
3,8
7,7
3,7
0,1
0,1
2,9
-
4. Берёзовское
88,8
0,1
0,05
-
-
0,6
10,45
-
5. Зыринское
91,3
3,15
1,1
0,8
0,25
0,15
3,25
-
6. Южное
95,0
2,0
1,0
1,0
0,5
0,5
-
-
7. Дашавское
98,3
0,3
0,12
0,15
0,03
0,1
2,0
-
8. Солоховское
87,0
0,1
-
-
-
-
12,9
-
9. Спиваковское
92,1
3,8
0,8
0,3
-
0,1
2,9
-
10. Шебелинское
91,1
4,3
0,9
0,3
-
0,1
3,3
-
11.Джанкойское
96,0
0,5
0,1
-
-
-
3,4
-
12. Стрелковское
98,0
0,1
-
-
-
0,4
1,5
-
13.Глебовское
90,0
5,0
2,0
1,0
0,6
0,4
1,0
-
14.Узельское
94,0
1,5
0,7
0,2
0,5
0,1
3,0
-
15. Газлинское
95,0
3,0
0,3
0,2
0,1
0,4
1,0
-
Сделайте вывод по работе
Контрольные вопросы:
1Что такое топливо?
2.Горение – это
3. Дайте характеристику гомогенному и гетерогенному горению.
4. Что такое коэффициент избытка воздуха?
5. От чего он зависит и каков его физический смысл.
6. Почему у твердого топлива коэффициент избытка воздуха больше чем у газообразного?
7. Как можно снизить коэффициент избытка воздуха у угля?
Практическое занятие №3
Составление материального баланса процесса горения топлива.
Цель занятия: научится составлять материальный баланс топлива, на основе данных, рассчитанных в предыдущих работах
Материальный баланс горения топлива состоит из двух частей приходной и расходной. В приходной части баланса записывается рабочий состав топлива, который участвует в горении. Чтобы, значения рабочего состава топлива в таблице были выражены в килограммах, необходимо, каждый компонент умножить на его соответствующую плотность. Также в приходной части таблицы указывается и окислитель топлива – воздух. Воздух состоит из кислорода, азота и водяных паров. Заносятся данные по составляющим воздуха.
В расходную часть баланса, заносятся данные продуктов горения, с учетом их плотности.
Кроме этого, рассчитывается процентное содержание каждой статьи в приходной и расходной частях.
Погрешность сведения баланса должна составлять не более 0,1%
Таблица 10 – Материальный баланс горения природного газа
Приход
кг
%
Расход
кг
%
СН4 = СН4 *
·СН4
CO2 =Vco*100*
·CO2
С2 Н6= С2Н6 *
·С2Н6
H2O =VHO*100*
·H2O
СзН8 = СзН8 *
·СзН8
N2 = VN * 100 *
·N2
С4Н10 = C4H10 *
·C4H10
O2 = Vo*100*
·O2
С5Н12 =C5H12*
·C5H12
СО2 = СО2 *
·СО2
N2 = N2 *
·N2
Н2О = Н2О *
·Н2О
Воздух:
N2 = L
·* 100* 0,79
·N2
O2 = L
·*100*0,21
·O2
H2O = 0,16*d*L
·*
·H2O
Итого:
100
Итого:
100
13 EMBED Equation.3 1415*100% , где Н13 EMBED Equation.3 1415
·0,1%
Таблица 11 – Значения плотности газов
Чистые газы
·o , кг/нм3
1) Водород Н2
2) Окись углерода СО
3) Сероводород H2S
0,0898 1,250
1,539
4) Метан СН4
0,717
5) Этилен С2Н4
1,261
6) Этан С2Н6
1,356
7) Пропан С3Н8
2,020
8) Бутан С4Н10
2,840
9) Пентан C5H12
3,218
10)Гексан С6Н14
3,840
11) Кислород О2
1,429
12) Азот N2
1,251
13) двуокись углерода СО2
1,977
14) Водяной пар Н2О
0,804
15) Сернистый газ SC2
2,852
Пример расчета
Свести таблицу материального баланса для горения природного газа Саратовского месторождения.
Таблица 12 – . Материальный баланс горения топлива
Приход
кг
%
Расход
кг
%
СН4 =93,06*0,717
67,72
4,30
СО2 = 1,004*100*1,977
198,49
13,0
С2Н6 = 1,2 * 1,356
1,68
0,10
С3Н8 = 0,7 * 2,020
1,41
0,09
Н2О =2,15*100*0,804
172,86
11,2
С4Н10 = 0,4 * 2,840
1,14
0,07
N2 = 8,97*100*l,251
1122,15
72,8
С5Н12 =0,2*3,218
0,64
0,04
О2 = 0,4 * 100 * 1,429
55,76
2,9
СО2 = 0,2 * 1,977
0,40
0,02
N2= 3,3*1,251
4,12
0,27
Н2О = 1 * 0,804
0,804
0,05
Воздух:
N2 = 11,32* 100*0,79*
1,251
1118,74
72,18
О2= 11,32* 100*0,21 *
1,429
339,70
21,9
Н2О = 0,16* 10* 11,32*
0,804
14,56
0,94
Итого:
1549,874
100
Итого:
1540,270
100
13 EMBED Equation.3 1415%=0,04%
Задание: В соответствии с предложенным преподавателем месторождением
природного газа, рассчитать материальный баланс горения природного газа.
Сделайте вывод
Практическое занятие №4
Расчет температуры горения топлива с помощью I-t диаграммы.
Цель занятия: Научиться с помощью I-t диаграммы определять теоретическую, калориметрическую температуры, а также вычислять действительную, используя пирометрический коэффициент.
Краткие теоретические сведения
При расчётах процесса горения топлива определяют теоретическую температуру, учитывающую тепловыделение без потерь и действительную температуру газов, усреднённую по массе и приближённую к практическим условиям.
Теоретическая температура может быть определена с достаточно высокой точностью, однако действительная температура печных или топочных газов находится приближенно вследствие того, что расчетом трудно учесть конструктивные особенности топливосжигающих устройств и конкретные условия эксплуатации печей. Теоретическая температура обычно рассчитывается для продуктов полного горения топлива с учетом диссоциации СО2 и Н2О, значительно влияющих на температуру горения при значениях последней выше 1600о.
Определение теоретической температуры пользуются i-t диаграммой построенной, для продуктов горения топлива с учетом их диссоциации.
Для того чтобы определить теоретическую температуру горения топлива по i-t диаграмме, надо найти общее тепло продуктов полного сгорания по формуле:
Iобщ=13 EMBED Equation.3 1415 кДж/нм3 .
По величине iобщ можно определить температуру продуктов горения без учета диссоциации ( по пунктирным линиям)- калориметрическая температура; по сплошным- теоретическую. Действительную температуру определяют используя пирометрический коэффициент.
Для определения действительной температуры горения топлива по i-t диаграмме необходимо найти тепло продуктов сгорания за вычетом потерь в окружающую среду (теоретическую температуру).
tДЕЙСТВ.=tТЕОР13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415- пирометрический коэффициент процесса горения, учитывающий потери тепла при горении топлива в процессе теплообмена от газов и факела на окружающие их поверхности.
·= tДЕЙСТВ/ tТЕОР
·- пирометрический коэффициент равен отношению действительной температуры к действительной температуре. .
Физический смысл – пирометрический коэффициент показывает во сколько действительная температура ниже чем теоретическая.
Значения коэффициента зависят от вида сжигаемого топлива, способа сжигания и конструкций печей и их топливосжигающих устройств.
Значения коэффициента находятся в таблице13.
Таблица 13 – Приближённые значения пирометрического коэффициента процесса горения
Тип печи
Вид топлива
13 EMBED Equation.3 1415
Камерные
Периодические
Туннельные
Шахтные
Вращающиеся
Газообразное
Твёрдое
Газ, мазут
Газообразное
Твёрдое
Газообразное
Пылевидное
Мазут13 EMBED Equation.3 1415
0,73-0,78
0,66-0,70
0,78-0,83
0,67-0,73
0,52-0,62
0,70-0,75
Рисунок 2. I-t диаграмм для низких температур
Рисунок 3. I-t диаграмм для высоких температур
Таблица 14 – Энтальпия воздуха, горючих газов и продуктов горения, кДж/м3
(при 101 кН/м2)
Пример расчета:
На основании данных предыдущего расчёта определим все виды температур.
Определяем теоретическую температуру горения. Для этого находим теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева воздуха до tВОЗ=8000С при
·=1,2.
По таблице 14 находим теплоту нагрева атмосферного воздуха : I’ВОЗ=1110 кдж/нм3.
Тогда, iОБЩ =13 EMBED Equation.3 1415 кДж/нм3.
По i-t диаграмме находим теоретическую температуру горения при 13 EMBED Equation.3 1415=1,2 - теоретическая температура 2190оС. Калориметрическая температура горения по этой же диаграмме (пунктирные линии) при 13 EMBED Equation.3 1415=1,2- 2310о.
Действительная температура определяется: tдейств.=tтеор13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415п; tдейств.=219013 EMBED Equation.3 14150,78=1708,20С.
1.Задания для самостоятельной работы:
В соответствии с ранее рассчитанным месторождением природного газа, определить все виды температур, которые может развить природный газ, при окислении его холодным и подогретым воздухом.
1. В шахтной печи, при подогреве 400 оС.
2. В туннельной печи при подогреве 600 оС.
3. Во вращающейся печи при подогреве 800 оС.
4. В камерной печи при подогреве 500 оС.
Сделайте вывод по работе
Контрольные вопросы:
Перечислите признаки полного и неполного горения топлива.
Дайте характеристику теоретической температуре горения.
Дайте характеристику действительной температуре горения.
Дайте характеристику калориметрической температуре горения.
Что называется пирометрическим коэффициентом.
Каков его физический смысл.
От чего зависит пирометрический коэффициент.
Тема 1.3. Процессы сушки и сушильные установки.
Практическое занятие №5
Построение действительного процесса сушки воздухом и определение расхода теплоносителя на сушку.
Цель занятия: научиться выполнять часть теплотехнического расчета сушила, научиться регулировать параметры работы теплотехнического оборудования.
ПК 2.2.Контролировать работу основного и вспомогательного оборудования.
Для построения на I-D диаграмме процесса сушки необходимо знать начальные параметры атмосферного воздуха до подогрева. Ими являются температура tв и относительная влажность
·В. Величина tВ и
·В зависят от времени года, их находят по таблице 15.
По данным tВ и
·В атмосферного воздуха находят на диаграмме точку А, для которой определяют влагосодержание dВ, и теплосодержание IВ. Для сушки материала, атмосферный воздух нагревают до начальной температуры tН для подачи в сушило. Подогрев воздуха не изменит величину d, поэтому на I-D диаграмме повышение температуры воздуха от tВ до tн изображается линией АВ. Это объясняется тем, что влагосодержание выражено в весовых единицах, и с повышением температуры только объём воздуха увеличивается, а влагосодержание не изменяется. Точкой В определяются начальные параметры воздуха перед сушкой: tн, dн,
·В, Iн(dн=dВ).
Таким образом, с помощью I-D диаграммы при простом изображении процесса нагрева воздуха определяют величины теплосодержания IВ и IН.
В процессе сушки начальные параметры воздуха изменяются. В результате теплообмена и влагообмена уменьшается температура воздуха и увеличивается влагосодержание. Если считать, что в процессе сушки тепло расходуется только на испарение влаги, то будет идеальный процесс сушки (без потерь тепла в окружающую среду и без затрат тепла на нагрев сушимого материала и транспортирующих устройств).
Постоянство теплосодержания влажного воздуха для теоретического процесса сушки, когда тепло расходуется только на испарение влаги, объясняется тем, что испарившаяся влага переходит в воздух, повышая его влагосодержание и вместе с влагой вносит затраченное на испарение тепло в виде скрытой теплоты парообразования.
Точка С получена при пересечении линии IН с линией конечной температуры сушки tК при выходе воздуха из сушила или линией конечной относительной влажности
·В, которые определяются режимом сушки. Находим влагосодержание в точке С, которое будет являться конечным для теоретического процесса сушки.
Для построения действительного процесса сушки. Необходимо построить вспомогательную точку D. Для этого отложим от точки С вниз по предварительно рассчитанные потери теплосодержания. От точки С вниз по линии постоянного влагосодержания откладываем IПот, находим точку D. Отрезок ВD показывает направление изменения теплосодержания воздуха при действительном процессе сушки с учётом потерь тепла. Точка Е конечная точка действительного процесса сушки лежит на пересечении отрезка ВD с конечной t или относительной влажностью
·В В точке Е находят конечное влагосодержание для действительного процесса сушки. Рассчитаем количество воздуха необходимого для сушки:
G = ( 1000·n) / (dк-dн)
ПРИМЕР:
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Воронеже летом, начальная температура теплоносителя 120оС, конечная 50оС, потери теплосодержания составляют 15 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 120 кг.
Таблица 15 – Среднемесячные значения tBOЗ и
· для различных городов
Наименование города
Январь
Июль
tВОЗ
·
tВОЗ
·
Акмолинск
Алма-Ата
Архангельск
Астрахань
Ашхабад
Баку
Батуми
Благовещенск
Брянск
Владивосток
Волгоград
Вологда
Воронеж
Ворошиловград
Горький
Днепропетровск
Иркутск
Казань
Керчь
Киев
Краснодар
Красноярск
Курск
Ленинград
Минск
Москва
Николаев
Новгород
Новосибирск
Новороссийск
Одесса
Омск
Орел
Пермь
Ростов-на-Дону .
Самарканд
Саратов
Свердловск
Смоленск
Ташкент
Тбилиси
Томск
Харьков
Челябинск
Чита
-17,0
-8,6
-13,3
-7,1
-0,4
-3,4
-6,4
-24,2
-8,8
-13,7
-9,9
-12,0
-9,8
-7,0
-12,2
-6,0
-20,9
-13,6
-1,3
-6,0
-2,1
-19,2
-9,3
-7,7
-6,8
-
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
60
72
63
68
69
67
72
67
69
78
70
63
78
59
68
61
70
77
72
59
47
53
70
78
46
51
76
65
72
65
Вариант №1
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Одессе летом, начальная температура теплоносителя 100оС, конечная 40оС, потери теплосодержания составляют 10 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 110 кг.
Вариант №2
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Орле летом, начальная температура теплоносителя 90оС, конечная 50оС, потери теплосодержания составляют 20 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 120 кг.
Вариант №3
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Керчи летом, начальная температура теплоносителя 90оС, конечная 30оС, потери теплосодержания составляют 9 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 80 кг.
Вариант №4
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Белгороде летом, начальная температура теплоносителя 110оС, конечная 45оС, потери теплосодержания составляют 15 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 110 кг.
Вариант №5
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Липецке летом, начальная температура теплоносителя 120оС, конечная 40оС, потери теплосодержания составляют 20 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 125 кг.
Вариант №6
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Волгограде летом, начальная температура теплоносителя 100оС, конечная 50оС, потери теплосодержания составляют 18 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 125 кг.
Вариант №7
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Свердловске летом, начальная температура теплоносителя 120оС, конечная 40оС, потери теплосодержания составляют 15 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 100 кг.
Вариант №8
Построить теоретический и действительный процесс сушки воздухом и определить расход теплоносителя на сушку, если сушка происходит в г. Курске летом, начальная температура теплоносителя 90оС, конечная 40оС, потери теплосодержания составляют 20 кДж/кг с.в. и количество удаляемой влаги в час 100 кг.
Контрольные вопросы:
1. Что называется теоретическим процессом сушки?
2. Что называется действительным процессом сушки?
3. Как выполняется построение точек А,В,С?
4. Как выполняется построение точек Д,Е?
5.Какие сушилки применяются для сушки сырья?
6. какие сушилки применяются для сушки сырца?
Сделайте вывод
Практическое занятие №6
Расчет расхода дымовых газов на сушку путем построения процесса на I-d диаграмме
Цель занятия: научиться определять расход дымовых газов на сушку путем построения на I-D диаграмме.
Краткие теоретические сведения.
Теоретический и действительный процессы сушки дымовыми газами изображаются на I-D диаграмме аналогично процессу сушки воздухом. Отличие состоит в том, что вместо процесса подогрева наружного воздуха здесь предусматривается смешение воздуха с дымовыми газами при разбавлении их до необходимой температуры tH.
Однако, если известны параметры смеси дымовых газов с воздухом, например, dH при выбранной температуре tH , то изображение процесса сушки начинается с теоретического процесса, идущего от В.
Теоретический процесс сушки изображается линией ВС потери теплосодержания при сушке – линией СD и действительный процесс сушки – ВЕ.
Расход газов, поступающих в сушило, определяется по формуле:
GCM =13 EMBED Equation.3 1415 кг сух. Газ/час.
Объём влажной смеси продуктов горения с воздухом, поступающих в сушило, будет равен:
VCM =13 EMBED Equation.3 1415 нм3/ч,
Где 13 EMBED Equation.3 1415- плотность смеси; определяется по составу влажных продуктов горения при общем коэффициенте расхода воздуха; приближенно можно принять
13 EMBED Equation.3 1415=1,3 кг/нм3.
Объём уходящих из сушила влажных газов будет равен
VУХ = VCM +VВ.П.= VCM+13 EMBED Equation.3 1415 нм3/ч
Или
VУХ=13 EMBED Equation.3 1415 + 13 EMBED Equation.3 1415 нм3/ч.
Действительный объём уходящих газов при температуре tК., определяется по формуле
Vt = VУХ(1+
· tК.) нм3/ч.
Или в общем виде
Vt= (13 EMBED Equation.3 1415 + 13 EMBED Equation.3 1415 )13 EMBED Equation.3 1415( (1+
· tК.) м3/ч.
Обычно расход тепла определяется в тепловых расчетах по низшей его теплотворности, т.е.
Q= GCM (IH-IВОЗ) – 4.2 n13 EMBED Equation.3 1415tM кДж/ч.
Расход топлива при его теплотворности Q13 EMBED Equation.3 1415 c учетом кпд топки
· составляет
В=13 EMBED Equation.3 1415 нм3/ч.
Пример решения задачи:
Построить действительный процесс сушки дымовыми газами, если дымовые газы имеют состав: V(co2)=1.573 нм3/кг, : V(н2о)=1,743 нм3/кг, V(N2)=24.404 нм3/кг, V(o2)=4.33 нм3/кг, Q13 EMBED Equation.3 1415=39739 кдж/кг, начальная температура сушки tH=800оС, конечная температура tK=110оС, потери теплосодержания 180 кдж/кг сух.воз., n=1750 кг/ч. Определить расход тепла и топлива, если
· топки 0,9.
Решение
Для расчета постоим (см. рис. 4) точку А и определим теплосодержание воздуха при начальных условиях и при температуре 800оС. Теплосодержание в точке А-38 кдж/кг сух воз, а в точке В (при 800оС) – 898 кДж/кг сух воз.
Рисунок 4. Графическое изображение процесса сушки к расчету сушильного барабана.
Для построения точки В, определим влагосодержание дымовых газов
DH=13 EMBED Equation.3 1415 г/кгсух.воз.
DH=13 EMBED Equation.3 1415 г/кг сух воз.
По температуре tH=800оС и dH=35.1 г/кг сух.воз строим точку В. Теплосодержание дымовых газов в точке В IНАЧ=1015 кДж/кг сух.воз. На пересечении известных параметров начального теплосодержания дымовых газов и конечной температуры процесса, построим точку С. Влагосодержание в точке С составит dK=317 г/кг сух воз. Для построения точки D вниз то С откладываем величину IПОТ=180 кДж/кг сух воз. На пересечении отрезка ВD и температуры 110оС будет находиться точка Е. Влагосодержание в точке Е равно 265 г/кг сух воз.
Определим расход смеси дымовых газов и воздуха
GСМ=13 EMBED Equation.3 1415 кг сух. Газ/ч
Q=7612(898-38)-4.213 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415=6513200 кдж/ч
В=13 EMBED Equation.3 1415 кг/ч.
Задание:
На основании данных состава дымовых газов, и теплотворности топлива, полученных при расчете природного газа, выполнить расчет по предложенному примеру, предварительно определить объём дымовых газов при 13 EMBED Equation.3 1415 и определить расход тепла на сушку и расход топлива.(недостающие данные взять из примера.
Сделайте вывод .
Практическое занятие №7
Расчет размеров сушильного барабана.
Цель занятия : научиться выполнять конструктивный расчет сушильного барабана.
Произведем тепловой расчет барабана для сушки глины производительностью РМ=10 т/ч по высушенной глине. Глина высушивается от начальной относительной влажности
·Н=20% до конечной
·К=6%. Сушка производится топочными газами, разбавленными атмосферным воздухом в смесительной камере перед входом их в барабан. Сжигаемое топливо – мазут марки 40, содержащий АР=0,2%, WР=3,0%. Сжигание мазута производится с помощью форсунок низкого давления.
Количество влаги, удаляемой при сушке глины, определяем по формуле
Принимаем напряженность объема барабана по влаге (таблица 16) равной m0=60 кг/м3ч, тогда необходимый внутренний объем барабана без учета заполнения его перегородками (8-10%) будет равен:
По данному объему подбираем барабан длиной L=12м и диаметром D=1,8м (таблица 17). Внутренний объем этого барабана составляет Vб=30,5 м3. По таблице 2 выбираем барабан размерами D=2м и L=10м. Внутренний объем Vб=31,4 м3.
Определим фактическую производительность барабана по высушенной глине по формуле: 13 EMBED Equation.3 1415,
В этой формуле заменяем величину n=m0Vб=60*31,4=1884 кг/ч, тогда
13 EMBED Equation.3 1415.
При заданной производительности РМ=10000 кг/ч напряженность барабана по влаге составит:
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 кг/м3ч.
Производительность по абсолютной сухой глине составит:
РС=10000·0,94=9400 кг/ч.13 EMBED Equation.3 1415
Количество остаточной влаги равно
·=600 кг/ч.
Таблица 17 – Техническая характеристика ячейковых сушильных барабанов
Варианты
Вариант №1
Произвести тепловой расчет барабана для сушки глины производительностью РМ=11 т/ч по высушенной глине. Глина высушивается от начальной относительной влажности
·Н=21% до конечной
·К=7%.
Вариант №2
Произведем тепловой расчет барабана для сушки глины производительностью РМ=12 т/ч по высушенной глине. Глина высушивается от начальной относительной влажности
·Н=22% до конечной
·К=8%.
Вариант №3
Произведем тепловой расчет барабана для сушки глины производительностью РМ=13 т/ч по высушенной глине. Глина высушивается от начальной относительной влажности
·Н=23% до конечной
·К=8%.
Вариант №4
Произведем тепловой расчет барабана для сушки глины производительностью РМ=9 т/ч по высушенной глине. Глина высушивается от начальной относительной влажности
·Н=18% до конечной
·К=6%.
Контрольные вопросы:
Какова влажность глины перед сушкой?
Какова влажность глины после сушки?
Почему нельзя глину сушить до нулевой влажности?
Зачем нужны в барабане внутренние перегородки?
Сделайте вывод.
Практическое занятие №8
Тепловой баланс сушильного барабана.
Цель занятия: научиться выполнять тепловой расчет сушильного барабана.
1.Определим расход тепла на нагрев материала по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415кДж/ч,
где сМ – теплоемкость высушенного материала при конечной влажности
·К, кДж/кг·град
13 EMBED Equation.3 1415кДж/кг·град,
где сс – теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/кг·град
Таблица 18 – Средняя теплоемкость материалов (интервал температур 0-1000С)
По таблице 18 принимаем сс=0,921 кДж/кг·град.
13 EMBED Equation.3 1415кДж/кг·град
Определим расход тепла на нагрев сушимого материала по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415 кДж/ч,
где РМ – производительность сушила по высушенному материалу, 10000кг/ч
Принимаем tК=800С и tН=50С, тогда
qM=10000·1,118(80-5)=837500 кДж/ч.
Определим полезный расход тепла на сушку по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415 вт,
где t’M – начальная температура материала при входе в сушило, град;
n – количество испаряемой влаги, кг/ч;
qM – расход тепла на нагрев материала, кДж/ч.
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 Вт.
Принимаем начальную температуру газов при входе в сушильный барабан tН=8000С.Чтобы получить такую температуру, необходимо дымовые газы, образующиеся при горении топлива, разбавить атмосферным воздухом.
Составим уравнение баланса тепла, принимая количество воздуха для смешивания равным х (м3/на 1 кг топлива) при температуре 200С; к.п.д. топки
·=0,9.
где 13 EMBED Equation.3 1415 кДж/нм3;
13 EMBED Equation.3 1415кДж/нм3(приложение 1);
13 EMBED Equation.3 1415кДж/нм3(приложение 1 или по I-t диаграмме, рис. 1)
iОБЩ=2980 кДж/нм3, определяется из расчета горения топлива.
Общее количество воздуха, идущее для горения и разбавления дымовых газов,
Общий коэффициент расхода воздуха
Влагосодержание дымовых газов, разбавленных воздухом, находим по формуле
Для этого необходимо определить при новом значении
·=2,98 объем VH2О который увеличивается за счет дополнительного ввода водяных паров с атмосферным воздухом, V N2 и VО2 , зависящих от коэффициента расхода воздуха. Объем Vсо2 не зависит от коэффициента избытка воздуха.
Построение теоретического процесса сушки на I d-диаграмме. Нам известны два начальных параметра сушильного агента: tн = 800° и dH = 35,1 г/кг сух. газ., по которым находим точку В начало процесса сушки (построение дано на рис. 4). Теоретический процесс сушки на I d-диаграмме изображается линией ВС. Параметрами точки С являются: постоянное теплосодержа ние IН=1015 кдж/кг сух. газ. и конечная тем пература tK газов, которую принимаем по прак тическим данным, tK = 110°.
По I d-диаграмме находим для точки С влагосодержание d2=3l7 г/кг сух. газ.
Расход сухих газов для теоретического процесса сушки
Потери теплосодержания газов в про цессе сушки. При действительном процессе сушки будут потери тепла в окружающую сре ду через стенки сучильного барабана и расход тепла на нагрев сушимого материала. Общие тепловые потери будут составлять:
Расход тепла на нагрев материала был определен ранее
Потери тепла через стенки в окружающую среду находим по формуле: принимая
·1 = 100 вт/м2 град,
где s1=0,012 м;
·1 = 58,2 вт/м град (стальной корпус); s2=0,03 м (тепловая изоляция из диатомита
·=750 кг/ж3);
·2=0,20 вт/м град (приложение 2);
tВОЗ=150.
Температуру газов внутри барабана определим по формуле
Поверхность барабана при L= 10 м и DСР = 2,062 м составляет:
Следовательно, действительный процесс сушки на I d-диаграмме. От точки С вниз по диаграмме (при d = const) откладываем величину IПОТ = 180 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 tк = 110°. Линия пересечения луча действительного процесса сушки с линией tк = 110° даст точку Е конца процесса сушки, для которой dк = 265 г/кг сух. газ.
Действительный расход газов на сушку будет равен:
Расход тепла на сушку находим по формуле
где IH=898 кдж/кг (см. рис. 2) или по I d-диаграмме рис.4 для точки B", как для воздуха при tBO3 = 800o; Q = 7620 (898-38) - 4,2 1750 5 = 6 513 200 кДж/ч. Расход тепла в топке
Расход мазута
При установке двух форсунок на топку производительность каждой фор сунки следует брать в пределах до 100 кг/ч.
Удельный расход тепла на сушку, отнесенный к 1 кг испаренной влаги, будет равен:
Задание:
Внимательно изучить алгоритм теплового расчета сушильного барабана, произвести тепловой расчет для данных сушильного барабана, рассчитанного в предыдущих работах.
Контрольные вопросы:
С какими статьями вносится тепло в сушильный барабан?
На какие цели тепло расходуется?
Зачем нужна в расчете I-D диаграмма?
Что представляют собой потери теплосодержания?
Сделайте вывод
Практическое занятие №9
Составление теплового баланса сушильного барабана. Определение КПД сушильного барабана.
Цель занятия : научиться составлять таблицу теплового баланса, определять КПД сушильного барабана
.Таблица 19 – Таблица теплового баланса
Кпд= (Qмат+Qисп)/Qприх *100%=(837 500+4700000)/7378000 *100%=75 %
Задание:
1. Изучить принцип составления теплового баланса сушильного барабана и определение кпд барабана.
2. На основании полученных данных составить таблицу теплового баланса и определить кпд сушильного барабана.
Контрольные вопросы:
1. Перечислите статьи, вносимые тепло в сушильный барабан?
2. Перечислите статьи, на которые тепло расходуется?
3. Какое тепло считается полезным?
4. Предложите мероприятия, которые позволят увеличить кпд сушильного барабана.
Сделайте вывод.
Практическое занятие №10
Аэродинамический расчет сушильного барабана. Подбор тягодутьевых устройств.
Цель занятия: научиться выполнять аэродинамический расчет сушильного барабана, подбирать вентилятор по рассчитанным характеристикам.
Количество воздуха, необходимое для горения,
Количество воздуха, необходимое для разбавления дымовых газов в камере смешения,
Определим объем отходящих газов при выходе из сушильного барабана
Количество газов, выходящих из сушильного барабана, равно:
Плотность отходящих газов при tyx=l10° определим по формуле
Парциальное давление водяного пара в отходящих газах определим по I d-диаграмме. При конечных параметрах tк = 110° и dK = 265 г/кг сух. газ.
·П = 29 000 н/м2 (шкала внизу справа). Тогда
Действительный объем влажных газов, уходящих из сушильного барабана при tK = 110° и dK = 265 г/кг сух. газ., будет равен:
Скорость газов при выходе из барабана
Для подбора вентилятора определяем величину напора
13 EMBED Equation.3 1415 н/м2
По номограмме (рисунок 5) для вентиляторов высокого давления выбираем вентилятор №5.
Задание:
Для ранее рассчитываемых данных сушильного барабана, произвести аэродинамический расчет и подобрать вентилятор и определить его характеристики.
Контрольные вопросы:
Что такое вентилятор?
Перечислите основные технические характеристики вентиляторов?
Сделайте вывод.
Рисунок 5 – Номограмма для вентиляторов высокого давления
Практическое занятие № 11
Материальный баланс процесса сушки в туннельном сушиле. Конструктивный расчет
Цель занятия: изучить конструктивный расчет туннельного сушила, научиться выполнять расчет
Рассчитать туннельное сушило для сушки изделий санстройкерамики. Про изводительность сушила в соответствии с заданной производительностью печи составляет 5600 т/год годных фаянсовых изделий, обжигаемых в туннельных печах. Начальная относительная влажность изделий
·н = 16,0%. Конечная относительная влажность после сушки
·к ==1,0 %.
Сушка производится горячим воздухом, отбираемым из зоны охлаждения туннельных печей. Начальную температуру воздуха при входе в сушило принимаем tн = 80°.
1. Для определения часовой производительности сушила принимаем: количество рабочих дней в году 350, брак при сушке и обжиге 5%. Тогда часовая производительность по обжигаемым изделиям будет равна:
Если потери при прокаливании в процессе обжига составляют 10%, то часовая производительность сушила по сухой массе составит:
РС = 702х1,10 = 772 кг/ч.
Поступает в сушило влажных изделий
Выходит из сушила высушенных изделий
2. Часовое количество испаряемой влаги находим по формуле (355)
Предварительно определим размеры су шила. Срок сушки изделий сантехкерамики принимаем
·=36 ч. Габариты вагонетки применительно к монорельсовому транспор ту принимаем следующие: длина 1700 мм, ширина 800 мм. По данным практики на каждую вагонетку вмещается в среднем 248 кг, считая по обожженным изделиям. Тогда количество вагонеток, находящихся в сушиле, определяем по формуле (304)
Принимаем количество вагонеток в тун неле 17 шт., тогда количество туннелей бу дет равно:
Определяем длину туннеля
Конструктивно длину туннеля прини маем на 0,6 м больше, т. е. L = 29 500 мм. Находим ширину туннеля
Высоту туннеля при монорельсовом транспорте вагонеток принимаем H=2400 мм.
Стены сушила выполнены из красного строительного кирпича толщиной 380 мм. Сверху сушило покрыто железобетонными плитами толщиной 70 мм и слоем шлаковой теплоизоляционной засыпки толщиной 150 мм.
Общая ширина сушила, состоящего из шести туннелей, равна:
Задание:
Рассчитать туннельное сушило для сушки изделий санстройкерамики. Про изводительность сушила в соответствии с заданной производительностью печи составляет 6000 т/год годных фаянсовых изделий, обжигаемых в туннельных печах. Начальная относительная влажность изделий
·н = 18,0%. Конечная относительная влажность после сушки
·к =1,0 %.
Сушка производится горячим воздухом, отбираемым из зоны охлаждения туннельных печей. Начальную температуру воздуха при входе в сушило принимаем tн = 90°.
Контрольные вопросы:
1. Назначение туннельного сушила.
2. Достоинства туннельного сушила.
3. Недостатки туннельного сушила.
4. Способы устранения недостатков.
5. Что такое рециркуляция.
6. По какому принципу протекает сушка
7. Какой способ сушки используется в туннельном сушиле.
8. Какой вид теплоносителя может использоваться в туннельном сушиле.
9.Из какого материала выполняется стены сушила?
10.Как выполняется покрытие сушила?
11.Что такое садка изделий? Виды садки изделий?
12.Какими бывает вагонетки?
Сделайте вывод
Практическое занятие № 12
Тепловой расчет туннельного сушила.
Цель занятия: изучить тепловой расчет туннельного сушила
Расход сухого воздуха для теоретического процесса сушки. Начальные параметры воздуха, поступающего в сушило, tн = 80°. Влагосодержание dH находится по I d-диаграмме. Для летних условий г. Свердловска (табл. 15) tвоз=17°,
·=70%. Получаем dH=9,0 г/кг сух. воз. и теплосодержание IВоз = 40 кдж/кг сух. воз. Схема расчета по I d-диаграмме дана на рис. 6.
При повышении температуры воздуха в зоне охлаждения печи до tH=800 его влагосодержание не изменяется, а теплосодержание повышается до Iн= 104 кдж/кг сух. воз.
Теоретический процесс сушки, изображенный линией ВС (рис.6), закан чивается при d2=27 г/кг сух. воз. Точка С находится пересечением линии Iн = const с линией tK = const, задаемся tK = 35°.
Рисунок 6. Графическое изображение процесса сушки к расчету туннельного сушила.
Расход сухого воздуха при теоретическом процессе сушки находим по формуле (379)
Потери теплосодержания воздуха в процессе сушки. Для расчета действительного процесса сушки определяем расход тепла в сушиле на нагрев материала, транспортирующих устройств и потери тепла в окружающую среду.
Расход тепла на нагрев изделий в сушиле определяем по формуле
где Рм = 780 кг/ч;
tK=650 (принимаем на 15° ниже начальной температуры сушильного аген та при противоточном движении воздуха и вагонеток с изделиями), тогда
Расход тепла на нагрев транспортирующих устройств определяем по фор муле
Масса металлической части вагонетки равна Gмет=202,4 кг. Масса деревян ной части вагонетки равна Gдep=24,6 кг (эти данные берутся по чертежу вагонетки).
Теплоемкость стали смет=0,47 кдж/кг град; теплоемкость дерева сдер = 1,13 кдж/кг град. Начальная температура вагонетки tн = 10°, конечная тем пература металлической части вагонетки 80°, деревянной части 60°.
В час поступает вагонеток в сушило(проталкивание вагонетки в каждый туннель производится через 2 ч 7 мин), тогда
Потери тепла в окружающую среду через стены, потолок, пол и двери определяем по формуле
где К коэффициент теплопередачи, который определяем по формуле
Средняя температура сушильного агента
(температура окружающей среды была принята равной 17°).
Коэффициент теплоотдачи внутри сушила от движущегося сушильного агента к стенкам камеры при скорости 2 м/сек определим по формуле (при ложение 13)
Коэффициент теплопроводности кирпичной стенки равен:
·1 = 0,48 вТ/м -град (по приложению 15).
Коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающую среду определяем по номограмме (см. рис. 25) для
·t=15°
Коэффициент теплопередачи составляет:
Теплоотдающая поверхность стенок (определяется обычно по чертежу или эскизу)
F = 2х29,5х2,4 =142 м2.
Потери тепла через стены равны
Находим поверхность потолка, выполненного из железобетонных плит,
Fn = 29,5х8,06 = 238 м2.
Коэффициент теплопроводности железобетона
·=1,55 вт/м-град; для теп лоизоляционной засыпки
·=0,12 вт/м-град (приложение 14). По графику (см. рис. 25) находим
·2=11,3 вт/м2-град. Коэффициент теплопередачи
Потери тепла через потолок
Потери тепла через под сушила принимаем 10 вт/м2, тогда
Определяем потери тепла через дверки со стороны подачи теплоносителя: поверхность шести дверок, выполненных из дерева толщиной 50 мм (
·= 0,16 вт/м-град),
коэффициент теплопередачи
тогда
Потери тепла через дверки со стороны выдачи вагонеток равны:
Суммарные потери тепла в окружающую среду составят:
Общие потери тепла в сушиле
Потери теплосодержания воздуха в сушиле находим по формуле
5. Действительный расход воздуха на сушку определяем с помощью Id-диаграммы. Для этого по Id-диаграмме от Точки С вниз отклады ваем величину Iпот кдж/кг сух. воз. Действительный процесс сушки изображается линией BE. Конечные параметры сушильного агента tk=32°;
·к=80%; dK=23 г/кг сух. воз. (парциальное давление водяных паров рп=3470 н/м2). Построение процесса дано на рис. 1 и 59.
6. Расход тепла на сушку находим по формуле
Удельный расход тепла на сушку (для летних условий) равен:
Контрольные вопросы:
1. С какой целью используется I-D диаграмма в расчете?
2. Что такое теоретический процесс сушки?
3. Что такое действительный процесс сушки?
4. Что представляют собой потери теплосодержания?
Сделайте вывод.
Практическое занятие № 13
Составление теплового баланса туннельного сушила. Определение КПД туннельного сушила.
Цель занятия: научиться составлять тепловой баланс туннельного сушила и определять кпд сушила.
Составляем тепловой баланс сушила.
Приход тепла
Потребное количество тепла, которое необходимо внести с воздухом, отбираемым из зоны охлаждения печи, учитывая нагрев его от 17 до 80° (для летних условий), равен по расчету 634 120 кдж/ч, удельный расход ра вен 4520 кдж/кг вл.
Для зимних условий работы расход тепла будет больше, но количество подаваемого воздуха меньше. Если принять для г. Свердловска среднее значение температуры воздуха 16° и
· = 84% (табл. 15), то расход воздуха будет равен:
Удельный расход воздуха составит 60,7 кг/кг вл.
Величины влагосодержания и теплосодержания сушильного агента взяты по Id-диаграмме. При этом начальные параметры холодного воз духа приближенно равны dH=l,0 г/кг сух. воз., Iтеп=-13 кдж/кг сух. воз. Теплосодержание воздуха при Iн = 80° и dH=l,0 г/кг сух. воз. равно Iн =84 кдж/кг сух. воз. Для действительного процесса сушки влагосодержание dгаз = 17,5 г/кг сух. воз.
Расход тепла для зимних условий будет равен:
Удельный расход тепла q
· =5850 кдж/кг вл.
Так как теплоноситель поступает в сушило из зоны охлаждения печи, то при расчете вентиляторов для подачи и отбора теплоносителя следует пользоваться данными для летних условий работы.
Задание: Самостоятельно произвести расчет теплового КПД, если к полезному теплу относят: qм; qтр; qисп.
Контрольные вопросы:
1.