Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

Камера СПЛК – 2 снабжена калорифером из ребристых труб, установленных вертикально.

Тепловая мощность калорифера, кВт, определяется по формуле (2.49), c.47 /1/

 

, (2.44)

 

где Q_исп – расход тепла на испарение влаги, кВт;

Σ Q_ог – суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт;

с₂ – коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку.

 

Принимаем коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку с₂ = 1,2 по рекомендациям на с.47 /1/

Подставляем известные значения в формулу (2.44)

 

кВт.

 

Поверхность нагрева калорифера, м², определяется по формуле (2.51), с.47 /1/

 

, (2.45)

 

где Q_k – тепловая мощность калорифера, кВт;

k – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м² · ºС);

t_т – температура теплоносителя (пар, вода), ºС;

t_с – температура нагреваемой среды в камере (воздух, перегретый пар), ºС;

с₃ – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера.

 

Температура среды t_с, ºС, ориентировочно можно вычислить по формуле (2.52),с.47 /1/

 

, (2.46)

 

где t₁ – температура агента сушки на входе в штабель, ºС;

t₂ – температура агента сушки на выходе из штабеля, ºС.

 

Подставляем известные данные в формулу (2.46)

 

ºС.

 

Температуру теплоносителя t_т, ºС принимаем в зависимости от его давления, данного в спецификации, р_п = 0,32 МПа, по таблице 2.9, с.47 /1/ методом интерполирования.

Полученная температура теплоносителя t_т = 135,2 ºС.

Для определения коэффициента теплопередачи калорифера k, Вт/(м² · ºС), в камерах с принудительной циркуляцией необходимо знать скорость агента сушки через калорифер υ_к, м/с, которую можно вычислить при известном живом сечении калорифера F_ж.сеч.к, м².

Для этого необходимо найти поверхность нагрева F_к, м², чтобы по числу труб определить живое сечение калорифера F_ж.сеч.к, м².Установим предварительную поверхность нагрева калориферов F_пр, м² из расчета вместимости камеры в условном материале.

Вместимость камеры в условном материале Е_у, м², определяется по формуле (1.22), с.25/1/

 

(2.47)

 

где Г - габаритный объем всех штабелей в камере, м³;

β_у - коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом.

 

Подставляем известные значения в формулу (2.47)

 

м³.

 

Установим предварительную поверхность нагрева калорифера F_пр, м².

 

F_пр = 27,62 · 15 = 414,3 м².

 

Общее количество труб вычисляем по формуле

 

(2.48)

 

где F_пр – предварительная поверхность нагрева калорифера, м²;

f_пр – поверхность нагрева одной чугунной трубы, м².

 

Поверхность нагрева одной двухметровой трубы f_пр = 4 м².

Подставляем известные значения в формулу (2.48)

 

труб.

 

Разделим это количество труб на 3 ряда. Требуемое количество труб или компактных калориферов n_тр = 35 труб.Площадь живого сечения калорифера, то есть площадь, свободная для прохода воздуха, м², определяем по формуле (2.53), с.48 /1/

 

, (2.49)

 

где F_кан – площадь сечения канала, перпендикулярная потоку воздуха, в котором

размещены трубы, м²;

f_пр.тр – площадь проекции одной трубы, м².

п_тр – количество труб в плоскости, перпендикулярной потоку.

 

В камере СПЛК-2 воздух омывает трубы в боковых каналах: одновременно в продольном (по отношению к длине камеры) и поперечном направлениях.Определим площадь живого сечения калорифера F_ж.сеч.к, м², в продольном направлении движения воздуха. Площадь сечения канала, перпендикулярная потоку воздуха, определяется по формуле

 

F_кан = b · h, (2.50)

 

где b – ширина канала, м;

h – высота канала, м.

 

В данном случае ширина канала b = 0,75м, а высота равна высоте камеры h = 3 м.

Подставляем известные значения в формулу (2.50)

 

F_кан = 0,75 · 3 = 2,25 м².

 

Принимаем площадь проекции одной трубы, при длине 2 метра, f_пр.тр=0,185 м² по данным на с.48 /1/. Количество труб в плоскости, перпендикулярной потоку n_тр = 1.

Подставляем известные значения в формулу (2.49)

 

м².

 

Скорость агента сушки через калорифер, м/с, определяем по формуле (2.57), с.49 /1/

 

, (2.51)

 

где V_ц – объем циркулирующего агента сушки, м³/с;

F_ж.сеч.к – площадь живого сечения калорифера, м².

 

Подставляем известные значения в формулу (2.51)

 

м/с.

 

Приведенная скорость м/с, определяется по формуле (2.58), с.50 /1/

 

, (2.52)

 

где ρ₁ – плотность агента сушки на входе в штабель, кг/м³;

υ_к – скорость агента сушки через калорифер, м/с;

1,3 – плотность воздуха при t = 0ºС и давлении 760 миллиметров ртутного столба, кг/м³.

 

Подставляем известные значения в формулу (2.52)

 

м/с.

 

Значение коэффициента теплопередачи калорифера, Вт/(м² · ºС), определяется по формуле (2.59), с.50 /1/

, (2.53)

 

где А и х – коэффициенты, зависящие от способа размещения труб по ходу движения

агента сушки.

 

Определяем коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м² · ºС), при продольном движении воздуха. При коридорном расположении А = 10,2, х = 0,4.

Подставляем известные значения в формулу (2.53)

 

Вт/(м² · ºС).

Определим площадь живого сечения калорифера, м², в поперечном направлении движения воздуха. Площадь сечения канала, перпендикулярная потоку воздуха, при ширине канала, равной длине штабеля, b = 6,5 м и высоте h = 2,6 м, определяется по формуле (2.50)

 

F_кан = 6,5 · 2,6 = 16,9 м².

 

Количество труб в плоскости, перпендикулярной потоку, n_тр = 35 труб.

Подставляем известные значения в формулу (2.49)

 

м².

 

Определим скорость агента сушки через калорифер, м/с, по формуле (2.51)

 

м/с.

 

Определим приведенную скорость, м/с, по формуле (2.52)

 

м/с.

 

Определяем коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м² · ºС), при поперечном движении воздуха. При однорядном расположении А = 8,4, х = 0,36.

Подставляем известные значения в формулу (2.53)

 

Вт/(м² · ºС).

 

Средний коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м² · ºС), определяется по формуле

 

, (2.54)

 

где k_кор – коэффициент теплопередачи калорифера при продольном движении воздуха,

(коридорное расположение), Вт/(м² · ºС);

k_одн – коэффициент теплопередачи калорифера при поперечном движении воздуха,

(однорядное расположение), Вт/(м² · ºС);

 

Подставляем известные значения в формулу (2.54)

 

Вт/(м² · ºС).

 

Коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера, для чугунных труб с₃ = 1,1.Вычисляем потребную поверхность нагрева калорифера по формуле (2.45)

 

м².

 

Так как потребная поверхность нагрева калорифера F_пот, м²,меньше чем предварительно установленная поверхность калорифера F_пр, м², более чем на 10 %, то используем метод последовательного приближения. Устанавливаем предварительно новую поверхность нагрева F_пр2, м², по формуле

, (2.55)

 

где F_пр – предварительная поверхность нагрева калорифера, м²;

F_пот – потребная поверхность нагрева калорифера, м².

 

Подставляем известные значения в формулу (2.55)

 

м².

 

Определяем общее количество труб, подставляя известные данные в формулу (2.48)

 

труб.

 

Разделим это количество труб на 3 ряда. Требуемое количество труб или компактных калориферов n_тр = 30 труб. Подставляем известные значения в формулу (2.49)

 

м².

 

Определим скорость агента сушки через калорифер, м/с, по формуле (2.51)

 

м/с.

 

Определим приведенную скорость, м/с, по формуле (2.52)

 

м/с.

 

Определяем коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м² · ºС), при поперечном движении воздуха. При однорядном расположении А = 8,4, х = 0,36.

Подставляем известные значения в формулу (2.53)

 

Вт/(м² · ºС).

 

Подставляем известные значения в формулу (2.54)

 

Вт/(м² · ºС).

 

Коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера, для чугунных труб с₃ = 1,1.Вычисляем потребную поверхность нагрева калорифера по формуле (2.45)

 

м².

Так как потребная поверхность нагрева калорифера F_пот, м²,снова меньше чем предварительно установленная поверхность калорифера F_пр2, м², более чем на 10 %, то устанавливаем предварительно новую поверхность нагрева F_пр3, м², по формуле (2.55)

 

м².

 

Определяем общее количество труб, подставляя известные данные в формулу (2.48)

 

труб.

 

Разделим это количество труб на 3 ряда. Требуемое количество труб или компактных калориферов n_тр = 28 труб.

Подставляем известные значения в формулу (2.49)

 

м².

 

Определим скорость агента сушки через калорифер, м/с, по формуле (2.51)

 

м/с.

 

Определим приведенную скорость, м/с, по формуле (2.52)

 

м/с.

 

Определяем коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м² · ºС), при поперечном движении воздуха. При однорядном расположении А = 8,4, х = 0,36.

Подставляем известные значения в формулу (2.53)

 

Вт/(м² · ºС).

 

Подставляем известные значения в формулу (2.54)

 

Вт/(м² · ºС).

 

Коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера, для чугунных труб с₃ = 1,1.Вычисляем потребную поверхность нагрева калорифера по формуле (2.45)

 

м².

 

Поверхность нагрева калорифера F_пот3, м², меньше чем предварительно установленная поверхность калорифера F_пр3, м², менее чем на 10 %. Следовательно мы выбираем поверхность нагрева калорифера F_пот3 = 324,33 м², что требует по 28 труб в каждом ряду.

 

 

Определение расхода пара

 

Расход пара на один кубический метр расчетного материала, кг/м³, определим по формуле (2.63), с.51 /1/

, (2.56)

 

где q_суш – удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг;

m – масса влаги испаряемой из одного кубического метра древесины, кг/м³;

i_п – энтальпия сухого насыщенного пара при определенном давлении, кДж/кг;

i_к – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.

 

Так как давление пара в калорифере р = 0,33 МПа по спецификации, то по рекомендациям на с.52 /1/ разность энтальпии сухого насыщенного пара и энтальпии кипящей воды Δi = i_п – i_к ≈ 2100 кДж/кг.

 

Подставляем известные значения в формулу (2.56)

 

кг/м³.

 

Расход пара на камеру в период прогрева для зимних и среднегодовых условий, кг/ч, определяется по формуле (2.64), с.52 /1/

 

, (2.57)

 

где Q_пр – общий расход тепла на камеру при начальном прогреве, кВт;

ΣQ_ог – суммарные потери тепла через ограждения с учётом поправки, кВт;

с₂ – коэффициент, учитывающий потери тепла паропроводами,

конденсатопроводами, конденсатоотводчиками при неорганизованном

воздухообмене;

i_п – энтальпия сухого насыщенного пара при определенном давлении. кДж/кг;

i_к – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.

 

Принимаем коэффициент, учитывающий потери тепла с₂ = 1,25 по данным с.52 /1/.

Подставляем известные значения в формуле (2.57)

 

1) для зимних условий

 

кг/ч.

 

2) для среднегодовых условий

 

кг/ч

 

Расход пара на камеру в период сушки, кг/ч, вычислим по формуле (2.65), с.52 /1/

 

, (2.58)

 

где Q_исп – общий расход тепла на испарение влаги, кВт;

ΣQ_ог – суммарные потери тепла через ограждения с учётом поправки, кВт;

с₂ – коэффициент, учитывающий потери тепла паропроводами,

конденсатопроводами, конденсатоотводчиками при неорганизованном

воздухообмене;

i_п – энтальпия сухого насыщенного пара при определенном давлении. кДж/кг;

i_к – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.

 

Подставляем известные данные в формулу (2.58)

 

кг/ч.

 

Расход пара на сушильный цех, кг/ч, будет максимальный в зимних условиях и определяется по формуле (2.67), с.52 /1/

 

Р_цеха = n_кам.пр · Р_кам.пр + n_{кам.суш} · Р_{кам.суш} , (2.59)

 

где n_кам.пр – число камер, в которых одновременно идет прогрев материала;

Р_кам.пр – расход пара на камеру в период прогрева для зимних условий, кг/ч;

n_{кам.суш} – число камер, в которых идет процесс сушки материала;

Р_{кам.суш} – расход пара на камеру в период сушки, кг/ч.

 

Так как количество камер n_кам = 9, а по данным на с.52 /1/ число камер, в которых идет прогрев материала принимается равным 1/6 от общего числа камер, то

n_кам.пр = 1/6 · 9 = 1,57. Округляем в большую сторону. Принимаем число камер, в которых идет прогрев материала n_кам.пр = 2. Остальные камеры цеха, в которых идет процесс сушки n_{кам.суш} = 7.

 

Подставляем известные значения в формулу (2.59)

 

Р_цеха =2 · 1131,7 + 7 · 422,8 = 5223 кг/ч.

 

Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объема пиломатериалов кг/год рассчитаем по формуле (2.69), с.53 /1/

 

, (2.60)

 

где Ф – объем фактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала

данного размера и породы, м³;

с_длит – коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке

пиломатериалов, сохнущих медленнее расчетного материала.

 

 

Определим средневзвешенную продолжительность сушки фактических пиломатериалов, ч, по формуле (2.70), с.53/1/

 

, (2.61)

 

где τ₁, τ₂,…, τ_n – продолжительность сушки фактических пиломатериалов, ч,

Ф₁, Ф₂,…, Ф_n – годовой объем соответственно этих же пиломатериалов, м³;

Ф – годовой объем расчетного материала (сосна), м³.

 

Подставим значения продолжительности сушки τ_суш, ч, из таблицы 1.2 и значения заданного объема сушки Ф, м³, из таблицы 1.3 в формулу (2.59)

 

ч.

 

Продолжительность сушки расчетного материала, в данном случае сосны, τ_расч = 42,01 ч

 

Подставляя известные значения определяем соотношение

 

.

 

Определим коэффициент увеличения расхода пара по таблице 2.12, с.53 /1/ методом интерполяции. Коэффициент увеличения расхода пара с_длит = 1,26.

 

Подставляем известные значения в формулу (2.60)

 

Р_год =729,74 · 1653,6 · 1,26 = 1520439,56 кг/год.