Конструктивно-поверочный расчет

Пример конструктивно-поверочного расчета шахтной

рециркуляционной зерносушилки типа «Целинная»

Одноконтурная, созданной на базе шахтной прямоточной

Зерносушилки ДСП-32

Исходные для расчета данные:

Зерновая культура — пшеница мягкая на прочие нужды (продовольственного назначения) со слабой клейковиной; начальная влажность w₀ = 20%, конечная влажность w₃ = 14%.

Температура атмосферного воздуха — t₀ = 5 °С;

Топливо — газовое, с химическим составом (%):

Диоксид углерода СО2	0,25
Метан СН4	91,9
Этан С2Н6	4,15
Пропан C3H8	1,20
Бутан С4Н10	0,29
Пентан С5Н12	0,13
Азот N2	2,08
Плотность смеси rсм, кг/м3	0,729

Характеристика газов, входящих в состав газового топлива

Газ	Плотность, кг/м3	Теплота сгорания, кДж/м3
высшая	низшая
Диоксид углерода СО2	1,977	—	—
Метан СН4	0,717	39 758	35 831
Этан С2Н6	1,357	69 668	63 765
Пропан C3H8	2,019	99 143	91 272
Бутан С4Н10	2,672	128 493	118 675
Пентан С5Н12	3,219	157 905	146 119
Азот N2	1,250	—	—

 

Конструктивно-поверочный расчет

(Малин Н.И. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Практическое пособие по выполнению курсовой работы. — М.: Изд-во ФГОУ ВПО МГАУ, 2006. — 48 с.)

1. Вычерчиваем функционально-параметрическую схему зерносушилки с нанесенными на нее условными обозначениями параметров зерна, агента сушки и воздуха (рис. 1).

2. Определяем исходные параметры атмосферного воздуха и температуру агента сушки.

Для этого по принятому значению температуры атмосферного воздуха t₀ = 5 °С и его относительной влажности (при наихудших условиях) j₀ = 100% с помощью прилагаемой (приложение 9) H, d—таблицы (при В = 99,3×10³ Па) определяем его влагосодержание d₀ = 5,51 г/кг и Н₀ = 18,84 кДж/кг.

 

 

 

Позонные (по зонам сушки зерносушилки) значения температуры агента сушки устанавливаем по рекомендуемым Инструкцией по сушке режимам с учетом конструкции рассчитываемой зерносушилки, а также рода, назначения и исходной влажности зерновой культуры. Для рассчитываемой зерносушилки, температура агента сушки на входе в камеру нагрева t₁ = 370 °С

3. По химическому составу газового топлива, по формулам (1.3) и (1.4) рассчитываем значения его высшей и низшей теплоты сгорания кДж/м³).

(Q_в)^р = К_v1×(Q_в1)^р + К_v2×(Q_в2)^р + … + К_vn×(Q_вn)^р;

(Q_н)^р = К_v1×(Q_н1)^р + К_v2×(Q_н2)^р + … + К_vn×(Q_нn)^р,

где К_vi,×(Q_вi)^р, (Q_нi)^р — соответственно объемные доли (в долях единицы), а также высшая и низшая теплота сгорания горючих компонентов смеси, кДж/м³.

(Q_в)^р = 0,919×39758 + 0,0415×69688 + 0,012×99143 + 0,0029×128493 + 0,0013×157905 = 36537,6 + 2892,0 + 1189,7 + 372,6 + 205,3 = 41197,2 кДж/м³;

(Q_н)^р = 0,919×35831 + 0,0415×63765 + 0,012×91272 + 0,0029×118675 + 0,0013×146119 = 32928,7 + 2646,2 + 1095,3 + 344,2 + 190,0 = 37204,4 кДж/м³.

4. Рассчитываем теоретическое количество сухого воздуха L₀, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг.

Для газообразного топлива

L₀ = 1,38í0,0179×(CO) + 0,248×(H₂) + 0,44×(H₂S) + Sí[(m + 0,25n)/(12m + n)]×(C_mH_n)ý – (O₂)ý,

где (CO), (H₂), (H₂S), (C_mH_n), (O₂) — массовые доли (К_mi) компонентов газа, %; их определяют с учетом плотности r_I (кг/м³) i - го компонента газа и средней плотности r_ср газа из отношения K_mi = K_vi×(r_i/r_ср).

Для наших условий

L₀ = 1,38íSí[(m + 0,25n)/(12m + n)]×(C_mH_n)ýý = 1,38í[(1 + 0,25×4)/(12 + 4)]×(91,9×0,717/0,729) + [(2 + 0,25×6)/(12×2 + 6)]×(4,15×1,357/0,729) + [(3 + 0,25×8)/(12×3 + 8)]×(1,2×2,019/0,729) + [(4 + 0,25×10)/(12×4 + 10)]×(0,29×2,672/0,729) + [(5 + 0,25×12)/(12×5 + 12)]×(0,13×3,219/0,729)ý = 1,38í0,125×90 + 0,117×7,7 + 0,114×3,3 + 0,112×1,1 + 0,111×0,6ý = 1,38×(11,25 + 0,9 + 0,38 + 0,12 + 0,7) = 1,38×12,7 = 17,5 кг/кг.

5. Рассчитываем энтальпию водяного пара Н_п (кДж/кг) атмосферного воздуха при температуре воздуха t₀ (°С):

Н_п = r_{t = 0} + c_п×t₀ = 2500 + 1,88×5 = 2509,4 кДж/кг.

6. Рассчитываем значение коэффициента избытка воздуха a₁.

a₁ = í(Q_в)^р×h_т – [Sí0,09n×(C_mH_n)/(12m + n)ý + 0,01W^p]×[2500(1 – h_т) + 0,88×t₁] – c_а.с×t₁ + c_т×t_тý/íL₀×(0,001d₀×H_п – Н₀ + с_а.с×t₁)ý,

где h_т — КПД топки: для летних условий (t₀ > 0) h_т = 0,95; с_а.с, с_т — удельная теплоемкость соответственно агента сушки (с_а.с = 1,004 кДж/кг) и топлива (с_т = 2,2 кДж/кг); t_т — температура топлива: t_т = t₀ = 5 °С; d₀, H_п, H₀ — соответственно влагосодержание, энтальпия пара атмосферного воздуха и энтальпия атмосферного воздуха.

a₁ = í41197,2×0,95 – [0,09×4×90/16 + 0,09×6×7,7/30 + 0,09×8×3,3/44 + 0,09×10×1,1/58 + 0,09×12×0,6/72]×[2500(1 – 0,95) + 0,88×370] – 1,004×370 + 2,2×5ý/í17,5×(0,001×5,51×2509,4 – 18,84 + 1,004×370)ý = í39137,34 – [2,025 + 0,1386 + 0,054 + 0,017 + 0,009]×[125 + 325,6] – 371,5 + 11ý/í17,5×(13,827 – 18,84 + 325,6)ý = í39137,34 – [2,2436]×[450,6] – 371,5 + 11ý/í17,5×(320,6)ý =í39137,34 – [2,2436]×[450,6] – 371,5 + 11ý/í17,5×(320,6)ý = 37765,9/5610,5 = 6,73.

7. Рассчитаем влагосодержание d₁ (г/кг) и энтальпию Н₁ (кДж/кг) агента сушки.

d₁ = í1000[Sí0,09n×(C_mH_n)/(12m + n)ý + 0,01W^p] +a₁×L₀×d₀ý/ía₁×L₀ + 1 – Sí0,09n×(C_mH_n)/(12m + n)ý – 0,01W^pý = í1000[2,2436] +6,73×17,5×5,51ý/6,73×17,5 + 1 – 2,2436ý = í2243,6 +648,94ý/í117,78 + 1 – 2,2436ý = 2892,54/116,54 = 24,82 г/кг.

Н₁ = с_а.с×t₁ + 0,001×d₁(2500 + 1,88×t₁) = 1,004×370 + 0,001×24,82×(2500 + 1,88×370) = 371,5 + 79,3 = 450,8 кДж/кг.

8. Рассчитаем количество влаги, подлежащей испарению в зерносушилке и ее отдельных узлах.

Для этого, вначале, по приложениям 6 и 7 определим значения коэффициентов К_в ( для перевода массы просушенного зерна в плановые единицы в зависимости от влажности зерна до и после сушки, т.е. по значениям w₀ и w₃) К_к(н) (для перевода просушенного зерна в плановые единицы в зависимости от рода зерновой культуры и назначения после сушки). Для наших условий К_в = 1 и К_к(н) = 1.

Затем определяем производительность зерносушилки (кг/с):

по сырому зерну G₀ = G^р/(3,6К_вК_к(н)), где G^р — производительность зерносушилки, произвольно принятая при формировании исходных данных, план. т/ч. С учетом того, что базовая зерносушилка ДСП-32 имеет производительность 32 план. т/ч, примем G^р = 36 план. т/ч. Итак, G₀ = 36/(3,6×1×1) = 10 кг/с.

По просушенному зерну G₃ = G₀×(100 – w₀)/(100 – w₃) = 10×(100 – 20)/(100 – 14) = 800/86 = 9,3 кг/с.

Количество испаряемой из зерна влаги W^р (кг/с): W^р = G₀ – G₃ = 10,0 – 9,3 = 0,7 кг/с.

Зададимся количествами влаги DW, испаряемыми из зерна в различных хонах сушки. Для этого, согласно рекомендациям, примем:

в устройстве для предварительного нагрева смеси сырого и рециркулируемого зерна в камере нагрева DW_п.н = 0,3×W = 0,3×0,7 = 0,21 кг/с;

в зоне окончательного охлаждения DW_охл = 0,15×W = 0,15×0,7 = 0,105 кг/с;

в зоне промежуточного охлаждения DW_пр.охл = W – (DW_п.н + DW_охл) = 0,7 – (0,21 + 0,105) = 0,385 кг/с.

9. Определим позонные (по зонам нагрева и охлаждения) значения влажности зерна и производительности зерносушилки (в соответствии с принятыми условными обозначениями на функционально-параметрической схеме и позонным количеством испаряемой влаги).

Производительность зерносушилки на входе в зону окончательного охлаждения G¢₂ = G₃ + DW_охл = 9,3 + 0,105 = 9,405 кг/с.

Влажность зерна (%) на входе в зону окончательного (и промежуточного) охлаждения будет:

w₂ = 100 – (G₃/G¢₂)×(100 – w₃) = 100 – (9,3/9,405)×(100 – 14) = 14,96 %.

Зададимся влажностью рециркулируемого зерна

w_рец = w₃ + (0,1 … 0,5) = 14 + 0,2 = 14,2 %.

Определим необходимое значение коэффициента циркуляции по формуле

N = A×(w₀^c – w_рец^c)/[w₀^c – 0,012×(w₀^c)² + 0,153×q_п.д – 17,7],

где А коэффициент, учитывающий особенности конструкции зерносушилки: для рассчитываемой зерносушилки А = 5,08; w₀^c = 20/(100 – 20) = 25 %; w_рец^c = 100×14,2/(100 – 14,2) = 16,55 %; q_п.д — предельно допустимая температура нагрева зерна: для рассчитываемой зерносушилки, согласно приложению 3 q_п.д = 65 °С.

N = 5,08×(25 – 16,55)/[25 – 0,012×(25)² + 0,153×65 – 17,7] = 42,926/9,745 = 4,405.

Производительность по смеси сырого и рециркулируемого зерна

G_см = G₀×N = 10×4,405 = 44,05 кг/с.

Влажность смеси сырого и рециркулируемого зерна

w_см = [w₀ + (N – 1)×w_рец]/N = [20 + 3,405×14,2]/4,405 = 15,52 %.

Производительность после камеры нагрева

G₂ = G_см – DW_к.н = 44,05 – 0,21 = 43,84 кг/с.

Проверка влажности w₂:

w₂ = 100 – (G_см/G₂)×(100 – w_см) = 100 – (44,05/43,84)×(100 – 15,52) = 15,12 %.

Поскольку имеет место расхождение [(w₂ = 15,12 %) ¹ (w₂ = 14,93 %)], уточним величины влагосъема в зонах окончательного и промежуточного охлаждения.

С учетом значений влажности зерна w₂ = 15,12 % и w₃ = 14,0 %, а также G₃ = 9,3 кг/с, имеем:

G¢₂ = G₃×(100 – w₃)/(100 – w₂) = 9,3×(100 – 14)/(100 – 15,12) = 9,42 кг/с.

Следовательно DW_охл = G¢₂ – G₃ = 9,42 – 9,3 = 0,12 кг/с.

DW_{опр.охл} = = W – (DW_п.н + DW_охл) = 0,7 – (0,21 + 0,12) = 0,37 кг/с.

G²₂ = G₂ – G¢₂ = 43,84 – 9,42 = 34,42 кг/с.

G_рец = G²₂ – DW_{опр.охл} = 34,42 – 0,37 = 34,05 кг/с.

w_рец = 100 – (G²₂/G_рец)×(100 – w₂) = 100 – (34,42/34,05)×(100 – 15,12) = 14,2 % (сошлось).

10. Установим позонные значения температуры зерна.

Примем q₀ = t₀ = 5 °С.

Согласно приложению 4 предельная температура нагрева зерна q_пред = 65 °С.

Примем температуру зерна после камеры нагрева равной q₂ = q_пред = 65 °С.

Температура охлажденного зерна

q₃ = q₂ – (1 – 0,003×q₂)×(q₂ – t₀) = 65 – (1 – 0,003×65)×(65 – 5) = 16,7 °С.

Температура рециркулируемого зерна (т.е. на выходе из зоны промежуточного охлаждения)

q_рец = q₂ – (G¢₂/G²₂)×(1 – 0,003×q₂)×(q₂ – t¢₀), где t¢₀ = 0,5×(q₂ + q₃) – 5 = 0,5×(65 + 16,7) – 5 = 35,8 °С.

Итак, q_рец = 65 – (9,42/34,42)×(1 – 0,003×65)×(65 – 35,8) = 65 – (0,274)×(0,805)×(29,2) = 58,6 °С.

Температура смеси

q_см = [q₀ + (N – 1)×q_рец]/N = [5 + 3,405×58,6]/4,405 = 46,4 °C.

11. Установим позонные значения температуры отработанного агента сушки и воздуха.

t¢₁ = q_см + 0,2×(t₁ – q₂) = 46,4 + 0,2×(370 – 65) = 107,4 °С.

t¢₀ = (согласно п. 10) = 35,8 °С.

t²₀ = 0,5×(q₂ + q_рец) – 5 = 0,5×(65 + 58,6) – 5 = 56,8 °C.

12. Произведем аналитический расчет затрат и потерь теплоты.

Вначале определяем затраты теплоты на испарение влаги при предварительном нагреве смеси зерна в камере нагрева

q_и.п.н = (2500 + 1,88×t¢₁) – 4,19×q_см = 2500 + 1,88×107,4 – 4,19×46,4 = 2500 + 201,9 – 194,4 = 2507,5 кДж/кг.

Аналогично,

q_{и.пр.охл} = (2500 + 1,88×t²₀) – 4,19×q₂ = 2500 + 1,88×56,8 – 4,19×65 = 2500 + 106,8 – 272,4 = 2334,4 кДж/кг.

q_и.охл = (2500 + 1,88×t¢₀) – 4,19×q₂ = 2500 + 1,88×35,8 – 4,19×65 = 2500 + 67,3 – 272,4 = 2294,9 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения удельной теплоемкости смеси зерна, а также на выходе из камеры нагрева и зон охлаждения.

с_см = [с_в×w_см + с_с.в×(100 – w_см)]/100 = [4,19×15,52 + 1,55×(100 – 15,52]/100 = [65,03 + 130,94]/100 = 1,96 кДж/(кг×К);

с_рец = [с_в×w_рец + с_с.в×(100 – w_рец)]/100 = [4,19×14,2 + 1,55×(100 – 14,2]/100 = [59,5 + 133]/100 = 1,92 кДж/(кг×К);

с₂ = [с_в×w₂ + с_с.в×(100 – w₂)]/100 = [4,19×15,12 + 1,55×(100 – 15,12]/100 = [63,35 + 131,56]/100 = 1,95 кДж/(кг×К);

с₃ = [с_в×w₃ + с_с.в×(100 – w₃)]/100 = [4,19×14 + 1,55×(100 – 14]/100 = [58,66 + 133,3]/100 = 1,92 кДж/(кг×К).

Далее рассчитываем значения удельных расходов теплоты на нагрев зерна в зоне нагрева и зонах сушки.

q_м.п.н = [G₂×с₂×(q₂ – q_см)]/DW_п.н = [43,84×1,95×(65 – 46,4)]/0,21 = 7571,8 кДж/кг;

q_м.охл = [G₃×с₃×(q₃ – q₂)]/DW_охл = [9,3×1,92×(16,7 – 65)]/0,12 = – 7187 кДж/кг;

q_{м.пр.охл} = [G_рец×с_рец×(q_рец – q₂)]/DW_пр.охл = [34,05×1,92×(58,6 – 65)]/0,37 = – 1130,8 кДж/кг;

Рассчитываем средние значения температуры агента сушки (в камере нагрева) и воздуха (в зонах окончательного и промежуточного охлаждения).

t_ср.пн = 0,5×(t₁ + t¢₁) = 0,5×(370 + 107,4) = 238,7 °С;

t_ср.охл = 0,5×(t₀ + t¢₀) = 0,5×(5 + 35,8) = 20,4 °C.

t_{ср.пр.охл} = 0,5×( t¢₀ + t²₀) = 0,5×(35,8 + 56,8) = 46,3 °С;

Затем рассчитываем коэффициенты теплопередачи для камеры нагрева и зон охлаждения. Для этого вначале определим значения коэффициентов тепловосприятия (теплоотдачи).

Камера нагрева:

a_1(п.н) = С + D×v = 5,58 + 3,95×(0,5×10) = 25,33 Вт/(м²×К);

a_2(п.н) = С + D×v = 5,81 + 3,95×5 = 25,56 Вт/(м²×К).

Зоны охлаждения:

a_{1(охл+пр.охл)} = С + D×v = 6,16 + 4,19×0,3 = 7,42 Вт/(м²×К);

a_{2(охл+пр.охл)} = С + D×v = 6,16 + 4,19×5 = 27,11 Вт/(м²×К).

Для стальной стенки коэффициент теплопроводности l_{1, 3} = 46 Вт/(м×К), для теплоизоляции (минеральная вата) l₂ = 0,056 Вт/(м×К); для железобетонной стенки l = 1,54 Вт/(м×К).

Для камеры нагрева примем: толщину конструктивной стальной стенки d₁ = 0,002 м, для минеральной ваты d₂ = 0,05 м, для наружного защитного слоя d₃ = 0,001 м; для железобетонной стенки d = 0,1 м.

Коэффициенты теплопередачи будут иметь следующие значения:

К_п.н = 1/[1/a_1(кн) + d₁/l₁ + d₁/l₁ + d₁/l₁ + 1/a₂] = 1/[1/25,33 + 0,002/46 + 0,05/0,056 + 0,001/46 + 1/25,56] = 1/[0,03948 + 0,000043 + 0,893 + 0,000022 + 0,0391] = 1/0,9716 = 1,03 Вт/(м²×К);

к_охл = к_пр.охл = 1/[1/a_{1(охл+пр.охл)} + d/l + 1/a_{2(охл+пр.охл)}] = 1/[1/7,42 + 0,1/1,54 + 1/27,11] = 1/[0,1348 + 0,0649 + 0,0369] = 1/0,2366 = 4,23 Вт/(м²×К).

Площадь поверхности теплоотдачи составляет:

F_п.н = [примем произвольно] = 50 м²;

F_охл = 2×1,5×55×0,2 = 33 м²;

F_пр.охл = 2×1,5×55×0,2 = 33 м²;

Удельные потери теплоты в окружающую среду:

q_о.с.пн = 0,001×F_п.н×к_п.н×(t_ср.пн – t₀)/DW_пн = 0,001×50×1,03×(238,7 – 5)/0,21 = 57,3 кДж/кг;

q_о.с.охл = = 0,001×F_охл×к_охл×(t_ср.охл – t₀)/DW_охл = 0,001×33×4,23×(20,4 – 5)/0,12 = 17,9 кДж/кг;

q_{о.с.пр.охл} = = 0,001×F_пр.охл×к_пр.охл×(t_{ср.пр.охл} – t₀)/DW_пр.охл = 0,001×33×4,23×(46,3 – 5)/0,37 = 15,58 кДж/кг.

Далее рассчитываем разность сообщений и потерь теплоты (угловой коэффициент сушки) для зон предварительного нагрева и охлаждения.

D_п.н = с_в×q_см – q_м.п.н – q_о.с.п.н = 4,19×46,4 – 7571,8 – 57,3 = – 7434,7 кДж/кг;

D_охл = с_в×q₂ – q_м.охл – q_о.с.охл = 4,19×65 + [(G₃×c₃)/DW_охл]×(q₂ – q₃) – 17,9 = 272,35 + [(9,3×1,92)/0,12]×(65 – 16,7) – 17,9 = 272,35 + 7187,04 – 17,9 = 7441,5 кДж/кг;

D_пр.охл = с_в×q₂ – q_{м.пр.охл} – q_{о.с.пр.охл} = 4,19×65 + [(G_рец×c_рец)/DW_пр.охл]×(q₂ – q_рец) – 15,58 = 272,35 + [(34,05×1,92)/0,37]×(65 – 58,6) – 15,58 = 222,1 + 1130,83 – 15,58 = 1337,4 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения влагосодержания отработанного агента сушки и воздуха:

d¢₁ = [1000×(1,004×t¢₁ – H₁) + D_п.н×d₁]/[D_п.н – (2500 + 1,88×t¢₁)] = [1000×(1,004×107,4 – 450,8) + (– 7434,7)×24,82]/[– 7434,7 – (2500 + 1,88×107,4)] = [– 342970,4 – 184529,2]/[– 10136,6] = 52,04 г/кг;

d¢₀ = [1000×(1,004×t¢₀ – H₀) + D_охл×d₀]/[D_охл – (2500 + 1,88×t¢₀)] = [1000×(1,004×35,8 – 18,84) + 7441,5×5,51]/[7441,5 – (2500 + 1,88×35,8)] = [17103,2 + 41002,7]/4874,2= 11,92 г/кг;

d²₀ = d¢₀ + DW_пр.охл×(1000/L^р_охл) = 11,92 + 0,37×(1000/18,72) = 31,68 г/кг.

Затем рассчитываем величины удельных расходов l (кг/кг) сухого агента сушки (для камеры нагрева, 1-й и 2-й зон сушки) и воздуха (для зоны окончательного охлаждения).

l_п.н = 1000/(d¢₁ – d₁) = 1000/(52,04 – 24,82) = 36,74 кг/кг;

l_охл = 1000/(d¢₀ – d₀) = 1000/(11,92 – 5,51) = 156 кг/кг.

l_пр.охл = 1000/(d²₀ – d¢₀) = 1000/(31,68 – 11,92) = 50,6 кг/кг.

Далее рассчитаем суммарный (с учетом затрат и потерь) удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги в камере нагрева.

q_п.н = l_п.н×(H₁ – H₀) = 36,74×(450,8 – 18,84) = 15870,2 кДж/кг;

Суммарный (с учетом затрат и потерь) расход теплоты составляет:

Q^р_п.н = q_п.н×DW^р_п.н = 15870,2×0,21 = 3332,7кВт;

Далее рассчитаем значения массовых расходов агента сушки (в камере нагрева) и воздуха (в зонах охлаждения).

L^p_п.н = l_п.н×DW^р_п.н = 36,74×0,21 = 9,32 кг/с;

L^p_охл = l_охл×DW^р_охл = 156×0,12 = 18,72 кг/с;

L^p_пр.охл = l_пр.охл×DW^р_пр.охл = 50,6×0,37 = 18,72 кг/с;

Объемные расходы агента сушки и воздуха составят:

V^p_п.н = L^p_п.н×u_о.п.н×[293/(273 + t₁)] = 9,32×1,86×[293/(273 + 370)] = 7,9 м³/с;

V^р_охл = L^p_охл×u_о.охл×[293/(273 + t₀)] = 18,72×0,81×[293/(273 + 5)] = 16 м³/с;

V^р_пр.охл = L^p_пр.охл×u_{о.пр.охл}×[293/(273 + t¢₀)] = 18,72×0,935×[293/(273 + 35,8)] = 16,6 м³/с;

13. Произведем расчет основных конструктивных размеров устройства для предварительного нагрева зерна в камере нагрева.

Рабочая высота (т.е. в зоне воздействия на зерно агента сушки)

h^p = t×(v_вит – v_а.с)×к_т = 2,5×(10 – 0,5×10)×0,3 = 6 м.

Площадь поперечного (живого) сечения рабочей зоны нагрева

f_p = V^p_п.н/v_а.с = 7,9/5 = 1,58 м².

Общая внутренняя площадь поперечного сечения рабочей зоны нагрева с учетом доли тормозных элементов составит: f_п.н = f_p/(1 – y) = 1,58/(1 – 0,4) = 2,63 м².

Длину а и ширину б камеры нагрева определяем из соотношения: а/б = 1,2:

а = 1,2 б; (1,2 б)×б = f_п.н; 1,2×б² = 2,63. б = Ö2,19 = 1,48 м; а = 1,2×1,48 = 1,78 м.

Размер поверхности камеры нагрева, через которую происходят потери теплоты в окружающую среду F^р_п.н = h^p×2×(а + б) = 6×2×(1,78 + 1,48) = 39,1 м².

14. Произведем сравнение ориентировочно принятого (в п. 12) и фактического размера поверхности камеры нагрева, через которую происходят потери теплоты в окружающую среду.

Поскольку F^р_п.н < F_п.н (примерно в 1,3 раза), произведем перерасчет потерь теплоты в окружающую среду q_о.с.п.н и уточним следующие показатели: суммарную величину удельного расхода теплоты на испарение 1 кг влаги в зоне предварительного подогрева q_п.н, массовый расход сухого агента сушки L^р_п.н, объемный расход агента сушки V^р_п.н и суммарный расход теплоты Q^р_п.н.

q_о.с.п.н = 0,001×F^р_п.н×к_п.н×(t_ср.п.н – t₀)/DW_пн = 0,001×39,1×1,03×(238,7 – 5)/0,21 = 44,82 кДж/кг;

D_п.н = с_в×q_см – q_м.п.н – q_о.с.п.н = 4,19×46,4 – 7571,8 – 44,82 = – 7422,2 кДж/кг;

d¢₁ = [1000×(1,004×t¢₁ – H₁) + D_п.н×d₁]/[D_п.н – (2500 + 1,88×t¢₁)] = [1000×(1,004×107,4 – 450,8) + (– 7571,8)×24,82]/[– 7571,8 – (2500 + 1,88×107,4)] = [– 342970,4 – 187932,1]/[– 10273,7 = 51,68 г/кг;

l_п.н = 1000/(d¢₁ – d₁) = 1000/(51,68 – 24,82) = 37,2 кг/кг;

q_п.н = l_п.н×(H₁ – H₀) = 37,2×(450,8 – 18,84) = 16068,9 кДж/кг;

Q^р_п.н = q_п.н×DW^р_п.н = 16068,9×0,21 = 3374,5 кВт;

L^p_п.н = l_п.н×DW^р_п.н = 37,2×0,21 = 7,81 кг/с;

V^p_п.н = L^p_п.н×u_о.п.н×[293/(273 + t₁)] = 7,81×1,86×[293/(273 + 370)] = 6,62 м³/с.

15. Определяется расчетное число подводящих и отводящих коробов, а также расчетное число рядов подводящих и отводящих коробов в каждой зоне охлаждения.

Для этого в качестве исходных данных используются следующие характеристики зерносушилок:

типовой шахтной прямоточной ДСП-32, на базе которой производится реконструкция (приложение 8): фактическое число рядов коробов в зонах сушки и охлаждения (n^ф = 55); число коробов в одном ряду (а = 16 шт.); площадь поперечного сечения короба (f_к = 0,00925 м²); допустимая скорость агента сушки или воздуха на выходе из короба (v_к = 0,5×v_вит = 5 м/с);

реконструированной — число параллельно расположенных шахт соответствующей зоны сушки или охлаждения (к = 1 шт.).

Расчетное число подводящих и отводящих коробов n^p_k (шт.), которые следует установить в зоне охлаждения для того, чтобы обеспечить возможность подвода к зерну расчетного объема V^p (м³/с) воздуха составляет:

для зоны окончательного охлаждения

n^p_к.охл = 2×V^p_охл/(f_к×v_к) = 2×16/(0,00925×5) = 692;

для зоны промежуточного охлаждения

n^p_{к.пр.охл} = 2×V^p_пр.охл/(f_к×v_к) = 2×16,6/(0,00925×5) = 718.

Расчетное число рядов подводящих и отводящих коробов в соответствующей зоне охлаждения n^р (шт.) составляет:

для зоны окончательного охлаждения

n^p_охл = n^p_к.охл/(a×к) = 692/(16×1) = 43,25;

для зоны промежуточного охлаждения

n^p_пр.охл = n^p_{к.пр.охл}/(a×к) = 718/(16×1) = 44,88.

16. Сопоставим расчетное число рядов коробов с фактическим, уточним величины массовых и объемных расходов воздуха (по зонам окончательного и промежуточного охлаждения), а с учетом возможных изменений расходов — уточним величины влагосъема по зонам охлаждения.

Фактический объемный расход воздуха составляет:

V^ф_охл = V^р_охл×(n^ф_охл/n^р_охл) = 16×(55/43,25) = 20,35 м³/с.

V^ф_пр.охл = V^р_пр.охл×(n^ф_пр.охл/n^р_пр.охл) = 16,6×(55/44,88) = 20,35 м³/с.

Фактический массовый расход агента сушки

L^ф_охл = L^р_охл×(n^ф_охл/n^р_охл) = 18,72×(55/43,25) = 23,8 кг/с.

L^ф_пр.охл = L^р_пр.охл×(n^ф_пр.охл/n^р_пр.охл) = 18,72×(55/44,88) = 22,9 кг/с.

Фактическая величина влагосъема по зонам охлаждения

DW^ф_охл = DW ^р_охл×(n^ф_охл/n^р_охл) = 0,12×(55/43,25) = 0,15 кг/с;

DW^ф_пр.охл = DW ^р_пр.охл×(n^ф_пр.охл/n^р_пр.охл) = 0,37×(55/44,88) = 0,45 кг/с;

17. Уточним расчетные параметры работы камеры нагрева.

Фактическая величина влагосъема DW^ф_п.н (кг/с) в зоне предварительного подогрева (в камере нагрева) реконструированной зерносушилки с учетом суммарной уточненной величины влагосъема SW^ф_о (кг/с) в зонах охлаждения

DW^ф_п.н = (0,3/0,7)×SW^ф_о = 0,43×(DW^ф_охл + DW^ф_пр.охл) = 0,43×(0,15 + 0,45) = 0,258 кг/с.

Фактический массовый расход агента сушки

L^ф_п.н = L^р_п.н×(DW^ф_п.н/DW^р_п.н) = 7,81×(0,258/0,21) = 9,6 кг/с.

Фактический объемный расход агента сушки

V^ф_п.н = V^р_п.н×(DW^ф_п.н/DW^р_п.н) = 6,62×(0,258/0,21) = 8,1 м³/с.

Фактический расход теплоты

Q^ф_п.н = Q^р_п.н×(DW^ф_п.н/DW^р_п.н) = 3374,5×(0,258/0,21) = 4145,8 кВт.

18. Уточняем производительность зерносушилки

Для этого вначале определим, с учетом расчетов по п. 16 и 17 фактическую величину влагосъема в реконструированной зерносушилке.

W^ф = DW^ф_п.н + DW^ф_охл + DW^ф_пр.охл = 0,258 + 0,15 + 0,45 = 0,858 кг/с.

Фактическая производительность зерносушилки по сырому зерну

G^ф₀ = G₃ + W^ф = 9,3 + 0,858 = 10,158 кг/с.

Фактическая влажность сырого зерна

w^ф₀ = 100 – (G₃/G₀)×(100 – w₃) = 100 – (9,3/10,158)×(100 – 14) = 21,26 %.

(w^ф₀)^c = 100×w^ф₀/(100 – w^ф₀) = 100×21,26/(100 – 21,26) = 27 %.

Коэффициент перевода массы просушенного зерна в плановые единицы в зависимости от влажности до и после сушки

К_в = (w^c₀ – w^c₃)/[w^c₀ – 0,011×(w^c₀)² – 9,4] = (27 – 16,28)/[27 – 0,011×(27)² – 9,4] = 10,72/9,58 = 1,12.

Фактическая производительность зерносушилки

G^ф = 3,6×G^ф₀×К_в×К_к(н) = 3,6×10,158×1,12×1 = 41 план. т/ч.

19. Определим расход топлива на сушку и термический КПД зерносушилки.

Для этого вначале сделаем поправку на нормативную температуру атмосферного воздуха и зерна t^н₀ = q^н₀ = 5 °С:

дополнительный расход (+) или снижение расхода (–) теплоты DQ_в (кВт) на нагрев или охлаждение наружного воздуха, идущего на процесс горения и смешения с топочными газами (для получения агента сушки необходимой температуры), с учетом массового расхода агента сушки L^ф_а.с = L^ф_п.н (кг/с) в зоне предварительного подогрева и удельной теплоемкости агента сушки с_а.с = 1,004 кДж/(кг×К),

DQ_в = L^ф_а.с×с_а.с×(5 – t₀) = = 9,6×1,004×(5 – 5) = 0;

дополнительный расход (+) или снижение расхода (–) теплоты DQ_з (кВт) на нагрев или охлаждение зерна (без испарения влаги при нагреве) при производительности зерносушилки по сырому зерну G^ф₀ (кг/с), удельной теплоемкости сырого зерна с₀ = 4,19×(w^ф₀/100) + 1,55×([100 – w^ф₀]/100) = 4,19×(21,26/100) + 1,55×([100 – 21,26]/100) = 2,11 кДж/(кг×К),

DQ_з = G^ф₀×с₀×(5 – q₀) = 10,158×2,11×(5 – 5) = 0.

Потери теплоты на нагрев транспортных средств за счет теплоты перемещаемой смеси сырого и рециркулируемого зерна

DQ_тр = G^ф_см×с_см×0,035×(q_см – t₀) = (G^ф₀×N)×с_см×0,035×(q_см – t₀) = (10,158×4,405)×0,035×(46,4 – 5) = 64,8 кВт.

Фактический расход теплоты в реконструированной зерносушилке при нормативных значениях температуры атмосферного воздуха и зерна

Q^ф = DQ_з + DQ_в + DQ_тр + Q^ф_п.н= 0 + 0 + 64,8 + 4145,8= 4210,6 кВт.

Расход натурального топлива на сушку при известных значениях низшей теплоты сгорания фактического топлива и КПД топки h_т = 0,95 составляет:

В = Q^ф/(Q^р_н×h_т) = 4210,6/(37204,4×0,95) = 0,119 м³/с;

В = 0,394×r_см = 0,119×0,729 = 0,087 кг/с.

Расход условного топлива на сушку с учетом низшей теплоты сгорания условного топлива (Q^р_н = 29330 кДж/кг)

В_у = Q^ф/(29330×h_т) = 4210,6/(29330×0,95) = 0,15 кг/с.

Удельный расход условного топлива на сушку

b_у = 3600×B_у/G^ф = 3600×0,15/41 = 13,17 кг/план. т.

Термический КПД зерносушилки

h_с = S(DW^ф_i×q_иi)/(B×Q^p_н) = (DW^ф_п.н×q_и.п.н + DW^ф_охл×q_и.охл + DW^ф_пр.охл×q_{и.пр.охл})/(B×Q^p_н) = (0,258×2507,5 + 0,15×2294,9 + 0,45×2334,8)/(0,119×37204,4) = (646,9 + 344,2 + 1050,7)/4427,3 = 0,46.

20. Сравнение удельных затрат условного топлива на сушку и термического КПД реконструированной и базовой зерносушилок.

(b^ф_у = 13,17 кг/план. т) > (b^н_у = 12,2 кг/план. т), следовательно, реконструкция нецелесообразна.

21. Размер годового перерасхода условного топлива

DВ_у = G_год×Db_у = (Т_год×G)×Db_у = 615×41×(13,17 – 12,2) = 24458,6 кг.

 

а б Рециркуляционная зерносушилка Целинная-50 одноконтурная: а - схема; б — общий вид; 1 — шахта окончательного охлаждения; 2 — шахта промежуточного охлаждения; 3 — бункер тепло-и влагообмена; 4 — диффузор; 5 — камера нагрева; 6 — механизм загрузки; 7 — надсушильный бункер; 8 — вентилятор; 9 — нория; 10 — конфузор