Повышение энергетической эффективности сушки бумаги при однорядной компоновке сушильных цилиндров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат технических наук Громова, Екатерина Николаевна

• Громова, Екатерина Николаевна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Громова, Екатерина Николаевна

Введение.

1. Исследования процессов сушки бумажного полотна зарубежными и отечественными авторами:

1.1. Исследования кинетики и тепломассообмена в процессах контактно-конвективной сушки бумажного полотна.

1.2. Тепломассообмен при сушке бумажного полотна на цилиндрах.

1.3. Тепломассообмен на участках свободного хода бумажного полотна.

Заключение диссертации по теме «Промышленная теплоэнергетика», Громова, Екатерина Николаевна

Основные выводы

1. Проведены исследования диффузионных процессов, протекающих по толщине материала при контактно-конвективной сушке во время пребывания бумажного полотна на сушильном цилиндре и на участках свободного хода. Установлено, что при двухрядной компоновке сушильных цшшндров поток влаги диффундирует сначала в одну сторону, а затем в противоположную, в результате чего снижается интенсивность испарения влаги, особенно выраженными эти процессы являются в периоде уменьшающейся скорости сушки. При однорядном расположении цилиндров градиенты концентраций направлены в одну сторону, в результате чего происходит интенсификация процессов термо- и влагопроводности.

2. В представленной работе проведены расчеты кинетики и тепломассообмена во время пребывания бумажного полотна на сушильных цилиндрах и на участках свободного пробега. Установлены следующие зависимости: скорости сушки от температуры поверхности греющих цилиндров, интенсивности испарения влаги и производительности машины от удельной массы бумаги, интенсивности контактно-конвективной сушки от скорости движения полотна и др. Исходя из полученных результатов создана упрощенная модель расчета параметров бумажного полотна в программе МаШсас! у12 (Приложение 1).

3. На основании анализа существующих конструкций сушильных частей бумагоделательных машин предложена методика определения длины участка свободного пробега при безобрывной проводке бумажного полотна. Высказано предположение о том, что при достаточной протяженности участков свободного пробега температура бумажного полотна может быть снижена до значения температуры смоченного термометра, при этом достигаются максимальные значения тепловых потоков и, соответственно, наибольшая интенсивность испарения влаги.

4. Разработана математическая модель определения максимального утла охвата сушильного цилиндра бумажным полотном, при существующей компоновке позволяющая увеличивать поверхность теплообмена бумагосушильных цилиндров. Проведенные исследования для БДМ №10 ОАО «Кондопога», что за счет оптимизации конструктивных параметров представляется возможным увеличить поверхность тепломассообмена бумагосушильных цилиндров на 15-20%.

5. Разработанная методика теплового расчета многоцилиндровых контактно-конвективных сушильных установок по отдельным циклам «сушильный цилиндр - свободный ход» при проектировании новых установок позволяет более точно определять конструктивные характеристики по заданному температурному графику сушки, производительности машины и виду выпускаемой продукции.

6. При помощи приведенной методики расчета сушильной части бумагоделательных машин представляется возможным определять рациональные температурные графики сушки для получения максимальной производительности машины, качественных показателей выпускаемой продукции, определения расхода пара на каждый цилиндр, выбора конденсатоудаляющих устройств, а также производить расчеты при однорядном расположении сушильных цилиндров.

7. Проведен анализ температурного режима сушки бумажного полотна, на основании полученных А.П. Вельским термограмм контактно-конвективной сушки бумаги разной массы при различной продолжительности контакта бумажного полотна с сушильными цилиндрами. По результатам выполненных исследований получены кинетические кривые сушки и термограммы на цилиндрах и участках свободного хода. При сравнении результатов экспериментальных данных с расчетными была выявлена удовлетворительная сходимость значений параметров бумажного полотна при однорядной компоновке бумагосушильных цилиндров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Громова, Екатерина Николаевна, 2011 год

1. Шервуд Т.К. Сушка твердых тел Текст.. - Гослесиздат, 1935. - 282 с.

2. Лыков A.B. Явления переноса в капиллярно-пористых телах Текст. -Гостехиздат, 1954. —298 с.

3. Лыков A.B. Теория сушки Текст. М.: Энергия, 1968. - 472 с.

4. Лыков A.B. Тепло- и массообмен в капиллярно-пористых телах Текст. Минск, 1965. - 536 с.

5. Красников В.В. Контактная и комбинированная сушка тонких капиллярно-пористых материалов Текст. М.: МТИПП, 1957. - 31 с.

6. Красников В.В. Исследование процесса контактной сушки капиллярно-пористых материалов Текст. М., 1955. - 373 с.

7. Лыков A.B. Тепло- и массообмен в процессах сушки Текст. -Госэнергоиздат, 1956. 513 с.

8. Бычков П.П., Жучков П.А. Кинетика процесса сушки целлюлозы Текст. // Тр. ЛТИ ЦБП. 1968. - Вып. 5.-е. 15-27.

9. Бабик A.M. Внешний тепло- и влагообмен в процессе контактной сушки капиллярно-пористых тел Текст. М., 1957. - 425 с.

10. Ю.Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи Текст. М.: Энергия, 1977.-638 с.

11. Жучков П.А. Тепловые процессы в ЦБП Текст. М.: Лесная промышленность, 1978. - 154 с.

12. Жучков П.А. Процессы сушки в ЦБП Текст. М.: Лесная промышленность, 1965. -480 с.

13. Красников В.В. Кондуктивная сушка Текст. М., 1973. - 288 с.

14. М.Самойло В.Н. Исследование процессов сушки волокнистых материалов и разработка методов расчета контактных сушильных установок Текст.: Автореф. канд. техн. наук. Л., 1980. - 20 с.

15. Тимофеев О.Н. и др. Конвективный тепломассообмен при сушке бумаги на многоцилиндровых контактных сушильных установках Текст. / О.Н. Тимофеев, А.П. Вельский, В.И. Грачев. Л., 1989. - 92 с.

16. Фляте Д.М. Свойства бумаги Текст. М.: Лесная промышленность, 1976.-680 с.

17. Шухман Ф.Г. Бумагоделательные машины Текст. М.-Л., 1954. - 810 с.

18. Ганичев В.А. Исследование внутреннего тепло и влагообмена в высокоинтенсивных процессах сушки картона Текст.: Автореф.канд. техн. наук. Л., 1975. -24 с.

19. Бельский А.П. Теоретические основы процессов контактно-конвективной сушки бумаги Текст.: Автореф. д-ра техн. наук. Л., 1991.-42 с.

20. Бельский А.П. Сушильные установки Текст.: Учебное пособие. JI., 1974.-120 с.

21. Вельский А.П., Дмитриева С.И. Расчет температурного поля картона при сушке на многоцилиндровых установках Текст. //Технология бумаги и картона: Межвуз. сб. науч. тр. / ЛТА., 1989. - с. 25-29.

22. Бельский А.П., Лакомкин В.Ю. Тепломассоперенос в процессах контактной сушки картона Текст. // Лесной журнал: Изв. ВУЗ. 1989. - №2. - с. 50-54.

23. Бельский А.П., Лакомкин В.Ю. Специальные вопросы тепломассообмена Текст. СПб, 1997. - 92 с.

24. Жучков П. А. и др. Теплотехника целлюлозно-бумажного производства Текст. / П.А. Жучков, А.П. Гофлин, В.И. Саунин. М.: Экология, 1991.-210 с.

25. Жучков П.А., Саунин В.И. Тепловой и гидравлический режимы бумагоделательных и картоноделательных машин Текст. М.: Лесная промышленность, 1972. — 156 с.

26. Иванов С.Н. Технология бумаги Текст. М.: Лесная промышленность, 1970. - 568 с.

27. Леонтьев А.И., Исаев С.И. Теория тепломассообмена Текст. М.: Высшая школа, 1979. - 495 с.

28. Баскаков А.Г., Берг Б.В. и др. Теплотехника Текст. М.: Энергоиздат, 1982. - 412 с.

29. Жучков П.А. и др. Расчет и проектирование тепло-массообменных установок целлюлозно-бумажного производства Текст.: учебное пособие / П.А. Жучков, Т.П. Алаев, В.А. Ганичев. Л., 1982. - 108 с.

30. Жучков П.А. Тепломассобмен в процессах сушки и горения Текст. -Л.: ЛТИЦБП, 1974. 329 с.

31. Жучков П.А. Спецвопросы тепломассобмена в энерготехнологических процессах и установках целлюлозно-бумажного производства Текст.: Учебное пособие. Л., 1986. - 94 с.

32. Бойков Л.М., Антуфьев C.B. Экономия теплоты при сушке картона и бумаги Текст. // Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промпредприятиях и ТЭС: Межвуз. сб. науч. тр./ СПб ГТУ РП, СПб ГТУ, СЗЗПИ. СПб, 2001. - с. 92-102.

33. Бойков Л.М., Антуфьев C.B. Повышение эффективности работы контактных сушильных установок Текст. // Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промпредприятиях и ТЭС: Межвуз. сб. науч. тр./ ЛТИ ЦБП, ЛПИ, СЗЗПИ. Л., 1991. - с. 112-117.

34. Бойков Л.М., Антуфьев C.B. К вопросу тепломассопереноса при сушке картона и бумаги Текст. // Проблемы экономии топливноэнергетических ресурсов на промпредприятиях и ТЭС: Межвуз. сб. науч. тр. / ЛТИ ЦБП, ЛПИ, СЗЗПИ. СПб, 1997. - с. 30-34.

35. Вельский А.П., Лакомкин В.Ю. Проблемы энергосбережения на предприятиях ЦБП Текст. // Ресурсо- и энергосбереж. в ЦБП и городском коммунальном хозяйстве: Сб. трудов межд. науч.-практ. конф. СПбГТУРП, 2005.- с. 233-236.

36. Вельский А.П., Лакомкин В.Ю. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях Текст.: Учебное пособие. СПб: СПбГТУРП, 2007.-136 с.

37. Лисиенко В.Г. и др. Хрестоматия энергосбережения Текст.: Справочное издание / В.Г. Лисиенко, М.Ю. Сибикин и др.; Под ред. В.Г.Лисиенко. Т. 1-2. - М.: Теплотехник, 2005. - 760 с.

38. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Технология энергосбережения Текст. Учебник для средн. проф. образования. М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2006.-406 с.

39. Теплоэнергетика и теплотехника Текст.: Справочник: В 4 т. / Под общ. ред. А.В.Клименко и В.М.Зорина. М.: МЭИ, 2004. - Т. 4: Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. — 1120 с.

40. Бумагоделательные и картоноделательные машины Текст. / Под ред. В.С.Курова, Н.Н.Кокушина. СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2008. -588 с.

41. Лыков М.В. Теория теплопроводности Текст. М.: Высшая школа, 1967.-600 с.

42. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса Текст. Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 536 с.

43. Теория тепломассообмена Текст.: Учебник для технических университетов и вузов / Исаев С.И., Кожинов И.А., Кофанов А.И. и др.; Под ред. А.И. Леонтьева. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. - 495 с.

44. Непенин Ю.Н. Технология целлюлозы Текст. М.: Лесная промышленность, 1976.-479 с.

45. Исаченко В.П. и др. Теплопередача Текст.: Учебник для вузов / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомел. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981. - 488 с.

46. Вельский А.П. Проектирование и эксплуатация тепломассообменных (сушильных) установок Текст.; СПб ТИ ЦБП.-СПб, 1992.-116 с.

47. Вельский А.П., Ганичев В.А. Спецвопросы тепломассообмена Текст.: Программа и методические указания к выполнению контрольных работ; ЛТИ ЦБП. Л., 1990. - 33 с.

48. Венцюлис JI.C. и др. Энергосбережение и экологическая безопасность энергетики Текст. / Л.С. Венцюлис, А.К. Фролов, Ю.И. Скорин СПб: Энергия, 2000. - 106 с.

49. Лакомкин В.Ю., Вельский А.П. Расчет и проектирование барабанной сушильной'установки Текст.: Методические указания. СПб: СПбГТУРП, 1994. - 98 с.

50. Бойков Л.М. Теплотехника целлюлозно-бумажного производства. Теплоэнергетические и теплотехнические установки Текст. СПб , 2002.- 117 с.

51. Тепловые процессы и установки целлюлозно-бумажного производства Текст.: Учеб. пособие / П.А. Жучков, Л.М, Бойков, Ю.И. Хавкин Ю.И. и др.; Под ред. П.А. Жучкова. СПбТИ ЦБП, 1991. -408 с.

52. Дмитриева С.И., Рыбаков С.Г. Использование EXCEL 97/2000 в прикладных расчетах Текст.: Учебное пособие. СПб, 2000. - 64 с.

53. Ресурсо- и энергосбережение в целлюлозно-бумажной промышленности и городском коммунальном хозяйстве Текст.: Сб. статей /Под ред.проф.А.Н. Иванова. СПб: СПбГТУРП, 2005. - 103 с.

54. Фокин В.М. и др. Основы энергосбережения в вопросах теплообмена Текст. / В.М. Фокин, Г.П. Бойков, Ю.В. Видин. М.: Машиностроение, 2005. - 192 с.

55. Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. Физические основы и вычислительные методы Текст. М.: Мир, 1987. - 592 с.

56. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена Текст. М.: Атомиздат, 1979.-415 с.

57. Конструктивные характеристики сушильной части

58. Диаметр сушильных цилиндров: D1, мм

59. Диаметр сетконаправляющего вала: D2, мм

60. Зазор для размещения сушильных сеток: 51, мм

61. Зазор между образующими цилиндров по вертикали: 52, мм

62. Расчетная скорость бумагоделательной машины: W, м/мин

63. Обрезная ширина бумажного полотна: Вп, мм

64. D1 := 1828 D2 400 51 := 80 52 := 100 W ЮОСВп 6720

65. Расстояние между осями бумагосушильных цилиндров по горизонтали: L1, мм1. := DI + D2 + 2 • 511. = 2.388 х 103

66. Расстояние между осями бумагосушильных цилиндров по вертикали: Н, мм Н := Б1 + 52 Н= 1.928 х 103

67. Доля охвата сушильных цилиндров бумажным полотном: срф := 1V1.57.асоБНьО2насовН1Н2 +

68. Длина участка свободного хода бумажного полотна: 1с, мм1с := ЕГ +ыЛ2 (т+тЛ2ч2

69. Д лительность пребывания бумажного полотна на одном сушильном цилиндре: тк, стк60 • 3.14 Ш -ф• 10тк = 0.2

70. Длительность пребывания бумажного полотна на участке свободного хода: тс, с60 1с1. W•103 тс = 0.119тс :=

71. Д лительность цикла «сушильный цилиндр—свободный ход»: т, с т := тс + ткт = 0.319

72. Активная поверхность одного сушильного цилиндра: Ьс, м2

73. Ис := 3.14-01 ф-Вп- 10 6 Ьс = 22.41

74. Построение температурного графика для сушки бумажного полотна

75. Коэффициент контактного теплообмена: ак, Вт/(м2оС) Теплоемкость сухой бумаги: Сс, кДж/(кг°С) Теплоемкость влаги: Cw, кДж/(кг°С)

76. Влагосодержание бумажного полотна перед сушильной частью: Ш, кг влаги/кг сухой бумаги1. О о

77. Масса 1 м сухой бумаги: Реп, кг/мак := 600 Сс := 1.46С\у := 4.19 Ш := 1.33 Реп := 0.0468 Температура бумажного полотна при сходе с сушильного цилиндра (12):

78. Для определения этой температуры составляется уравнение тепловогобаланса и теплообмена на сушильном цилиндре:с1Чк = ак(й1-М)с1т = (Сс +110С>л,)РспсК1,

79. После преобразований уравнение выглядит следующим образом: сК1 ак1. Сс + и0Сс!т1. СП=*>1. П-Н (Сс + ио^Рсп д- ак ткобозначим-- к1. Сс + и0С^)Рсптогда 1п-= к1г12 = ек 12 = (п»п^Йекак • тк

80. Сс + Сш ■ Ш) • Реп • 3600 к = 0.101

81. Температура поверхности сушильных цилиндров: Ш, °С Температура бумажного полотна: И, °С Ш:=110 И := 60и ш х2 = 64 818 е

82. Критерии подобия теплового потока1. Число Рейнольдса: Яе

83. Коэффициент кинематической вязкости: и1. V := 18 10~6

84. V-lc 6 Яе:=--Яе = 1.829 х 10v • 60 • 103 Критерий Нуссельта: N110 751. N11 := 0.07 • Яе1. N11= 3.481 х 103

85. Коэффициент диффузии: Ц м/ч ТО := 2731. Т := 273 + Х21. Гту.8 О := 0.0829 • —кто;1. В = 0.122

86. Коэффициент массообмена, отнесенный к разности концентраций пара на поверхности испарения и в воздухе: от, м/чат :=1. ШР1с 10"ат = 214.394

87. Коэффициент массообмена, отнесенный к разности парциальных давлений пара на поверхности испарения и в воздухе: рр, кг/(л^Па ч) Удельная газовая постоянная: К К := 4701. Рр :=1. Г \ атV

88. Обозначим правую часть уравнения, как А, тогда скрытая теплота парообразования: г, кДж/кгг := 25001. А :=2.Эр-г1. Реп • (Ce + Cw • U0)1. А = 20.5131. С :=1. А • тс6(Г1. С = 0.041

89. Температура точки росы в воздухе: toi, °С tnl := 20.2 t3 := 63.77un :=tnl1. Toou2 :=t21. ТооиЗ :=t31. TÔÔr6 • on" )1. CI = -23.426 C2 := CI С1. C2 = -23.4661. C223 • log6 • un yun u2)'atan2 • u2 + vn)• un J