Расчет аэрофонтанной сушилки

 

    Газовые горелки при сжигании природного газа работают с невысоким давлением  и скоростью выхода газовой струи  из сопла не более 60-70 м/с. Воздух на горение подается двумя потоками: через корпус горелки 20-40 % и 80-60 % непосредственно в топку (рисунок 1). 

Расход  природного газа, В, кг/ч 730,8

Плотность природного газа, ρ_г, кг/м³ [см.1, таблица 45] 0,78

Расход  воздуха на горение, L, кг воздуха/кг газа 20,363

Плотность воздуха при t₀=5 ºС и x₀=0,004 кг/кг

ρ_в, кг/м³ [см.6, приложение 2] 1,226 

Расход  природного газа:

V_г=В/ρ_г=730,8/0,78=936,923 м³/ч.

 

Расход  воздуха на горение:

=L∙B∙ρ_в=20,363·730,8/1,226=12138,075 м³/ч. 

Диаметр газового сопла при w_с=70 м/с:

0,069 м.

Принимаем d=70 мм. 

Диаметр трубы, подводящей газ  к форсунке, при w_г=15 м/с:

0,149 м.

Принимаем трубу Ø152×7 по [см.5, таблица 8]. 

Определяем  наружный диаметр трубы корпуса  горелки.

Принимаем расход первичного воздуха 35% от =12138,075 м³/ч, т.е.

V_в=0,35·12138,075=4248,326 м³/ч,

а скорость воздуха в кольцевом сечении  форсунки w_в=20 м/с, тогда сечение кольцевой щели:

f_воз=V_в/3600∙w_в=4248,326/3600·20=0,059 м². 

Диаметр кольцевой щели:

=0,274 м. 

f_газ=V_г/3600∙w_г=936,923/3600·15=0,017 м². 

Сечение, занимаемое газовой  трубой диаметром  152 мм, равно:

f=f_воз+f_газ=0,059+0,017=0,0076 м². 
 
 

Этому сечению соответствует  диаметр:

0,311 м.

Принимаем трубу корпуса горелки Ø325×12 по [см.5, таблица 8]. 

Объемная  производительность вторичного воздуха:

12138,075-4248,326=7889,749 м³/ч. 

Диаметр воздуховода вторичного воздуха при скорости w=3 м/с:

=0,965 м.

Принимаем воздуховод Ø1000×1,0 [см.5, таблица 2]. 

Диаметр воздуховода первичного воздуха:

=0,274 м.

Принимаем воздуховод Ø280×0,6 [см.5, таблица 2]. 

    Гидравлической  сопротивление газовой горелки  ориентировочно принимаем равным ΔP_г=5000 Па.

3.7 Вентилятор подачи  воздуха на горение

 

    Расчет  проводим согласно рисунку 1. Вентилятор и топка смонтированы на открытой площадке, защищенной от атмосферных осадков индивидуальным навесом. Воздух от вентилятора подается по параллельным воздуховодам, поэтому расчет проводим по линии наибольшего сопротивления – по линии подачи воздуха в горелку.  
 

 

Параметры воздуха, подаваемого  в форсунку

Объемная  производительность, V_в, м³/ч 4248,326

Температура, t₀,°С 5

Плотность, r_t0, кг/м³  [см.6, приложение 2] 1,226

Динамическая  вязкость, m_t0, Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10^-6

Диаметр воздуховода, мм Ø280×0,6 

Фактическая скорость воздуха:

w=V_в/0,785∙D²=4248,326/3600×0,785×0,2788²=19,34 м/с. 

Критерий  Рейнольдса:

Re=w∙D∙r_t0/m_t0=19,34×0,2788×1,226/17,49×10^-6=377963,533. 

    Коэффициент трения определяем по критерию Re для гладкой трубы (шероховатости практически отсутствуют, так как воздуховод новый) и по Re=377963,533; е=0,1 мм, при d_э/е=278,8/0,1=2788 [см.1, рисунок 5]; l=0,018.

Длину воздуховода принимаем ориентировочно: L=7 м. 

Местные сопротивления принимаем по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:

конфузор (вход в вентилятор) z_к=0,21 1 шт.

диффузор (выход из вентилятора) z_диф=0,21 1 шт.

отводы  при a=90°  z_от=0,39 3 шт.

заслонка (задвижка) z_з=1,54 1 шт.

диафрагма (измерение расхода воздуха) z_д=2 1 шт.

вход  в горелку z_вх=1 1 шт. 

Sz=1∙z_к+1∙z_диф+3∙z_от+1∙z_з+1∙z_д+1∙z_вх=1×0,21+1×0,21+3×0,39+1×1,54+1×2+1×1=6,13. 

 

Гидравлическое  сопротивление воздуховода:

=(1+(l∙L/D)+Sz)∙(w²∙r_t0/2)=(1+(0,018×7/0,2788)+6,13)×( 19,34²×1,226/2)=

=1738,415 Па. 

Суммарное гидравлическое сопротивление  от вентилятора до топки:

SDР^г= +DР_г+DР_топки=1738,415+5000+500=7238,415 Па,

где DР_г=5000 Па – сопротивление горелки при подаче воздуха на горение;

DР_топки=500 Па – сопротивление топки. 

    Выбираем вентилятор высокого давления [см.5, таблица 31] по             =12138,075 м³/ч=3,372 м³/с и SDР^г=7238,415 Па.

    Принимаем турбовоздуходувку марки ТВ-250-1,12 V=4,16 м³/с, DР=12000 Па, n=49,3 с^-1. 

Установочная  мощность электродвигателя:

N=b∙ ∙SDР^г/1000∙h=1,1×3,372×7238,415/1000×0,65=41,306 кВт.

Принимаем электродвигатель типа АО2-82-2, N=55,0 кВт [см.5, таблица 17].

3.8 Вентилятор-дымосос

 

    Вся сушильная установка (рисунок 1), начиная  от камеры смешения, работает под небольшим  разрежением. Это исключает утечку топочных газов через неплотности в газоходах и аппаратах и подсос воздуха на разбавление топочных газов. 
 
 

 

3.8.1 Патрубок с обратным  клапаном для подсасывания  воздуха в камеру смешения (приточная шахта) 

    Воздух  из атмосферы подсасывается в  камеру смешения с целью снизить  температуру топочных газов с 1000 °С до 350 °С. 

Параметры атмосферного воздуха

Влагосодержание, х₀, кг пара/кг воздуха 0,004

Температура, t₀, °С 5

Масса воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления топочных газов  в расчете на 1 кг газа, L_см, кг воздуха/кг газа 85,218

Расход  топлива, В, кг/ч  730,8

Плотность, r_t0, кг/м³  [см.6, приложение 2] 1,226

Вязкость, m_t0, Па×с [см.6, приложение 3] 17,49×10^-6

Давление, Р_t0, Па 1,013×10⁵ 

Объемный  расход воздуха на разбавление топочных газов:

=B·L_см·(1+x₀)/r_t0=730,8×85,218·(1+0,004)/1,226=51000,346 м³/ч=14,167 м³/с. 

Диаметр воздуховода рассчитываем, принимая скорость воздуха w=10 м/с по [см.5, таблица 9]:

D= 1,343 м.

    Выбираем  стандартный диаметр воздуховода [см.5, таблица 2]:                Ø 1400×1,0 мм, D=1,398 м. 

Фактическая скорость воздуха:

w= /0,785·D²=14,167/0,785×1,398²=9,234 м/с.

 

Критерий  Рейнольдса:

Re=w·D·r_t0/m_t0=9,234×1,398×1,226/17,49×10^-6=904893,987. 

    Коэффициент трения l определяем для гладкой трубы по Re=904893,987, е=0,1 мм, при d_э/е=1398/0,1=13980 и по [см.1, рисунок 5] l=0,013.

    Длина патрубка: L=2 м. 

Местные сопротивления в патрубке принимаем  по [см.5, таблица 12] и рисунку 1:

патрубок z_вх=2,5 1 шт.

выход из патрубка z_вых=1 1 шт. 

Sz=z_вх+z_вых=2,5+1=3,5.