Конвейерная сушильная печь

1. Технологическая схема и особенности непрерывного процесса

Конвейерная сушильная печь представляет собой проходной тепловой агрегат непрерывного действия. Влажный материал тонким слоем распределяется по сетчатой, пластинчатой или цепной ленте, перемещающейся вдоль сушильного туннеля через последовательные технологические зоны (зона подогрева, зона постоянной скорости сушки, зона падающей скорости сушки, зона охлаждения).

В отличие от камерных агрегатов, конвейерные печи характеризуются:

• Высокой равномерностью тепловой обработки изделий.
• Непрерывным тепловым потоком, аккумулируемым и выносимым из рабочего пространства металлической конвейерной лентой.
• Стационарным по времени температурным профилем по длине агрегата.

---

2. Исходные параметры математической модели

2.1. Параметры высушиваемого сырья

• $G_{\text{см}}$ — часовая производительность печи по абсолютно сухому материалу (кг/ч);
• $W_1$ — начальная влажность материала на входе в печь (% на влажную массу);
• $W_2$ — конечная регламентная влажность высушенного продукта (%);
• $t_1, t_2$ — температура материала на входе и выходе из сушильного туннеля (°C);
• $c_m$ — удельная теплоёмкость сухого материала (в расчётах принимается $c_m = 1{,}2 \text{ кДж/(кг}\cdot\text{К)}$).

2.2. Параметры конвейерного транспортёра

• $G_{\text{тр}}$ — масса металлических элементов ленты, проходящих через сушило в единицу времени (кг/ч);
• $c_{\text{ст}}$ — удельная теплоёмкость конструкционной стали конвейера ($c_{\text{ст}} = 0{,}48 \text{ кДж/(кг}\cdot\text{К)}$);
• $t_{\text{вх},\text{тр}}, t_{\text{вых},\text{тр}}$ — температура элементов конвейера при входе в горячую зону и выходе из неё (°C).

2.3. Параметры горения и теплоносителя

• $Q_н^р$ — низшая теплота сгорания топлива ($37222{,}40 \text{ кДж/м}^3$);
• $\alpha$ — коэффициент расхода воздуха на горение горелочных устройств;
• $t_v$ — температура первичного дутьевого воздуха (°C);
• $t_{\text{ух}}$ — температура отходящих дымовых газов на срезе вытяжного зонта (°C).

2.4. Геометрические поверхности ограждений

Для каждого участка футеровки (боковые стены, свод, под, загрузочные и разгрузочные проёмы) задаются:

• $F_j$ — площадь теплообменной поверхности ($\text{м}^2$);
• $K_j$ — приведённый коэффициент теплопередачи ограждения ($\text{Вт/(м}^2\cdot\text{К)}$);
• $\Delta t_j$ — температурный напор между внутренней средой печи и окружающим цехом (°C).

---

3. Математические формулы теплового баланса

3.1. Баланс влаги и производительность

Масса влаги, испаряемой из движущегося слоя материала в единицу времени:

$$W_{\text{исп}} = G_{\text{см}} \cdot \left(\frac{W_1}{100 - W_1} - \frac{W_2}{100 - W_2}\right) \quad \left[\frac{\text{кг}}{\text{ч}}\right]$$

Массовая производительность по сухому продукту:

$$\Pi = \frac{G_{\text{см}}}{3600} \quad \left[\frac{\text{кг}}{\text{с}}\right]$$

3.2. Статьи технологического расхода тепла

1. Тепло на нагрев и фазовый переход испаряемой влаги ($Q_{\text{вл}}$):

Энтальпия образующегося перегретого водяного пара при температуре $t_{\text{ух}}$:

$$i_p = 2501{,}3 + 1{,}86 \cdot t_{\text{ух}} \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{кг}}\right]$$

$$Q_{\text{вл}} = W_{\text{исп}} \cdot \left(i_p - c_{\text{воды}} \cdot t_1\right) \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{ч}}\right]$$

где $c_{\text{воды}} = 4{,}187 \text{ кДж/(кг}\cdot\text{К)}$ — теплоёмкость жидкой влаги.

2. Полезное тепло на нагрев сухого каркаса материала ($Q_m$):

$$Q_m = G_{\text{см}} \cdot c_m \cdot (t_2 - t_1) \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{ч}}\right]$$

3. Тепловой поток, поглощаемый конвейерным транспортёром ($Q_{\text{тр}}$):

$$Q_{\text{тр}} = G_{\text{тр}} \cdot c_{\text{ст}} \cdot \left(t_{\text{вых},\text{тр}} - t_{\text{вх},\text{тр}}\right) \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{ч}}\right]$$

4. Теплопотери через наружные поверхности печи ($Q_{\text{пот}}$):

Суммируются потери по всем заданным поверхностям туннеля (с учётом переводного коэффициента $3{,}6$ из Вт в кДж/ч):

$$Q_{\text{пот}} = \sum_{j=1}^k F_j \cdot K_j \cdot \Delta t_j \cdot 3{,}6 \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{ч}}\right]$$

Если подробная геометрия не задана оператором, теплопотери принимаются равными $12\%$ от технологической мощности:

$$Q_{\text{пот}} = 0{,}12 \cdot (Q_{\text{вл}} + Q_m + Q_{\text{тр}})$$

3.3. Горение топлива и определение часового расхода газа

Удельный приход тепла на $1 \text{ м}^3$ сжигаемого природного газа:

$$Q_{\text{прих}} = Q_н^р + c_v \cdot L_\alpha \cdot t_v \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{м}^3}\right]$$

где:

• $c_v = 1{,}3 \text{ кДж/(м}^3\cdot\text{К)}$ — объёмная теплоёмкость воздуха;
• $L_\alpha = \alpha \cdot 9{,}871665 \text{ м}^3/\text{м}^3$ — объём дутьевого воздуха.

Средняя объёмная теплоёмкость уходящих дымовых газов:

$$c_g = 1{,}35 + 0{,}0001 \cdot t_{\text{ух}} \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{м}^3 \cdot \text{К}}\right]$$

Часовой расход природного газа $B$ ($\text{м}^3/\text{ч}$) находится из уравнения сохранения энергии:

$$B = \frac{Q_{\text{вл}} + Q_m + Q_{\text{тр}} + Q_{\text{пот}}}{Q_{\text{прих}} - V_\alpha \cdot c_g \cdot t_{\text{ух}}}$$

где $V_\alpha$ — полный объём дымовых газов при заданном $\alpha$.

Потери тепла с уходящими дымовыми газами:

$$Q_{\text{ух}} = B \cdot V_\alpha \cdot c_g \cdot t_{\text{ух}} \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{ч}}\right]$$

Полная подведённая тепловая мощность печи:

$$Q_{\Sigma} = B \cdot Q_{\text{прих}} \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{ч}}\right]$$

---

4. Расчёт режима с рециркуляцией газов

При включении контура рециркуляции отходящие дымовые газы возвращаются в зону интенсивного влагоудаления, что снижает прямые тепловые потери через вытяжной зонт на 30%:

$$Q_{\text{ух},\text{рец}} = 0{,}70 \cdot Q_{\text{ух}}$$

Суммарная тепловая мощность в режиме рециркуляции:

$$Q_{\Sigma,\text{рец}} = Q_{\text{вл}} + Q_m + Q_{\text{тр}} + Q_{\text{пот}} + Q_{\text{ух},\text{рец}}$$

---

5. Итоговые показатели энергоэффективности

5.1. Термический КПД конвейерной печи:

$$\eta = \frac{Q_{\text{вл}} + Q_m}{Q_{\Sigma}} \cdot 100\%$$

5.2. Удельный расход теплоты на 1 кг влаги:

$$q_{\text{исп}} = \frac{Q_{\Sigma}}{W_{\text{исп}}} \quad \left[\frac{\text{кДж}}{\text{кг влаги}}\right]$$

5.3. Секундный расход топлива:

$$B_{\text{сек}} = \frac{B}{3600} \quad \left[\frac{\text{м}^3}{\text{с}}\right]$$