Характеристика газов, входящих в состав газового топлива

Пример конструктивно-поверочного расчета шахтной

Рециркуляционной зерносушилки, 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 — t ₀ = 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	—	—

 

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 t ₀ = 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 d ₀ = 5,51 г/кг и Н ₀ = 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 1-ю и 3-ю зоны сушки t ₁ = 140 °С, во 2-й зоне сушки используется агент с температурой t ₂ = 160 °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 L ₀, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг.

Для газообразного топлива

L ₀ = 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

L ₀ = 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 + 0,112×1,06 + 0,111×0,57ý = 1,38×(11,25 + 0,9 + 0,38 + 0,12 + 0,06) = 1,38×12,7 = 17,5 кг/кг.

5. Рассчитываем энтальпию водяного пара Н _п (кДж/кг) атмосферного воздуха при температуре воздуха t ₀ (°С):

Н _п = r _{t = 0} + c _п× t ₀ = 2500 + 1,88×5 = 2509,4 кДж/кг.

6. Рассчитываем значение коэффициента избытка воздуха a.

a = í(Q _в)^р×h_т – [Sí0,09n×(C_mH_n) / (12m + n)ý + 0,01W^p]×[2500(1 – h_т) + 0,88× t _а.с] – c _а.с× t _а.с + c _т× t _тý / í L ₀×(0,001 d ₀× H _п – Н ₀ + с _а.с× t _а.с)ý,

где h_т — КПД топки: для летних условий (t ₀ > 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 = t ₀ = 5 °С; d ₀, H _п, H ₀ — 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) + 0,88×140] – 1,004×140 + 2,2×5ý / í17,5×(0,001×5,51×2509,4 – 18,84 + 1,004×140)ý = í39137,34 – [2,025 + 0,1386 + 0,054 + 0,017 + 0,009]×[125 + 123,2] – 140,6 + 11ý / í17,5×(13,827 – 18,84 + 140,6)ý = í39137,34 – [2,2436]×[248,2] – 140,6 + 11ý / í17,5×(135,6)ý =í39137,3 – [2,2436]×[248,2] – 140,6 + 11ý / í17,5×(135,6)ý = 38450,8/2373 = 16,2.

a₂ = 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) + 0,88×160] – 1,004×160 + 2,2×5ý / í17,5×(0,001×5,51×2509,4 – 18,84 + 1,004×160)ý = í39137,34 – [2,025 + 0,1386 + 0,054 + 0,017 + 0,009]×[125 + 140,8] – 160,6 + 11ý / í17,5×(13,827 – 18,84 + 160,6)ý = í39137,34 – [2,2436]×[265,8] – 160,6 + 11ý / í17,5×(155,6)ý =í39137,3 – [2,2436]×[265,8] – 160,6 + 11ý / í17,5×(155,6)ý = 38391,4/2723 = 14,1.

7. Рассчитаем влагосодержание d (г/кг) и энтальпию Н (кДж/кг) агента сушки.

d ₁ = í1000[Sí0,09n×(C_mH_n) / (12m + n)ý + 0,01W^p] +a₁× L ₀× d ₀ý / ía₁× L ₀ + 1 – Sí0,09n×(C_mH_n) / (12m + n)ý – 0,01W^pý = í1000[2,2436] +16,2×17,5×5,51ý / 16,2×17,5 + 1 – 2,2436ý = í2243,6 +1562ý /í 283,5 + 1 – 2,2436ý = 3805,6/282,26 = 13,48 г/кг;

d ₂ = í1000[Sí0,09n×(C_mH_n) / (12m + n)ý + 0,01W^p] +a₂× L ₀× d ₀ý / ía₂× L ₀ + 1 – Sí0,09n×(C_mH_n) / (12m + n)ý – 0,01W^pý = í1000[2,2436] +14,1×17,5×5,51ý / 14,1×17,5 + 1 – 2,2436ý = í2243,6 +1360ý /í 246,8 + 1 – 2,2436ý = 3603,6/245,6 = 14,67 г/кг;

Н ₁ = с _а.с× t ₁ + 0,001× d ₂(2500 + 1,88× t ₁) = 1,004×140 + 0,001×13,48×(2500 + 1,88×140) = 140,6 + 37,2 = 177,8 кДж/кг;

Н ₂ = с _а.с× t ₁ + 0,001× d ₃(2500 + 1,88× t ₁) = 1,004×160 + 0,001×14,67×(2500 + 1,88×160) = 160,6 + 41,1 = 201,7 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/(3,6 К _в К _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 1-й зоне сушки DW_1с = 0,25×W = 0,25×0,7 = 0,175 кг/с;

в 3-й зоне сушки DW_3с = 0,25×W = 0,25×0,7 = 0,175 кг/с;

в зоне окончательного охлаждения DW_охл = 0,1×W = 0,1×0,7 = 0,07 кг/с;

во 2-й зоне сушки DW_2с = W – (DW_1с+ DW_3с + DW_охл)= 0,7 – (0,175 + 0,175 + 0,07) = 0,28 кг/с.

9. Определим позонные (по зонам нагрева, сушки 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 G₂ = G₃ + DW_охл = 9,3 – 0,07 = 9,37 кг/с.

Производительность зерносушилки на входе в 3-ю зону сушки G_см2 = G₂ + DW_3с = 9,37 + 0,175 = 9,545 кг/с.

Соответственно влажность зерна (%) на входе в эти зоны будет:

w₂ = 100 – (G₃/G₂)×(100 – w₃) = 100 – (9,3/9,37)×(100 – 14) = 14,64 %.

w_см = 100 – (G₂/G_см2)×(100 – w₂) = 100 – (9,37/9,545)×(100 – 14,64) = 16,2 %.

Определим необходимое значение коэффициента циркуляции по формуле

N = A× K _к(н)×(w₀^c – w₃^c)/[w₀^c – 0,011×(w₀^c)² – 9,4],

где А коэффициент, учитывающий особенности конструкции зерносушилки: для рассчитываемой зерносушилки А = 3,5; w₀^c = 20/(100 – 20) = 25 %; w₃^c = 14/(100 – 14) = 16,28 %.

N = 3,5×1×(25 – 16,28)/[25 – 0,011×(25)² – 9,4] = 30,5235/8,725 = 3,5.

Производительность по смеси сырого и рециркулируемого зерна

G_см = G₀× N = 10×3,5 = 35 кг/с.

Производительность перед 1-й зоной сушки G_см1 = G_см – G_см2 = 35 – 9,545 = 25,455 кг/с.

Производительность после 1-й зоны сушки G₁ = G_см1 – DW_1с = 25,455 – 0,175 = 25,28 кг/с.

Влажность зерна перед 2-й зоной сушки

w₁ = 100 – (G_см1/G₁)×(100 – w_см) = 100 – (25,455/25,28)×(100 – 16,2) = 15,62 %.

Производительность после 3-й зоны сушки (по рециркулируемому зерну) G_рец = G₁ – DW_2с = 25,28 – 0,28 = 25,0 кг/с.

Влажность рециркулируемого зерна (после 2-й зоны сушки)

w_рец = 100 – (G₁/G_рец)×(100 – w₁) = 100 – (25,28/25)×(100 – 15,62) = 14,675 %.

Влажность смеси зерна (проверка)

w_см = [w₀ + (N – 1)×w_рец]/ N = [20 + (3,5 – 1)×14,675]/3,5 = 16,2 %. (сошлось).

10. Установим позонные значения температуры зерна.

Примем q₀ = t ₀ = 5 °С.

Согласно приложению 4 предельная температура нагрева зерна q_пред = 60 °С.

Примем температуру рециркулируемого зерна q_рец = q_пред = 60 °С.

Температура смеси q_см = [q₀ + (N – 1)×q_рец]/ N = [5 + 2,5×60]/3,5 = 45,6 °C.

q₁ = q_см – 5,6 = 45,6 – 5,6 = 40 °С.

q₂ = q_см + 4,4 = 50 °.

q₃ = q₂ – (1 – 0,003×q₂)×(q₂ – t ₀) = 50 – (1 – 0,003×50)×(50 – 5) = 7,5 °С.

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

t ¢₁ = 0,125×(q_см + q₁ + 2 t ₁) + 5 = 0,125×(45,6 + 40 + 2×140) + 5 = 50,7 °С;

t ²₁ = 0,125×(q_см + q₂ + 2 t ₁) + 5 = 0,125×(45,6 + 50 + 2×140) +5 = 52 °С;

t ¢₂ = 0,125×(q₁ + q_рец + 2 t ₂) + 5 = 0,125×(40 + 60 + 2×160) + 5 = 57,5 °С;

t ¢₀ = 0,5×(q₂ + q₃) – 5 = 0,5×(50 + 7,5) – 5 = 23,8 °С.

12. Производим аналитический расчет затрат и потерь теплоты.

Вначале определяем затраты теплоты на испарение влаги

q _и.1с = (2500 + 1,88× t ¢₁) – 4,19×q_см = 2500 + 1,88×50,7 – 4,19×45,6 = 2500 + 95,3 – 191 = 2404,3 кДж/кг;

q _и.3с = (2500 + 1,88× t ²₁) – 4,19×q_см = 2500 + 1,88×52 – 4,19×45,6 = 2500 + 97,8 – 191 = 2406,8 кДж/кг;

q _и.2с = (2500 + 1,88× t ¢₂) – 4,19×q₁ = 2500 + 1,88×57,5 – 4,19×40 = 2500 + 108,1 – 167,6 = 2440,5 кДж/кг;

q _и.охл = (2500 + 1,88× t ¢₀) – 4,19×q₂ = 2500 + 1,88×23,8 – 4,19×50 = 2500 + 44,7 – 209,5 = 2335,2 кДж/кг.

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

с _см = [ с _в×w_см + с _с.в×(100 – w_см)]/100 = [4,19×16,2 + 1,55×(100 – 16,2]/100 = [67,88 + 129,89]/100 = 1,98 кДж/(кг×К);

с ₁ = [ с _в×w₁ + с _с.в×(100 – w₁)]/100 = [4,19×15,62 + 1,55×(100 – 15,62]/100 = [65,45 + 130,79]/100 = 1,96 кДж/(кг×К);

с ₂ = [ с _в×w₂ + с _с.в×(100 – w₂)]/100 = [4,19×14,64 + 1,55×(100 – 14,64]/100 = [61,34 + 132,31]/100 = 1,94 кДж/(кг×К);

с _рец = [ с _в×w_рец + с _с.в×(100 – w_рец)]/100 = [4,19×14,675 + 1,55×(100 – 14,675]/100 = [61,49 + 132,25]/100 = 1,94 кДж/(кг×К);

с ₃ = [ 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 зонах сушки.

q _м.1с = [G₁× с ₁×(q₁ – q_см)]/DW_1с = [25,28×1,96×(40 – 45,6)]/0,175 = – 1585,6 кДж/кг;

q _м.2с = [G_рец× с _рец×(q_рец – q₁)]/DW_2с = [25×1,94×(60 – 40)]/0,28 = 3464,3 кДж/кг;

q _м.3с = [G₂× с ₂×(q₂ – q_см)]/DW_3с = [9,37×1,94×(50 – 45,6)]/0,175 = 457 кДж/кг.

Рассчитываем средние значения температуры агента сушки (в 1-й — 3-й зонах сушки) и воздуха (в зоне охлаждения).

t _ср.1с = 0,5×(t ₁ + t ¢₁) = 0,5×(140 + 50,7) = 95,4 °С;

t _ср.3с = 0,5×(t ₁ + t ²₁) = 0,5×(140 + 52) = 96,0 °С;

t _ср.2с = 0,5×(t ₂ + t ¢₂) = 0,5×(160 + 57,5) = 108,8 °С;

t _ср.охл = 0,5×(t ₀ + t ¢₀) = 0,5×(5 + 23,8) = 14,4 °C.

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

Для зон сушки и охлаждения:

a_{1(1с+2с+ 3c + охл)} = С + D×v = 6,16 + 4,19×0,3 = 7,4 Вт/(м²×К);

a_{2(1с+2с+3с+охл)} = С + D×v = 6,16 + 4,19×5 = 27,1 Вт/(м²×К).

Для железобетонной стенки коэффициент теплопередачи l = 1,54 Вт/(м×К), толщина d = 0,1 м.

Коэффициент теплопередачи

к _1с = к _2с = к _3с = к _охл = 1/[1/a_{1(1с+2с+охл)} + d/l + 1/a₂] = 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 _1с = 2×1,5×23×0,2 = 13,8 м²;

F _3с = F _1с = 13,8 м²;

F _2с = 2×1,5×32×0,2 = 19,2 м²;

F _охл = 2×1,5×32×0,2 = 19,2 м².

Удельные потери теплоты в окружающую среду:

q _о.с.1с = = 0,001× F _1с× к _1с×(t _ср.1с – t ₀)/DW_1с = 0,001×13,8×4,23×(95,4 – 5)/0,175 = 30,15 кДж/кг;

q _о.с.2с = = 0,001× F _2с× к _2с×(t _ср.2с – t ₀)/DW_2с = 0,001×19,2×4,23×(108,8 – 5)/0,28 = 29,96 кДж/кг;

q _о.с.3с = = 0,001× F _3с× к _3с×(t _ср.3с – t ₀)/DW_3с = 0,001×13,8×4,23×(96 – 5)/0,175 = 30,35 кДж/кг;

q _о.с.охл = = 0,001× F _охл× к _охл×(t _ср.охл – t ₀)/DW_охл = 0,001×19,2×4,23×(14,4 – 5)/0,07 = 10,91 кДж/кг.

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

D_1с = с _в×q_см – q _м.1с – q _о.с.1с = 4,19×45,6 – (– 1585,6) – 30,15 = 1746,5 кДж/кг;

D_2с = с _в×q₁ – q _м.2с – q _о.с.2с = 4,19×40 – 3464,3 – 29,96 = – 3326,7 кДж/кг;

D_3с = с _в×q_см – q _м.3с – q _о.с.3с = 4,19×45,6 – 457 – 30,35 = – 296,3 кДж/кг;

D_охл = с _в×q₂ – q _м.охл – q _о.с.охл = 4,19×50 + [(G₃× c ₃)/DW_охл]×(q₂ – q₃) – 12,53 = 209,5 + [(9,3×1,92)/0,07]×(50 – 7,5) – 10,91 = 213,7 + 10841,1 – 10,91 = 11043,9 кДж/кг.

Затем рассчитываем значения влагосодержания отработанного агента сушки и воздуха:

d ¢₁ = [1000×(1,004× t ^¢₁ – H ₁) + D_1с× d ₁]/[D_1с – (2500 + 1,88× t ¢₁)] = [1000×(1,004×50,7 – 177,8) + 1746,5×13,48]/[1746,5 – (2500 + 1,88×50,7)] = [– 126897,2 + 23542,8]/[– 848,8] = 121,76 г/кг;

d ²₁ = [1000×(1,004× t ²₁ – H ₁) + D_3с× d ₁]/[D_3с – (2500 + 1,88× t ²₁)] = [1000×(1,004×52 – 177,8) + (– 296,3)×13,48]/[– 296,3 – (2500 + 1,88×52)] = [– 125592 – 3994,1]/[– 2894,1] = 44,78 г/кг;

d ¢₂ = [1000×(1,004× t ^¢₂ – H ₂) + D_2с× d ₂]/[D_2с – (2500 + 1,88× t ^¢₂)] = [1000×(1,004×57,5 – 201,7) + (– 3326,7)×14,67]/[– 3326,7 – (2500 + 1,88×57,5)] = [– 143970 – 48802,7]/[– 5934,8] = 32,48 г/кг;

d ¢₀ = [1000×(1,004× t ¢₀ – H ₀) + D_охл× d ₀]/[D_охл – (2500 + 1,88× t ¢₀)] = [1000×(1,004×23,8 – 18,84) + 11043,9×5,51]/[11043,9 – (2500 + 1,88×23,8)] = [5055,2 + 60851,9]/8499,2= 7,75 г/кг.

Затем рассчитываем величины удельных расходов l (кг/кг) сухого агента сушки и воздуха.

l _1c = 1000/(d ¢₁ – d ₁) = 1000/(121,76 – 13,48) = 9,24 кг/кг;

l _3c = 1000/(d ²₁ – d ₁) = 1000/(44,78 – 13,48) = 31,95 кг/кг;

l _2c = 1000/(d ¢₂ – d ₂) = 1000/(32,48 – 14,67) = 56,15 кг/кг;

l _охл = 1000/(d ¢₀ – d ₀) = 1000/(7,75 – 5,51) = 446,43 кг/кг.

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

q _1c = l _1c×(H ₁ – H ₀) = 9,24×(177,8 – 18,84) = 1468,8 кДж/кг;

q _2c = l _2c×(H ₂ – H ₀) = 56,15×(201,7 – 18,84) = 10267,6 кДж/кг;

q _3c = l _3c×(H ₁ – H ₀) = 31,95×(177,8 – 18,84) = 5078,8 кДж/кг.

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

Q^р_1с = q _1с×DW^р_1с = 1468,8×0,175 = 257 кВт;

Q^р_2с = q _2с×DW^р_2с = 10267,6×0,28 = 2874,9 кВт;

Q^р_3с = q _3с×DW^р_3с = 5078,8×0,175 = 888,8 кВт.

Далее рассчитаем значения массовых расходов агента сушки (в подогревателе и зонах сушки) и воздуха (в зоне охлаждения).

L ^p_1с = l _1с×DW^р_1с = 9,24×0,175 = 1,617 кг/с;

L ^p_2с = l _2с×DW^р_2с = 56,15×0,28 = 15,722 кг/с;

L ^p_3с = l _3с×DW^р_3с = 31,95×0,175 = 5,591 кг/с;

L ^p_охл = l _охл×DW^р_охл = 446,43×0,07 = 31,25 кг/с.

Объемные расходы агента сушки и воздуха составят:

V ^p_1c= L ^p_1c×u_о.1c×[293/(273 + t ₁)] = 1,617×1,194×[293/(273 + 140)] = 1,37 м³/с;

V ^p_2c= L ^p_2c×u_о.2c×[293/(273 + t ₂)] = 15,722×1,2517×[293/(273 + 160)] = 13,32 м³/с;

V ^p_3c = L ^p_3c×u_о.3c×[293/(273 + t ₁)] = 5,591×1,194×[293/(273 + 140)] = 4,74 м³/с;

V ^р_охл = L ^p_охл×u_о.охл×[293/(273 + t ₀)] = 31,25×0,81×[293/(273 + 5)] = 26,68 м³/с.

13*. Из-за отсутствия в схеме сушилки устройства для предварительного подогрева, расчет по п. 13 не проводим.

14*. Из-за отсутствия в схеме сушилки устройства для предварительного подогрева, расчет по п. 14 не проводим.

15. Определяем расчетное число подводящих и отводящих коробов, а также расчетное число рядов подводящих и отводящих коробов в каждой зоне сушки и 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 (n ^ф_1с = 23; n ^ф_2с = 14) и охлаждения (n ^ф = 18); 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 сушки или охлаждения для того, чтобы обеспечить возможность подвода к зерну расчетного объема V ^p (м³/с) агента сушки или воздуха (а для зон сушки, вместе с агентом сушки, необходимого количества теплоты Q ^р, кВт), составляет:

n ^p_к.1с = 2× V ^p_1с/(f _к×v_к) = 2×1,37/(0,00925×5) = 59,24;

n ^p_к.2с = 2× V ^p_2с/(f _к×v_к) = 2×13,32/(0,00925×5) = 576;

n ^p_к.3с = 2× V ^p_3с/(f _к×v_к) = 2×4,74/(0,00925×5) = 204,97;

n ^p_к.охл = 2× V ^p_охл/(f _к×v_к) = 2×26,68/(0,00925×5) = 1153,73.

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

n ^p_1c = n ^p_к.1с/(a × к) = 59,24/(16×1) = 3,7;

n ^p_2c = n ^p_к.2с/(a × к) = 576/(16×1) = 36;

n ^p_3c = n ^p_к.3с/(a × к) = 204,97/(16×1) = 12,8;

n ^p_охл = n ^p_охл/(a × к) = 1153,73/(16×1) = 72,1.

16. Сопоставим расчетное число рядов коробов с фактическим, уточним величины массовых и объемных расходов агента сушки (по зонам сушки) и объемного расхода воздуха (по зоне охлаждения), а с учетом возможных изменений расходов — уточним величины влагосъема по зонам сушки и охлаждения, расхода теплоты по зонам сушки.

Фактический объемный расход агента сушки (по зонам сушки) и воздуха (по зоне охлаждения) составляет:

V ^ф_1с = V ^р_1с×(n ^ф_1с/ n ^р_1с) = 1,37×(23/3,7) = 8,52 м³/с;

V ^ф_2с = V ^р_2с×(n ^ф_2с/ n ^р_2с) = 13,32×(32/36) = 11,84 м³/с;

V ^ф_3с = V ^р_3с×(n ^ф_3с/ n ^р_3с) = 4,74×(23/12,8) = 8,52 м³/с;

V ^ф_охл = V ^р_охл×(n ^ф_охл/ n ^р_охл) = 26,68×(32/72,1) = 11,84 м³/с.

Фактический массовый расход агента сушки

L ^ф_1с = L ^р_1с×(n ^ф_1с/ n ^р_1с) = 1,617×(23/3,7) = 10,0 кг/с;

L ^ф_2с = L ^р_2с×(n ^ф_2с/ n ^р_2с) = 15,722×(32/36) = 13,9 кг/с;

L ^ф_3с = L ^р_3с×(n ^ф_3с/ n ^р_3с) = 5,591×(23/12,8) = 10,0 кг/с;

L ^ф_охл = L ^р_охл×(n ^ф_охл/ n ^р_охл) = 31,25×(32/72,1) = 13,9 кг/с.

Фактическая величина влагосъема по зонам сушки и охлаждения

DW^ф_1с = DW^р_1с×(n ^ф_1с/ n ^р_1с) = 0,175×(23/3,7) = 1,088 кг/с;

DW^ф_2с = DW^р_2с×(n ^ф_2с/ n ^р_2с) = 0,28×(32/36) = 0,249 кг/с;

DW^ф_3с = DW^р_3с×(n ^ф_3с/ n ^р_3с) = 0,175×(23/12,8) = 0,314 кг/с;

DW^ф_охл = DW ^р_охл×(n ^ф_охл/ n ^р_охл) = 0,07×(32/72,1) = 0,031 кг/с.

Фактический расход теплоты на сушку

Q ^ф_1c = Q ^р_1c×(n ^ф_1c/ n ^р_1c) = 257×(23/3,7) = 1597,6 кВт.

Q ^ф_2c = Q ^р_2c×(n ^ф_2c/ n ^р_2c) = 2874,9×(32/36) = 2555,5кВт.

Q ^ф_3c = Q ^р_3c×(n ^ф_3c/ n ^р_3c) = 888,8×(23/12,08) = 1692,2 кВт.

17*. В связи с отсутствием в схеме сушилки устройства для предварительного подогрева зерна, расчет по п. 17 не производим.

18. Уточняем производительность зерносушилки

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

W^ф = DW^ф_1с+ DW^ф_2с + DW^ф_3с + DW^ф_охл = 1,088 + 0,249 + 0,314 + 0,031 = 1,682 кг/с.

Фактическая производительность зерносушилки по сырому зерну

G^ф₀ = G₃ + W^ф = 9,3 + 1,682 = 10,982 кг/с.

Фактическая влажность сырого зерна

w^ф₀ = 100 – (G₃/G₀)×(100 – w₃) = 100 – (9,3/10,982)×(100 – 14) = 27,17 %.

(w^ф₀)^c = 100×w^ф₀/(100 – w^ф₀) = 100×27,17/(100 – 27,17) = 37,3 %.

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] = (37,3 – 16,28)/[37,3 – 0,011×(37,3)² – 9,4] = 21,02/12,6 = 1,668.

Фактическая производительность зерносушилки

G^ф = 3,6×G^ф₀×К_в×К_к(н) = 3,6×10,982×1,668×1 = 103,2 план. т/ч.

Производительность зерносушилки по сырому зерну, в расчете на w₀ = 20%, будет равна:

G^ф₀ = G^ф/3,6×(К_в×К_к(н)) = 103,2/3,6×1×1 = 28,67 кг/с.

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 D Q _в (кВт) на нагрев или охлаждение наружного воздуха, идущего на процесс горения и смещения с топочными газами (для получения агента сушки необходимой температуры), с учетом суммарного массового расхода агента сушки S L ^ф_а.с (кг/с) в зонах предварительного подогрева и сушки зерна и удельной теплоемкости агента сушки с _а.с = 1,004 кДж/(кг×К),

D Q _в = S L ^ф_а.с× с _а.с×(5 – t ₀) = (L ^ф_1с + L ^ф_2с + L ^ф_3с)× с _а.с×(5 – t ₀) = (10 + 13,9 + 10)×1,004×(5 – 5) = 0;

дополнительный расход (+) или снижение расхода (–) теплоты D Q _з (кВт) на нагрев или охлаждение зерна (без испарения влаги при нагреве) при производительности зерносушилки по сырому зерну G₀ (кг/с), удельной теплоемкости сырого зерна с ₀ = 4,19×(w₀/100) + 1,55×([100 – w₀]/100) = 2,08 кДж/(кг×К),

D Q _з = G^ф₀× с ₀×(5 – q₀) = 28,67×2,08×(5 – 5) = 0.

Затем рассчитаем дополнительные затраты теплоты D Q _тр (кВт) на нагрев транспортных средств за счет теплоты перемещаемой смеси сырого и рециркулируемого зерна: при условии, что перемещаемое зерно с температурой q_см (°С), при производительности G^ф_см (кг/с) и удельной теплоемкости с _см = 1,98 кДж/(кг×К) не меняет свою влажность,

D Q _тр = G^ф_см× с _см×0,035×(q_см – t ₀) = (G^ф₀× N)× с _см×0,035×(q_см – t ₀) = (28,67×3,5) ×1,98×0,035×(45,6 – 5) = 282,3 кВт.

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

Q ^ф =D Q _в + D Q _з + D Q _тр + S Q ^ф_с = 0 + 0 + 282,3 + (1597,6 + 2555,5+ 1692,2) = 6127,6 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) = 6721,6/(37204,4×0,95) = 0,173 м³/с;

В = 0,173×r_см = 0,173×0,729 = 0,126 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) = 6721,6/(29330×0,95) = 0,241 кг/с.

Удельный расход условного топлива на сушку

b _у = 3600× B _у/G^ф = 3600×0,241/103,2 = 8,4 кг/план. т.

Термический КПД зерносушилки

h_с = S(DW^ф_i× q _иi)/(B × Q ^p_н) = (DW^ф_1с× q _и.1с + DW^ф_2с× q _и.2с + DW^ф_3с× q _и.3с + DW^ф_охл× q _и.охл)/(B × Q ^p_н) = (1,088×2404,3 + 0,249×2406,8+ 0,314×2440,5+ 0,031×2335,2)/(0,173×37204,4) = (2615,9 + 599,3 + 766,3 + 72,4)/6436,4 = 0,63.

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

(b^ф_у = 8,4 кг/план.т) < (b ^н_у = 12,2 кг/план.т), следовательно, реконструкция целесообразна.

21. Размер годовой экономии условного топлива

D В _у = G_год×D b _у = (Т_год×G^ф)×D b _у = 615×103,2×(8,4 – 12,2) = – 241178,4 кг.

 

Технологическая схема шахтной рециркуляционной зерносушилки:

1 — топка, 2 — оперативный бункер; 3 — нория для сырого и ре-циркулируемого зерна; 4 — нория для сухого зерна; 5 — надшахтный бункер; 6, 7, 9 — вентиляторы; 8 — шахта окончательного охлаждения; I—сырое зерно, II — слив зерна; III — сухое зерно; IY — атмосферный воздух.