Технологический расчет ямной камеры паропрогрева
Разработка или реконструкция тепловых установок с целью повышения их эффективности. Описание конструкции проектируемой тепловой установки. Ямная камера паропрогрева, ее выполнение их керамзитобетона. Расчет скорости нагрева и охлаждения изделия.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.05.2013 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Введение
- 2. Описание конструкции проектируемой тепловой установки
- 3. Технологический расчет
- 4. Расчет скорости нагрева и охлаждения изделий
- 5. Теплотехнический расчет
- Список литературы
1. Введение
В настоящее время разрабатываются и внедряются новые энерго- и материалосберигающие технологии, безотходных и гибких производств, позволяющие использовать широкий диапазон сырьевых материалов и получать изделия с заданными эксплуатационными свойствами. В строительной индустрии приоритетными направлениями являются реконструкции существующих линий и установок с целью повышения их эффективности и экономичности, механизации и автоматизации.
Камеры ямного типа применяют в агрегатно-поточной и полуконвеерной технологии изготовления сборных железобетонных изделий. Они просты в изготовлении и широко распространены на заводах сборного железобетона. Выполняют их напольными, полузагубленными или загубленными в зависимости от уровня грунтовых вод.
Наиболее распространенным приемом интенсификации технологических процессов и сокращения длительности изготовления материалов и изделий является тепловая обработка, составляющая треть стоимости их изготовления, занимающая свыше 80 % длительности технологического цикла и потребляющая свыше 75 % тепло - и энергоресурсов. Сокращение любого из этих показателей позволит значительно повысить эффективность технологии. Так, сокращения длительности формования изделий на 10 % даст экономию в 1,5-3 мин, а тепловой обработки - в 1-2 ч, что обеспечит существенное увеличение производительности установок, уменьшение расхода тепловой энергии, снижение металлоемкости процесса за счет увеличения оборачиваемости форм.
Разработка или реконструкция тепловых установок с целью повышения их эффективности не может быть выполнена без знания теплотехнических процессов, проходящих в установках, путей и закономерностей распространения теплоты, умения в необходимых случаях обеспечить интенсификацию ее потоков или эффективную защиту от теплопотерь.
Современный уровень развития науки, разработка новых методов исследования и широкое использование компьютерной техники в производстве обеспечат возможность конструирования процессов и установок на научных принципах, моделируя и оптимизируя технологические параметры.
Тепловые воздействия на материал вызывает в нем физические и химические изменения, тепло и массоперенос, процессы структурообразования и деструкции, что оказывает влияние на формирование прочностных и эксплуатационных свойств материала или изделия.
2. Описание конструкции проектируемой тепловой установки
Ямная камера паропрогрева конструкции Гипрострой индустрии полу загубленного типа выполнена из керамзитобетона. Крышку камеры укладывают на гидрозатвор; пар по паропроводу, проложенному по каналу, попадает в пароразводящий канал в нижней части камеры и через отверстия в перфорированной плите подается в камеру. В период охлаждения воздух через гидрозатвор приточного вентиляционного клапана и канал подается в камеру, затем через вытяжной гидрозатвор и вентиляционный канал выбрасывается в атмосферу отсасывающим вентилятором; вода из вентиляционных гидрозатворов перетекает по соединительной трубе и вытекает по трубе.
Внутренние габариты камеры в плане зависят от размеров форм укладываемых изделий с зазорами вдоль стен для прохода захватов автоматической траверсы, и для двух рядных камер - размерами двух форм с промежутками между ними. Более экономичны однорядные камеры, так как в них сокращается общая длительность цикла обработки, увеличивается оборачиваемость установок и форм, снижается металлоемкость процесса.
Камеры проектируют под определенный типоразмер изделий. Промежутки доступными для прохода теплоносителя должны быть минимально доступными. Это повышает полезную загрузку камер, коэффициент заполнения их бетоном и тем самым увеличивает удельный объем продукции при снижении удельных расходов теплоты. Камеры располагают блоками по 6-8 шт., что также уменьшает удельный расход теплоты.
Для предотвращения выбивания пара в промежутке между стенами и крышкой устанавливают гидрозатвор, представляющий собой заполненный водой желоб из металлического швеллера, укладываемого по верхнему периметру стен камеры. К днищу швеллера приварена и замоноличена в стены металлическая полоса, препятствующая сдвиганию затвора при укладке крышки и проходу пара под затвором. Проходу пара под затвором.
Крышки ямных камер паропрогрева представляют собой жесткую металлическую конструкцию толщиной 150…200 мм, паро - и гидроизолированную по отношению к паровой среде камеры и теплоизолированную снаружи. С внутренней стороны крышки имеют небольшой уклон до 5 % к гидрозатвору для осаждающего конденсата, тем самым предохраняет верхнее бетонное изделие от нарушения поверхности падающими каплями.
Крышки не должны деформироваться при снятии их и перестановки кранами. Избежать многочисленные перестановки, удары, деформации крышек позволяет установка гидропровода подъема крышки в вертикальное положение.
Ограждение камеры до недавнего времени выполнялись из монолитного или сборного железобетона, однако повышавшиеся требования к экономии тепловой энергии привели к разработке различных современных конструкций ограждений, отличающихся повышенными теплозащитными свойствами. Внутренние поверхности камеры покрыты гидроизоляцией, что предотвращает их увлажнение и повышение теплопроводности. Пол камеры имеет уклон 0,005…0,01 % для стока в канализацию.
3. Технологический расчет
Установка периодического действия.
К установкам ТВО железобетонных и силикатных изделий периодического действия относят пропарочные камеры, применяемые в агрегатно-поточной технологии, стенды, стенд-камеры и кассетные установки - в стендовой технологии, автоклавы для тепловой обработки под давлением.
Ямные камеры пропаривания.
Ямные камеры являются наиболее распространенными установками в промышленности сборного железобетона для ускорения твердения бетона.
По способу подачи пара и характеристикам получаемого в камере теплоносителя ямные камеры можно разделить на 3 вида:
обычные ямные камеры конструкции "Гипростройиндустрии", "Гипростроймаш" и др.;
ямные камеры профессора Л.А. Семенова;
ямные камеры с интенсивной циркуляцией среды конструкции ПДК-КИСИ.
Расчет геометрических размеров и количества ямных камер производится по одной схеме.
Основные размеры или габариты камер (внутренние) определяют в зависимости от номенклатуры изделий, а количество камер - от производительности завода или технологической линии.
Размеры камеры в плане устанавливаются в зависимости от размера изделия с условием, чтобы по плану размещалось не более двух крупногабаритных изделии. Высота камеры определяется числом уложенных по её высоте изделий в формах или на поддонах.
Стены пропарочных камер выполняются из железобетона толщиной 300-400 мм.
Длину камеры определяют по формуле:
= nl + (n+1) + (n-1) , м,
: n - количество изделий, укладываемых по длине камеры (если длина изделия превышает 4 см, значение n принимают равным 1); l - длина изделия, м; -расстояние между штабелями и стенкой камеры с учетом размера формы и технологических зазоров: =0,25-0,4 м, расстояние между формами =0,03 м.
=16+ (1+1) 0,3+ (1-1) 0,03 =6,6 м
Рекомендуемая длина камеры 7 м.
Ширина камеры:
=b + (+1) + (c - 1) , м,
:
-количество изделий, укладываемых по ширине камеры (если ширина изделия превышает 2 м, значение принимают равным 1; b - ширина изделия, м; - расстояние между штабелями и стенкой камеры с учетом размера формы и технологических зазоров (=0,25-0,4 м); -расстояние между формами (=0,03 м).
=1.52 (2+1) 0,3+ (2+1) 0,03=3,93м.
Рекомендуемая ширина камеры 4 м.
Высота или глубина камеры H:
=h+ (-1) + (-1) ++, м,
-число рядов изделий по высоте, шт.; h-высота изделия, м; -расстояние между изделиями по высоте с учетом размера формы, прокладок и кронштейнов (принимают не менее 0,3 м); -расстояние между формами в свету (0,03 м); -расстояние нижней плоскости форм от пола, принимают не менее 0,15 м; -расстояние от верхней плоскости верхнего изделия до крышки, принимают не более 0,05 м.
=0,3+ 0,35 (4-1) +0,035 (4-1) + 0,15 + 0,05=2.55 м
Высота камер более 2-3 м не рекомендуется, так как это вызывает большое неравномерное распределение температур по высоте.
Стены камеры выступают над полом на 0,5-0,7 м.
Рабочий объем камеры определяют по формуле:
=, .742.55=71.4.
.
Суммарный рабочий объем камер на годовую программу производительности завода или технологической линии определяют по формуле:
=, ,
где: -годовая производительность завода или технологической линии,/год; - длительность полного цикла работы камеры, час; - число рабочих часов в году, час; -коэффициент использования камеры (=0,85-0,9); g - степень заполнения камеры бетоном;
=+++, час,
-продолжительность загрузки камеры изделиями, час.
=, час,
где:
- длительность цикла формования, час; - число изделий в камере, шт. (=n); - число формовочных установок, шт.; - число изделий, формуемых на одной установке за один цикл, шт.; - продолжительность разгрузки камеры, час; -продолжительность предварительной выдержки изделий перед ТВО, час; - продолжительность ТВО, час (по заданию).
=1 шт.; =1 шт.; =1 час; = 2 час;
=++=3.5+9+2.5=15час,
- время подъема температур, час; - время изотермической выдержки, час; - время охлаждения, час (по заданию).
==8 часа
=8 + 2 + 0.5 + 15 =25,5 часа
=34516 =5520 час.
g=,
где: - объем одного изделия, .
=61.50,3=2.7
g= =0,3.
= =415.76.
Необходимое количество камер с учетом одной резервной на каждые 10 камер определяют по формуле:
= 1,1 =1,1 = 5.86камер.
Коэффициент оборачиваемости в сутки:
= = =0,63,где: 24 - суточный фонд времени в часах.
Необходимое количество установок типа ямных камер можно определить построением циклограммы тепловой обработки изделий. По горизонтали откладываются часы работы установки, а по вертикали - количество тепловых установок по очередности загрузки. Количество тепловых установок определяют в тот момент когда первая камера разгружена, а очередную необходимо загрузить, с учетом 1-2 резервных.
4. Расчет скорости нагрева и охлаждения изделий
Общие положения:
Цикл тепловой обработки бетона с момента подачи тепла состоит из следующих этапов:
1. Подъем температуры греющей среды от начальной до максимально заданной (); считают, что изменение температуры происходит по линейному закону, т.е. = + bt, где - температура среды в момент времени ; -начальная температура; b - скорость подъема температуры в град/час.
2. Выдерживание изделий при максимальной постоянной температуре - изотермический прогрев - (); на этом этапе изделие должно быть равномерно прогрето по сечению, однако какое-то время может происходить выравнивание температур - "центр-поверхность" изделия до достижения температуры среды.
ямная камера паропрогрев тепловая
3. Остывание изделий (); на этом этапе температура изделий понижается соответственно заданному режиму понижения температуры тепловой установки.
Особое значение имеет расчет температуры бетона в период нагрева, т.к. на этой стадии температурные градиенты по сечению изделия существенно влияют на процессы структурообразования в бетоне, а также процесс охлаждения, когда возникает опасность появления трещин.
Определяющим параметром в условиях конвективного теплообмена - основного вида теплообмена при тепловой обработке бетона - является коэффициент теплообмена , зависящий от содержания воздуха в паре, характера и скорости движения среды, от температуры среды, состояния поверхности твердого тела, величины температурного перепада между средой и поверхностью изделия и др.
В зависимости от условий теплообмена определяют соответствующие им коэффициенты теплообмена.
Для правильного назначения режимов тепловой обработки изделий необходимо знать кинетику температуры в отдельных точках изделия и её распределение в объеме изделия в различные моменты времени. В результате такого расчета определяют количество и график подачи тепла в установку.
Для этого период нагрева разбивают на 3 стадии, в каждой из которых, в соответствии со средними за стадию параметрами процесса, определяют искомые температуры. При этом принимают во внимание, что конец первой стадии - есть начало второй, конец второй - есть начало третей и т.д. (в период изотермической выдержки и охлаждения разбивку на стадии не производят).
Расчет температуры греющей среды по этапам.
Скорость подъема температуры греющей среды:
b = =
где: - начальная температура среды; - температура изотермической выдержки; - время этапа подъема температуры.
b = = 20,5 град/час. = C, =C, = =
Режим тепловлажностной обработки (++), а также температура изотермической выдержки указываются в бланке задания.
Температура в начале и в конце каждой стадии:
Этап подъема температуры ():
СтадияI-1: = =C; =+ b=18 + 20,51.16 = C;
Стадия I-2: = = C; =+ b=41,78+20,51.16=
СтадияI-3: == C; =+b =65,56+20,5= C.
где: и - начальная и конечная температура каждой стадии; - время каждой стадии (= = = /3).
Средние значения температур по этапам:
= 0,5 (+) =0,5 = C;
= 0,5 + ) =0,58+65,56) = C;
= 0,5 (+ ) =0,5+ 89,34) = C.
Этап изотермической выдержки (): =C.
Этап охлаждения ():
= = C
= + 20 =18+ 20 = C
= (+) /2 = (90 + 38) /2 = C.
= 30; = 60 %; =80 %; =90%; =65 %.
5. Теплотехнический расчет
Расчет температуры изделия по стадиям.
Стадия .
= C
= 30 %
= - = 41,78 - 18 =С
= - = 29,89 - =C.
= 1Вт/
Критериальный комплекс БИО.
Эффективность нагрева изделий в условиях протекания процесса конвекционного теплообмена прямо пропорциональна интенсивности теплообмена, толщине прогреваемого слоя изделия и обратно пропорциональна теплопроводности материала тела. При расчетах нестационарных процессов нагрева эта связь (зависимость распространения тепла в изделии от интенсивности внешнего теплообмена) учитывается критериальным комплексом БИО:
=
где: - коэффициент теплопередачи, Вт/град.; - определяющий размер по соответствующей оси, м; л - коэффициент теплопроводности бетона,= 1,69 Вт/мград.
Порядок расчета по методу критериальных уравнений.
Определение критериев для центра и поверхности изделия для всех этапов.
Этап подъема температуры (стадия I-1):
Критерий Вi:
В = ; В = ; B = ;
где: - коэффициент теплопередачи для первой стади
и; x, y, z-соответственно длина, ширина и толщина изделия (по заданию); л - коэффициент теплопроводности данного вида бетона.
Расчет коэффициента теплопередачи для всех стадий этапа подъема температуры, этапа изотермической выдержки и этапа охлаждения изделий определяется по Прилож. КП-5, где:
Пункт А: для паровоздушной среды при естественной конвекции (ямные камеры конструкции "Гипростройиндустрии").
В = = 1,775;
В = = 0,444;
В = = 0,09.
Скорость изменения температуры при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:
= ;
где: - коэффициента температуропроводности, /час; - продолжительность процесса нагрева, час.
Критерий :
F = ; F= ; F = ;
где: = 30,2 Вт/град.; - длительность первой стадии.
F= = 0,000389; F = = 0,0062;
F = = 0,156.
По графикам в зависимости от значений критериев находят безразмерные температуры по каждой оси для поверхности и центра изделия
(Прил. КП-6): для поверхности изделия:
= 0,57 = 0,9 = 1
для центра изделия:
= 1 = 0,9 = 0,85.
Общая безразмерная температура для поверхности и центра изделия:
= = 0,570,90,1 = 0,513.
= = 10,85 = 0,765.
По формулам определяют истинные температуры поверхности и центра изделия:
= - ;
= - ;
где: и - искомая температура поверхности и центра в данной стадии;
- конечная температура данной стадии; - безразмерные температуры поверхности и центра данной стадии; и - температура центра и поверхности в предыдущей стадии.
= 41,78 - 0,513 (41,78 - 18) = С
= 41,78 - 0,765 (41,78 - 18) = С.
Подсчитываем среднюю температуру изделия:
= 0,67+ 0,33 = 0,6723,59 + 0,3329,5 =C.
Далее аналогично стадии I-1 производим расчет для следующих стадий этапа подъема температуры и для этапа изотермической выдержки и охлаждения. Результаты записываем в таблицу 1. Последняя колонка таблицы заполняется после расчета экзотерии цемента.
Стадия .
= C
= 60 %
C
= - = 53,67- = C
= 10 Вт/ град.
комплекс БИО:
В = = 17,75;
В = = 4,44;
В = = 0,9
Критериальный комплекс Фурье:
F= = 0,000389;
F = = 0,0062;
F = = 0,156.
Безразмерные температуры по каждой оси:
для поверхности изделия:
= 0,14 = 0,42 = 0,7
для центра изделия:
= 0,76 = 0,97 = 1
Общие безразмерные температуры:
= 0,14= 0,7588
= 0,76= 0,7372
Истинные температуры:
= 65,56 - 0,7588 = C
= 65,56 - = С
Средняя температура изделия:
= 0,67 34,61 + 0,33 68,19 = С.
Стадия
= C
= 80 %
= C
= - = 77,45 - =C
= 46Вт/град.
Критериальный комплекс БИО:
В = = 81,65;
В = = 20,41;
В = = 4,08
Критериальный комплекс Фурье:
F= = 0,000389;
F = = 0,0062; F = = 0,156.
Безразмерные температуры по каждой оси: для поверхности изделия:
= 0,06= 0,13 = 0,48
для центра изделия:
= 0,76= 0,8 = 1
Общие безразмерные температуры:
= 0,06 0,130,48 = 0,0037
= 0,8 1 = 0,608
Истинные температуры:
= 89,34 - 0,0037= С
= 89,34 - 0,608 = С
Средняя температура изделия:
= 0,67 0,33 89,15 = С
Период изотермической выдержки.
Стадия
= C = 90% = 90
= 160 Вт/
Критериальный комплекс БИО:
В = = 284;
В = = 71;
В = = 14,2
Критериальный комплекс Фурье:
F= = 0,00302;
F = = 0,048;
F = = 1, 208.
Безразмерные температуры по каждой оси:
для поверхности изделия:
= 0,06 = 0,06 = 0,13
для центра изделия:
= 0,8 = 0,8 =0,7
Общие безразмерные температуры:
= 0,06 = 0,000468, = 0,8 = 0,448
Истинные температуры:
= 90 - 0,000468 = С
= 90 - 0,448 = С.
Средняя температура изделия:
= 0,67 =C.
Стадия
= C = 65% =52 = - = 64 - = 38
= 30 Вт/
Критериальный комплекс БИО:
В = = 53,25;
В = = 17,30;
В = = 2,66
Критериальный комплекс Фурье:
F= = 0,00083;
F = = 0,01342;
F = = 0.3355.
Безразмерные температуры по каждой оси:
для поверхности изделия:
= 0,06 = 0,13 = 0,54
для центра изделия:
= 0,75 = 0,82 = 0,7
Общие безразмерные температуры:
= 0,06 = 0,004212
= 0,75= 0,4305
Истинные температуры:
= 38 - 0,00065 = С
= 38 - 0,4305 = С.
Средняя температура изделия:
= 0,67=C.
Таблица 1. Температуры изделия.
|
Стадии и периоды ТВО |
Средняя температура, |
Температура поверхности |
Температура центра |
Фактическая температура с учетом тепла экзот. цемента, |
|
|
24,88 |
29,5 |
23,59 |
42,64 |
||
|
35,78 |
38, 19 |
34,61 |
47,58 |
||
|
66,97 |
89,15 |
56,06 |
126,52 |
||
|
79,8 |
89,99 |
74,79 |
197,28 |
||
|
27,4 |
37,9 |
22,16 |
Расчет тепловыделения (экзотермии) бетона:
Процесс твердения бетона сопровождается выделением тепла вследствие экзотермических реакций гидратации цемента.
Тепловыделение бетона зависит от тепловыделения цемента, которое в свою очередь определяется рядом факторов: химическим и минералогическим составом, маркой цемента, водоцементным отношением, расходом цемента, температурой бетона и продолжительностью тепловой обработки.
В приближенных расчетах количество тепла экзотермии, выделяемое 1 кг цемента, можно определить по формуле:
= , кДж/кг
где: - удельное тепловыделение цемента, кДж/кг; М - марка цемента; -количество градусов-часов от начала процесса, град. час; В/Ц - водоцементное отношение; - эмпирический коэффициент, который определяется для каждой стадии этапа подъема температуры и этапа изотермической выдержки по значению :
= 0,32+0,002 при 290 град час.
= 0,84 + 0,002 при 290 град час.
Определяем для всех рассматриваемых стадий:
= , град. час;
= = 1,16 = 24,87 град. час;
= +1,16 = 41,59 град. час;
= = 3,5= 127,4 град. час;
= () = 3,5+9=364,07град. час;
где: - начальная температура бетона, град.; - средняя температура бетона стадии, град.; - время стадии, час; i - количество стадий с начала тепловой обработки.
Определяем суммарное количество тепловыделения для всех стадий по формуле:
= , кДж/кг
= = = 15,44 кДж/кг
= = = 25,7кДж/кг
= = = 78,29кДж/кг
= = = 199,86кДж/кг
Определяем тепло экзотермии, выделившейся в течении каждой стадии прогрева на 1 кг цемента:
= -, кДж/кг
= - = 199,86 - 78,29 = 121,57 кДж/кг
= - = 78,29-25,7 = 52,59кДж/кг
= - = 25,7 - 15,44 = 10,26кДж/кг
= = 15,44кДж/кг
Определяем общее тепло экзотермии, выделяемое цементом, находящимся в камере в течение каждой стадии:
= , кДж;
где: Ц - расход цемента, кг/; -объем бетона в тепловой установке:
=n = 2,7 = 21,6;
где: - объем одного изделия, (определяется по габаритам изделия); n - количество изделий, находящихся в тепловой установке (определяется в технологическом расчете по раскладке изделий).
= 15,44= 100718 кДж
= 10,26= 66928кДж
= 52,59= 337655 кДж
= 121,57= 793025 кДж
Определяем повышение средней температуры изделий за счет тепла экзотермии:
= , град.;
где: - теплоемкость заданного вида бетона, кДж/кгград.; - масса бетона в тепловой установке, кг:
= = 25002,7 = 6750;
где: - плотность бетона, кг/.
= 0,84 кДж/кгград.
= =17,76 град.
= = 6,01 град.
= = 59,55 град.
= = 117,48 град.
Определяем фактические средние температуры изделий по стадиям:
= +
где: - средняя температура изделия.
= 24,88 + 17,76 = 42,64
= 35,78 + 11,8 = 47,58
= 66,97 + 59,55 = 126,52
= 79,8 + 117,48 = 197,28
Результаты расчета заносим в таблицу 1.
Материальный баланс.
По закону сохранения масс вес материалов, поступающих в тепловую установку , должен быть равен весу материалов, выходящих из нее , = , (это балансовое уравнение, выражающее закон сохранения материи, называют материальным балансом).
Однако в процессе тепловой обработки наблюдается потеря материала за счет испарения влаги.
Следовательно, уравнение материального баланса имеет вид:
,
где: - потери материала.
Левая часть уравнения складывается из статей прихода материала, а правая () - из статей расхода после тепловой обработки.
Материальные балансы для установок периодического действия составляют для всего материала, находящегося в установке, для установок непрерывного действия - по часовой производительности.
Статьи материального баланса (кг/цикл, кг/час) для тяжелого железобетона.
Приход материалов:
1. - сухая масса изделий; , кг
а) - масса цемента; = 30221,6 = 6523,2 кг
б) - масса песка; = 64521,6 = 13932 кг
в) - масса щебня; = 132021,6 = 28512 кг
= 6523,2 + 13932 + 28512 = 48967,2 кг
2. - масса воды затворения; = 18521,6 = 3996 кг
3. - масса арматуры; = 35,821,6 =773,28кг
4. - масса металла форм; = 1100 =23760 кг
= = 48967,2 +3996 + 773,28 + 23760 = 77496,5 кг;
где: Ц, П, Щ, В, А - соответственно масса цемента, заполнителей, воды, арматуры в кг/ бетона; - объем бетона, уложенного в камеру, ; - количество форм, уложенных в камеру, шт.; - металлоемкость одной формы, кг/.
Расход материалов:
=
1. - масса испаренной воды, кг (для плотных бетонов - 1 % от их массы для других бетонов - по технологическим расчетам).
= 0,01 =67500,01 = 67,5 кг
2. - масса оставшейся воды в изделии:
= 3996 - 67,5 = 3928,5 кг
= 48967,2 +3996 + 67,5 +773,28 +23760 = 77563,98 кг.
Тепловой баланс:
Тепловым балансом называется уравнение, где в одной части находится сумма величин прихода тепла, а в другой - сумма величин статей расхода тепла в установке или отдельных ее частях. В приходную часть теплового баланса для тепловой обработки бетона обычно входят: тепло теплоносителей, экзотермических реакций материала, в расходную - тепло, затраченное на полезные цели (нагрев обрабатываемого материала), на тепловые потери в окружающую среду, с уходящим теплоносителем, конденсатом и т.д.
Из теплового баланса определяют общие, часовые, удельные расходы тепла и пара на единицу объема изделий в плотном теле.
На основе теплового баланса подбирают диаметр труб для провода пара или продуктов сгорания газа и устанавливают дроссельные диафрагмы регуляторов давления и температур, вентиляторы, основные элементы систем автоматики процесса тепловой обработки.
Уравнение теплового баланса составляется на всю тепловую установку или ее часть либо на весь рассматриваемый период, или за единицу времени (1 час).
Тепловые балансы установок периодического действия.
Тепловой баланс установок периодического действия составляется по обычной методике с учетом специфических сторон процесса. Так как часовой расход тепла в период нагрева изделий и самой конструкции установки в несколько раз (5-10) превышает часовой расход тепла в период изотермической выдержки, то тепловой баланс следует составлять отдельно для первого и второго периода. Это позволяет определить часовой расход пара (по нему находят размеры паропроводов, ограничительных шайб) и составлять программу автоматического регулирования.
Тепловой баланс ямной пропарочной камеры.
Период подъема температур (первый период).
=
Статьи прихода тепла (кДж/цикл).
= +
где: - тепло насыщенного пара.
= , кДж,
где: - масса пара, поступающего в камеру за первый период, кг; обычно это неизвестная величина, которая определяется из теплового баланса; - теплосодержание пара, берется по таблице насыщенного пара; для нормального пара = 2680 кДж/кг; - тепло экзотермии цемента, выделившееся за первый период:
= = 6523,278,29 = 510701,3 кДж,
где:
- масса цемента в бетоне изделий, находящихся в камере (из материального баланса), кг; - тепло экзотермии цемента, выделившееся за первый период одним кг цемента (кДж/кг).
Статьи расхода тепла (кДж/цикл).
= ++ + + + + + +
1. - на нагрев сухой части бетона изделий, от начальной до средней (по всей массе изделия) температуры к концу периода нагрева ().
= ( - ) = 48967,2 0,84 (66,97 - 18) = 2010256кДж
= 0,84
2. - на нагрев воды затворения:
= ( - ) = 3996 4,19 (66,97 - 18) =819916,5кДж
= 4, 19
3. - на нагрев арматуры и закладных деталей:
= (-) = 773,28 0,48 (66,97 - 18) =18176,4 кДж
= 0,48
4. - на нагрев форм:
= ( - ) = 23760 0,48 (66,97 - 18) =558493 кДж.
= 0,48
5. - на нагрев материала ограждения в период нагрева:
= ( - ) = ( + +) ( - ) = (7900 0,84 + 2420 0,75 +1641 0,48) (62,5 - 35) = 1896473,7 кДж
где: , , , , - соответственно масса сухой части бетона, воды, арматуры, форм (берется из статей материального баланса); масса отдельных частей кладки камеры (бетона стен и пола ()), минеральной ваты () и стали крышки камеры ()) определяется, исходя из размеров и конструкции камеры;
, ,, - теплоемкости соответственно бетона, воды, арматуры, материала стен и пола (), крышки камеры (, ), кДж/кгград;
, , - температуры соответственно: бетона, поступающего в камеру, средняя и поверхности бетона к концу периода нагрева, град;
- температура ограждений камеры перед поступлением в нее пара, град;
= - при пуске камере после длительного простоя, град;
= 35 С - при интенсивной эксплуатации камеры, когда ее ограждения
не успевают охлаждаться до температуры окружающей среды, град; - средняя температура ограждающих конструкций к концу периода нагрева, = 0,5 ( + ), град.
Расчет массы бетона стен и пола:
= , кг.
=31,6 2500 = 79000 кг.
= 2 = 22,55
где: - объем ограждающих конструкций; - плотность железобетона; - расчетные габариты камеры; - толщина стен камеры ( = 0,4 м); - толщина пола камеры (= 0,3 м).
Расчет массы минеральной ваты, используемой для устройства теплоизоляции крышки камеры:
= = 12,1200 = 2420кг
= (6,6+0,4) (3,93+0,4) 0,4= 12,1.
где: - плотность минеральной ваты (200; -толщина слоя минеральной ваты (0.4м).
Расчет массы металла, идущего на устройство водяного затвора и крышки камеры:
= 620,54 + 1020,5 = 1641 кг.
где: - масса швеллера для устройства водяного затвора; - масса листовой стали крышки камеры.
Масса швеллера:
= 43,7 14,2 = 620,54кг
= 4 (6,6 + 3,93 + 0,4) = 43,7м
где: кг).
Масса листовой стали (2 листа):
= 0,13 7850 = 1020,5 кг.
= 20,002 (3,93 + 0,4) (6,6 + 0,4) = 0,13
где: - объем листовой стали; - плотность листовой стали, 7850кг/; - толщина листовой стали ( = 0,002 м).
6. - потерянное в окружающую среду через ограждения камеры в период нагрева:
а) Надземной частью:
=3,6 (, кДж
где: - коэффициент теплопередачи через поверхности ограждения, надземную часть стен () и крышку камеры ():
= , Вт / град;
= , = ,
- коэффициент теплопередачи соответственно к внутренней и от наружной поверхности надземной части ограждений, Вт/град.
= = 2,56 Вт/град. = = 0,31Вт/град.
Для нагрева принимают среднее значение среды камере:
, Вт/град, = = 19 Вт/град. = 10 Вт/град.
где: - принимается в среднем 10 Вт/град; - толщина каждого слоя многослойных ограждений, м; - коэффициенты теплопроводности железобетона, минеральной ваты и строительной стали, Вт/м град; - поверхность надземной части ограждений камеры:
стены: = 2 () = 2,
= 0,5 м.
крышка: = =6,6,
- средняя температура первого периода внутри рабочего пространства камеры:
= () = (18 + 90) =C.
- наружная температура окружающей среды (температура цеха).
= 3,6,5 (54-18) = 15840,3 кДж.
б) Подземной частью:
= 3,6 (, кДж,
где: - коэффициент теплопередачи через поверхности ограждения:
подземную часть стен и пола. Ввиду сложности его вычисления, (необходимо знать характеристики грунта и засыпки), в расчете принимают:
= 0,5 = 0,5 2,56 = 1,28.
=
2.
Общее потерянное тепло через ограждения камеры к концу периода нагрева:
.
= 3,6 = 25496,64 кДж.
= 15840,3 + 25496,64 = 41336,94 кДж.
7. - потери тепла с паром, занимающим свободный объем камеры:
, кДж
где: - свободный объем камеры
= (71,4-121,6-) = 46,8м3;
где: - объем камеры, м3;
- объем бетона в камере, м3;
- плотность металла форм; =7850 кг/м3;
- плотность пара (плотность нормального пара =0,8кг/м3);
- теплосодержание пара.
=46,8кДж
8. Тепло, уносимое конденсатом пара:
= ( - 0,1-37,44) , кДж
где: = 4, 19=4, 19=226,26 - энтальпия конденсата -
определяется по средней температуре среды за период нагрева (первый);
- количество конденсата:
- расход пара за первый период, кг;
- расход пара на пропуски в атмосферу, кг;
- масса свободного объема пара, кг.
, кг.
кг.
9. Тепло, уходящее в атмосферу с паровоздушной средой, выбивающейся из щелей и других неплотностей камеры за первый период нагрева. Приближенно берется в количестве 10-20% от общей суммы статей расхода за период:
, кДж.
Q = 0,1 (2110256+819916,5+18176,4+558493+1896473,7+41336,9+100339) = 544499,2 кДж.
Меньший коэффициент берется для надежно герметизированных камер. В соответствии с рассчитанными статьями прихода и расхода составляется тепловой баланс камеры.
Период подъема температур:
Решая полученное уравнение теплового баланса, находим необходимое количество пара, которое поступает за первый период , кг.
кг
Определяется среднее часовое количество пара за первый период:
, кг/час
Удельный расход пара за первый период:
кг/м3
Количество тепла за первый период:
=2209,92680 = 5922532кДж
= (кДж.
Тепловой баланс второго периода - периода изотермической выдержки составляется в том же порядке. В приходную часть входят необходимое тепло пара, а также тепло экзотермии цемента, выделившееся за второй период.
При прогреве толстостенных изделий, не успевших прогреться за первый период до центра, в статьи расходов второго периода необходимо включать затраты тепла на дальнейший прогрев изделий и ограждений, потери в окружающую среду ограждений, увеличенные ввиду больших температур в камере, пропуски через неплотности, потери с конденсатом и на испарение части воды затворения.
Период изотермической выдержки (второй период)
Статьи прихода тепла (кДж/цикл)
1.
2. , кДж
где: - количество тепла экзотермии, выделившееся за период изотермической выдержки одним кг цемента.
Статьи расхода тепла (кДж/цикл)
=+2+++++++
1. ,
, кДж
2.
где: - масса воды, оставшейся в изделиях к концу периода изотермической выдержки (из материального баланса).
3928,5кг
3. на испарение части воды затворения.
кДж
где: - масса испарившейся влаги (из материального баланса).
кг
4. , кДж. кг;
5. , кДж
кДж
6. , кДж
7. , кДж
а) Надземной частью:
, кДж,
где: - коэффициент теплопередачи через поверхности ограждения, надземную часть стен () и крышку камеры ():
, Вт/м2град;
, Вт/м2град;
, Вт/м2град;
- коэффициенты теплопередачи соответственно к внутренней и от наружной поверхности надземной части ограждений, Вт/м2град.
Для нагрева принимают среднее значение среды в камере:
,Вт/град,
== 19 Вт/град.
= 10 Вт/град.
где: - принимается в среднем 7-10 Вт/м2град; Вт/м2град; - средняя температура первого периода внутри рабочего пространства камеры 0С; - наружная температура окружающей камеру среды (температура цеха).
Вт/м2град;
Вт/м2град;
кДж.
б) Подземной частью:
= 3,6 .
= 0,5
= 2+6,6 = 61,74
= 3,6 = 203734,4 кДж.
= = 69306,78 + 203734,4= 273041,2кДж.
8. , кДж
где: =4, 19=4.19*90=377,1 - энтальпия конденсата (определяется по температуре изотермической выдержки).
= 339,39
9. , кДж.
0,1=299908,74
= 1064,15 =1064,15кДж
=347043,25кДж
Аналогично первому периоду из уравнения теплового баланса второго периода определяем расход пара за этот период , среднечасовой его расход
, кг/час,
Удельный расход кг/м3
Сумма дает важнейший показатель экономичности работы пропарочной камеры - удельный расход нормального пара на 1 м3 бетона
, кг пара/м3 бетона
Тепловые балансы камеры (по периодам и общий) сводятся в таблицу, составленную по приведенной форм
Тепловой баланс (первый период)
|
№№ п/п |
Статьи прихода тепла |
кДж |
% |
№№ п/п |
Статьи расхода |
кДж |
% |
|
|
1. |
Тепло пара |
5922532 |
92,06 |
1. |
На нагрев сухих материалов |
2010256 |
31,24 |
|
|
2. |
Тепло экзотермии цемента |
510701,3 |
7,94 |
2. |
На нагрев воды |
819916,5 |
12,74 |
|
|
Итого |
6433233,3 |
3. |
На нагрев арматуры |
18176,4 |
0,28 |
|||
|
4. |
На нагрев форм |
558493 |
8,68 |
|||||
|
5. |
На нагрев материала ограж. |
1896473,7 |
29,47 |
|||||
|
6. |
Потерянного в окр. среду через ограждения |
41336,94 |
0,64 |
|||||
|
7. |
Потери с паром, заним. св. объем камеры |
100339,2 |
1,55 |
|||||
|
8. |
Тепло уносимое конденсатом пара |
91775 |
6,89 |
|||||
|
9. |
Тепло уходящее в атмосферу |
12257,62 |
8,3 |
|||||
|
Итого6433230,22 100 |
||||||||
|
Удельный расход пара в кг/м3 102,3 |
||||||||
|
Часовой расход пара в кг/час 631,4 |
Тепловой баланс (второй период)
|
№№ п/п |
Статьи прихода тепла |
кДж |
% |
№№ п/п |
Статьи расхода |
кДж |
% |
|
|
1. |
Тепло пара |
2851922 |
78,21 |
1. |
На нагрев сухих материалов |
947280,2 |
25,98 |
|
|
2. |
Тепло экзотермии цемента |
794119,55 |
21,78 |
2. |
На нагрев воды |
379083,35 |
10,39 |
|
|
Итого |
3646041,55 |
100 |
3. |
На нагрев арматуры |
8548,1 |
0,23 |
||
|
4. |
На нагрев форм |
262652,5 |
7, 20 |
|||||
|
5. |
На нагрев материала ограж. |
948236,8 |
26 |
|||||
|
6. |
Потерянного в окр. среду через ограждения |
299908,74 |
8,22 |
|||||
|
7. |
На испарение воды затворения |
180245,25 |
4,94 |
|||||
|
8. |
Тепло уносимое конденсатом пара |
347043,25 |
9,51 |
|||||
|
9. |
Тепло уходящее в атмосферу |
273041,2 |
7,48 |
|||||
|
Итого 3646039,39 100 |
||||||||
|
Удельный расход пара в кг/м3 49,3 |
||||||||
|
Часовой расход пара в кг/час 53,2 |
Тепловой баланс (суммарный)
|
№№ п/п |
Статьи прихода тепла |
кДж |
% |
№№ п/п |
Статьи расхода |
кДж |
% |
|
|
1. |
Тепло пара |
8774454 |
87,05 |
1. |
На нагрев сухих материалов |
2957536,2 |
29,34 |
|
|
2. |
Тепло экзотермии цемента |
1304820,85 |
12,95 |
2. |
На нагрев воды |
1198999,85 |
11,89 |
|
|
Итого |
10079274,85 |
100 |
3. |
На нагрев арматуры |
26724,5 |
0,26 |
||
|
4. |
На нагрев форм |
821145,5 |
8,14 |
|||||
|
5. |
На нагрев материала ограж. |
2844710,5 |
28,22 |
|||||
|
6. |
Потерянного в окр. среду через ограждения |
341245,68 |
3,38 |
|||||
|
7. |
На испарение воды затворения |
280584,45 |
2,78 |
|||||
|
8. |
Тепло уносимое конденсатом пара |
790782,53 |
7,84 |
|||||
|
9. |
Тепло уходящее в атмосферу |
817540,4 |
8,11 |
|||||
|
Итого 10079269,61 100 |
||||||||
|
Удельный расход пара в кг/м3 151,6 |
||||||||
|
Часовой расход пара в кг/час 684,6 |
Список литературы
1. Вознесенский В.А. Тепловые установки в производстве строительных материалов и изделий. - М. Стройиздат, 1964.
2. Кучеренко А А. Тепловые установки заводов сборного железобетона - Вшцашкола, 1977.
3. Кокшарев В.Н. Дучеренко А.А. Тепловые установки. - К.: Вища школа, 1990.
4. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в производстве строительных изделий и деталей. - М.: Стройиздат, 1983.
5. Никифорова Н.М. Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов. - К.: Вища школа, 1974.
6. Баженов Ю.М., Комар А. Г, Технология бетонных и железобетонных изделий. - М.: Стройиздат, 1984.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Физико-химические основы тепловлажностной обработки. Схема, описание принципа действия ямной пропарочной установки, ее материальный и тепловой баланс, технико-экономические показатели. Разработка решений по обеспечению требований по технике безопасности.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 12.05.2014Описание конструкции котлоагрегата, его поверочный тепловой и аэродинамический расчет. Определение объемов, энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Расчет теплового баланса и расхода топлива. Расчет топочной камеры, разработка тепловой схемы котельной.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.01.2016Выбор типа котла. Энтальпия продуктов сгорания и воздуха. Тепловой баланс котла. Тепловой расчет топки и радиационных поверхностей нагрева котла. Расчет конвективных поверхностей нагрева котла. Расчет тягодутьевой установки. Расчет дутьевого вентилятора.
курсовая работа [542,4 K], добавлен 07.11.2014Назначение и параметры котельного агрегата. Описание пароводяного тракта, поверхности нагрева. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Тепловой баланс котла и топочной камеры. Расчет водяного экономайзера, уточнение теплового баланса.
курсовая работа [525,8 K], добавлен 16.06.2014Способы повышения тепловой эффективности паросиловых установок. Основные характеристики паротурбинной установки. Построение диаграммы тепловых и эксергетических потоков в установке. Расчёт параметров точек идеального и действительного циклов ПТУ.
контрольная работа [52,0 K], добавлен 17.06.2011Описание пропарочной камеры "Гипростройиндустрия" и ее работы. Тепловой расчет пропарочной камеры. Подбор теплоизоляционного материала. Пароснабжение камер периодического действия. Схема теплоснабжения завода по производству строительных изделий.
курсовая работа [965,5 K], добавлен 19.06.2014Расчет объема продуктов сгорания и воздуха. Тепловой баланс, коэффициент полезного действия и расход топлива котельного агрегата. Тепловой расчет топочной камеры. Расчет конвективных поверхностей нагрева и экономайзера. Составление прямого баланса.
курсовая работа [756,1 K], добавлен 05.08.2011Описание работы и конструкции печи. Тепловой расчет нагрева металла в индукционной печи. Конструктивный, теплотехнический и электрический расчеты. Определение охлаждения индуктора. Техническая характеристика печи с учетом рассчитанных показателей.
контрольная работа [68,0 K], добавлен 17.07.2010Выполнение теплового расчета стационарного парового котла. Описание котельного агрегата и горелочных устройств, обоснование температуры уходящих газов. Тепловой баланс котла, расчет теплообмена в топочной камере и конвективной поверхности нагрева.
курсовая работа [986,1 K], добавлен 30.07.2019Выбор расчетных температур и способа шлакоудаления. Расчет энтальпий воздуха, объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет КПД парового котла и потерь в нем. Тепловой расчет поверхностей нагрева и топочной камеры. Определение неувязки котлоагрегата.
курсовая работа [392,1 K], добавлен 13.02.2011Описание конструкции котла и топочного устройства. Расчет объемов продуктов сгорания топлива, энтальпий воздуха. Тепловой баланс котла и расчет топочной камеры. Вычисление конвективного пучка. Определение параметров и размеров водяного экономайзера.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.01.2014Расчет объемов и энтальпии воздуха и продуктов сгорания. Расчетный тепловой баланс и расход топлива котельного агрегата. Проверочный расчет топочной камеры. Конвективные поверхности нагрева. Расчет водяного экономайзера. Расход продуктов сгорания.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 11.04.2012Особенности применения газотурбинных установок (ГТУ) в качестве источников энергии в стационарной энергетике на тепловых электрических станциях. Выбор оптимальной степени повышения давления в компрессоре ГТУ. Расчёт тепловой схемы ГТУ с регенерацией.
курсовая работа [735,3 K], добавлен 27.05.2015Расчет топочной камеры котельного агрегата. Определение геометрических характеристик топок. Расчет однокамерной топки, действительной температуры на выходе. Расчет конвективных поверхностей нагрева (конвективных пучков котла, водяного экономайзера).
курсовая работа [139,8 K], добавлен 06.06.2013Расчетные характеристики топлива. Материальный баланс рабочих веществ в котле. Тепловой баланс котельного агрегата. Характеристики и тепловой расчет топочной камеры. Расчет фестона, пароперегревателя, воздухоподогревателя. Характеристики топочной камеры.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.06.2015Описание конструкции котла. Общие характеристики топлива; коэффициенты избытка воздуха. Расчет объемов продуктов сгорания, доли трехатомных газов и концентрации золовых частиц. Тепловой расчет пароперегревателя, поверочный расчет водяного экономайзера.
курсовая работа [364,8 K], добавлен 27.05.2015Основы тепловой работы камерной садочной печи для цилиндрических заготовок; характеристика и условия процессов; технологический режим нагрева металла. Расчет параметров внешнего теплообмена, горения топлива, воздушного тракта, к.п.д. и производительности.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 07.12.2012Определение величин тепловых нагрузок района и годового расхода теплоты. Выбор тепловой мощности источника. Гидравлический расчет тепловой сети, подбор сетевых и подпиточных насосов. Расчет тепловых потерь, паровой сети, компенсаторов и усилий на опоры.
курсовая работа [458,5 K], добавлен 11.07.2012Обоснование строительства электрической станции и выбор основного оборудования. Величины тепловых нагрузок. Выбор оборудования, расчет годового расхода топлива на ТЭЦ. Схема котлов. Расчет теплогенерирующей установки. Водоподготовительная установка.
дипломная работа [756,2 K], добавлен 01.10.2016Определение условий эксплуатации наружных ограждений. Уравнение теплового баланса здания. Тепловые потери через ограждающие конструкции. Расчет теплоты, необходимой для нагрева инфильтрующего воздуха. Гидравлический расчет главного циркуляционного кольца.
курсовая работа [911,6 K], добавлен 24.12.2014
