5. Расчёт вспомогательного оборудования

5.1 Расчёт топки

Для расчёта топки необходимо знать расход топлива и объём топочного пространства. Топливом в данном случае является природный газ. Расход топливо G_т, кг/с, определим по зависимости:

, (5.1.1)

где – расход сухих топочных газов в сушилке, кг/с; – коэффициент избытка воздуха; – теоретическое количество сухого воздуха на сжигание 1 кг топлива, кг/кг.

Подставив значения, получим:

G_т = 5,45/(1+4,54∙54,86) = 0,022 кг/с;

G_т = 4,18/(1+8,41∙54,86) = 0,009 кг/с.

Рассчитать тепловую мощность топки:

, (5.1.2)

где – тепловая мощность, Вт; – низшая теплотворная способность природного газа, равная 33,33∙10⁶ Дж/кг.

Q_т(з) = 0,022∙33,33∙10⁶ = 0,73∙10⁶ Вт;

Q_т(л) = 0,009∙33,33∙10⁶ = 0,29∙10⁶ Вт.

Объём топочного пространства V_т зависит от природы топлива и типа топки и определяется следующим образом:

, (5.1.3)

– тепловое напряжение топки, Вт/м³, равное для природного газа 1400 кВт/м³.

V_т = 0,73∙10⁶/1,4∙10⁶ = 0,52 м³;

V_т = 0,29∙10⁶/1,4∙10⁶ = 0,21 м³.

5.2 Расчёт циклона

Основной задачей расчета является подбор типа и диаметра циклона, а также условия его работы, обеспечивающих достижение необходимой степени очистки от твердой фазы. Для подбора циклона используют обобщенные опытные данные, представленные в виде графических зависимостей. Выбор диаметра циклона зависит от нагрузки по газу (производительность), марки циклона и соотношения гидравлического сопротивления циклона , Па и удельного соотношения веса газа при условиях очистки ,Н/м. Принимают м, что соответствует оптимуму по энергозатратам и эффективности очистки. С целью повышения эффективности очистки поток газа разобьём на 4 потока. По номограмме 5.1.1 при V = 24012/4 = 6003 м³/ч и для циклона ЦН-24 находим, что диаметр циклона равен d = 0,62 м.

Рисунок 5.2.1 – Номограмма для определения диаметра циклона.

Далее определим эффективность очистки  в зависимости от среднего размера частиц d_т для эталонного циклона ЦН-15 диаметром D = 600мм, при плотности пыли ρ_t=1930 кг/м³, /_t=75 м.

Последнюю корректировку проведём с учётом отличия действительного значения падения напора /_t.

Рисунок 5.2.2 – Зависимость степени очистки  от среднего размера частиц d_т

η=94%.

Затем проведём корректировку значения  в зависимости от типа циклона ().

Рисунок 5.2.3 – Зависимость степени очистки газа от типа циклона

η’=96%.

Затем проведём корректировку значения  в зависимости от диаметра рассчитанного циклона (”).

Рисунок 5.2.4 – Зависимость степени очистки газа от диаметра циклона

η”=97%.

Проведем корректировку с учётом зависимости η от плотности пыли.

Рисунок 5.2.5 – Зависимость η от плотности пыли

η=97%.

Последняя корректировка проводится в зависимости от отличия действительного значения падения напора /_t. Действительное значения сопротивления циклона рассчитаем по формуле:

, (5.2.1)

где  - коэффициент сопротивления циклона (180, 105, 110 и 60 для ЦН –11, ЦН-15, ЦН-15У и ЦН-24 соответственно); _t – плотность газа в циклоне при условиях очистки, (_t=0,91 кг/м³); ω – фиктивная скорость газа в циклоне, м/с.

, (5.2.2)

ω = 4∙6003/3,14∙0,62²∙3600 = 5,53 м/с.

Подставляем значения в формулу 5.1.5:

ΔP = 60∙0,91∙5,53²/2 = 834,86 Па;

, (5.2.3)

γ_t = 0,91∙9,81 = 8,93 Н/м³,

ΔP/γ_t = 834,86/8,93 = 93,5.

Рисунок 5.2.6 – Зависимость степени очистки от /_t для циклонов ЦН

η=95% – что удовлетворяет заданной степени очистки воздуха от пыли (η=90%). Таким образом, принятый циклон ЦН-24 удовлетворяет заданным условиям.

Основные размеры ЦН-24 представлены в таблицах. 5.2.1 и 5.2.2.

Таблица 5.2.1 – Основные размеры циклона ЦН-24

Размер	Обозначение	ЦН-24
Наружный диаметр выхлопной трубы, мм	dт	300
Внутренний диаметр пылевыпускного отверстия, мм	d1	150
Ширина входного патрубка в циклоне, мм	b	100
Ширина входного патрубка на входе в циклон, мм	b1	130
Длина входного патрубка, мм	l	300
Диаметр средней линии циклона, мм	Dср	400
Высота установки фланца, мм	hфл	120

Таблица 5.2.2 – Дополнительные размеры циклона ЦН-24

Размер	Обозначение	ЦН-24
Угол наклона крышки и входного патрубка, град	φ	24
Внутренний диаметр циклона, мм	D	500
Высота входного патрубка (внутренний размер),мм	d	555
Высота выхлопной трубы с фланцем, мм	hт*	1055
Высота цилиндрической части корпуса циклона, мм	hц	1055
Высота конуса циклона, мм	hк	875
Высота внешней части выхлопной трубы, мм	hв	200
Высота циклона, мм	Hц	2130
Коэффициент гидравлического сопротивления	ξ	60
Высота улитки, мм	a	555
Общая высота циклона в сборке, мм	Hобщ	3700

5.3 Расчёт и выбор вентилятора

Вентилятор выбирается по максимально возможному расходу газа, требуемого для сушки материала. В нашем случае максимальная нагрузка по газу соответствует зимним условиям.

V_вых=6003/3600 = 1,67 м³/с.

Диаметр газоходов, соединяющих сушилку-циклон-вентилятор, принимаем равным диаметру выхлопной трубы d=0,3 м выбранного циклона ЦН-24.

Скорость в газоходе вычисляем по формуле:

, (5.3.1)

Ω = 1,67/(0,785∙0,3²) = 23,64 м/с.

Для выбора вентилятора необходимо рассчитать гидравлическое сопротивление системы ∆P_общ.

ΔP = ΔP_т + ΔP_с + ΔP_ц + ΔP_пр + ΔP_м.с., (5.3.2)

где ∆P_т=100 Па – сопротивление топки; ∆P_суш=150 Па – сопротивление сушилки; ∆P_ц = 834,86 Па – сопротивление циклона (из расчёта циклона); ∆P_пр – сопротивление прямых участков газохода, Па; ∆P_м.с – сумма гидравлических потерь в местных сопротивлениях, Па.

Сопротивление прямых участков газопровода:

, (5.3.3)

где l – длина прямых участков, принимаемая 8 м; – коэффициент трения.

Коэффициент трения зависит от критерия Рейнольдса Re и шероховатости ε. По формуле найдем критерий Рейнольдса Re:

, (5.3.4)

Re = 1,67∙0,3∙0,859/0,033∙10^-3 = 184607.

λ = 0,565.

ΔP_пр = 0,565∙8/0,3∙(0,859∙23,64²/2) = 3616,4Па.

Сумма гидравлических потерь в местных сопротивлениях:

∆P_м.с.=(4·ξ_пов+ξ_вх+ξ_вых+𝜉_вент)·ρ₂·ω²/2, (5.3.7)

где ξ_пов – коэффициент сопротивления отвода под углом 90^о, (ξ_пов=0,2);

ξ_вх – коэффициент сопротивления входа в трубу, (ξ_вх=0,2);

ξ_вых – коэффициент сопротивления выхода из трубы, (ξ_вых=1);

𝜉_вент – коэффициент сопротивления вентиля, (𝜉_вент=5,5).

∆P_м.с.=(4·0,2+0,2+1+5,5)·1·23,64²/2=2095,69 Па

∆P_общ=∆P_т+∆P_суш+∆P_ц+∆P_пр+∆P_м.с

∆P_общ=100+150+834,86+3616,4+2095,69=6796,95 Па.

Пересчитаем гидравлическое сопротивление на стандартные условия:

∆P_ст=∆P_общ·ρ_ст/ρ₂, (5.3.8)

где ρ_ст – плотность воздуха при стандартных условиях, (ρ_с=1,2кг/м³).

∆P_ст=6796,95·1,2/0,859=9495,2 Па.

По полученным данным выбираем вентилятор CFXH – 315 фирмы Elektror. Технические характеристики представлены в таблице 5.3.1.

Таблица 5.3.1 – Технические характеристики вентилятора CFXH – 315

Обозначение	Производительность	Полное давление	Напряжение	Частота	Сила тока	Потребляемая мощность	Частота вращения мотора
	(м3/мин)	(Па)	(В)	(Гц)	(А)	(кВт)	(об/мин)
CFXH – 315	348,3	13770	400	105	12	37	4400