Конструктивные особенности автоклавных установок

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Содержание

1. Общая часть

1.1 Обоснование выбора типа проектируемой установки

1.2 Описание конструкции принципа действия

2. Технологическая часть

2.1 Режим работы тепловой установки и характеристика теплоносителя

2.2 Исходные данные

3. Расчетная часть

3.1 Расчет процесса горения топлива

3.2 Технологический расчет

3.3 Тепловой расчет

4. Техника безопасности проектируемой установки

Литература



1. Общая часть

1.1 Обоснование выбора типа проектируемой установки

Наиболее распространенным примером интенсификации технологических процессов и сокращения длительности изготовления материалов и изделий, является их тепловлажностная обработка (ТВО), составляющая треть стоимости их изготовления, занимающая свыше 80% длительности технологического цикла. ТВО газосиликатного бетона является длительным процессом в технологии производства.

Сущность ее состоит в том, что при повышении температуры среды, скорость реакций ускоряется и изделия в болей короткий срок, чем при обычной температуре, приобретают механическую прочность, допускающую транспортировку и дальнейшее использование строительных материалов. При изготовлении газосиликатного бетона применяют автоклав.

Автоклав представляет собой герметически закрывающийся сосуд, работающий под давлением выше атмосферного. Автоклав имеет преимущество по сравнению с другими теплотехническими агрегатами: в автоклаве нет затруднения в поддержании стабильного теплавлажностного режима, пропаривание в автоклаве экономично выгоднее, чем электропрогрев. А так же автоклавная обработка не только повышает прочность изделий, но и снижает усадку, а в отдельных случаев повышает стойкость бетонов против коррозии,а в частности сульфатной. Автоклав занимает меньше производственной площади чем остальные агрегаты.

1.2 Описание конструкции принципа действия

Автоклав представляет собой герметический закрывающийся сосуд, предназначенный для ТВО изделий паром под давлением 1,1 МПа. Внутренний диаметр автоклава 3,6 м; длина его корпуса 30,1 м.

Автоклав оборудован двумя быстрозакрывающимися крышками. Автоклав устанавливают на опорах, позволяющих ему удлинятся при нагревании. Пар подаеется через штуцер к перфорированной трубе, размещенной внутри автоклава. Конденсат удаляют через спускной клапан. Внутри автоклава проложен рельсовый путь, по которым вкатывают вагонетки с пропариваемыми изделиями. Во избежание больших тепловых потерь в окружающую среду все внешние поверхности автоклава покрывают тепловой изоляцией, что способствует интенсификации самого технологического процесса. Следует иметь ввиду, что температура, создаваемая в автоклаве, зависит не от общего давления в нем, а только от парциального давления пара, поэтому присутствие воздуха в автоклав является вредным. При уменьшении температуры насыщения воздух обычно отсасывают путем вакуумирования.

Особенность тепловой обработки в автоклавах - сохранение воды в жидкой фазе при давлении насыщенного пара 1,1 МПа и температуре около 180оС. Это создает благоприятные условия как для значительного ускорения твердения.

В начальный период запаривания, когда происходит обжатие бетона паровоздушной средой, что предотвращает развитие в нем деструктивных процессов в начальной стадии твердения. Избыточное давление создается подачей пара в герметически закрытый автоклав, либо подачей пара при открытых вентилях для выпуска воздуха и конденсата. При создании избыточного давления посредством подачи пара в герметически закрытый автоклав из-за снижения температуры запаривания на 5-7 оС по сравнению с отсутствующей температурой среды чистого насыщенного пара максимальное давление в автоклаве при изотермической выдержке увеличивает на 0,1-0,25 МПа. Избыточное давление посредством подачи пара при открытых вентилях для выпуска воздуха и конденсата создается через 10-15 мин после продувки автоклава. Продолжительность изотермической выдержки назначают с учетом времени, необходимого для полного прогрева изделия, обеспечивающим максимальную прочность изделия по всему сечению.



2. Технологичесая часть

2.1 Режим работы тепловой установки и характеристика теплоносителя

Режимом тепловлажностной обработки называют совокупность условий окружающей среды, то есть температуру, влажность и давление, воздействующих на изделие в течении определенного времени и обусловливающих оптимальную для данного изделия скорость набора прочности.

Теплофизические свойства газосиликатного бетона при ТВО изменяются в зависимости от условий окружающей среды. Чтобы не нарушать структуру бетона, необходимо назначить скорость подъема и снижения давления так, что бы строго соблюдался установленный для данного бетона режим ТВО.

Режим автоклавной обработки:

Подъем давления - 3 ч.

Продолжительность изотермической выдержки - 6 ч.

Сброс давления - 4 ч.

В соответствии с нормами технологического проектирования предприятия, для определения режима работы установки периодического действия принял:

Количество рабочих суток, Т - 351

Количество рабочих смен в сутки, С - 2

Продолжительность смены, ч - 12

В качестве теплоносителя в проектируемой установки используется водяной пар с параметрами:

- Температура, t =183 оC

- Энтальпия, h” =2781,2 кДж/кг

- Плотность, с =5,632 кг/м3

- Давление, P =1,1 МПа

2.2 Исходные данные

Производительность цеха, Pгод - 65000 м3

Изделие - газосиликатный бетон

Марка бетона - D500

Объем массива - 5,67 м3

Емкость вагонетки - 22,68 м3

Масса вагонетки - 2500 кг

Теплоемкость бетона - 0,75 кДж/кг•К

Масса борт-поддона - 1100 кг

Начальная температура изделий, t = 85пC

Начальная влажность изделий, Wн =40%

Конечная температура изделий Wн =20%

Теплоемкость металла, См =0,48%



3. Расчетная часть

3.1 Расчет процесса горения топлива

Топливо: Уголь, Канско-Ачинское месторождение

Состав: Сг =70%; Hг =4,8%; Nг =0,8%; Ог =23,6%; Ас =12%; Sг =0,8%; Wг =39%.

Переводим состав топлива на рабочею массу

Ар=Ас=(100-Wг)/100

Ар=12•(100-39)/100=7,32%

Б=А+Wр

7,32+39=46,32%

Переводим состав топлива с условна горючей массы в рабочую

Мр=Мг•(100-Б)/100

Где Мг - процентное содержание элемента по горючей массе

Sр=0,8•(100-46,32)/100=0,43%

Ср=70•(100-46,32/100=37,57%

Hр=4,8•(100-46,32)/100=2,58%

Nр=0,8(100-46,32)/100=0,43%

Ор=23,6•(100-46,32)/100=12,67%

Проверка

Ср+Hр+Ор+Nр+Sр+Wр+Ар=100%

37,57+2,58+12,67+0,43+0,43+39+7,32=100%

Уравнение реакций горения

С+О=СО2

12С+32С=44СО2

C+2,67O2=3,76CO2

H2+1/2O2=2H2O

2H2+16O2=18H2O

H2+8O2=9H2O

S+O2=SO2

32S+32O2=64SO2

S+O=2SO2

Теоретический расход воздуха на горение 1 кг топлива определяем, считая, что

воздух по массе состоит из77% N2 и 23% O2

Lтеор=2,67Ср+8Hр+Sр-Oр/(0,23•100)

Где Ср, Нр, Sр, Ор - процентное содержание этих элементов в

рабочей массе топлива

Lтеор=2,67+37,57+8•2,58+0,43-12,67/(0,23•100)=4,73кг

Действительное количество воздуха

Lд = б · Lтеор

где б - коэффициент избытка воздуха

Lд=4,73•1,8=8,51кг

Состав продуктов сгорания

mCO2 = 3,67 · CР/100

mC2O = 3,67 · 37,57/100 = 1,38кг

mH2O = 9· Hр/100 + Wр/100

mH2O = 9· 2,58/100 + 39/100 = 0,62кг

mN2 = 0,77• Lд

mN2= 0,77 · 8,51 = 6,55кг

mO2изб = 0,23(Lд - Lтеор)

mO2изб=0,23(8,51-4,73)=0,87кг

mSO2 =2· Sр/100

SO2=2•0,43/100=0,0086кг

mА=Ар/100

m А=7,32/100=0,07

Материальный баланс процесса горения сводится в таблицу 1.



Таблица 1

Невязка баланса Н=((Б-М)/Б)•100 % Н=((9,51-9,50)/9,51)•100%=0,1%

Расчет температуры горения топлива выполняется методом подбора на основании уравнении теплового баланса

Qрн=mn.2•Cn.2•tx

Где - Qрн теплота сгорания топлива, кДж/кг

m n.2 - суммарная масса продуктов сгорания, кг

С n.2 - теплоемкость продуктов горения,кДж/кг•К

t x - теоретическая температура горения, пС

Теплота сгорания топлива Qрн определяется по уравнению Менделеева

Qрн =399•Cр+1030Нр - 109(Ор - Sр) - 25Wр, кДж/кг·К

Qрн =399•37,57+1030•2,58-109•(12,67-0,43)-25•39=13084,47 кДж/кг•К

Задаемся температурой t1 =900пC, выписываем для этой температуры значения массовой теплоемкости и определяем какому количеству тепла соответствует температура.

Q1=900•(2,1915•1,38+1,3817•6,55+1,4663•0,87+1,6865•0,62)=12960 кДж

Задаемся температурой t2 =t1+100=900+100=1000пC

Задача теплового расчёта - определение расхода тепла и пара на тепловлажностную обработку бетонных и железобетонных изделий. Она решается - решением уравнения теплового баланса, который состоит из приходной и расходной части.

Тепловой баланс кассетной установки определяется на период её работы и полную загрузку бетона в кассету. По тепловому балансу определяется удельный расход тепла и пара на тепловлажностную обработку изделий.

Приход тепла, кДж/период

с электроэнергией

Q1n=N кДж

гдеN - расход электроэнергии за период работы, кг. Величина неизвестная и определяется из уравнения теплового баланса;

от экзотермических реакций твердения цемента

Q2n = qэкз*МцкДж

где Мц - масса цемента в кассетной установке, кг

Мц=Ек*Ц

где Ц - расход цемента, кг/м3

Ек - ёмкость камеры, м3

Ек=Vизд*n

гдеn - число формовочных отсеков в кассете

Ек=1,48*10=14,8 м3

где V - объем изделия, м3

Мц=14,8*330=4884 кг

где qэкз - удельная экзотермияцемента,кДж/кг.цем.

qэкз = и ·M ·a /162 + и ·0,96*? В/Ц,

гдеМ - масса цемента

и- число градусо-часов тепловой обработки

и=0,5*(t1+t2)*ф1+t2* ф2, град.ч.,

гдеt1 - начальная температура нагрева изделий, оС

t2 - максимальная температура нагрева изделий, оС

ф1- время подъёма температуры, ч

ф2 - время изотермической выдержки, ч

и=0,5*(16+86)*2+86*3,5=403град.ч.,

если и?290, то а=0,32+0,002*и

и>290, то а=0,84+0,0002*и

а=0,84+0,0002*403=0,92

где В/Ц - водоцементное отношение,

В/Ц = 210/330 = 0,636

qэкз = (403*500*0,92/162+0,96*403)* v0,636=(185380/548,9)*0,80=270,2 кДж /кг.цем

Q2n = 270,2*4884=1319656,8 кДж

Всего приход тепла:

Qприх= Q1n+ Q2n =N+1319656,8 кДж

Расход тепла, кДж/период

на нагрев сухой массы бетона

Q1р= Сс.б*Мс.б*(t2-t1) кДж

гдеМс.б - масса сухого бетона в кассетной установке, кг

Мс.б.=Ек* с,

гдес - объёмная плотность бетона, кг/м3

Мс.б.=14,8*2200=32560 кг

Сс.б- теплоёмкость бетона, кДж/кгК

Q1р=0,88*32560(86-16)=2005696 кДж

на испарение части воды затворения

Q2р=W*(2493+1,97*tcр) кДж

где2493 - удельная теплота парообразования, кДж/кг

W- количество испарённой влаги, кг

W=0,01*Мб=0,01*32560=325,6 кг

tcр=(t2+t1)/2=(86+16)/2=51оС

Q2р=325,6*(2493+1,97*51)=844433,83 кДж

на нагрев воды, оставшейся в изделиях

Q3р= Cв* (Мв-W)* (t2-t1) кДж

гдеМв - масса воды затворения, кг

Мв = Ек*В,

гдеВ - расход воды, кг/м3

Мв=14,8*210=3108 кг

Cв - теплоёмкость воды, кДж/кгК

Q3р=4,19*(3108-325,6)*(86-16)=816077,92 кДж

на нагрев арматуры и закладных деталей

Q4р = Ма*Са*( t2-t1) кДж

гдеМа - масса арматуры, кг

Ма =n*mа

гдеmа - расход арматуры на одно изделие, кг

Ма=27,78*10=277,8кг

Са - теплоёмкость арматуры, кДж/кгК

Q4р=277,8*0,48*(86-16)=9334,08 кДж

на нагрев кассетной установки

Q5р = Мк*Ск*( tк2-tк1) кДж

гдеМк - масса кассетной установки, кг

Са - массовая теплоёмкость кассеты, кДж/кгК

tк2 - температура кассеты в период изотермической выдержки, оС

tк1 - начальная температура кассетной установки, оС

Q5р =60000*0,48(86-16)=2016000 кДж

потери тепла во внешнюю среду ограждениями

Потери тепла во внешнюю среду ограждениями кассетной установки по литературным данным составляют до 25% от общего прихода тепла

Q6р =0,25Qприх

Q6р =0,25(N +1319656,8)=0,25N+329914,2 кДж

неучтённые потери тепла

Q7р =0,1*Q'расх

Q'расх=Q1р + Q2р + Q3р + Q4р + Q5р + Q6р

Q'расх=2005696+844433,83+816077,92+9334,08+2016000+0,25N+

+329914,2=0,25N+6021456,03 кДж

Q7р =0,1*(0,25N+6021456,03)=0,025N+602145,6 кДж

Всего расход тепла:

Qрасх.=Q1р + Q2р + Q3р + Q4р + Q5р + Q6р+ Q7р

Qрасх=2005696+844433,83+816077,92+9334,08+2016000+0,25N+

+329914,2+0,025N+602145,6=0,275N+6623601,63кДж

Приравниваем сумму статей прихода к сумме статей расхода и определяем количество тепла, принесенного электроэнергией:

Qприх = Qрасх

N+1319656,8=0,275N+6623601,63

N-0,275N=6623601,63-1319656,8

N=7315785,98кДж

Для проверки теплового баланса составляю таблицу. Тепловой баланс представляю в таблице 1.

Невязка баланса

Н=(Б-М/Б)*100%=(8635442,78-8635442,78/8635442,78)*100%=0%

Расчёт произведен верно.

Затем рассчитываю удельный расход электроэнергии

Nуд. = N/ 3600*ЕккВт*ч/м3

Nуд. =7315785,98/53280=137,31 кВт*ч/м3

что эквивалентно

dн.п. = Nуд.*3600/2676, кг/м3

где 2676 - энтальпия нормального пара, кДж/кг

dн.п. =137,31*3600/2676=184,7 кг/м3

Годовой расход электроэнергии составит

Nгод.=Nуд.*РгодкВт*ч

Nгод =137,31*30000=4119300 кВт*ч

Дгод= dн.п*Ргод кг

Дгод=184,7*30000=5541000 кг

Суточный расход составит

Nсут. = Nгод/Т кВт*ч

Nсут. =4119300/253=16281,8 кВт*ч

Дсут. = Дгод /Т кг

Дсут. =5541000/253=21901,2 кг

Часовой расход составит

Nчас= Nгод /Т*24 кВт*ч

Nчас=4119300/253*24=678,41 кВт*ч

Дчас=Дгод/Т*24 кг

Дчас=5541000/253*24=912,6 кг

Данные расхода сводим в таблицу 2

Таблица 2

Расход	кВт*ч	кг н.п	м3 бетона
В год	4119300	5541000	30000
Cутки	16281,8	21901,2	118,6
Час	678,41	912,6	4,94

Таблица 3

Наименование статей	Расход тепла
	кДж	%
Приход тепла - С электроэнергией - От экзотермических реакций твердения цемента	7315785,98 1319656,8
Итого	8635442,78	100
Расход тепла - На нагрев сухой массы бетона - На испарение части воды затворения - На нагрев воды, оставшейся в изделиях - На нагрев арматуры и закладных деталей - На нагрев кассетной установки - Потери тепла во внешнюю среду - Неучтённые потери тепла	2005696 844433,83 816077,92 9334,08 2016000 2158860,7 785040,25
Итого	8635442,78	100

4. Техника безопасности тепловой установки

Во время электропрогрева бетона в кассете обслуживающий персонал не должен соприкасаться с токоведущими частями электрооборудования и конструкциями, находящимися под напряжением.

Каждая кассета ограждается. В опасных местах вывешиваются предупредительные плакаты «Опасно -- ток включен!» На пульте управления при включении напряжения на кассету появляется световое табло с аналогичной надписью, а на четырех углах ограждения каждой кассеты загораются красные мигающие лампы. Вся световая сигнализация включается одновременно включением напряжения на кассету.

Случайное открывание дверей ограждения трансформаторной подстанции, распределительного щита сопровождается звуковым и световым сигналами, а также блокируется конечными выключателями. Два крайних щита с утеплительными секциями, все металлоконструкции кассеты, трансформатор корпуса силовых щитов управления и другое электрооборудование должны быть надежно заземлены. Сечение токопровода, соединяющего нулевую клемму силового трансформатора с электродами -- разделительными стенками кассеты, должно быть не менее 50% сечения основных проводов, питающих прогреваемые изделия. Общее электрическое сопротивление токопровода, соединяющего установку с заземляющим контуром, должно быть не более 0,02 Ом.

Допускается одновременное подключение двух кассетных установок, если потребляемая ими мощность не будет превышать установочной мощности трансформатора. Опыт работы на заводах КПД показал, что кассетные установки можно включать так, чтобы завершение разогрева бетона в одной кассете частично (на 0,5--1 ч) совпадало с началом разогрева в другой.



Список используемой литературы

автоклав давление горение топливо

1.Гершберг О.А. Технология бетонных и железобетонных изделий, Москва «Стройиздат» ,1971г.

2.Вознесенский А.А. Тепловые установки в производстве стройматериалов и изделий, Москва «Стройиздат» ,1964г.

3.Казакова О.С. ,Казаков П.В. Охрана труда и противопожарная безопасность на предприятиях ЖБИ, Москва «Высшая школа» 1980г.

4.Константопуло Г.С. Механическое оборудование заводов железобетонных изделий и теплоизоляционных материалов, Москва «Высшая школа» ,1988г.

5. Никифорова Н.М. Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов, Москва «Высшая школа» ,1974г.

6.Никифорова Н.М. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий, Москва «Высшая школа» ,1981г.

7.Сизов В.Н. Технология бетонных и железобетонных изделий, Москва «Высшая школа» ,1972г.

8.Справочник по производству сборных железобетонных изделий под редакцией Скрамтаева Б.Г. и БалатьеваП.К.,Москва «Стройиздат» ,1965г.

Размещено на Allbest.ru

...