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

Охолоджування від 800 °С до 650 °С можна значно прискорити. Інтенсивність охолоджування, що допускається, на цій ділянці складає для повнотілої цеглини 250-300 °С, а для ефективних виробів 350-400°С в год.

Охолоджування виробів в інтервалі температур 650-500 °С характеризується модифікаційною зміною кварцу (573 °С) із зменшенням об'єму на 0,82%. Швидкість охолоджування на цій ділянці не повинна перевищувати 150 °С в годину.

Швидкість охолоджування, що допускається, після досягнення виробом температури 500 °С складає 500-600 °С в годину і обмежується лише умовами зовнішнього теплообміну.

Таким чином, цеглина високої якості може бути отриманий при вельми коротких термінах випалення (для повнотілої цеглини 9-11 ч, для ефективних виробів - 7-8 ч). Проте оптимальні режими випалення не можуть бути повністю реалізовані в промислових печах.

У проектуючої печі сировиною служить глина Музичанского родовища, мінералогічна характеристика.

3. Розрахунок технологічний та конструктивних параметрів тунельної печі

Вихідні дані:

Річна продуктивність P = 19 млн. шт../рік

Вид виробу - пустотілий керамічний камень

Маса одиниці готового виробу g = 3 кг

Час випалу τ = 42 год

Ширина пічного каналу В = 3 м

Довжина вагонетки l = 3,0 м

Висота пічного каналу H = 1,7 м

Початкова вологість W = 3,0 %

Відсоток браку m = 3,0%

Втрати при прожарюванні = 4,7%

Таблиця 1

Компонент	Вміст оксидів, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	TiO2	CaO	MgO	S2O	K2O	Na2O	в.п.п.	∑
Шихта	59,98	10,46	3,10	0,47	10,97	1.45	1.53	1,36	0,28	10.52	100.10

. Годинна продуктивність печі з врахуванням браку 3,0% від теоретичної:

Р_год = Р/z= 19000000 /8500= 2236 шт/год

- кількість годин роботи печі в рік, z = 8500, год

. Маса випалених виробів:

2236∙3 = 6708 кг/год

. Маса сухих виробів:

7496,7 кг/год

. Корисний об'єм над однією вагонеткою:

_ваг = В∙l∙h_k = 3∙3∙1,8 = 16,2м³

5. Коефіцієнт щільності садки печі: g = 0,7 кг/м³

6. Об'єм вагонетки:= 1,7*9=15,3- площа вагонетки; - висота садки.

G = = 3570 шт. на ваг.

. Знаходимо довжину робочого каналу:

= 78м

 - ширина робочого каналу.

. Кількість вагонеток, що знаходяться в печі:

26 ваг

Приймаємо кількість вагонеток N = 26 вагонеток, тоді довжина печі становить:

 = N∙L_в = 26∙3 = 78 м.

З урахування форкамери L = 78 + 2∙3 = 84 м.

Форкамери зменшують вплив навколишнього середовища на аеродинамічний режим печі і не враховуються в технологічні зони печі.

. Кількість вагонеток, що виходять із печі за годину:

n = N/τ = 26/42 = 0,62 ваг/год

Отже, вагонетка повинна виштовхуватися із печі кожні 1/0,62 = 1,62 години або через кожні 2 год.

Тепловий баланс зон підігріву та випалу

Метою теплового балансу зон нагріву і випалу є визначення кількості палива, необхідного для здійснення технологічного процесу із заданою продуктивністю з урахуванням 3 % браку.

Q_прих=Q_витр

Q_гор=35485×В (кВт)

. Витрати тепла

_витр= Q_м+ Q_вол+ Q_хр+ Q_тр+ Q_кл+ Q_дим+ Q_дис+ Q_невр

.        Тепло, що витрачається на нагрів виробів:

_м = Р×с_к×t_к - Р_с× с_п×t_п

Р - продуктивність по сухому (обпаленному) матеріалу, кг/с

Р_с - витрати сухої сировини з п.п.п.=10.52%

с_к×t_к - ентальпія матеріалу за кінцевої температури, кДж/кг

с_п×t_п - ентальпія матеріалу при початковій температурі нагріву, кДж/кг

кг/с

(кг/с)

_к=980⁰С, t_п=20⁰С

с_к=1.007 кДж/(кг град), с_п=0.78 кДж/(кг град)_м = 1,86×1,007×980-2,07×0.78×20=1803,3 (кВт)

.        Теплота, що використовується на випаровування вологи із матеріалу:

Нехай =5%

_вол=(2500-4.2× t_п)×W_вол

- питома теплота випаровування вологи, кДж/кг.

 кг/с

_вол=(2500-4.2× 20)×0.11=256,76 (кВт)

3.      Теплота, що витрачається на хімічні реакції:

_хр = ∑q_i∙G_i

В процесі випалу відбуваються реакції утворення оксидів Al, Mg, Ca, які супроводжуються поглинанням теплоти: _Al2O3=1767 (кДж/кг)_MgO=2750 (кДж/кг)_CaO=2826 (кДж/кг)

G_i=0.01×n×P_c

- кількість вихідної речовини у %_CaO=0.01×10,97×2,07=0.23 (кг/с)

G _Al2O3=0.22 (кг/с)

G_MgO=0.03 (кг/с)

_хр= Q_CaO× G_CaO+ Q _Al2O3× G _Al2O3+ Q_MgO× G_MgO=1121,22 (кВт)

.        Теплота, що виноситься газами з печі (теплота, що виноситься продуктами горіння палива),при t_в=200⁰С:

_дис= V_CO2×i _CO2+ V_Н2О×i _Н2ОCO2=0.01×P_c×(0.4×CaO%+0.533×MgO%)

V_Н2О=0.0124×P_c×(п.п.п.- СО₂)

_CO2=0.01×2,07×(0.4×10,97+0.533×1,45)=0,07 нм³/ с

СО₂- що, виділилось при декарбонізації

СО₂=0.786×CaO%+1.09×MgO%=11,4%

_Н2О=0.023 нм³/с _CO2=350,5 кДж/ нм³,i _Н2О=298,3 кДж/ нм³_дис=0.095×350,5+0.054×298,3=35.56 (кВт)

.        Теплота, що втрачається через огорожу конструкції:

Для середніх температур 980-1500⁰С тунельної печі коефіцієнт =12-15 Вт/(м² град), а =0.07.

Беремо =13 Вт/(м² град), =0.077 (м² град)/ Вт.

В зоні нагріву і випалу тришарова футерівка:

. шамот, густиною ρ=1300кг/м³, з коефіцієнтом теплопровідності λ₁=0.61+0.00018t, товщиною δ₁=0,23м

. шамот легковіс, густиною ρ=800кг/м³, з коефіцієнтом теплопровідності λ₂=0.21+0.00043t, товщиною δ₂=0,23 м

Λ₃=0.23+0.00049t, товщиною δ₂=0,35 м

При t=980^оС:

λ₁=0.61+0.00018∙980=0.786 Вт/м^оС

λ₂=0.21+0.00043∙980=0.63 Вт/м^оС

λ₃=0.23+0.00049∙980=0.71 Вт/м^оС - площа поверхні теплообміну

_вн=l_з.об.  P_п= l_з.об (2Н+В)

_з.об. - довжина зони обпалу печі, м (l_з.об. =14 м )

P_п- периметр печі,м

_зовн= l_з.об  P_п.зовн= l_з.об (2Н_зовн+В_зовн)

_п.зовн- зовнішній периметр печі,м_вн=23.4(21.7+0,81)=149,76 (м²)_зовн=23.4(2(1.7+0.8)+(3+1))=210,6 (м²)

(м²)

Для пічних газів коефіцієнт =100-450 Вт/(м² град), а =0.0033.

t_газ=980⁰С (температура газів в печі), t_пов=20⁰С

. Теплота, що витрачається на нагрівання транспорту

- середня температура шару футеровки

Для вагонеток 3×3: =2 т,  =1.8 т.

При  

с_ф=0.945 кДж/(кг град), с_ме=0.53 кДж/(кг град)

 - швидкість вагонеток в печі за годину

. Теплота,що витрачається на відпрацьовані гази

Об’єм продуктів горіння: =

=12.5 нм³/ нм³ (з розрахунку горіння природнього газу)

При  =275.5 кДж/ нм³

. Невраховані втрати теплоти:_невр. = (0,03 ~ 0,05)∙Q_н∙В _невр. = 0,03∙Q_н∙ В = 0,03∙35485∙ В = 1064.6 ∙ В кВт

Рівняння теплового балансу має вигляд: Q_пр = Q_р

_гор + Q_пов= Q_м+ Q_вол+ Q_хр+ Q_тр+ Q_кл+ Q_дим+ Q_дис+ Q_невр

∙В = 1803.3+256.76+1121+244.9+498,6++35.56+ +1064.6 ∙ В

∙В=3960,12∙В+4732.62

В = 0.12 нм³/с =432 нм³/год

Тоді:

_гор=35485×В =35485×0.12=4258,2 (кВт)

 кВт_невр. = 1064.6 ∙ В =1064.6×0.12=127,8 кВт

Таблиця 2

Прихід		Витрати
Q	кВт	Q	кВт
Qгор	4258,2	Qм	1803.3
		Qвол	256.76
		Qхр	1121
		Qтр	244.9
		Qкл	498,6
		Qдим	413,25
		Qдис	35.56
		Qневр	127,8
		Невязка	-115,1
Разом	4258,2	Разом	4258,2

4. Тепловий баланс зони охолодження

Метою теплового балансу зони охолодження є встановлення об’єму повітря для охолодження випалених виробів (V_п^охл. ).

Стаття приходу теплоти

. Теплота, що вноситься випаленими виробами.

Ця стаття приходу чисельно дорівнює теплоті, що виноситься випаленими виробами із зони випалу:

₁пр = Q_1вип.^р = 3833486 кДж/год

. Теплота, яка вноситься транспортом.

Теплота, яка вноситься транспортом, чисельно дорівнює, теплоті, що виноситься із зони випалу:

₂пр = Q_2вип.^р = 1794960 кВт

Стаття витрати тепла

. Тепло, що виноситься виробми з печі:

₁^р = G∙С_вир∙t_вир,

де С_вир = 0,837 + 0,000264∙t = 0,837 + 0,000264∙515 = 0,973, кДж/кг∙⁰С, t_вир = 515 ⁰С;₁^р = 3570∙0,973∙50 =173680,5 кДж/год

. Втрати теплоти через огороджувальні конструкції:

₂^р = Q_і^СТ + Q_і^скл

При t=50^оС:

λ₁=0,61+0,00018∙50=0,619 Вт/м^оС

λ₂=0,21+0,00043∙50=0,232 Вт/м^оС

λ₃=0,23+0,00049∙50=0,255 Вт/м^оС

Тоді втрати тепла в зоні охолодження через стінки будуть рівні

Где F_СТ - площа поверхні теплообміну

_СВ = 3*L*H = 3*25,7*1,7= 131,1м²

Втрати тепла в зоні охолодження через склепіння будуть рівні

Где F_СТ - площа поверхні теплообміну_СВ = 25,7*3=77,1м²

Q₂^р = 77479,9+45565,9=123045,9 кДж/год

3. Теплота, що виноситься транспортними пристроями:

де G_i - маса i- того шару футеровки вагонки,

Будемо вважати, що вся футеровка нагріта однаково рівномірно і має температуру 515^оС, теплоємкість шамоту при 515^оС

Так як період проштовхування однієї вагонетки становить 0,62 години, тоді годинні втрати однієї вагонетки становлять:

₃^р = Q_в/0,62 = 1341681,9 /0,62 = 2164003 кДж/год

. Теплота, що відводиться на сушку:

₄^р = V_пов.∙C_пов.∙t_пов., де t_пов = 350⁰С, C_пов = 1,3361, кДж/м³С₄^р = V_пов.∙1,3361∙350 = V_пов.∙467,35

Невраховані втрати:

₅^р = 0,04∙∑Qпр = 0,04∙(3833486+1794960) = 225137,8 кДж/год

Рівняння теплового балансу зони охолодження:

Q_пр = Q_р

3833486+1794960=173680,5 +123045,9+2164003+V_пов.∙467,35+225137,8_пов.∙467,35 = 2942578,8

Розрахунок коєфіциенту корисної дії:

Ƞ_п= Q_пол/Q_затр * 100% = (924336/4035600)*100%=22,9%

Ефективність роботи установки визначаємо через питому витрату палива на тонну продукції:

В=х/G_вир^вип*1000=432/6708*1000= 64,4м³/1000 кг

5. Аеродинамічний розрахунок печі

Аеродинамічний розрахунок здійснюється з метою визначення потужності димососа для видалення димових газів з зони підігріву, а також діаметрів газоходів.

Об’єм димових газів

Враховуючи підсос повітря з навколишнього середовища, кількість газів, які необхідно буде відібрати, збільшиться в 3 разів:

Задаємося швидкістю руху димових газів v_о=1,5 м/с та розрідженням h¹_пот=200 Па на виході з зони нагрівання в боров.

Димові гази відбираються через 6 труб, розрахуємо кількість газів, які проходять через одну трубу:

Швидкість руху газового потоку може досягати 3 м/с. Задаємося початковою швидкістю руху газу в трубі v₁=3 м/с.

Тоді площа поперечного перерізу труби дорівнює:

, = = 0,576 м

При вході газу в трубу напір газів зазнає втрат за рахунок швидкого звуження, які рівні:

32

де h_ск - швидкісний (динамічний) напір,

ζ - коефіцієнт місцевих опорів. Звичайно при зміні перерізу каналу коефіцієнт місцевих опорів ζ відносять до швидкісного напору, розрахованому по швидкості потоку в вузькому місці, тобто в борові:

 - густина повітря при t=0^оС

, тоді

Для спрощення задачі будемо вважати, що швидкість в борові не змінюється і швидкісний напір також.

Втрати напору на першій прямолінійній ділянці труби довжиною 2м рівні:

Де λ - коефіцієнт тертя газів об стінки, що залежить від критерію Рейнольдса та шероховатості стінок;

 - відносна довжина каналу; - приведений діаметр каналу.

враховуючи шероховатість цегляних каналів

На другій прямолінійній дільниці довжиною 5 м втрати будуть рівні:

 

На третій прямолінійній дільниці довжиною 6 м втрати будуть рівні:

На четвертій прямолінійній ділянці довжиною 7 м втрати будуть рівні:

На п’ятій прямолінійній ділянці довжиною 2,5 м втрати складуть:

втрати напору при повороті на 90^о складуть:

Так як маємо 5 поворотів, сумарні втрати на поворотах в 5 разів більше.

Втрати напору на дросельній заслонці:

Опір садки:

- коефіцієнт опору садки.  = 0.4 · L,

де L - загальна довжина зони підігріву і половини зони випалу.

Вихід газів в атмосферу:

Сумарні втрати напору:

Для підбору димососа враховуємо втрати з урахуванням 30% запасу

_t = V_0*(1+βt) = 16850*4.57 = 77005 м³/год

За допомогою номограми вибираємо відцентровий димосос середнього тиску ВРС №10, умовне число А = 7000, η_в(ККД) = 0,58 [13].

Число обертів вентилятора= A/N = 7000/10 = 700 об/хв.

Потужність на валу електродвигуна

N_дв = ,

де η_в - ККД димососа, η_в = 0,58;

η_n - ККД передачі,

η_n = 0,95, двигун з'єднаний з димососом за допомогою клинопасової передачі;_дв =  = 62,4 кВт.

Установа потужність електродвигуна

_ус. = k∙N_дв,

піч цеглина аеродинамічний кераміка

де k - коефіцієнт запасу потужності двигуна на пусковий момент, k = 1,1; N_уст = 1,1∙62,4 = 68,6 кВт.

Висновок

У даному курсовому проекті розроблена схема печі для виробництва керамічної цегли продуктивністю 19 млн. шт. у рік.

У роботі було зроблено розрахунок технологічних і конструктивних параметрів печі. Складено тепловий баланс зон підігріву, випалу та зони охолодження. Визначено обсяг повітря необхідного для горіння палива. Розраховано витрату продуктів горіння при спалюванні 1 м³ газу. Визначено щільність димових газів, теплотвірна здатність газу. Розраховані аеродинамічні параметри печі.

У процесі розрахунку теплотехнічних параметрів був складений тепловий баланс печі,у якому враховувалися всі статті приходу й витрат тепла.

Для зменшення відсотка браку можна пом'якшити температурний режим у печі. Вирівнювання температури по перетину каналу і зміна її по довжині каналу забезпечуються при використанні системи циркуляції гарячих газів, вдуванні холодного або підігрітого повітря через зазор в зводі, а також при певному розташуванні отворів для відводу газів, що відходять в обпалювальної тунелі.

Також можна зменшити втрати тепла, через футеровку використовуючи для менших температур більш щільну футеровку і меншої вартості.

Список використаної літератури

1.       Левченко П.В. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности. М. «ВЫСШАЯ ШКОЛА», 1968. - 367ст.

2.      Балкевич В.А. Техническая керамика: Учеб. пособие для студентов хим.-технол. спец. втузов. - М.: Стройиздат, 1984. - 256 с.

3.       Крупа А.А., Городов B.C. Химическая технология керамических материалов: Учеб. пособие для студентов вузов, обуч. по спец. «Хим. технол. тугоплавких неметал. и силикат. материал.». - К.: «Вища школа», 1990. - 399 с.

4.       Кашкаев И.С., Шейнман Е.Ш. Производство керамического кирпича. Учебник. М. Высшая школа, 1983 - 223ст.

5.      Дегтярева Л.Т., Сергейкина Е.М., Яскевич Т.Г. Экспресс информация: промышленность сборного железобетона и стеновой керамики, серия 19 (Выпуск 2). М. МПСМ СССР, 1986, - 20ст.