Конструкция тепловой установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

19

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

теплоноситель топливо горение

1. Перспективы развития отрасли промышленности строительных материалов

2. Общая часть

2.1 Технико-экономическое обоснование проектируемой установки

2.2 Описание конструкции и работы кассетной установки

3. Технологическая часть

3.1 Характеристика теплоносителя и его параметры

3.2 Режим работы тепловой установки

3.3 Исходные данные

4. Расчётная часть

4.1 Расчёт процесса горения твёрдого топлива

4.2 Конструктивный расчёт установки

4.3 Тепловой расчёт установки

5. Техника безопасности проектируемой установки

Литература

1. Перспективы развития отрасли промышленности строительных материалов

Высокие технико-экономические показатели бетонных и железобетонных конструкций и изделий, возможность сравнительно легко придавать им требуемую форму и размеры при соблюдении заданной прочности, обусловили их широкое применение практически во всех отраслях строительства. Современные бетонные и железобетонные конструкции и изделия классифицируются по нескольким признакам: по способу выполнения (монолитные, сборные, сборно-монолитные), виду бетона, применяемого для их изготовления (из тяжёлых, лёгких, ячеистых, жаростойких и др. бетонов), виду напряжённого состояния (обычные и предварительно напряжённые).

Широкие формообразующие и технические возможности железобетонных конструкций оказали огромное влияние на мировую архитектуру 20 века. На основе железобетонных конструкций сложились новые масштабы, архитектоника и пространственная организация зданий и сооружений. Прямолинейные каркасные конструкции придают зданиям строгий геометризм форм и мерный ритм членений, чёткость структуры. Горизонтальные плиты перекрытий покоятся на тонких опорах, лёгкая стена, будучи лишена несущей функции, нередко превращается в стеклянный экран-завесу. Равномерное распределение статических усилий создаёт тектоническую равнозначность элементов постройки. Большой пластической и пространственной выразительностью обладают криволинейные конструкции (особенно тонкостенные оболочки различных, иногда причудливых очертаний), с их сложной тектоникой форм (порой приближающихся к скульптурным) и непрерывно сменяющимся ритмом элементов. Криволинейные конструкции позволяют перекрывать без промежуточных опор огромные зальные помещения и создавать необычные по форме объёмно-пространственные композиции. Некоторые современные железобетонные конструкции (например, решётчатые) обладают орнаментально-декоративными качествами, формирующими облик фасадов и покрытий. Пластически осмысленные современные железобетонные конструкции придают эстетическую выразительность не только жилым и гражданским зданиям, но и инженерным и промышленным сооружениям (мостам, эстакадам, плотинам, градирням и др.).

Новые, прогрессивные способы использования бетонных и железобетонных конструкций и изделий в массовом жилищном и гражданском строительстве (например, строительство из объёмных блоков или на основе каталога унифицированных индустриальных изделий для строительства) создают возможность богатого варьирования планировки зданий и их объёмно-пространственной структуры.

Президент Беларуси 4 августа подписал Указ № 499 "О некоторых мерах по обновлению основных средств в строительной отрасли". Документ нацелен на создание условий для развития материально-технической базы строительной отрасли и обновления основных средств организаций, осуществляющих деятельность в области строительства, промышленности строительных материалов.

В этой связи с 1 июля 2006 г. по 31 декабря 2010 г. устанавливаются повышенные отчисления в размере не более 13,5 процента от себестоимости продукции, товаров (работ, услуг) в инновационные фонды, образуемые Министерством архитектуры и строительства, республиканскими органами государственного управления, иными государственными организациями, подчиненными Правительству, Национальной Академией наук Беларуси, облисполкомами и Минским горисполкомом, находящимися в их ведении организациями (хозяйственными обществами), а также организациями частной формы собственности, осуществляющими деятельность в области строительства и промышленности строительных материалов.

По объектам жилищного строительства указанные организации не производят отчисления в инновационные фонды.

Государственной комплексной программой развития материально-технической базы строительной отрасли на 2006-2010 годы, одобренной 30 мая 2006 г. Президиумом Совета Министров, предусматриваются:

обновление парка основных строительных машин и механизмов;

модернизация и техническое переоснащение домостроительных комбинатов республики, что позволит увеличить к 2010 году мощности предприятий до 1,55 млн. кв. м. жилья;

модернизация и освоение на предприятиях сборного железобетона жилых домов в конструктивно-технологической системе сборного каркаса с доведением к 2010 году мощности предприятий до 0,66 млн. кв. м. жилья;

увеличение объемов строительства жилых домов в конструктивно-технологической системе сборно-монолитного и монолитного каркаса до 1,1 млн. кв. м.;

увеличение объемов строительства жилых домов в сельской местности до 1,85 млн. кв. м.;

увеличение мощности по выпуску цемента к 2010 году до 5 млн. т., щебня к 2008 году - до 10 млн. т., а также других строительных материалов, изделий и конструкций.

Всего для реализации программы необходимо привлечение инвестиций в объеме 3342789 млн. рублей. В том числе для технического переоснащения строительных организаций и домостроительных комбинатов республики потребуется 2358124 млн. рублей Объем собственных и привлеченных средств составит 1305624 млн. рублей Недостающие средства (1052500 млн. рублей) предполагается восполнить за счет увеличения отчислений до 13,5 процента от себестоимости продукции, товаров (работ, услуг) в инновационные фонды организациями (хозяйственными обществами), осуществляющими деятельность в области строительства и промышленности строительных материалов.

Полученные средства указанных инновационных фондов в 2006-2010 годах составят 1503600 млн. рублей. Из них не менее 70 процентов средств (1052520 млн. рублей) согласно Указу будет направлено на обновление основных строительных машин и механизмов, транспортных средств и технологического оборудования, оставшаяся часть - на другие цели в соответствии с законодательством.

В 2006 году в центре внимания Минстройархитектуры находились вопросы развития отрасли, модернизации системообразующих предприятий промышленности строительных материалов, повышения эффективности промышленного и строительного производства на основе ресурсосбережения, сокращения затрат и ликвидации убыточности. Об этом на пресс-конференции в Национальном пресс-центре сообщил глава строительной отрасли страны. Он также отметил, что для строительной отрасли прошедший год 2005г. стал особенно напряженным и наиболее результативным за последние 10-15 лет. По предварительной оценке, стройкомплексом обеспечено выполнение заданий по важнейшим параметрам: вводу в действие общей площади жилья (107,5%); увеличению производства строительных материалов (109%); росту объемов подрядных работ (110%), производительности труда в строительстве.

В 2005 году в Беларуси выполнено подрядных работ более чем на 6 трлн. рублей, или в эквиваленте на $2,8 млрд. Ежегодный темп роста подрядных работ за последние 3 года достиг 14-15%, что свидетельствует о благоприятных условиях для развития строительного комплекса. В завершающем году пятилетки резко нарастили объемы работ строительные организации Минстройархитектуры. За январь-декабрь 2005 г. темп подрядных работ по сравнению с аналогичным периодом 2004 г. вырос на 16,7%. Прошедший год отмечен продолжающимся ростом объемов жилищного строительства. Сдано в эксплуатацию около 3 млн. 800 тыс. м² жилья -- это наивысший показатель после 1990 года. По сравнению с 2004 г. ввод жилья возрос на 250 тыс. м², или более чем на 7% (в соответствии с проектом социально-экономического развития Беларуси на 2006-2010 гг. в стране планируется построить 20,5-23 млн. м² жилья). Выполнено также утвержденное правительством задание по строительству одноквартирных жилых домов в сельскохозяйственных организациях -- всего сдано более 9 тыс. домов (квартир). В прошлом году введено в действие 139 объектов в рамках реализации Государственной инвестиционной программы, в их числе -- 113 важнейших объектов и пусковых комплексов.

Сборные железобетонные конструкции и изделия -- основной вид конструкций и изделий, применяемых в различных отраслях строительства: жилищно-гражданском, промышленном, сельскохозяйственном и др. Сборные конструкции имеют существенные преимущества перед монолитными, они создают широкие возможности для индустриализации строительства: применение крупноразмерных железобетонных элементов позволяет основную часть работ по возведению зданий и сооружений перенести со строительной площадки на завод с высокоорганизованным технологическим процессом производства. Это значительно сокращает сроки строительства, обеспечивает более высокое качество изделий при наименьшей их стоимости и затратах труда; использование сборных железобетонных конструкций позволяет широко применять новые эффективные материалы (лёгкие и ячеистые бетоны, пластмассы и др.), уменьшает расход лесоматериалов и стали, необходимых в других отраслях народного хозяйства. Сборные конструкции и изделия должны быть технологичны и транспортабельны; они особенно выгодны при минимальном количестве типоразмеров элементов, повторяющихся много раз.

2. Общая часть

2.1 Технико-экономическое обоснование проектируемой установки

Тепловлажностная обработка изделий в кассетах получила широкое распространение в стендовой технологии железобетонных изделий, особенно крупноразмерных небольшой толщины, как например, панелей наружных и внутренних стен, панелей перекрытий и прочих изделий.

Принимаем кассетную установку для тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий исходя из следующих преимуществ:

- при изготовлении изделия находятся в вертикальном положении;

- применяются групповые формы на 4--12 изделий, представляющие собой набор стенок, между которыми образуются формовочные отсеки, соответствующие размерам изделий;

- тепловую обработку изделий осуществляют в формах за счет подачи пара в полости тепловых отсеков;

- малая толщина формуемых изделий, наличие арматуры, закладных деталей и вкладышей заставляют применять подвижные и даже литые бетонные смеси, требующие большого расхода цемента. Однако за счет изготовления, распалубки и транспортирования изделий в вертикальном положении, в котором они не испытывают значительных напряжений изгиба, во многих случаях расход стали и марка бетона могут быть снижены по сравнению с изготовлением, тех же деталей из жестких смесей в горизонтальных формах, а расход цемента на 1 м² панели будет примерно одинаковым;

- при формование железобетонных изделий по кассетной технологии отпадает необходимость в виброплощадках, пропарочных камерах, громоздких бетоноукладчиках.

- малая открытая поверхность сверху (всего 1,5--6%) позволяет получить ровные, гладкие остальные поверхности, а также применить интенсивную тепловую обработку, не опасаясь быстрого испарения влаги и образования трещин. Температура бетона в кассетных формах достигает 100° С, в то время как в обычных камерах ямного типа она не превышает 85° С.

2.2 Описание конструкции и работы кассетной установки

Кассетная установка представляет собой пакет, состоящий из 8 вертикальных форм, в которых происходит формирование бетонных изделий. Формы с обеих сторон имеют паровые рубашки для подачи в них пара. Основными элементами кассетной установки являются: две крайние полые стенки -неподвижная и передвижная, комплект промежуточных стенок и механизм для сборки и раздвижки форм. Подвижная и неподвижная стенки внутри разделены продольной перегородкой на два отсека. Первый (крайний) заполнен теплоизоляционным материалом, второй является паровым. Промежуточные формы имеют также два отсека, из, которых один, рабочий, служит формой и заполнен бетонной смесью, второй - тепловой.

Кассета состоит из восьми вертикальных коробчатых форм, образующих её рабочие отсеки. Каждая форма имеет двусторонний обогрев. Во время тепловлажностной обработки формы сверху закрываются крышками с теплоизоляцией. В рабочем состоянии все формы с паровыми отсеками плотно прижаты подвижной стенкой к неподвижной с помощью специальных упоров. Формы рабочих отсеков состоят из двух металлических листов толщиной 10мм, с боковой подвижной бортоснасткой, перемещаемой в зависимости от высоты изделия, и с нижней сменной бортоснасткой для изделий разной толщины. Раздвижку стенок кассеты при извлечении готового изделия из форм мостовым краном и сборку их производят рычажно-гидравлическим устройством. Подвижную стенку кассеты перемещаю по рельсовому пути на роликах, промежуточные стенки, также снабжённые роликами, можно раздвигать и вновь собирать, перемещая по рельсам.

Пар подают в нижнюю зону парового отсека через перфорированную трубу с отверстиями диаметром 5мм, направленными вверх. Паровоздушную смесь отсасывают также через перфорированную трубу из верхней части парового отсека. Конденсат отводят патрубком со дна парового отсека, имеющего уклон в сторону стока.

Давление пара в паровых рубашках составляет 0,12 МПа.

Теплообмен в кассетах происходит контактным способом. При соприкосновении изделий с нагретыми стенками формы теплота от стенок формы распространяется теплопроводностью вглубь изделия. При интенсификации теплообмена между паром и стенкой формы панели равномерно прогреваются по всей поверхности до максимальной температуры за 1,5-2,5 ч.

Технология изготовления железобетонных изделий в кассетных установках состоит из следующих основных операций: подготовка кассетных установок к бетонированию, установка арматурных каркасов, укладка и уплотнение бетонной смеси, тепловая обработка и распалубка готовых изделий.

Подготовка кассетных установок к бетонированию производится после распалубки и извлечения всех готовых изделий. Она начинается с профилактической очистки разделительных стенок скребками вручную. Периодически (через 8-10 оборотов кассетной установки) необходимо проводить механическую очистку разделительных стенок машиной для чистки кассет.

Очищенные поверхности отсеков кассетной установки смазывают эмульсионным составом (обратная эмульсионная смазка), нанося слой смазки с помощью удочки распылителя.

Установка арматурных каркасов производится только после очистки и смазки формовочного отсека. Для образования защитного слоя на арматурные сетки установлены фиксаторы. В соответствии с рабочими чертежами в формовочный отсек установлены каналообразователи.

Все перечисленные операции повторяют в каждом отсеке до тех пор, пока не будет собрана вся кассетная установка. Далее стенки кассеты устанавливают в рабочее положение и плотно сжимают, после чего кассетная установка считается подготовленной к бетонированию.

Уплотнение бетонной смеси осуществляется навесными вибраторами, которые крепятся к разделительным стенкам кассетной установки.

Формовочные отсеки заполняют бетонной смесью в несколько приемов, с вибропроработкой каждого слоя.

После окончательного уплотнения бетонной смеси верхнюю поверхность отформованных изделий заглаживают.

Тепловая обработка изделий в кассетных установках осуществляется паром, путем контактного обогрева их через стенки тепловых отсеков. Тепловую обработку изделий проводят по заданному режиму, установленному заводской лабораторией.

Распалубку готовых изделий производят путем последовательного перемещения разделительных стенок кассетной установки.

3. Технологическая часть

3.1 Характеристика теплоносителя и его параметры

Теплоносителем может являться жидкость или газ.

Виды теплоносителей: пар, вода, масло, горячий воздух, топочные газы.

В производстве строительных материалов, главным образом сборного железобетона и силикатного бетона, водяной пар используется в качестве теплоносителя при тепловлажностной обработке изделий.

Водяной пар может быть трёх видов: влажным насыщенным, сухим насыщенным и перегретым.

Насыщенный пар может быть сухим и влажным. Сухим насыщенным паром называется такой, который не содержит мельчайших частичек воды.

Водяной пар можно получить из воды двумя способами: путём его кипения и испарения. Условия его образования при кипении и испарении резко отличаются друг от друга.

Так как получение водяного пара путём испарения является чрезвычайно медленным процессом, в технике пар обычно получают путём кипения воды в специально предназначенных для этой цели аппаратах - паровых котлах.

Условия образования водяного пара в паровых котлах отличаются постоянством давления, которое для разных конструкций паровых котлов может быть от 0,25 до 298х10⁵н/м². Практически получение водяного пара в паровых котлах происходит при постоянном давлении, благодаря непрерывному отводу образовавшегося пара из парового пространства котла и превращению в пар новых порций воды.

Между температурой и давлением насыщенного пара существует следующая зависимость: чем выше давление насыщенного пара, тем выше и его температура, а следовательно, и температура кипения жидкости.

Для кассетной установки теплоносителем является сухой насыщенный пар при температуре t=105^oC; давлении P=0,12мПа; удельном объёме V“=1,430м³/кг; плотности с=0,6992кг/м³; энтальпии i“=2683кДж/кг; энтропии S“=7,2972кДж/кг^oC. (Н.М.Никифорова «Основы проектирования тепловых установок…»)

3.2 Режим работы тепловой установки

Основным способом ускорения процесса твердения, позволяющим обеспечить почти полную проектную прочность в течение одних суток, является тепловлажностная обработка или в отдельных случаях просто тепловая обработка.

Благодаря применению установок тепловлажностной и тепловой обработки освобождаются огромные заводские площади, которые потребовались бы для размещения изделий после формовки при естественном вызревании до подачи изделий на стройки.

Тепловлажностная обработка бетонных и железобетонных изделий ускоряет процессы гидратации цемента с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Во влажной среде прочность изделий быстро возрастает, так как водная среда благоприятствует переходу коллоидных гидросиликатов в кристаллические. В относительно сухой среде этот процесс идёт медленно. Наиболее высокие результаты даёт тепловлажностная обработка изделий на основе шлакопортландцемента и пуццоланового цемента.

Режим тепловлажностной обработки строительных деталей делится на три периода: подъём температуры до оптимальной (при автоклавной обработке температура должна быть взаимосвязана с давлением пара); изотермический прогрев и остывание изделий. Оптимальная температура пропаривания и длительность изотермического прогрева зависят от того, какая относительная прочность бетона должна быть получена к концу обработки, а также от вида и состава цемента.

Интенсивность подъёма температуры в камере пропаривания зависит от массивности пропариваемых элементов. Средняя скорость нагрева не должна превышать для тонкостенных изделий 25^оС в час, а для более массивных - 20^оС в час. Скорость снижения температуры после изотермического нагрева не должна превышать для тонкостенных изделий 35^оС в час, а для более массивных - 30^оС в час.

В процессе пропаривания в камерах следует поддерживать оптимальную влажность воздуха в пределах 80-100% от относительной влажности с тем, чтобы пропариваемые изделия не пересушились.

Помимо пропаривания в пропарочных камерах и запаривания в автоклавах при отсутствии котельной применяется тепловлажностная обработка горячими газами или воздухом. При этом бетон необходимо увлажнить водой, подавая её через перфорированные трубы или форсунки, чтобы не допустить вредной сушки бетона при его нагревании.

Время цикла данной кассетной установки:

Распалубка изделия длится 1час; чистка кассеты - 30минут; смазка кассеты - 30минут; армирование, установка каналообразователей, сборка кассеты - 1час; укладка бетонной смеси и её уплотнение - 1час; заглаживания верхнего слоя изделия - 30мин; извлечение штырей каналообразователя - 30минут; тепловая обработка - 11часов; отделка изделия - 30мин.

Начальная температура бетона - tmin=+20^оС. Максимальная температура нагрева бетона - tmax=+100^оС. Режим ТВО: 1,5+4,5+5 ч

Время цикла

фц=ф_ТВО+фдоп

где ф_ТВО - время тепловлажностной обработки, ч

ф_ТВО= ф₁ +ф₂+ ф₃

где ф₁ - время подъёма температуры, ч

₂- время изотермической выдержки, ч

ф₃ - время охлаждения, ч

фдоп= ф_расп. +ф_ч+ ф_см. +ф_сб +ф_укл+ ф_загл. +ф_извл. + ф_отд.

где

фдоп - дополнительное время, ч

ф_расп - распалубка изделия, ч

ф_ч - чистка кассеты, ч

ф_см - смазка кассеты, ч

ф_сб - армирование, установка каналообразователей, сборка кассеты, ч

ф_укл - укладка бетонной смеси и её уплотнение, ч

ф_загл - заглаживания верхнего слоя изделия, ч

ф_извл. - извлечение штырей каналообразователя, ч

ф_отд.. - отделка изделия, час

ф_ТВО=1,5+4,5+5=11ч

фдоп=1+0,5+0,5+1+1+0,5+0,5+0,5=5,5ч

фц=11+5,5=16,5ч

3.3 Исходные данные

Производительность цеха, тыс.м³/год - 15 тыс.м³/год

Тип изделия - ВС панели

Габаритные размеры изделия, мм - 7200х2780х120

Объём бетона в изделии (Vизд.), м³ - 2,07

Расход арматуры, (m_а), кг/изделие - 24,78

Марка цемента, (R₂₈) - 400

Водоцементное отношение, (В/ц) - 0,4

Расход цемента, кг/м³ - 326

Расход заполнителя, кг/м³ - 1050 кг/м³

Расход воды, (В), кг/м³ - 145

Плотность бетона, (с), кг/м³ - 1376

Начальная температура бетона, (t₁)^оC - 20

Максимальная температура нагрева бетона (t₂)^оC - 100

Топливо - уголь Донецкого бассейна марки Т

Давление (Р) - 1,2бар

4. Расчётная часть

4.1 Расчёт процесса горения твёрдого топлива

Донецкий уголь марки Т, состав:

С^г=82,5%; Н²=4,2%; N^г=13%; О^г=2,5%; S^г_л =3,3%; V^г=13%; S^с_об=2,9%; А^с=16%; W^р=5%

Перерасчёт горючей массы на рабочую

А^р=А^с*(100-Wр)/100

А^р=16*(100-5)/100=15,2%

Балласт:

Б=А^р+W^р=15,2+5=20,2%

S_л^р=3,3*(100-20,2)/100=2,6334%

С^р=88,5*(100-20,2)/100=70,623%

Н^р=4,2*(100-20,2)/100=3,3516%

N^р=1,5*(100-20,2)/100=1,197%

О^р=2,5*(100-20,2)/100=1,995%

Проверка правильности перерасчёта:

Расчёт ведём на рабочую массу топлива

Уравнение реакции горения

С+О₂=СО₂

12/12кг С+32/12 О₂ = 44/12кг СО₂

1кгС+2,67 О₂=3,67кгСО₂

2Н₂+О₂=2Н₂О

Н₂+1/2О₂=Н₂О

2/2кг Н₂+16/2кг О₂=18/2кг Н₂О

Н₂+8О₂=9Н₂О

S+О₂=SО₂

32/32кг S+32/32 О₂=64/32 SО₂

2S+О₂=2SО₂

При расчёте процесса горения учитывается массовый состав воздуха: 23% О₂ и 77% N₂

Количество воздуха, подсчитываемое по уравнениям химических реакций, называется теоретическим

Lтеор.=(2,67С^р+8Н^р+S^р-О^р)/0,23*100

Lтеор.=( 2,67*70,623+8*3,352+2,63-1,995)/23=9,39 кг

Теоретическое количество является тем минимумом, который необходим для окисления топлива. Для лучшего смешения с топливом берём большее количество воздуха, которое является действительным.

Lдейств.=б*Lтеор.

где б=(коэффициент избытка воздуха, (б=1,3ч2 для кускового топлива)

принимаем б=1,7

Lдейств.=1,7*9,39=15,963 кг

В состав продуктов горения входят:СО₂; Н₂О;SO₂; N₂; О₂избыточное.

m _СО2=3.67С^р/100=3,67*70,62/100=2,59

m _Н2О=9Н^р/100+W^р/100=9*3,35/100+5/100=0,35

m _SО2=2S^р/100=2*2,63/100=0,05

m _N2=N^р/100+0,77 Lдейств.=1,197/100+0,77*15,963 =12,3

m _О2=0,23(Lдейств.- Lтеор.)=0,23*(15,963-9,39)=1,51

Материальный баланс приведён в таблице 1.

Таблица 1

Приходная часть	Количество	Расходная часть	Количество
	m	%		m	%
Топливо	1	5,89	Продукты сгорания
Воздух	15,963	94,11	СО2	2,59	15,28
			Н2О	0,35	2,07
			SO2	0,05	0,29
			N2	12,3	72,56
			О2	1,51	8,91
			зола	0,152	0,89
Итого	16,963	100	Итого	16,952	100

Невязка баланса

Н=(Б-М)/Б*100%

Н=(16,963-16,952)/10,39*100=0,11%

Расчёт температуры горения топлива

Расчёт температуры горения топлива производится методом подбора на основании уравнения теплового баланса

Q^р_н=m_п.г.*С _п.г.*t_x

где Q^р_н - низшая рабочая теплота сгорания, кДж/кг

Q^р_н=339С^р+1030Н^р-109*(О^р-S^р)-25W^р

где m_п.г - масса продуктов горения в кг

С _п.г. - теплоёмкость продуктов горения при температуре, кДж/кг^оС

t_x - теоретическая температура горения

Q^р_н= 339*70,62+1030*3,35-109*(1,99-2,63)-25*5=27335,44 кДж/кг

Метод подбора заключается в следующем

Произвольно задаёмся температурой t₁=1400^оС и определяем количество тепла Q₁, которую выделяют продукты горения при этой температуре.

Теплоёмкость продуктов горения при температуре t₁=1400^оС (Н.М. Никифорова «Основы проектирования тепловых установок…»)

С со₂=1,1782 кДж/кг К

Сн₂о=2,2743 кДж/кг К

С sо₂=0 кДж/кг К

С _N2=1,1422кДж/кг К

С о₂=1,0647 кДж/кг К

Q₁= t₁*(mсо₂*Ссо₂ ^t1 + mн₂о* Сн₂о ^t1+ msо₂* Сsо₂ ^t1+ m_N2* С_N2 ^t1+ mо₂* Со₂ ^t1), кДж

Q₁=1400*(2,59*1,1782+0,35*2,2743+12,3*1,1422+1,51*1,0647)=27300 кДж

Теплоёмкость продуктов горения при температуре t₁=1500^оС или (Н.М. Никифорова «Основы проектирования тепловых установок…»)

С со₂=1,1895 кДж/к К

Сн₂о=2,3048 кДж/кг К

С sо₂=0 кДж/кг К

С _N2=1,1497 кДж/кг К

С о₂=1,0714 кДж/кг К

Q₂= t₂*( mсо₂*Ссо₂ ^t2 + mн₂о* Сн₂о ^t2+ msо₂* Сsо₂ ^t2+ m_N2* С_N2 ^t2+ mо₂* Со₂ ^t2), кДж

Q₂= 1500*(2,59*1,1895+0,35*2,3048+12,3*1,1497+1,51*1,0714)=29475 кДж

При этом должно соблюдаться неравенство

Q₁ <Q_р.н.<Q₂

Тогда t_x будет

t₁< t_x< t₂

t_x= t_x+( Q^р_н- Q₁)*( t₂- t₁)/( Q₂- Q₁), ^оС

t_x=1400+(27335,44-27300)*(1500-1400)/(29475-27300)=1401,63 ^оС

Действительная температура горения

t_д=з* t_x

где з - пирометрический коэффициент, который принимается в пределах 0,6ч0,8

t_д=1401,63*0,7=981,14 ^оС

4.2 Конструктивный расчёт установки

Конструктивный расчёт установки не производим, так как она является унифицированным оборудованием. Принимаем кассетную установку конструкции НИАТа для внутренних стеновых панелей.

Техническая характеристика

Габаритные размеры: длина - 7,09 м; ширина - 5,55 м; высота - 3,195м.

Количество одновременно изготовляемых изделий - 8 шт.

Количество паровых рубашек - 9 шт.

Мощность электродвигателя - 9 кВт.

Масса - 80 т.

Количество кассетных установок

х=Пгод.*фцикла/Т*Vизд.*n*c*Kи

где Пгод. - годовая производительность, м³/час

фцикла - время цикла, час

Т - количество рабочих суток, сут.

Vизд. - объём изделий, м³

n - количество изделий, шт

с - количество часов в смену, час

Ки - коэффициент использования календарного времени

Принимаем Ки=0.95

х=15000*16,5/250*2,07*8*24*0,95=2,6

Принимаем 3 кассетных установки

4.3 Тепловой расчёт установки

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

Приход тепла, кДж/период с паром

Q₁ⁿ=Дп*h“,

где Дп - расход пара за период работы, кг. Величина неизвестная и определяется из уравнения теплового баланса;

h“ - энтальпия пара, кДж/кг

h“=2683, кДж/кг (Н.М.Никифорова «Основы проектирования тепловых установок…»)

Q₁ⁿ=2683Дп=5145994 кДж

От экзотермических реакций твердения цемента

Q₂ⁿ = (R_28* Q*a/(162+0,96 Q))*vВ/Ц*М_ц

где R₂₈ - марка цемента

Q - число градусо-часов тепловой обработки

Q=0,5*(t₁+t₂)*ф₁+t₂* ф₂, град.ч.,

где t₁ - начальная температура нагрева изделий, ^оС

t₂ - максимальная температура нагрева изделий, ^оС

ф₁ - время подъёма температуры, ч

ф₂ - время изотермической выдержки, ч

Q=0,5*(20+100)*1,5+100*4,5=540 град.ч.,

если Q?290, то а=0,32+0,002 Q

Q>290, то а=0,84+0,0002 Q

а=0,84+0,0002*540=0,95

В/Ц - водоцементное отношение,

М_ц - масса цемента, кг

В/Ц=145/326=0,4

М_ц=Е_к*Ц

где Ц - расход цемента, кг/м³

М_ц - объём цемента в кассетной установке, м³

Е_к=V_изд*n

где n - число отсеков в кассете

Е_к=2,07*8=16,56 м³

М_ц=326*16,56=5399 кг

Q₂ⁿ = (400*540*0,95/(162+0,96*540))*=1092434 кДж

Всего приход тепла:

Qприх.= Q₁ⁿ+ Q₂ⁿ

Qприх.=2683Дп +1092434=6238428 кДж

Расход тепла, кДж/период на нагрев сухой массы бетона

Q₁^р=М_б*С_б*(t₂-t₁),

где М_б - масса бетона в кассетной установке, кг

М_б=Ек* с,

где с - объёмная плотность бетона, кг/м³

С_б=- теплоёмкость бетона, кДж/кгК

с =326+1050 =1376 кг/м³

М_б=16,56*1376=22787 кг

С_б=0,75 кДж/кг*К (Н.М. Никифорова «Основы проектирования тепловых установок…»)

Q₁^р=22787*0,75*(100-20)=1367220 кДж

на испарение части воды затворения

Q₂^р=W*(2493-1,97*t_cр)

где 2493 - удельная теплота парообразования, кДж/кг

W - часть воды затворения, кг

W=0,01* М_б

t_cр=0,5*(t₂+t₁), ^оС

W=0,01*22787=227,87кг

t_cр=0,5*(100+20)=60^оС

Q₂^р=227,87*(2493-1,97*60)=541146 кДж

на нагрев воды, оставшейся в изделиях

Q₃^р=(М_в-W)*C_в*(t₂-t₁),

где М_в - масса воды затворения, кг

М_в = Е_к*В,

где В - расход воды, кг/м³

C_в - теплоёмкость воды, кДж/кг^*К

М_в =16,56*145=2401 кг

C_в=4,19 кДж/кгК (Н.М.Никифорова «Основы проектирования тепловых установок…»)

Q₃^р=(2401-227,87)*4,19*(100-20)=728433 кДж

на нагрев арматуры и закладных деталей

Q₄^р = М_а*С_а*( t₂-t₁),

где М_а - масса арматуры, кг

М_а = m_а*n

где m_а - расход арматуры, кг

n - количество изделий, шт

С_а - теплоёмкость арматуры, кДж/кг*К

М_а=24,78*8=198 кг/изд.

С_а=0,48 кДж/кгК (Н.М.Никифорова «Основы проектирования тепловых установок…»)

Q₄^р=198*0,48*(100-20)=7603 кДж

На нагрев кассетной установки

Q₅^р = М_к*С_к*(t^к₂-t^к₁),

где М_к - масса кассетной установки, кг

С_к - теплоёмкость металла, кДж/кгК

t^к₂ - температура до которой нагревается кассетная установка в период тепловой обработки, ^оС

t^к₁ - начальная температура кассетной установки, ^оС

М_к=80000 кг

С_к =0,48 кДж/кг*К (Н.М. Никифорова «Основы проектирования тепловых установок…»)

t^к₂=40 ^оС

t^к₁=20 ^оС

Q₅^р =80000*0,48(40-20)=768000 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

Q₆^р = 0,25 Q_прих.

Q₆^р =0,25*(Дп*2683+1092434)=1560087 кДж

Потери тепла с конденсатом

В конденсат превращается весь пар, отдавший своё тепло. Ввиду герметичности паровых рубашек, утечка пара отсутствует.

Q₇^р = Дп*С_к*t_к,

где С_к - теплоёмкость конденсата (воды), кДж/кг К

t_к - температура конденсата, ^оС

Ориентировочно t_к = 80^оС

Q₇^р =Дп*335,2=642530 кДж

Неучтённые потери тепла

Неучтённые потери тепла составляют до 10% от прихода тепла.

Q₈^р = 0,1 Q_прих

Q₈^р =0,1*(Дп*2683+1092434)=623267 кДж

Всего расход тепла

Q_расх. = Q₁^р + Q₂^р + Q₃^р + Q₄^р + Q₅^р + Q₆^р + Q₇^р + Q₈^р

Q_расх. =1367220+541146+728433+7603+768000+671Дп+273109+335Дп+

+268Дп+109243

Приравнивая сумму статей прихода сумме статей расхода, определяем расход пара в кассетной установке за период тепловой обработки.

Q_прих = Q_расх

2683Дп+1092434=3794754+1274Дп

Дп=1918 кг/период

Q_расх. =1367220+541146+728433+7603+768000+1560087+642530+

+623267=6238286 кДж

Составляем таблицу теплового баланса

Таблица 2

Наименование статей	Расход тепла
	кДж	%
1	2	3
Приход тепла 1. С паром 2. От экзотермических реакций твердения цемента	5 145 994 1 092 434	83 17
Всего	6,24х106	100
Расход тепла 1. На нагрев сухой массы бетона 2. На испарение части воды затворения 3. На нагрев воды, оставшейся в изделиях 4. На нагрев арматуры и закладных деталей	1 367 220 541 146 728 433 7 603	21,9 8,7 11,7 0,1
Расход тепла 5. На нагрев кассетной установки 6. Потери тепла во внешнюю среду ограждениями 7. Потери тепла с конденсатом 8. Неучтённые потери тепла	768 000 1 560 087 642 530 623 267	12,3 25,0 10,3 10,0
Всего	6,24х106	100

Затем рассчитываются

d = Дп / Е_к, кг/м³

d =1918/16,56=116 кг/м³

Удельный расход нормального пара

d_н.п. = d *h“/2676,

где 2676 - энтальпия нормального пара, кДж/кг

d_н.п. =116*2683/2676=116кг/м³

Удельный расход тепла

q=d* h“, кДж/м³ или q=d*2676, кДж/ м³

q=116*2683=311228 кДж/м³ или q=116*2676=310416 кДж/кг

Расход пара:

В год:

Д_год= d*Р_год, кг/год

Д_год=116*15000=1740000 кг/год

В час:

Д_час= d*Р_ч, кг/час

где Р_ч = часовая производительность цеха, м³/час

Р_ч =2,5 м³/час

Д_час=116*2,5=290кг/час

Расход тепла:

В год:

Q_год = Д_год* h“, кДж/год

Q_год = 1740000*2683=4668420000=4668,4х10⁶кДж/год

В час:

Q_час = Д_час* h“, кДж/час

Q_час =290*2683=778070=0,78х10⁶кДж/час

5. Техника безопасности проектируемой установки

В связи с высоким уровнем травматизма на предприятиях производства строительных материалов, особое внимание должно уделяться соблюдению правил техники безопасности и правил эксплуатации технологического оборудования.

К самостоятельной работе на оборудовании для тепловой обработки железобетонных изделий с применением водяного пара допускаются лица не моложе 18 лет, обученные правилам его эксплуатации. Состояние паропроводов должны систематически проверять в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды». Парораспределительные устройства должны быть ограждены или установлены в местах, исключающих возможность ожогов обслуживающего персонала. Паропроводы должны иметь теплоизоляцию. Арматура, устанавливаемая на паропроводах, должна быть доступна для удобного и безопасного обслуживания и ремонта. Ремонт трубопроводов, находящихся под давлением, не разрешается до их отключения от паровой магистрали и полного выпуска пара и конденсата.

Кассетные установки. За редукционной установкой должно быть расположено предохранительное приспособление для предотвращения повышения давления выше 0,6кгс/см² (0,06 Мпа).

Сбрасывать конденсат от кассетных установок следует в отдельный конденсатопровод, сообщающийся с атмосферой. Тепловые отсеки кассет могут быть отключены от сборного конденсатопровода только на случай ремонтных работ. На конденсатопроводах от кассетных установок не должны устанавливаться конденсатоотводчики или другие запорные устройства, препятствующие свободному выходу паровоздушной смеси в процессе тепловой обработки из тепловых отсеков или паровых рубашек. Подвод пара к отсекам кассеты должен быть осуществлён соединением, обеспечивающим безопасный доступ к узлам кассетной установки. Во время тепловой обработки давление пара в тепловых отсеках кассеты не должно превышать 0,15кгс/см² (0,015 Мпа).

Открывать и закрывать краны паропроводов разрешается только лицу, отвечающему за цикл тепловой обработки изделий.

Литература

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

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

3. В.Ф. Павлов, Н.М. Никифорова. Теплотехника и теплотехническое оборудование заводов промышленности строительных материалов и изделий. Москва «Высшая школа» 1965 г.

4. В.Ф. Павлов, С.В. Павлов. Основы проектирования тепловых установок. Москва «Высшая школа» 1987 г.

5. В.В. Перегудов. Теплотехника и теплотехническое оборудование. Москва «Стройиздат» 1990 г.

Размещено на Allbest.ru

...