Расчет вагранки

Содержание

Введение  …...............................................................................................................................3

1.Теоретическая  часть……………………………………………….....................................4

1.1 Процессы, происходящие при сушке………………………..............……...........……4

1.1.1 Значение процесса сушки………………………………..............................................4

1.1.2 Связь влаги с  материалом…………………………….................................................5

1.1.3 Состояние материала в процессе сушки………….............................…....................7

1.1.4 Кинетика сушки материала……………………….......................................................9

1.2. Процессы, происходящие при обжиге…………………..……..............……..13

1.2.1 Зоны, существующие в печи……………………........................................................15

2.  Технологическая  часть…………………………………………....................................16

2.1 Сырьевые материалы  для производства керамзитового  гравия..................…17

2.2 Добыча сырья……………………………………………………...............……18

2.3 Переработка сырья  и получение сырцовых гранул…………...............……...19

4. Термическая обработка ...……………………………………………................20

2.4.1 Сушка сырцовых  гранул…………………………………….....................................20

2.4.2 Обжиг глиняных  гранул…………………………………….....................................21

2.4.3 Охлаждение керамзита……………………………………....................................…23

2.5 Сортировка готового продукта……………................…………………………24

6. Складирование и отгрузка…………………………...............…………………24

3. Конструктивная часть…………...………………………………...............……………25

3.1 Вращающаяся печь 2,5х40……………………………..............………………25

2. Слоевой самотечный холодильник ….................................................................34

4. Расчетная часть……………………………………………………………...............…...39

  4.1 Расчет горения газообразного топлива .............................................................39

  4.2 Расчет теплового баланса вращающейся печи …..............................................40

    4.2.1 Приход тепла ….....................................................................................40

    4.2.2 Расход тепла ….......................................................................................41

Список литературы …...........................................................................................................46

Введение

Керамзитовый гравий - искусственный пористый материал ячеистого строения с преимущественным содержанием закрытых пор, полученных путем вспучивания глинистых пород при ускоренном обжиге.

Характерной особенностью керамзитового гравия является его относительно высокая прочность при малом объемном весе.

Процесс изготовления керамзита состоит из следующих основных операций:

1.  Добычи глинистого сырья, его складирование и доставка к месту производства;

2.   Переработки сырья и приготовления исходного полуфабриката, пригодного для обжига со вспучиванием;

3.   Обжига и охлаждения керамзита;

4.   Сортировки и при необходимости домола заполнителя;

5.   Складирования и выдачи готового продукта.

Основное оборудование керамзитовых предприятий - оборудование для обжига. В настоящее время наиболее распространен метод обжига керамзитового гравия во вращающихся печах. Так же для обжига сыпучих материалов применяют такие установки как печи кипящего слоя.

Достоинство вращающихся печей - возможность получать заполнитель, зерновой состав которого в основном соответствует нормативным требованиям. Поэтому после обжига керамзит лишь сортируют и в отдельных случаях корректируют зерновой состав заполнителя.  Тем самым в большинстве случаев сохраняется форма зерен и остается нетронутой дроблением их спекшаяся шероховатая поверхностная корка, отличающаяся более высокой прочностью, чем вспученная масса внутри. Это в значительной степени повышает строительные качества заполнителя и отличает его от аглопоритов, и керамзитового щебня. Другое важное достоинство вращающихся печей состоит в том, что зерна материала в них вспучиваются в свободном объеме, не ограниченном стенками или неподвижной массой таких же зерен.

В настоящее время керамзит широко применяется при строительстве зданий и сооружений, что повышает их энергоэффективность, так как. использование керамзита как наполнителя приводит к снижению потерь тепла в окружающую среду и уменьшает вес строительных конструкций. Кроме того, керамзит в последнее время применяется и в других областях строительного производства, в частности - при строительстве автодорог, что повышает их долговечность и снижает стоимость, особенно в том случае, если в месте проведения строительства отсутствует добыча каменных наполнителей.

Одновременно с возрастанием спроса на керамзит предприятиями стройиндустрии повышаются требования к его производству. Во-первых, необходимо значительное расширение диапазона его насыпной плотности, что обусловлено расширением области практического применения керамзита. Во-вторых, необходимо решение задачи по снижению энергозатрат на производство удельного объема керамзита.

Основная масса керамзита (более 65%) производится во вращающихся однобарабанных печах, где главным технологическим процессом (и самым энергоемким) является обжиг и вспучивание гранул сырца в температурном поле печи. Вращающаяся печь является сложным агрегатом, представляющим собой одновременно физико-химический реактор и топочную камеру. 

1. Теоретическая  часть

1.1. Процессы  происходящие при сушке

1.1.1 Значение  процесса сушки

Под сушкой понимают процесс  удаления влаги из материалов путем  ее испарения с последующим удалением  образовавшихся паров в окружающую среду. Процесс сушки возможен лишь в том случае, если парциальное давление водяных паров у поверхности высушиваемого материала больше парциального давления водяных паров окружающей среде, т.е Р_пм'>Р_ос'.

Давление водяного пара в высушиваемом материале зависит от влажности материала, температуры и характера связи влаги с материалом. С увеличением влажности и температуры материала Р_пм' возрастает, а с усилением связи влаги с материалом  Р_пм уменьшается.

Сушка материалов может  быть естественной и искусственной. Естественная сушка протекает на открытом воздухе,  при этом сушильном агентом является атмосферный воздух.

Искусственная сушка  производится нагретым воздухом или  дымовыми газами в сушилках. Тепло  к высушиваемому материалу в  сушилках может подводится тремя методами передачи тепла:

1. конвекцией — путем омывания материла горячим воздухом или дымовыми газами;

2.  теплопроводностью — за счет соприкосновения материала с нагретыми поверхностями сушилки;

3. излучением — за счет облучения материала инфракрасными лучами от электрических или газовых нагревателей.

Режимом сушки называют  параметры сушильного агента по времени процесса: температура, относительная влажность и скорость прохождения его около материла. От правильного выбора режима зависит качество высушиваемого материла и экономичность сушки.

3. Конструктивная  часть

3.1 Вращающаяся  печь 2,5х40

Вращающаяся печь 2.5х40 применяется  на заводах производительностью 100 и 200 тыс. м³ керамзита в год, причем на последних устанавливаются две таких печи.

Корпус 7 печи сварен из листовой стали толщиной 18 и 30 мм. Каркас печи состоит из секций, сваренных между собой встык. Секций корпуса, расположенных около опор на длине 2000 мм, имеют стальные листы толщиной 30 мм с учетом того, что максимальное напряжение корпус испытывает в этих сечениях.

Бандажи 4 крепятся в усиленной части корпуса специальными башмаками, привариваемыми к обечайке. Между башмаками бандажи лежат свободно с компенсационным зазором. Положение опорной поверхности бандажа по отношению к корпусу печи регулируется башмаками.

Внутренняя часть печи футерована. Футеровка положена ровно  по всей длине внутренней поверхности  корпуса, за исключением входной  его части. На входе футеровка  имеет бурт, который уменьшает  входное отверстие корпуса и предупреждает просыпание материала и пылеосадительную камеру во время его загрузки в печь.

При работе печи бурт, а  также часть футеровки на разгрузочном конце печи подвергаются наибольшему  изнашеванию. Чтобы предохранить эту  часть футеровки от разрушения, на входном конце печи приварена торцовая шайба. Эта шайба используется также для устройства уплотнения между торцом печи и торцом пылеосадительной камеры. Уплотнение создается лабиринтом, образующимся между двумя концентрически расположенными обечайками, приваренными к пылеосадительной камере. Выходной конец печи заканчивается торцовой конической шайбой. Внутренний диаметр шайбы соответствует выходному диаметру печи. Благодаря этому материал, движущийся по футеровке, выходя из печи, истирает металлическую шайбу, срок службы которой значительно выше, чем футеровки.

На концах корпуса  печи установлены уплотнения, предохраняющие окружающую атмосферу от загрязнения  газами и улучшающие тепловой процесс  внутри печи. Уплотнение между печью  и пылеосадительной камерой состоит из двух частей. Одна из них по устройству аналогична описанной конструкции торцовой шайбы, другая представляет собой резинувую прокладку, прижатую к корпусу печи по всей окружности. Уплотнение 3 между корпусом и откатной головкой состоит из четырех концентрически расположенных цилиндрических обечаек. Две обечайки приварены к корпусу печи, две другие к корпусу откатной головки.

Обечайки отличаются одна от другой диаметром, что позволяет  как бы вдвинуть одну в другую. Вдвинутые обечайки образуют лабиринт, препятствующий прохождению газов.

Печь опирается  на две опоры, состоящие из двух опорных  роликов 11. Кроме опорных роликов, на одной из опор установлены два  упорных ролика, удерживающих печь от осевого перемещения. Каждый ролик опирается на два спаренных конических роликовых подшипника, установленных в корпусе. Корпуса подшипников крепятся на раме, лежащей на фундаментной опоре. Для фиксации правильного положения опорных роликов на раме имеются регулировочные винты.

Ролики регулируются во время монтажа печи вплоть до пуска ее в горячем состоянии.

В средней части печи, около упорно-опорной роликовой  опоры смонтирована венцовая шестерня 6 и привод печи 10. Основным элементом крепления венцовой шестерни является опора, представляющая собой сварной кронштейн, нижняя плоскость которого приварена к корпусу печи, а верхняя служит для крепления пластины венцовой шестерни. Опоры устанавливаются на печи в два ряда по окружности, а пластины образуют мостик между рядом стоящими опорами. При этом пластины лежат на опорах параллельно продольной оси корпуса. Между опорой и пластиной устанавливаются регулировочные прокладки, которыми выверяется положение венцовой шестерни по отношению к оси вращения барабана. Биение венцовой шестерни не должно превышать 3 мм. Венцовая шестерня закрывается кожухом 5.

Печь вращается от специального привода 10, установленного под венцовой шестерней. Привод состоит из двух самостоятельных систем: пусковой и рабочей. Пусковая или вспомогательная система привода имеет двигатель мощностью 1,7 кВт и два редуктора, соединенных муфтами. Общее передаточное число пусковой системы составляет 1020 без учета передаточного числа открытой пары шестерен, а с учетом последней – примерно 14000. Такое устройство пусковой системы позволяет развить достаточно большой крутящий момент, необходимый при пуске печи. После того как печь получила от пускового электродвигателя первоначальное вращение, включается электродвигатель рабочей системы. Этот электродвигатель ускоряет вращение печи и обеспечивает рабочий режим скоростей. Пусковой электродвигатель в это время отключается. При включении электродвигателя рабочей системы частота вращения редуктора будет постепенно увеличиваться и превышать скорость, которую сообщил ему пусковой электродвигатель. При этом редуктор с электродвигателем пусковой системы будут тормозить разгон рабочей системы привода. Чтобы этого не произошло, между редукторами установлено храповое устройство, обеспечивающее рабочей системе свободу вращения независимо от пусковой. Храповое устройство смонтировано заодно целое с тормозным шкивом. В нем применен колодочный тормоз.

По концам печи установлены  загрузочные и разгрузочные устройства. Загружается печь гранулами керамзита  через загрузочный лоток 9. Загрузочный лоток монтируется на корпусе осадительной камеры вместе с механизмом очистки 8. Материал поступает на обжиг через цилиндрическую воронку и по течке направляется в обжиговую печь. В средней части течки, несколько выше воронки, приварен кронштейн, которым загрузочное устройство крепится к пылеосадительной камере. Воронка приварена к лотку так, чтобы по всей длине лоток можно было просматривать и прочищать.

Выгрузочный конец вращающейся печи оканчивается специальной откатной головкой 2, служащей для уплотнения выходного торца печи, а также для установки форсунок и приемки готового материала. Корпус головки сварен из листовой стали и имеет круглую форму, переходящую внизу в прямоугольную. Стенка, обращенная к печи, имеет круглое окно, диаметр которого равен наружному диаметру печи. На наружной поверхности этой стенки крепится лабиринтное уплотнение 3. Каркас головки установлен на тележке. В средней части тележки предусмотрен люк, через который выгружается готовый материал из печи. Головка установлена на четырех колесах.

На передней стенке головки имеется несколько  люков. Через них оператор наблюдает  за работой форсунки. В отверстие, расположенное по оси печи, устанавливается форсунка 1. Для обслуживания выгрузочного отверстия имеется специальный люк. При необходимости этот люк можно открыть и разбить спекшийся материал или протолкнуть его, если он застрял на стенке люка. Откатная головка обеспечивает периодическое обслуживание печи в перерывах ее работы. С помощью откатной головки обслуживающий персонал осуществляет работы по ремонту и восстановлению футеровки, проверяет и чистит топливную форсунку.

Привод печи, рис 6. состоит из открытой зубчатой передачи (зубчатый венец 6 и подвенцовая шестерня 5), эластичной муфты 4, главного редуктора 3, главного двигателя 1 и вспомогательного привода состоящего из редуктора 8 и электродвигателя 11. Соединение вспомогательного редуктора 8 с главным редуктором 3 осуществляется через кулачковую муфту свободного хода 7. На быстроходном валу вспомогательного редуктора 8 установлен тормоз. Тормоз предназначен для остановки печи в необходимом положении при ремонтах, футеровочных, монтажных и других работах. Торможение и остановка печи может быть произведена как с главного привода так и со вспомогательного.

Тормоз постоянно заторможен, растормаживание его осуществляется с помощью электрогидравлического толкателя.

При рабочем режиме печи вращение от главного электродвигателя 1 передается через главный редуктор 3, муфту 4, открытую зубчатую передачу на печь.

При этом муфта кулачковая 7 свободно проворачивается.

При выключении главного двигателя 1 печь под действием неуравновешенности (из-за наличия в ней обжигаемого материала, находящегося в момент остановки под углом естественного откоса), стремится повернуться в сторону, противоположную рабочему вращению и затормаживается тормозом 9 вспомогательного привода.

Для опускание печи в  уравновешенное состояние вспомогательный двигатель 11 включается на реверс с одновременным включением тормоза.

После опускания печи в уравновешенное состояние, когда  материал в печи располагается в  нижней части, двигатель и тормоз выключается.

Медленное вращение печи вспомогательным приводом осуществляется от двигателя 11 при включенном тормозе 9, через вспомогательный редуктор 8, кулачковую муфту 7, главный редуктор 3, эластичную муфту 4 и далее через открытую зубчатую передачу на печь.

При остановке печи с  фиксированием ее положения вспомогательный двигатель 11 выключается, одновременно выключается тормоз 9.

Благодаря наличию кулачковой муфты свободного хода представляется возможность легкого запуска  печи на быстрое рабочее вращение от вспомогательного привода. При остановленной печи существует трение покоя, которое больше трения движения.

С помощью вспомогательного привода осуществляется «срыв» печи (особенно после продолжительной  остановки печи в зимнее время), трение уменьшается, после чего включается главный двигатель. После запуска главного двигателя, вспомогательный выключается.

Рис. 6. Кинематическая схема  привода.

1. Главный электродвигатель  АК2-82-8; N=30кВт; n=720 об/мин. 2. Муфта МУВП. 3. Главный редуктор РМ 1000Б-П-7Ц. 4. Муфта эластичная. 5. Подвенцовая шестерня z=21, m=24. 6. Зубчатый венец z=148, m=24. 7. Муфта кулачковая. 8. Вспомогательный редуктор РЦД-350-31, 5-5. 9. Тормоз ТКГ 200-1-1. 10. Муфта эластичная. 11. Вспомогательный электродвигатель АО2-41-8; N=2.2 кВт, n=720 об/мин.

При выключении главного двигателя печь будет продолжать вращаться, но с медленной скоростью на вспомогательном приводе. При этом никакие блокировки между главным и вспомогательным двигателями и муфтой не требуется.

Использование привода  печи с кулачковой муфтой между главным  и вспомогательным редукторами обеспечивает следующие преимущества: 1) представляется возможность запуска печи на главный привод со вспомогательного, а также перехода с рабочего вращения на медленное вращение без остановки печи.  В связи с плавным запуском и остановкой увеличивается долговечность футеровки печи и надежность привода; 2) привод предохраняется от чрезмерных перегрузок и поломок в случае заклинивания печи или привода при работе вспомогательного двигателя; ; 3) обеспечивается возможность автоматизации работы главного и вспомогательного приводов без электроблокировок между ними.

Головка откатная печи представляет собой сварную металлоконструкцию. Движение головки осуществляется с  помощью катков, которые крепятся кронштейнами к корпусу головки. На одной из стенок откатной головки имеется проем для сопряжения с разгрузочным концом печи. На другой стенке расположены люк ремонтный размером 800х1000мм и два смотровых окна для визуального наблюдения за процессом обжига керамзита. На этой же стенке головки имеется отверстие для входа топливной форсунки. На боковой стенке откатной головки имеется люк для удаления «сваров». Боковая стенка головки выполняет роль течки с углом наклона 60⁰ к горизонтальной плоскости. Уплотнения горячего и холодного венцов печи одинаковы по конструктивным решениям. Уплотнение состоит из секторов с роликами, сварных секций, кронштейнов и тяги. Плотное прилегание секторов к корпусу печи обеспечивается натягиванием каната на ролики с помощью пружины.

В случае работы печи на природном газе применяется горелка отличающаяся большей эффективностью горения. Горелка газовая представляет собой устройство, предназначенное для смешения газа с воздухом перед сжиганием его в печи. Газ в горелку поступает за счет собственного давления. Горелка состоит из наружной трубы, в которую подается воздух и системы внутренних параллельно расположенных труб, по которым подается природный газ. Крепление газовой горелки к головке горячего конца печи осуществляется с помощью кронштейнов.

Техническая характеристика.(табл.1)

Возможные неисправности  в работе и способы их устранения.(табл.2)

3.2 Слоевой  самотечный холодильник

Холодильник предназначен для охлаждения выходящего из вращающейся печи керамзитового гравия до температуры менее 100⁰С.

Холодильник обладает следующими преимуществами по сравнению с распространенными, например, барабанными:

- имеет малые размеры  и металлоемкость;

- стабильно обеспечивает  охлаждение керамзита до необходимой температуры (ниже100⁰С. );

- не имеет сильно  пылящих узлов, что улучшает  условия труда;

- выходящий из холодильника  нагретый воздух не запылен  и может использоваться на  горение во вращающейся печи;

- отсутствие движущихся частей в зоне высоких температур обеспечивает надежную и долговечную работу холодильника.

Холодильник представляет собой конструкцию, состоящую из следующих основных узлов: приемного  бункера; корпуса; наклонных колосниковых решеток; барабанного разгружателя; пластин, ограничивающих и разделяющих слой; воздуховодов холодного и горячего воздуха; воздуховодов противосварного дутья; люков для осмотров и ремонтов; бункеров просыпи.

Принцип действия холодильника – охлаждение керамзита в плоском наклонном движущемся слое при двукратном перекрестном продувании слоя наружным воздухом.

Движение керамзита  осуществляется под действием силы тяжести и продувки воздухом.

Керамзит из вращающейся  печи через решетку (1) для задерживания сваров, кирпичей и крупных посторонних предметов, поступает в приемный бункер холодильника (4).

Необходимым условием эффективной  работы слоевого холодильника является постоянное наличие на наклонных  колосниковых решетках слоя керамзита  и непрерывное его движение.

Для поддержания постоянного  уровня керамзита в приемном бункере холодильника, он оборудован системой автоматического регулирования.

С целью предотвращения спекания керамзита в самом приемном бункере в нижней его части  устанавливаются перфорированные  трубы (3), в которые подается воздух.

Конструкция приемного  бункера позволяет повернуть  холодильник 90⁰С на  ( без изменения положения верхнего фланца).

Из приемного бункера  керамзит поступает на наклонные  колосниковые решетки (6), предназначены для формирования движущего слоя и его охлаждения.

На нижних решетках имеются  пластинчатые перегородки (8), разделяющие слой керамзита по ширине корпуса холодильника на три потока.

Над нижними колосниковыми  решетками установлена система  аварийного охлаждения керамзита водой (10), состоящая из шести перфорированных труб.

Охлаждение керамзита  с колосниковых решеток попадает в барабанный разгружатель (13).

Барабанный разгружатель предназначен для выгрузки охлажденного керамзита и регулирования производительности холодильника в зависимости от

изменения производительности печи. Он состоит из корпуса, вращающегося барабана, привода барабана и регулирующей толщину слоя заслонкой с планками.

Вместе с приводом барабанного разгружателя на раме установлен исполнительный механизм, с помощью  которого осуществляется перемещение заслонки. При этом уменьшается или увеличивается щель между корпусом барабана и заслонкой и, соответственно, расход керамзита. Перемещение регулирующей заслонки производится автоматически, дистанционно или вручную.

Равномерность охлаждения керамзита в секциях по ширине наклонных решеток обеспечивается с помощью регулирующих планок (5), установленных на заслонке (4). В секции с относительно высокой температурой керамзита опускание планок снизит расход и температуру керамзита. Положение регулирующих планок подбирается опытным путем при наладке холодильника.

Воздух от вентилятора ВД-10 проходит через нижние и верхние решетки  и движущийся по ним слой керамзита. Нагретый воздух после холодильника подается в печь на горение топлива.

Техническая характеристика холодильника.(табл.3)