Курсовая работа (т): Тунельна піч з арочним склепінням продуктивністю 19 млн. шт. будівельної цегли в рік, ширина каналу 3 м

Тунельна піч з арочним склепінням продуктивністю 19 млн. шт. будівельної цегли в рік, ширина каналу 3 м

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

"Київський Політехнічний Інститут"

Кафедра хімічної технології кераміки та скла

Курсовий проект на тему:

«Тунельна піч з арочним склепінням продуктивністю 19 млн. шт. будівельної цегли в рік, ширина каналу 3 м»

Виконав:

Величко Ю.М.

КИЇВ 2015

Зміст

Вступ

. Печі для випалення кераміки

.1 Обґрунтування вибору печі

.2 Принципова схема тунельної печі

.3 Конструкції пічних вагонеток

.4 Садка і розвантаження виробів

.5 Оптимізація умов роботи печі

. Відомості про процеси, що протікають при випалі

. Розрахунок технологічних і конструктивних параметрів печі

. Тепловий баланс зони охолодження

. Розрахунок аеродинамічних параметрів

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Всі найважливіші процеси технології виробництва (випалення, сушка) керамічних виробів протікають в теплових апаратах різних конструкцій (печах, сушилах).

Печами - називають теплові прилади, установки і споруди, в яких за рахунок організованій тепловій енергії, що виділяється, відбувається теплова обробка вихідних матеріалів, і виходять продукти з певними властивостями.

Найважливіші физико-хімічні властивості виробів (міцність, щільність, морозостійкість) отримуються в результаті випалення. Під випаленням зазвичай розуміють процеси, пов'язані з розкладанням матеріалів під дією високих температур, але нижче за точку плавлення основної отримуваної твердої речовини.

Історія розвитку пічної техніки нерозривно пов'язана з історією розвитку теорії конструювання печей. З технічним прогресом виробництва безперервно удосконалюються ті, що існують і створюються нові конструкції печей і сушарок з інтенсивнішими процесами теплової обробки матеріалів, економічніші в експлуатації і такі, що дають вищу продуктивність.

На сьогоднішній день найбільш досконалими типами печей будівельної силікатної промисловості вважаються тунельні печі для випалення сформованних виробів.

У зв'язку із загальним технічним прогресом і розвитком науки в цілому, відбувається безперервне вдосконалення конструкцій печей. При цьому велику роль зіграла створена на початку поточного століття нова галузь технічної науки - теорія печей, розробляюча теоретичні основи теплових процесів, що відбуваються в печах, і узагальнююча виробничий досвід роботи печей, залежно від їх призначення.

До сучасних проектованих печей, висувається ряд вимог, виконання яких зумовлює актуальність даного проекту порівняно з провідними виробниками теплотехнічного устаткування.

Серед них можна виділити:

високу теплову потужність, що забезпечує задану продуктивність;

утримання температур, відповідних технологічному режиму і що забезпечують найбільш високу якість продукції, що випускається;

створення найбільш ефективних умов спалювання палива, з метою мінімізації питомої витрати тепла на процес випалення;

простоту в обслуговуванні, шляхом використання систем автоматизації і контролю за технологічним процесом за допомогою ЕОМ;

використання вогнетривких матеріалів що забезпечують найбільш тривалі терміни експлуатації печі без ремонтів і найменші втрати в довкілля, з врахуванням заданого температурного рівня процесу.

Проектована піч відноситься до нових тунельних печей з полегшеним футеруванням, яке здатне забезпечити досить високу продуктивність при мінімальних питомих енерговитратах, завдяки відповідності висунутим вище вимогам.

Завданням на курсовий проект передбачена розробка тунельної печі з арочним склепінням для випалення цеглини. З шириною робочого каналу 3 м, 42 годинною тривалістю випалення і продуктивністю 19 млн. шт. будівельної цегли.

1. Печі для випалення кераміки

.1 Обґрунтування вибору печі

Процес випалення керамічних виробів полягає в зміні теплового стану маси виробу по визначеному температурному і газовому режимам, що забезпечують отримання кінцевого продукту із заздалегідь заданими физико-хімічними властивостями. Неправильне ведення режиму випалення може привести до зміни необхідних властивостей готового виробу або викликати брак у вигляді тріщин, деформацій, пузирів і т.п.

До останнього часу режим випалення встановлювали дослідним методом без достатнього обгрунтування. Знаходження відповідних закономірностей хоч би для окремих стадій випалення повинне дозволити набагато підвищити продуктивність печей і якість випалення і теоретично обгрунтувати оптимальну криву випалення і охолоджування виробів. Тривалість випалення залежить і від конструкції печі. У печах з великим перетином робочого каналу, нерівномірним розподілом тепла, що поступає, за наявності підсосів холодного повітря і інших причин, що збільшують температурні перепади по перетину печі, випалення триваліше, ніж в печах малого перетину і вільних від вказаних недоліків.

Сучасні тунельні печі є найбільш ефективними обпалювальними агрегатами. Переваги тунельних печей перед печами періодичної дії наступні:

безперервність процесів випалення;

безперервність (через певні інтервали) завантаження і вивантаження печі;

постійність температурної кривої випалення;

можливість автоматичного регулювання режиму випалення і охолоджування;

скорочення витрати палива на одиницю продукції;

економія вогнетривких матеріалів;

зменшення витрат на поточний ремонт.

Стискування, що чергується, із розширенням стін печі при випаленні і охолоджуванні в періодичних печах викликають швидке руйнування зв'язків окремих частин печі, особливо стін і склепіння. Періодичні печі вимагають частого поточного ремонту протягом всього року і не менше разу в два роки капітального ремонту, тоді як в тунельній печі розширення стін є лише при її пуску.

При нормальній роботі печі ремонт може бути проведений раз в 5-6 років і лише в окремих випадках через 3-4 роки. У тунельних печах температура стін в кожній зоні майже завжди однакова;

значне скорочення (приблизно у п'ять разів) обслуговуючого персоналу як безпосередньо при випаленні, так і особливо при завантаженні і вивантаженні печей;

поліпшення і полегшення умов праці. У печах періодичної дії доводиться працювати при підвищеній температурі, а також піднімати і подавати важкі вироби на значну висоту. Всі ці несприятливі умови праці повністю виключаються в тунельних печах;

можливість використання тепла, що відходить, із зони охолоджування для сушки напівфабрикату і інших цілей.

Проте можна виділити і такі недоліки в роботі тунельної печі:

недопалювання нижньої частини садки, що може бути викликане великими температурними перепадами. Це можна усунути, розрідивши садку, збільшивши щільність верхньої частини садки;

перепал верхньої частини садки, як результат недостатньої щільності верхньої частини садки. Заходи по усуненню неполадки ті ж;

перепал зовнішніх бічних рядів садки. Причина - гостре полум'я і мала газопроникність садки в поперечному напрямі. Поліпшити змішування повітря і газу, подовжити зону випалення і зменшити продуктивність пальників, змінити систему садки;

запарка виробів із - за низької температури газів, що відходять. Для усунення необхідно запалити пальники, розташовані поряд із зоною підігріву.

Випалення виробів в тунельних печах відбувається генераторним газом, рідким паливом або природним газом. По характеру дії вогню їх розділяють на печі прямої дії і муфельні. У тунельних печах прямої дії топкові гази безпосередньо омивають обпалювані вироби.

Для зменшення удару полум'я на вироби топкові гази подають в каналізований під вагонеток. Нагрів виробів в муфельних печах відбувається за рахунок випромінювання стінок муфеля, а також за рахунок циркулюючого в пічному каналі нагрітого повітря.

По характеру каналу тунельні печі підрозділяються на печі з прямим і кільцевим каналом. У печі з прямим каналом вироби розташовуються на вагонетках, в печі з кільцевим каналом - на суцільному обертовому поду. Найбільш поширені тунельні печі з прямим каналом. До переваг тунельних печей з кільцевим каналом відносяться: велика щільність поду печі, який робиться суцільним; відсутність парку вагонеток, а також об'їзних і передавальних доріг для них; можливість зосередити завантаження і вивантаження в одному або суміжних ділянках. Недоліками таких печей є: малий фронт роботи по завантаженню, вивантаженню і ремонту поду, що обертається; складніша схема вантажних потоків і в деяких випадках незручність розміщення круглої печі в порівнянні з прямими печами; відсутність місця для охолоджування виробів поза тунелем і, отже, необхідність кращого їх охолоджування в печі.

.2 Принципова схема тунельної печі

Розглянемо принципові схеми тунельних печей. Тунельна піч є довгим каналом, в центрі якого встановлені рейкові дороги для вагонеток. У каналі обпалювана продукція пересувається на вагонетках через постійні теплові зони: підігрівання, випалення і охолоджування. Печі працюють за принципом протитечії, тобто теплоносій рухається назустріч обпалюваним виробам. По всій довжині печі на внутрішніх сторонах стін є жолоб, утворений кутковим залізом і поверхнею стін. Жолоб засипають піском, в який занурюють фартухи вагонеток (подовжні металеві листи, прикріплені до вагонеток). Так створюють пісочний затвор, що відокремлює випалювальний канал від простору під вагонеткою. Пісок в пісочні затвори подають через бункери, встановлені в стінах печі в її вхідного кінця, і через зроблені в стінах печі похилі отвори.

Стики між вагонетками ущільнюють азбестовим шнуром і промазують глиняною масою.

Система садіння сирцю на вагонетки тунельної печі повинна забезпечувати рівномірний розподіл газових потоків по всьому перетині печі. Найкращі результати досягаються при щільності садіння в межах 40-45% від всього перетину печі. Під щільністю садіння мають на увазі кількість сирцю, що укладається в 1 м³ випалювального каналу печі.

Садіння має бути стійким і досить розрідженим для проходження газів. Вона повинна забезпечувати рівномірний розподіл палива по перетину печі.

Для прикладу, розглянемо пристрій найпростішої тунельної печі (Рис. 1) випалювальний канал тунельної печі умовно розділений по довжині на три основні технологічні зони: підігріву А, випалу Б і охолодження В. В зоні підігріву відбуваються досушка і підігрів виробів продуктами горіння, які відходять із зони випалу, потім вагонетки з виробами проходять через зону випалу, піддаючись впливу високих температур, після чого надходять в зону охолодження. Повітря для охолодження виробів і вагонеток надходить в піч

Рис.1. Схема найпростішої тунельної печі: 1-димосос; 2-вентилятор; 3,4 - двері печі.

Продукти горіння палива із зони випалу надходять в зону підігріву, де віддають свою теплоту на випаровування залишкової вологи в цеглі-сирці і нагрівання його до температури випалу. Із зони підігріву, відпрацьовані димові гази відбираються димососом 1 і викидаються в атмосферу або надсилаються в сушарку. Для відключення каналу печі від навколишньої атмосфери піч забезпечена металевими дверима 3 і 4.

Слід так само відзначити що досить важливим критерієм ефективності роботи печі, є правильно організоване спалювання використовуваного палива. Це особливо актуально в умовах сформованої в країні газової кризи.

Процес горіння являє собою ніщо інше, як взаємодія палива з окислювачем, що супроводжується інтенсивним виділенням теплоти швидким підйомом температури. Найважливішою умовою інтенсивного і повного згоряння палива, є хороший контакт окислювача з пальним і доброго сумішоутворення газу з повітрям. В промислових масштабах це питання зводиться до розробок найбільш ефективних пальникових пристроїв, що вимагають мінімального надлишку повітря і забезпечують найбільш повне згорання технологічного палива.

У проектованої печі використовуються газові пальники типу ГС - 80 (рис. 2), розроблені в 1993 році. Це короткофакельний пальник, що забезпечує повне згоряння палива за рахунок розсіювання окремих струменів газу в потоці повітря, що нагнітається.

Рис.2. Короткофакельний пальник типу ГС - 80

З усіх наведених вище вимог, для виробництва 25 млн. шт. умовної цегли на рік вибираємо ширококанальную тунельну піч з арчним склепінням. Розмір робочого каналу 3 х 1,73 метра.

.3 Конструкції пічних вагонеток

Пічні вагонетки працюють в дуже важких умовах: при дії високих температур і значних механічних напруженнях. Вагонетка повинна являти собою жорстку металеву систему, без деформацій сприймаючу зусилля пересування поїзда. Абсолютно неприпустимо, щоб зазначені зусилля хоча б частково сприймалися не металевим каркасом вагонетки, а футеровкою. Рами пічних вагонеток виготовляють зі сталевлі, зварними або литими.

Рис. 3. Конструкція стикових вагонеток: 1-швелер; 2- азбест; 3- стальний дріт

Раціональна конструкція стиків вагонеток показана на рис. 3. В цьому випадку швелер 1 набивають азбестом 2 і притискають сталевим прутком 3 або металевою трубкою.

Велике значення для нормальної експлуатації печі має конструкція футеровки вагонеток. Від стану пода вагонеток у великій мірі залежать режим роботи печі і механізація трудомістких процесів.

Поганий стан поду вагонеток виключає можливість застосування автоматичної укладки,що призводить до підвищення продуктивність праці та ліквідує одну з найбільш важких операцій - ручну садку виробів на вагонетки. Застосовують футеровку вагонеток трьох видів: керамічну, з жаростійкого бетону і комбіновану (бетон в поєднанні з керамікою). Матеріал для футеровки вагонеток повинен володіти достатньою вогнетривкістю і малим коефіцієнтом термічного розширення, високими опорами термічним ударам, механічною міцністю при стисканні і стиранні.

Керамічну футеровку виконують з вогнетривкої цегли (рис. 4). Для футеровки використовують великі і складні по конфігурації фасонні шамотні або високоглиноземисті камені, з яких викладають торцеві і бічні частини вагонеток. Іншу частину вагонетки заповнюють шамотною цеглою. Недоліки такої футеровки полягають в тому, що вартість великих блоків порівняно висока і їх міняють після значного руйнування. Тому вагонетки тривалий час експлуатують з великими дефектами футеровки.

Рис. 4. Футеровка пічної вагонеткі з цегли: 1 - вогнетривка цегла, 2 - теплоізоляційний цегла

Вагонетки футерують або повністю стандартним вогнетривкою цеглою, або зберігають лише кутові фасонні камені. На деяких заводах футерують вогнетривкою цеглою тільки краї вагонеток, а внутрішню частину викладають будівельною цеглою свого виробництва. Однак такі вагонетки після кожного обороту ретельно оглядають, і кожна цеглина з ушкодженнями обов'язково замінюють новим.

.4 Садка і розвантаження виробів

Інтенсивність і якість випалу виробів в тунельних печах в значній мірі залежать від прийнятої системи садки цегли-сирцю на пічні вагонетки. Садка повинна бути міцною і стійкою, що виключає можливість завалів в печі; досить щільною і в той же час дозволяти газам рівномірно поширюватися по довжині та ширині печі. Міцність і стійкість садки забезпечується правильною перев'язкою рядів, хорошим станом пода вагонеток, невеликим звуженням садки догори.