Блок №2 Расчет состава дымовых газов
по известному составу генераторного газа определяется состав и количество дымовых газов,
Таблица№2 Расчет состава дымовых газов
|
Вводимые значения |
Состав газа в % (СО, СО2, Н2, Н2О, N2) Коэффициент избытка воздуха |
|
|
Используемые формулы |
||
|
Результаты |
Теоретическое количество воздуха на сжигание м3/м3 Количество трехатомных газов м3/м3 Количество двухатомных газов м3/м3 Количество водяного пара м3/м3 Общее количество дымовых газов м3/м3 |
Блок №3 Расчет двигателя
По известной теплоте сгорания генераторного газа, электрической нагрузке на технологию и по характеристикам применяемого двигателя определяется объем двигателя и расход газа на него.
Таблица №3 Расчет двигателя
|
Вводимые значения |
- количество горючей смеси, кмол гор.см./кмоль топлива.; Тк -температура воздуха °K; pi - индикаторное давление MПа ; pk - давление воздуха после компрессора (наддув) МПа; - низшая теплота сгорания генераторного газа МДж/м3; - коэффициент наполнения цилиндров; |
|
|
Используемые формулы |
; ; ; Gсмдвиг.= ; |
|
|
Результаты |
Индикаторный КПД ; теплота сгорания смеси газ/воздух hu Дж/м3; давление трения ; среднее эффективное давление , -рабочий объем цилиндров дм3; расход газо-воздушной смеси Gсмдвиг м3/ч: расход генераторного газа на двигатель м3/ч |
Блок№4 Расчет барабанной сушилки
По требуемой производительности установки, влажности исходного сырья, влажности сырья, которую необходимо иметь перед пресс-гранулятором, и характеристикам применяемой барабанной сушилки определяется расход сушильного агента. В первом приближении, параметры сушильного агента принимаются как у воздуха. После завершения всего алгоритма расчета и получения окончательного состава сушильного агента, строится его I-d диаграмма, по которой производится пов ерочный расчет процессов сушки.
Таблица №4 Расчет барабанной сушилки
|
Вводимые значения |
Gпел - требуемая производительност установки кг/ч; Wсыр - влажность исходного сырья; Tвх - температура сырья на входе; Tвых - температура сырья на выходе; D -диаметр сушилки, dоп - эквивалентный диаметр измельченного сырья ; напряжение барабана по испаряемой влаге A кг/(м3·ч); расход топлива на газогенераторы Gт (при 1й итерации принимается 0,4 Gпел) кг/ч ; сг - плотность сушильного агента при средней температуре; ств - плотность сырья; - динамическая вязкость сушильного агента при средней температуре с/м2; теплоемкости воды и сырья (опила) Дж/(кг °К) - своды и сопил |
|
|
Используемые формулы |
=Gпел+Gт; Qбс=(Gвл*(свод*(Tвх -Tвых)+r)+*cопил*(Tвх -Tвых))/3600 ; где ; ; Gca=Vca*сг |
|
|
Результаты |
-расход сухого сырья кг/ч; -расход влажного сырья кг/ч; Qбс расход тепла на барабанную сушилку Вт; скорость уноса м/с; допустимая скорость м/с; расход сушильного агента м3/с при средней температуре ; Gca расход сушильного агента кг/с |
Блок№5 Расчет сушильного агента
Из расхода сушильного агента, расхода дымовых газов после теплогенератора, расхода газов после двигателя определяется расход воздуха, идущего на образование сушильного агента.
Таблица №5 Расчет сушильного агента
|
Вводимые значения |
-выход дымовых газов с 1м3 газа м3/м3 |
|
|
Используемые формулы |
*; ; *; |
|
|
Результаты |
- расход дымовых газов от двигателя ; расход газа на теплогенератор ; - расход дымовых газов от теплогенератора ; - расход воздуха на образование сушильного агента ; |
Рисунок 5 Расчетная схема теплообменника
Блок №6 Расчет теплообменника
По известным расходам генераторного газа и воздуха рассчитывается теплообменник-охладитель газа.
Таблица №6 Расчет теплообменника
|
Вводимые значения |
-выход дымовых газов с 1м3 газа м3/м3 - температура газа на входе °К; - температура газа на входе °К; - температура воздуха на входе, ri объемные доли компонентов генераторного газа; -молекулярные массы компонентов генераторного газа; ci - теплоемкость компонента газа (изохорная) ; С1 - теплоемкость генераторного газа ; С2 - теплоемкость воздуха ; -плотность i-го компонента газа кг/м3 ; - теплопроводность, Вт/(м*0С); зi - коэффициент динамической вязкости; [Па*С]; G1 - расход генераторного газа через теплообменник кг/с, G2 - расход воздуха через теплообменник кг/с |
|
|
Используемые формулы |
; ; ; ; С1=?qiCi ; с0= ri * сi ; с= с0*(273,15/(t+237.15)) л'=(лсо*СО+лсо2*СО2+лн2*Н2+лн2о*Н2О+лN2*N2) л''=1/( СО/ лсо+ СО2/ лсо2+ Н2/ лн2+ Н2О/ лн2о+ N2/ лN2) л=0,5*( л'- л'') з=1/(qco/ зс+q со2/ з со2+ q н2/ з н2+qн2о/ зн2о+q N2/ з N2) , a= л/( с*с), Pr= н/a ; ; ; ; Дtперек.= Дtпрот.*еперек; |
|
|
Результаты |
;Дtперек. -средний температурный напор при перекрестнй схеме; м2 -площадь труб теплообменника, Pr -критерий Прандтля, Re- критерий Рейнольдса; коэфициент теплоотдачи, Nu - критерий Нуссельта, н м2/c - коэффициент кинематической вязкости |
Рисунок 6 Схема газогенератора обращеного типа
Рисунок 7. Характерные размеры газогенератор
Блок№7. Расчет конструктивных параметров газогенератора
По уточненному расходу генераторного газа Gгг=3600*G1 рассчитываются конструктивные параметры газогенератора
Таблица №7 Расчет конструктивных параметров газогенератора
|
Вводимые значения |
q - напряженность горения кг/(м2час) t - время между чистками зольника; час Fзол ; поперечное сечение зольника ; м2 0 - насыпной вес очаговых остатков; кг/дм3 А3 -зольность топлива % , принмается Aр |
|
|
Используемые формулы |
GТ=; ; Vв= L*Gт ; ; |
|
|
Результаты |
GТ - расход твердого топлива на газификацию кг/ч - диаметр камеры газификации, мм - диаметр горловины, мм Vв - расход воздуха на газогенератор; м3/ч - диаметр фурм; мм - высота зольника; мм |
Блок №8 Расчет горелки на генераторном газе
Определяем параметры горелки типа “труба в трубе” для теплогенератора и длину факела от горелки, по известному расходу газа
Таблица №8 Расчет горелки на генераторном газе
|
Вводимые значения |
, температура (°К) и давление (Па) газа перед горелкой , температура (°К) и давление (Па) газа перед горелкой - коэффициент сопротивления горелки (по газу и по воздуху) |
|
|
Используемые формулы |
*L*; ; ; где dтр- наружный диаметр газовой трубы, принимаемый по таблицам, в зависимости от Длина факела или где -адиабатная температура пламени, К; - температура вытекающего газа, К; - отношение числа молей реагирующих веществ к числу молей продуктов реакции для стехиометрической смеси. |
|
|
Результаты |
- расход воздуха через горелку м3/с; скорость в носике (по газу и по воздуху) F - площадь выходного сечения мм2; - диаметр газового сопла, мм - диаметр корпуса горелки , мм |
Блок №9 Расчет теплогенератора
Вводимые значения:
- массовый расход воздуха по кольцевому каналу; - массовый расход продуктов сгорания в камере сгорания; - массовый расход воздуха в газовой горелке; - массовый расход генераторного газа через горелку; - низшая теплота сгорания генераторного газа; - температура горения генераторного газа; - температура воздуха на входе в кольцевой канал; - температура воздуха на выходе из кольцевого канала;
- температура наружного воздуха, омывающего рубашку камеры сгорания; - температура воздуха, подаваемого в газовую горелку;
- температура генераторного газа на входе в горелку; - абсолютное давление воздуха на входе в кольцевой канал; - абсолютное давление продуктов сгорания на входе в камеру сгорания; - абсолютное давление продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания; - внутренний диаметр камеры сгорания; - толщина стенки камеры сгорания; - коэффициент теплопроводности материала стенки камеры сгорания; - толщина стенки рубашки камеры сгорания (без изоляции); - коэффициент теплопроводности материала рубашки камеры сгорания; - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, наносимого снаружи на рубашку камеры сгорания; - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности теплоизоляции рубашки камеры сгорания; - приближенное значение длины камеры сгорания.
Расчтеная схема приведена на рисунке 8.
Рисунок 8. Расчетная схема теплогенератора
Основные расчетные формулы:
Средний температурный напор при теплопередаче через стенку камеры сгорания
Средняя температура воздуха в кольцевом канале камеры сгорания
;
Средняя плотность воздуха по длине кольцевого канала
Требуемое количество теплоты, получаемое воздухом в кольцевом канале
Требуемый расход генераторного газа
где средняя массовая изобарная теплоемкость продуктов сгорания.
Средняя скорость продуктов сгорания по длине кольцевого канала
.
Среднее число Рейнольдса для потока продуктов сгорания по длине кольцевого канала
.
эквивалентный диаметр кольцевого канала и внутренний диаметр рубашки камеры сгорания;
;
Для каждого выделенного участка по длине камеры сгорания определяются:
· число Nu с учетом охлаждения газа у стенки камеры сгорания
где: число для теплоотдачи между продуктами сгорания и внутренней поверхностью камеры сгорания при постоянстве физических свойств поправка для на охлаждение продуктов сгорания при
· коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к внутренней поверхности камеры сгорания
· Плотность теплового потока при теплоотдаче от продуктов сгорания к внутренней стенке камеры сгорания
где
· Плотность лучистого теплового потока во внутреннюю стенку камеры сгорания
где - степень черноты газовой смеси
- поглощательная способность газов при температуре внутренней стенки камеры сгорания ()
· Скорость воздуха на выделеном i-ом участке кольцевого канала
· Число Рейнольдса для воздуха в кольцевом канале
· Число при теплоотдаче на наружной стенке камеры сгорания и внутренней стенке рубашки с учетом участка тепловой стабилизации
;
где число на наружной поверхности камеры сгорания при одностороннем ее обогреве и в условиях тепловой стабилизации
-среднее значение числа в кольцевом канале с учетом нагревания воздуха у наружной стенки камеры сгорания.
поправка для числа :
при ; при - ,
Поправка на величину участка тепловой стабилизации: ,
при
при
Здесь - относительная длина участка тепловой стабилизации
· Коэффициент теплоотдачи в пограничном слое у наружной стенки камеры сгорания
· Плотность теплового потока от наружной стенки камеры сгорания в поток воздуха
· Число Nu3 при теплоотдаче на наружной стенке камеры сгорания и внутренней стенке рубашки
где - число на внутренней поверхности рубашки камеры сгорания при нагреве только наружной стенки камеры сгорания в условиях тепловой стабилизации
· Коэффициент теплоотдачи в пограничном слое у внутренней стенки рубашки камеры сгорания
· Плотность теплового потока от потока воздуха во внутреннюю стенку рубашки камеры сгорания
· Плотность лучистого теплового потока от наружной стенки камеры к внутренней поверхности рубашки через прозрачную среду
Где приведенная степень черноты
· Суммарный коэффициент теплоотдачи к внутренней стенке рубашки
· Плотность теплового потока в рубашку камеры сгорания
Где - термическое сопротивление теплопроводности рубашки камеры сгорания.
· Температура воздуха на следующем (i+1)ом выделенном участке
· Приращение теплоты воздухом в кольцевом канале на выделенном участке протяженностью ДХ
· Теплота, переданная воздуху в кольцевом канале на длине Х
Длина камеры сгорания определяется как значение X, при котором выполняется условие
В четвертой главе представлено решение задач проектирования и эксплуатации технологического оборудования мобильной установки по производству пеллет.
С использованием разработанного метода для обоснования оптимальной производительности мобильной установки, был произведен сравнительный количественный анализ массовых и геометрических характеристик установок различной производительности. Ррезультаты анализа приведены на рис.9. В качестве лимитирующих показателей были приняты:
а) наибольшие габариты единицы оборудования (график 1). Ограничение - габарит стандартного тракторного шасси не более 9м