13

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 см, 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) ₀ = 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 = 1,380,0179(CO) + 0,248(H₂) + 0,44(H₂S) + [(m + 0,25n)/(12m + n)](C_mH_n) – (O₂),

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

Для наших условий

L₀ = 1,38[(m + 0,25n)/(12m + n)](C_mH_n) = 1,38[(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) = 1,380,12590 + 0,1177,7 + 0,1143,3 + 0,1121,1 + 0,1110,6 = 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 ₁.

₁ = (Q_в)^р_т – [0,09n(C_mH_n)/(12m + n) + 0,01W^p][2500(1 – _т) + 0,88t₁] – c_а.сt₁ + c_тt_т/L₀(0,001d₀H_п – Н₀ + с_а.сt₁),

где _т — КПД топки: для летних условий (t₀  0) _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.

₁ = 41197,2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5/17,5(0,0015,512509,4 – 18,84 + 1,004370) = 39137,34 – [2,025 + 0,1386 + 0,054 + 0,017 + 0,009][125 + 325,6] – 371,5 + 11/17,5(13,827 – 18,84 + 325,6) = 39137,34 – [2,2436][450,6] – 371,5 + 11/17,5(320,6) =39137,34 – [2,2436][450,6] – 371,5 + 11/17,5(320,6) = 37765,9/5610,5 = 6,73.

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

d₁ = 1000[0,09n(C_mH_n)/(12m + n) + 0,01W^p] +₁L₀d₀/₁L₀ + 1 – 0,09n(C_mH_n)/(12m + n) – 0,01W^p = 1000[2,2436] +6,7317,55,51/6,7317,5 + 1 – 2,2436 = 2243,6 +648,94/117,78 + 1 – 2,2436 = 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 W, 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 W_п.н = 0,3W = 0,30,7 = 0,21 кг/с;

в зоне окончательного охлаждения W_охл = 0,15W = 0,150,7 = 0,105 кг/с;

в зоне промежуточного охлаждения W_пр.охл = W – (W_п.н + W_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 + W_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_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 %; _п.д — предельно допустимая температура нагрева зерна: для рассчитываемой зерносушилки, согласно приложению 3 _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 – W_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 %)  (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 W_охл = G₂ – G₃ = 9,42 – 9,3 = 0,12 кг/с.

W_{опр.охл} = = W – (W_п.н + W_охл) = 0,7 – (0,21 + 0,12) = 0,37 кг/с.

G₂ = G₂ – G₂ = 43,84 – 9,42 = 34,42 кг/с.

G_рец = G₂ – W_{опр.охл} = 34,42 – 0,37 = 34,05 кг/с.

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