Потери тепла через ограждения камеры

Теплопотери через ограждения камеры в единицу времени определяются по следующему выражению,Qог , кВт

Qог = Fогk( tc- to ) 10-3 ,(2.43)

где Fог − суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м2;

k – коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2 ˚С);

tc− температура среды в камере, °C ;

to– расчетная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий, °C.

Схема к расчету потерь тепла через ограждения камеры 2КБ ММСК-12

Рис. 1

На рис. 1 схематично показана камера периодического действия с внутренними размерами L (длина), B (ширина), H (высота) и размерами одностворчатой двери шириной b и высотой h . Расчет теплопотерь производится отдельно для наружной боковой стены (Fбок = LH), торцовой стены, выходящей в коридор управления (F'торц = BH), торцовой стены, выходящей в траверсный коридор F"торц = ( F'торц- Fдв ), двери (Fдв = bh), перекрытия (Fпот = BL) и пола (Fпол = BL) камеры. Это вызвано тем, что материал и толщина ограждений различны, а температура наружной среды неодинакова.Температура наружной среды для стационарных камер, если они находятся внутри здания сушильного цеха и не соприкасаются с наружным воздухом, берётся одинаковой для всех ограждений (15…20 °C). Для пола можно брать 8…12 °C. Расчёт ведётся, как правило, для крайней камеры блока без учёта потерь через междукамерную боковую стенку.

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений подсчитывается по общеизвестной формуле, k , Вт/(м2 ˚С)

k = ,(2.44)

где aвн−коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м2 ˚С)

aн−коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м2 ˚С)

d1 , d2 , ¼dn− толщина слоев ограждений, м;

l1 , l2 , ¼ln – коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоев ограждений, Вт/(м2 ˚С)

Коэффициент теплопередачи пола kпол , Вт/(м2 ˚С), принимается равным половине коэффициента теплопередачи наружной стены

kпол = 0.5 kст ,(2.45)

При проектировании современных лесосушильных камер коэффициент теплопередачи ограждений не должен превышать k £ 0.7 во избежание конденсации водяных паров сушильного агента на внутренних поверхностях ограждений.

Температура среды для камер периодического действия принимается равной средней температуре агента сушки на входе и выходе из штабеля, то есть tс, °C

tс = (t1+t2) / 2; (2.46)

где t1 – температура воздуха в сухом конце камеры, (берется по режиму), °C;

t2 – температура в сыром конце камеры (см. п. 2.5.3.), °C.

tс = (84+81,8) / 2 =82,9 °C.

Расчет поверхности ограждений камеры целесообразно выполнять по форме таблицы 6.

Таблица 6

Расчет поверхности ограждений камеры

Схемы многослойных ограждений для камеры типа КБ ММСК-1

Рис. 2

Рассчитаем коэффициент теплопередачи для наружной боковой стены, Вт/(м²*⁰С) ;kст , по формуле (2.44), если используемые материалы

– кирпич lк=0,8 Вт/(м²*⁰С) ; lв=0,07 Вт/(м²*⁰С) ; dв=60мм; штукатурная цементная, lш=0,9 Вт/(м²*⁰С) ;

kст = 1 / ( 1/25 + 0,380/0,8 + 0,06/0,07 + 0,003/09 + 1/9 ) = 0,67 Вт/(м2 ˚С)

Коэффициент теплопередачи полаkпол , Вт/(м²*⁰С) , в таком случае будет равен

kпол = 0,5*0,67= 0,34 Вт/(м²*⁰С) .

Рассчитаем коэффициент теплопередачи для перекрытия, kпот , Вт/(м²*⁰С), если используемые материалы

– бетон, lбет=1,45 Вт/(м²*⁰С) , dб=300 мм; вата минеральная, lв=0,07 Вт/(м²*⁰С) ,

dв=70мм; рубероид, lруб=0,17 Вт/(м²*⁰С) ,

dп=300мм; штукатурка цементная, lв=0,9 Вт/(м²*⁰С) , dруб=2 мм (по формуле 2.44)

Kпот= 0,47 Вт/(м2 ˚С)

Для изготовления двери применяются следующие материалы: сталь строительная, lст=58 Вт/(м2 ˚С) , dст=5мм; асбоцементная плита,

lасб=0,13 Вт/(м²*⁰С) , dасб=7мм; вата минеральная, lв=0,07 Вт/(м²*⁰С) , dв=85мм; алюминий,

lал=240 Вт/(м²*⁰С) , dал=5мм.

В соответсвии с этим по формуле 2.44 коэффициент теплопередачи двери kдв Вт/(м²*⁰С) , равен

Kдв = 0,7 Вт/(м2 ˚С)

Примем расчетную температуру наружного воздуха to =15 °C . Для расчета потерь тепла через пол to =10 °C . Расчет тепла через ограждения удобно вести по форме таблице 7.

Таблица 7

Расчет потерь через ограждения

По примечанию с.44 /1/ суммарные теплопотери через ограждения Qог увеличивают в 1,5 раза, следовательно суммарные теплопотери через ограждения будут равны SQо

SQог=5,791·1,5=8,687 кВт

Удельный расход тепла на потери через ограждения высчитывается по формуле, qогр , кДж/кг

qогр = ;(2.47)

Подставим данные и найдем удельный расход тепла, qогр

qогр = 8,687 / 0,0247 = 351,700 кДж/кг .

Определение удельного расхода тепла на сушку

Удельный расход тепла на сушку можно вычислить по следующему выражению, qсуш , кДж/кг

qсуш = (qпр +qисп + qогр) с1 ,(2.48)

где с1− коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др.;

qпр − удельный расход тепла при начальном прогреве на 1кг испаряемой влаги, кДж/кг;

qисп −удельный расход тепла на испарение влаги, кДж/кг;

qогр −удельный расход тепла на потери через ограждения кДж/кг.

Найдем удельный расход тепла на сушку в зимние время года, qсуш

qсуш = ( 1005,68 +2669,93 +351,700)∙1,2 =4832,77 кДж/кг .

Найдем удельный расход тепла на сушку в летнее время года, qсуш

qсуш = (416,13 + 2474,8+351,700)∙1,2 =3891,156 кДж/кг.

Определение расхода тепла на 1 м3 расчетного материала

Вычисление удельного расхода тепла на 1 м3 расчетного материала производится для среднегодовых условий по формуле, qсуш 1м3 , кДж/кг

qсуш 1м3 =qсуш m 1м3 , (2.49)

где m1 м3 − масса влаги, испаряемая из 1 м3 пиломатериалов, кг/м³.

qсуш− удельный расход тепла на сушку можно вычислить по следующемувыражению, кДж/кг.

Подставим известные величины и определим удельный расход тепла на 1 м3 расчетного материала, qсуш 1м3

qсуш 1м3 = 3891,156∙356=1385251,536 кДж/кг

Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

Выбор типа калорифера

Из всего многообразия серийно выпускаемых калориферов для лесосушильных камер КБ ММСК-1 до настоящего времени используются чугунные ребристые трубы, калориферы из которых размещаются на продольных стенках камеры.

Тепловая мощность калорифера

Тепловая мощность калорифера, то есть количество передаваемой им в единицу времени тепловой энергии в кВт, определяется расходом тепла на сушку в единицу времени для зимних условий. Для камер периодического действия тепловую мощность калорифера определяют по формуле, Qк , кВт

Qк = (Qисп + SQогр )с2 ,(2.50)

где Qисп − общий расход тепла на испарение влаги, кВт;

Qог− теплопотери через ограждения камеры, кВт;

с2– коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку, с2 = 1,3 .

Подставим все данные и найдем тепловую мощность калорифера, Qк

Qк = (85,71 + 8,742)∙1,2 =113,34 кВт.

Расчет поверхности нагрева калорифера

Поверхность нагрева калорифера вычисляется по формуле, Fк, м2

Fк = ;(2.51)

где k– коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м²*⁰С) ;

Qк − тепловая мощность калорифера, кВт;

tТ – температура теплоносителя (пар), °C ;

tс – температура нагреваемой среды в камере (воздух, перегретый пар), °C ;

с3 – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера.

Температура и плотность теплоносителя зависят от его давления и принимаются по табл. 2.9, с 41,/1/. Известно что давление пара в калорифере равно 0,32 МПа, тогда методом интерполирования найдём температуру теплоносителя tТ,°C

.

Сперва установим условную поверхность нагрева калорифера Fк.у., м2по следующей формуле

Fк.у.= 18 ∙ Eусл .,(2.52)

где Eусл − вместимость камеры в условном материале, м3

Вместимость камеры можно рассчитать по формуле

Еусл=Г ∙ bу(2,53)

Где Г − габаритный объём всех штабелей в камере, м3

bу − коэффициент объёмного заполнения штабеляусловным материалом, bу = 0,454

Габаритный объём всех штабелей в камере мы определим по формуле (2.23)Г=60,84м3

Подставим значения в формулу (2.53)

Еусл = 60,84 ∙ 0,454 = 27,621 , м3

Имея все необходимые данные, найдём условную поверхность нагрева калорифера, Fпр. , м2

Fпр.тр.= 18 ∙ 27,621 = 497,18 м2

Зная условную поверхность нагрева калорифераи поверхность нагрева одной трубки этого калорифера fк = 4м2 можем найти предполагаемое число трубок по формуле, nk

nk= , (2.54)

подставим данные и вычислим nk

nk= 497,18 / 4 = 124

Калориферы в камере расположены на продольных стенах камеры. При 124 трубах в камере количество ниток будет равно 20,поскольку в одной нитке содержится 6 двухметровых труб. Размещаем с каждой стороны 10 ниток.

Определим площадь живого сечения калорифера, Fж.с.ч , м2

Fж.сеч.к = Fкан − Fпр.тр., (2.55)

где Fкан− площадь сечения канала, перпендикулярная потоку движения воздуха,в котором расположены трубы, м2;

Fпр.тр.− площадь проекции одной трубы, м2;

Площадь сечения канала можно найти по формуле

Fкан = B ∙ L

где В − ширина канала в плоскости, перпендикулярной потоку, м,

L − длина канала, м

Площадь проекции трубы в плоскости, перпендикулярной потоку можно найти по формуле Fкал. = m ∙ n ∙ f

гдеm − количество ниток калорифера в данном сечении,

n − количество трубок в нитке,

f − площадь проекции одной трубы, м2 (для труб длиной 2 м равна 0,185 м2 )

Подставим значения в формулы (2.44), (2.45) и (2.46) для коридорного расположения труб

Fпр.тр. = 1 ∙ 6 ∙ 0,185 = 1,11 , м2

Fкан = 0,6 ∙ 14 = 8,4 , м2

F ж.сеч.к = 8,4 − 1,11 = 7,29 , м2

Зная площадь живого сечения можно определить скорость циркуляции агента сушки через калорифер, vк , м/с , по формуле

vк = ,(2.56)

где – объём циркулирующего агента сушки, м3/с,

– живое сечение калорифера,м2

Подставим все значения и найдём скорость циркуляции агента сушки через калорифер, vк , м/с

vк =45,63/7,29=6,26 м/с .

Коэффициент теплопередачи калорифера k определяется по приведенной скорости, то есть k = f (v0).

Приведенная скорость определятся по формуле, v0, м/с

v0 = ,(2.57 )

где r0 – плотность воздуха, равная при t = 0 °C и Р = 101325 Па.

v0=0,86*6,26/1,3 = 4,14 м/с .

Зная приведенную скорость определим коэффициент теплопередачи калорифера по следующей формуле,k, Вт/(м²*⁰С)

k = А v0Х, (2.58 )

где А,х – коэффициенты, зависящие от способа размещения труб по ходу движения агента сушки.

В соответствии с этими коэффициентами найдем коэффициент теплопередачи калорифера, k , Вт/(м²*⁰С)

k =10,2*4,14^0,4 =17,96 Вт/(м²*⁰С).

Теперь определим коэффициент теплопередачи для однорядного расположения калорифера. Для этого сначала определим площадь живого сеченияF ж.сеч.к , м2 по формулам (2.44 ), (2.45), (2.46)

Fкал. = 10∙ 6 ∙ 0,185 = 11,1, м2

F кан = 2,6 ∙14 = 36,4, м2

F ж.сеч.к = 36,4 – 11,1=25,3, м2

Зная площадь живого сечения калорифера, по формуле (2.56)определим скорость агента сушки через калорифер vк , м/с

Vк= 45,63 / 25,3 = 1,8 м/с

Теперь по формуле ( 2.57) определим приведённую скорость агента сушки

v02 , м/с

v02= 0,86*1,8 / 1,3 = 1,19 м/с

Определим коэффициент теплопередачи k2 Вт/(м²*⁰С), по формуле (2.58)

k2 = 8,4 *1,19^0,36=8,94 Вт/ (м²*⁰С)

Общий коэффициент теплопередачи калорифера k, Вт/(м²*⁰С), определяется как среднее арифметическое

k= (k1 + k2) /2

Подставим найденные значения коэффициентов и найдём среднее k, Вт/(м²*⁰С)

k= (17.96+8.94) / 2 =13.45 м/с

Зная значение коэффициента теплопередачи k по формуле ( 2.51) можем определить действительную площадь нагрева калорифера Fк, м2

Fк =(1000*113,31*1,1) / (13,45 8 (135,3-82,9) = 176,89 , м2

Теперь найдём количество трубок калорифера по формуле

n= ,

n= 176.89/4=44