Расчетная часть

Расчет ведется для битумохранилища ямного типа с массой хранимого битума m = 200 тонн. Необходимые размеры для битумохранилища приводятся в литературе [4], [5], [6]. Формулы для расчета в [2], [8] константы в [10],[11].

2.1 Расчет полезно расходуемого тепла

Общее количество полезно расходуемого тепла определяется по формуле:

(1)

Количество полезно расходуемого тепла в основной секции:

(2)

Количество полезно расходуемого тепла в основной секции:

(3)

где С_Б – удельная теплоемкость битума (при 55 и 90 ⁰С), кДж/кг· °С;

С_В – удельная теплоемкость воды, С_В = 4,19 кДж /кг · °С [10];

П – производительность, П = 15 т/ч =15000 кг/ч;

ω – относительное содержание воды в битуме при 90 °С, [%].

Для дорожных битумов в ГОСТе 22245-90 значение исключено, по техническим расчетам оно составляет 1-2 %, примем что ω = 2% = 0,02 (ГОСТ 6617-67 для строительных битумов: содержание воды – следы).

Таблица 1.

Зависимость удельной теплоемкости битума от температуры

Температура битума, °С	10-20	30-60	60-100	100-150	150-180
Теплоемкость, кДж/кг · °С	1,1-1,25	1,25-1,45	1,45-1,65	1,65-1,85	1,85-2,2

Для основного отсека:

Для дополнительного отсека:

Общее количество полезно расходуемого тепла:

2.2 Расчет потерь тепла из дополнительного отсека в основной,

Потеря тепла из дополнительного отсека в основной является частично восполнимой потерей:

(4)

где – площадь перегородки между основным и дополнительным отсеками, м²;

h₁ – коэффициент теплопередачи основного отсека, кВт/м²· °С;

t₁ – температура битума в основном отсеке в начале нагрева, t₁ = 10 °С;

t₃ – начальная температура перекачивания битума шестеренным насосом, t₃ = 95 °С.

(5)

где l – ширина перегородки, l = 4,62 м;

h_б – высота слоя битума у перегородки, .

(6)

где и - коэффициенты теплоотдачи от битума к материалу перегородки и обратно, = = 0,097 кВт/ м² ·°С;

l_cm – толщина стенки, l_cm = 0,2 м;

– коэффициент теплопроводности стенки, = 0,00075 кВт/ м· °С [2].

2.3 Расчет потерь тепла через наружные стенки и днище в почву

Для основного отсека:

(7)

Для дополнительного отсека:

(8)

где - суммарная площадь днища, м²;

- суммарная площадь контакта с грунтом боковых стенок, м²;

h₂ – коэффициент теплопередачи из основного отсека битумохранилища в почву, кВт/м²·°С;

h₃ – коэффициент теплопередачи из дополнительного отсека в почву, кВт/м²· °С.

(9)

где l_из – толщина изоляционной засыпи (шлак) между стенкой битумохранилища и грунтом; l_из = 0,3 [м];

- коэффициент теплопроводности засыпки; λ _из = 0,00014 кВт/ м·°С;

l_п – длина теплового потока в почве при установившемся режиме, l_п = 6 м при определении теплового потока из дополнительного отсека;

λ_п - коэффициент теплопроводности почвы; λ_п = 0,0023 кВт/ м·°С [2].

(10)

где l – ширина битумохранилища, l = 4,62 м;

h_бб - высота слоя битума у боковой стенки основного отсека, h_бб = 2,10 м;

h_б – высота нагреваемого слоя битума, h_б = 2,5 м;

b_о – длина основного отсека, b_о = 5,78 м; 2.

Учитывая, что передняя и задняя стенки имеют трапециевидную форму вследствие наклона днища битумохранилища на 8 градусов:

(11)

где l – ширина битумохранилища; l = 4,62 м;

b – длина основного отсека, b = 5,78 м;

– длина днища основного отсека с учетом угла наклона, м;

α – угол наклона днища, ⁰[2].

(12)

где l – ширина битумохранилища, l = 4,62 м;

- высота слоя битума у боковой стенки дополнительного отсека, м;

h'_НС – высота нагреваемого слоя битума дополнительного отсека, h'_НС = 3,04 м;

f – длина дополнительного отсека, f = 2,00 м [2].

(13)

где l – ширина днища, l = 4,62 м;

f – длина днища дополнительного отсека, f = 2,00 м;

– угол наклона днища, ⁰ [2].

Потеря тепла через наружные стенки и днище в почву равна сумме потерь из основного и дополнительного отсеков:

Для основного отсека:

Для дополнительного отсека:

Суммарная потеря тепла:

2112,56 + 1640,78 = 3753,34 [ ]

2.4 Расчет потерь тепла зеркалом битума в воздух

Для основного отсека:

Для дополнительного отсека:

где - коэффициент теплоотдачи от зеркала битума в воздух, = 0,00015 кВт/м² ·°С;

t_В – температура воздуха в битумохранилище, t_В = 20 °С [2];

S_Зер – площадь зеркала битума отсека, м².

Площадь зеркала битума:

(17)

где m – длина зеркала битума, m_осн –длина зеркала битума основного отсека, m_осн =5,78 м;

m_доп – длина зеркала битума дополнительного отсека, m_доп = 2,00 м;

n – ширина зеркала битума, n = 4,62 м.

Для основного отсека:

Для дополнительного отсека:

Суммарная потеря тепла зеркалом битума в воздух:

2.5 Расчет суммарных потерь тепла

(18)

2.6 Расчет общего количества тепла, необходимого для работы битумохранилища

(19)

2.7 Расчет площади поверхности жаровой трубы

(20)

где t_г.г – температура горения топлива, t_г.г = 1300 - 1400 °С (при P = 0,8 МПа);

Примем t_г.г = 1400 °C.

t_д.г – температура дымовых газов, t _д.г = 300 - 400 °С, примем t_д.г. = 350 °С [2];

h_{ж.т .} – коэффициент теплопередачи жаровой трубы, кВт/м²· °С.

где l_cm – толщина стенки, l_cm = 0,005 м;

– коэффициент теплопроводности стенки, = 0,046 кВт/м·°С;

и – коэффициенты теплоотдачи от битума к материалу жаровой трубы и обратно = 0,067 [кВт/м²· °С]; = 0,097 [кВт/м²· °С] [2].

.

2.8 Расчет площади поверхности змеевика:

(21)

где t_п.в – температура пара на входе в змеевик, t_п.в = 170 °С (при Р = 0,8 МПа);

t_п.н. – температура пара на выходе из змеевиков, t_п.н = 85-95 °С, примем t_п.н. = 120 °С [2];

h_з – коэффициент теплопередачи змеевика, кВт/м²· °С.

Q_доп - тепло расходуемое в дополнительном отсеке:

где l_cm – толщина стенки, l_cm = 0,005 м;

- коэффициент теплопроводности стенки, = 0,046 кВт/м·°С;

и - коэффициенты теплоотдачи от битума к материалу перегородки и обратно = 11,1 [кВт/м²· °С]; = 0,043 кВт/м²· °С. [2]

2.9 Расчет суммарной длины змеевика

,

Где r – радиус трубы, [ м ]; S_Н - площади поверхности нагревателя, [ м² ].

Диаметр трубопровода змеевика парового обогрева составляет 50,8 – 76,2 мм, [2]. Примем, что d = 60 мм, тогда радиус трубы следующий:

r = 60 мм/2 = 30 мм = 0,03 [ м ].

.

2.10 Расчет расхода теплоносителя

Для сравнения рассмотрим паровой (G_П) и масляной нагрев (G_М).

Расхода пара рассчитывается по формуле:

(38)

где Н₁ – удельная энтальпия пара при рабочем давлении 0,8 МПа,

Н₁ = 2770,4 кДж/кг [11], [Приложение 1];

Н₂ – удельная энтальпия отработавшего пара при давлении 0,2 МПа,

Н₂ = 500 - 600 кДж/кг, примем Н₂ = 600,0 кДж/кг [2].

.

При масляном нагреве часовой расход масла рассчитывается по формуле:

где С_М – удельная теплоемкость масла, С_М = 1,8 – 2,1 кДж/кг · °С, примем С_М = 1,9 кДж/кг· °С,

t_м.в – температура масла на входе в змеевики битумохранилища; t_м.в = 250 - 270 °С, примем t_м.в = 260 °С;

t_м.н – температура масла на выходе из змеевиков битумохранилища, t_м.н = 60 – 80 °С, примем t_м.н = 70 °С, [2].

.

По рассчитанным величинам видно, что расход пара меньше в 6 раз расхода масла, следовательно в данном случае в дополнительном отсеке целесообразнее использовать паровой обогрев.

Дата добавления: 2015-07-14