Сушильный барабан для сушки гранул в производстве керамзита производительностью 100000 м3 в год

Барабанные сушильные установки при проектировании подбирают из расчета удельного объемного напряжения по влаге. Выбираемое удельное объемное напряжение зависит от способности материала к пылеобразованию. Чем больше его способность к пылеобразованию, тем меньше удельное объемное напряжение можно допускать при сушке. Указанное объясняется увеличением объемного напряжения по влаге и расхода сушильного агента при большей скорости его движения по барабану, что требует создания большего отрицательного давления (разрежения) в установке.

Например, высушенная глина выносится из сушилки с отработанным сушильным агентом при большой его скорости. Наоборот, при сушке щебня можно создавать большую скорость сушильного агента и щебень уноситься не будет. Следовательно, для глины необходимо незначительное объемное напряжение по влаге. По практическим данным, оно не должно превышать 50 кг/(м3*ч). Для сушки щебня, наоборот, объемное напряжение по влаге может достигать 120 кг/(м3*ч) и более.

Ориентировочный расход теплоты в барабанных сушилах составляет 4200 — 5800 кДж/кг испаренной влаги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет сушильного барабана

2.1 Исходные данные для  проектирования

 

В задании необходимо запроектировать сушильный барабан для сушки гранул производстве керамзита. Производительность сушилки Пг=100 000 м3/год.

Сушка производится топочными газами, получаемые при сжигании природного газа, и  разбавленными атмосферным воздухом в смесительной камере перед входом их в барабан. Начальные параметры дымовых газов : температура t1 = 800ºС и влагосодержание d1=61 г/кг сухого воздуха.

Начальная влажность гранул wн = 20 %; конечная wк = 12 %; плотность материала ρ=1800 кг/м3; материал поступает в камеру прогретым до   tн = 20ºС; температура материала при выходе составляет tн = 100ºС; температура отработанного газа tн = 120ºС. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Технологический расчет

 

1. Размеры сушильного барабана

Количество влаги, удаляемой при сушке глины:

     .                          (1)

Часовая производительность:

                (ρ=1800 )            (2)

  Годовой фонд рабочего времени:     

         час                                            (3)

где ДВ, ДП и ДК – соответственно дни воскресенье, праздничные и дни, предусмотренные на капитальный ремонт;

      ФГ = (365 – (53+10+18))*24*0,9 = 6135 ч.

Принимаем напряженность объема барабана по влаге равной m0 = 50 кг/м3*ч, тогда необходимый внутренний объем барабана без учета заполнения его перегородками (8 – 10%):

      .                                                                (4)

По данному объему подбираем барабан длиной L=12м и диаметром D=2,8м. Внутренний объем барабана составляет Vб=74 м3.

Проверим объем барабанного сушила. Принимаем объемный коэффициент теплоотдачи αV=200 Вт/м3 * ºС.

Расход тепла на нагрев материала:

qм=Рч*см*(tк - tн), кДж/ч (5)

где  см – теплоемкость высушенного материала при конечной влажности , кДж/кг* ºС.

      см =сс , кДж/кг* ºС                                               (6)

где сс – теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/кг* ºС.

сс=0,921

см =0,921 .

qм=29340*1,31*(100 - 20)=3074832 кДж/ч.

Полезный расход тепла на сушку:

       Q=(2493+1,97tк–4,2t`м)0,278n+0,278qм,Вт                                    (7)

       Q=(2493+1,97*120 – 4,2*20 )0,278*2934+0,278*3074832= 3012529 Вт.

Средняя логарифмическая разность температур:

       ∆tн=780º, ∆tк=20º, ∆t=210º.

Объем барабана:

, м3                                                                                  (8)

       где kб=1,1 – коэффициент, учитывающий долю объема барабана, занятого лопастями.

м3.

Соответственно подбираем барабан длиной L=14м и диаметром D=2,8м. Внутренний объем барабана составляет Vб=86,2 м3.

2. Производительность барабана

Фактическая производительность по высушенной глине:

          . (9)

При заданной производительности Рч=29340 кг/ч напряженность барабана по влаге составит m0=34 кг/м3*ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Тепловой расчет

 

1. Расчет начальных параметров сушильного агента

Количество испаренной в сушилке влаги w=2934 кг/ч.

Количество влажной глины, поступающей в сушилку:

            G=Рч + w = 32274 кг/ч. (10)

Составляем тепловой баланс сушилки. Топливо – природный газ (месторождение Бухара - Урал): СН4=94,2%, С2Н6=3,2%, С3Н8=0,4%, С4Н10=0,1%, С5Н12=0,1%, N2=0,9%, СО2=0,4%.

Qнр=8770 ккал/м3.

Теоретическое количество сухого воздуха для сжигания 1 кг топлива

L0=0,0476(2 СН4+3,5 С2Н6+5 С2Н6+6,5 С4Н10+8 С5Н12) (11)

Высшая теплота сгорания топлива:

Qвр= Qнр+600Σ СmНn                                                                (12)

Qвр=10100 ккал/м3.

Общий коэффициент избытка воздуха. Необходимый для получения газов с tг=800 ºС:

, (13)                 где ηт =0,95 – к. п. д. топки; ст=0,32 ккал/кг*град – теплоемкость газообразного топлива; t=20°C – температура газа; сс.г = 0,27 ккал/кг*град – теплоемкость сухого газа при t=800°C; in=595+0,47*800=1018 ккал/кг (0,47 ккал/кг*град – приблеженное значение удельной теплоемкости пара); Wт=0 – вес водяного пара. Содержащегося в газе; d0=10 г/кг сухого воздуха – влагосодержание наружного воздуха при t=20°C; l0=10,7 ккал/кг – энтальпия воздуха.                                                            

α = 3,99

Плотность газа:

Ρ=

Процентное массовое содержание составляющих газа:

СН4=

С2Н6=5,7%

С3Н8=1%

С4Н10=0,3%

С5Н12=0,43%

          Σ

Вес сухих газов:

                                                                (14)  

GС.Г=39,48 кг/кг топлива

Вес водяных паров:

                                                                   (15)

 кг/кг топлива

Влагосодержание газов на входе в сушилку:

d1=1000*                                                                                       (16)

d1=1000* г/кг сух.газов

Энтальпия топочных газов, входящих в сушилку:

 ,   ккал/кг сух. газа                                         (17)

ккал/кг сух. газа = 1064 кДж/ кг сух. газа.

2. Теоретические значения процесса  сушки

Перед входом в сушилку смесь топочных газов с воздухом характеризуется энтальпией I1=254 ккал/кг сух. газа = 1064 кДж/ кг сух. газа, tн=800°C и влагосодержанием d1=61 г/кг сух.газа. Конечная температура газов tк=120°C Конечное значение d2 находим по Id – диаграмме, d2=320 г/кг сух.газа.

Расход сухих газов для теоретического процесса сушки:

, кг сух. газ./ч. (18)

, кг сух. газ./ч.

3.Потери теплосодержания газов в процессе сушки. При действительном процессе сушки будут потери тепла в окружающую среду через стенки сушильного барабана и расход тепла на нагрев сушимого материала. Общие тепловые потери будут составлять:

qпот= qм+ qокр , кДж/ч (19)

Расход тепла на нагрев материала был определен ранее :

qм=29340*1,31*(100 - 20)=3074832 кДж/ч.

Потери тепла через стенки в окружающую среду:

qокр= , кДж/ч (20)                 где (tгаз- tвоз) – разность температур газов рабочего пространства сушила и окружающего воздуха, град; α1 – коэффициент теплоотдачи от сушильных газов к стенкам внутри рабочего пространства; Σ S/λ – сумма тепловых сопротивлений отдельных слоев барабана сушила; S – толщина слоя, м; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м*град; α2 – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенок в окружающую среду.

α1=100 Вт/м2*°С,

S1=0,012 м,

λ 1=58,2 Вт/м*град (стальной корпус),

S2=0,2 м, (тепловая изоляция из диатомита ρ=750 кг/м3)

λ 2=0,2 Вт/м*град,

tвоз=20°С.

Температура газов внутри барабана:

                                                     (21)

где tср.м= tн.м + 2/3(tк.м – tн.м).

tср.м=73,3°С.

°С.

Поверхность барабана при L=14 м и D=2,8 м составляет:

F = π*D*L, м2           (22)

F = 3,14*2,8*14 = 123,1 м2      

qокр= кДж/ч

qпот=3074832 + 541425 = 3616257 кДж/ч

Потери теплосодержания будут равны:

, кДж/кг сух.газ. (23)

 кДж/кг сух.газ.

4. Действительный процесс сушки на I–d – диаграмме.

Конечные параметры действительного процесса сушки:

tк=120°C

d2=230 г/кг сух.газа.

Действительный расход газов на сушку будет равен:

, кг сух. газ./ч.                                                                       (24)

, кг сух. газ./ч.

Расход тепла на сушку находим по формуле:

Q=Gгаз(Iн` - Iвоз)-4,2ntм, кДж/ч (25)

Q=17361*(254 – 10,7)*4,19 - 4,2*2934*20 =12575875 , кДж/ч

Расход тепла в топке:

Qтоп=12575875/0,95 = 13237763 кДж/ч

Удельный расход тепла на сушку, отнесенный к 1 кг испаренной влаги, будет равен:

qw=12575875/2934 = 4286 кДж/кг вл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Автоматизация

 

В настоящее время существует много различных систем регулирования режима сушки керамзитовых гранул. Основным регулируемым параметром является температура сушки.

К системам автоматического регулирования сушки керамзитовых гранул предъявляется ряд требований, из которых главными являются:

- обеспечение заданной точности  и стабильности регулирования  температурного режима по установленной  программе;

- обеспечение непрерывного автоматического  контроля температурного режима и записи температуры в функции времени;

- простота монтажа и эксплуатации;

- максимальная экономичность [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Охрана труда и техника безопасности

 

Условия труда при эксплуатации сушильных установок регламентируются соответствующими правилами и инструкциями. Контроль за соблюдением правил и инструкций по охране труда и технике безопасности осуществляется органами государственного надзора и общественными организациями, которые и разрабатывают эти нормы.

  Согласно действующим нормативам, в цехах, где размещаются тепловые установки, необходимо иметь: паспорт установленной формы с протоколами и актами испытаний, осмотров и ремонтов на каждую установку; рабочие чертежи находящегося оборудования и схемы размещения КИП; исполнительные схемы всех трубопроводов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации и ремонту. В таких инструкциях должно быть краткое описание установок, порядок их пуска, условия безопасной работы, порядок остановки, указаны меры предотвращения аварии. Кроме того, инструкции должны содержать четкие указания о порядке допуска к ремонту установок, о мерах безопасного обслуживания и противопожарных мероприятиях.

    На стадии проектирования  предусматриваются нормы безопасной  работы и эксплуатации тепловых установок. Каждая тепловая установка разрабатывается с таким расчетом, чтобы она создавала оптимальные условия ведения технологического процесса и безопасные условия труда. Для этого необходимо, чтобы поверхности установок были теплоизолированы и имели температуру не выше 40 °С.

    Проектировать сушила, в  которых используются продукты горения топлива, разрешается только при давлении менее атмосферного (разрежение).

Оборудование тепловых установок проектируют с ограждением, а его включение в работу должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Площадки для обслуживания, находящиеся выше уровня пола, оборудуют прочным ограждением и сплошной обшивкой по нижнему контуру.

Отопление и вентиляция цехов, в которых устанавливают тепловые установки, необходимо рассчитывать с учетом выделения теплоты, испарения влаги и выделения пыли. Электрооборудование тепловых установок проектируют с заземлением. Все переносное освещение делают низковольтным.

Электрооборудование тепловых установок должно быть запроектировано с ограждением и заземлением.

При эксплуатации тепловых установок в цехах, где они расположены, кроме соблюдения требований, упомянутых в общих положениях, обязательно должны быть вывешены на видном месте инструкции по правилам эксплуатации установок и охране труда. Весь обслуживающий персонал тепловых установок допускается к работе только после изучения, а также после обязательного документального оформления проверки его знаний.

При использовании в качестве сушильного агента продуктов горения топлива не допускается работа сушильных установок на избыточном (сверх атмосферного) давлении.

При использовании продуктов горения в установках работающих на разрежении, необходимо следить за плотностью каналов, подводящих и отводящих теплоноситель, за надежной вентиляцией сушильных цехов. При загрузке и разгрузке материала необходимо обращать особое внимание на то, чтобы продукты горения не попадали в цех через открытые двери туннелей.

Все вентиляционное хозяйство сушильных цехов должно иметь надежное ограждение и сигнализацию о пуске. Электроприводы кроме ограждения должны быть надежно заземлены.

Ремонтные работы непосредственно в сушильных установках можно проводить только в специальных костюмах и в кислородной маске. При ремонте сушил, работающих на горячем воздухе, вместо кислородной маски допускается специальная охлаждающая маска, ношение которой обязательно при работе в туннелях, камерах, каналах, т. е. там, где температура превышает 40°С.