Ямная пропарочная камера. 2
СОДЕРЖАНИЕ
1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1 Обоснование выбора типа проектируемой установки
1.2 Описание конструкции и принципа действия тепловой установки
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Режим работы тепловой установки и характеристика теплоносителя
2.2 Исходные данные
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Расчёт процесса горения топлива
3.2 Технологический расчёт
3.3 Тепловой расчёт установки
4 ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ
5 Литература
1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1 Обоснование выбора типа проектируемой установки
Тепловлажностная обработка железобетонных изделий является одним из наиболее длительных процессов в технологии производства. Сущность ее состоит в том, что при повышении температуры среды скорость реакций гидратации значительно увеличивается, т. е. процесс твердения ускоряется и изделия в более короткий срок, чем при обычной температуре, приобретают механическую прочность, допускающую их транспортировку и монтаж. Железобетонные изделия разнообразны по своим геометрическим размерам и форме, составу бетонной смеси, свойствам готового бетона, способам формования и отделки поверхностей. Этим и объясняется применение весьма разнообразных установок для тепловлажностной обработки в производстве сборного железобетона.
При производстве широкопрофильного ассортимента изделий поточно- агрегатной технологией применяют ямные пропарочные камеры. . Преимущество ямных камер перед другими агрегатами для тепловлажностной обработки состоит в том, что в каждой камере можно осуществить оптимальный для данного вида изделий режим тепловлажностной обработки. Главным же недостатком является повышенный расход пара в связи с периодичностью работы.
1.2 Описание конструкции и принципа действия тепловой установки
Ямная камера имеет прямоугольную форму. Высота камеры составляет 2,6 метра, ширина – 3,8 метра, длина – 6,8 метра. Она заглублена в землю на 2 метра. Пол камеры бетонный и имеет уклон 0,005 для стока конденсата. Стены железобетонные и имеют отверстия для подключения к вентиляционному каналу, сообщения с атмосферой в период охлаждения и для ввода паропровода. Сверху камеру закрывают съемной крышкой, представляющей собой жесткую рамную конструкцию, заполненную теплоизоляцией. Крышку делают с уклоном 0,01 чтобы капли конденсата не падали на изделия.
Уплотнение между камерой и крышкой выполнено в виде
гидравлического затвора, представляющего
собой желоб, образованный швеллерными
балками, уложенными по периметру стен.
Желоб заполняется водой, в которые погружены
края крышки. Подачу пара производят через
перфорированные трубы, расположенные
у пола и верха камеры, а также по периметру.
Диаметр отверстий 3-5 мм.
Камера работает по следующему принципу.
Козловой кран загружает отформованные
изделия в камеру и устанавливает их на
специальные кронштейны по высоте. Когда
изделия заполнят камеру, ее закрывают
крышкой и начинается впуск пара. Камеру
заполняют паром до тех пор, пока весь
воздух в камере не будет замещен чистым
паром. Период подогрева завершается,
когда поверхность изделий нагреется
до температуры теплоносителя. Во втором
периоде тепловлажностной обработки количество
подаваемого пара меньше, чем в первом.
В этот период происходит выравнивание
температур по сечению изделий. По окончании
периода изотермической выдержки подачу
пара прекращают. В период охлаждения
камеры вентилируют. Остывшие изделия
выгружают, и цикл повторяется.
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Режим работы тепловой установки и характеристика теплоносителя
В качестве теплоносителя при тепловлажностной
обработке изделий широкое распространение получили пар и паровоздушная
смесьДавление
В качестве теплоносителя в проектируемой
установке используется водяной пар с
параметрами:
1. Температура t1=100 Со; t2=20 Со
2. Энтальпия h’’=2674,9 кДж/кг
3. Плотность ρ = 0,5896 кг/м3
4. Давление P = 1 бар
Режимом тепловлажностной обработки
называют условия окружающей среды,
то есть температура, влажность и давление,
воздействующих на изделие в течение определённого
времени и обуславливающих оптимальную
для данного изделия скорость набора прочности.
Теплофизические свойства бетона при
тепловлажностной обработке изменяются
в зависимости от условий окружающей среды.
Чтобы не нарушать структуру бетона, необходимо
назначить скорость подъёма и снижения
температуры так, чтобы строго соблюдался
установленный для данного бетона режим
тепловлажностной обработки.
τ1 - Продолжительность подъёма температуры
– 1 часа.
τ2 - Продолжительность изотермической
выдержки – 4 часа.
τ3 - Охлаждение изделий – 3 часа.В соответствии
с нормами технологического проектирования
предприятие сборного железобетона для
определения режима работы установки
периодического действия принял:
Количество рабочих суток за 1 год - 253
дней.
Количество рабочих смен в сутки - 3 смены.
Продолжительность смены - 8 часов.
Годовой фонд времени работы тепловой
установки, ч.
T= 253 · 3 · 8 = 6072 часа.
2.2 Исходные данные
Производительность цеха, м3/год - 13400
Тип изделия - плиты перекрытия
Изделия размером , мм - 5960 x 2960 x 300
Объём бетона в изделии (Vизд.), м3 - 1,07
Расход арматуры, (mа), кг/изделие - 90
Марка цемента - 400
Расход цемента, кг/м3 - 260
Расход воды, (В), кг/м3 - 127
Плотность бетона, (ρ), кг/м3 - 2200
Расход форм, (mа), кг/м3 - 2400
Начальная температура бетона, (t1)оC - 20
Конечная температура нагрева бетона
(t2)оC - 100
Режим тепловой обработки: 1+4+3+3
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Расчёт процесса горения топлива
Топливо Журавского месторождения
СО2 =78
С2H6=11
С3H8=4
СО2=3
N2=4
Составляем реакции горения.
CO+ 0.5 О2 = СО2
C2H6+3,5O2=2CO2+3H2O
C3H8+5O2=3CO2+4H2O
Определяем теоретический расход воздуха
Vтеор.=
где 0,21 – объёмная доля кислорода в воздухе;
CH4– процентное содержание горючих газов, входящих в состав топлива.
Vтеор.=
Определяем действительный расход воздуха
Vдейств.= α · Vтеор. м³/м³
где α – коэффициент избытка воздуха; α=1,05-1,2
Vтеор. – теоретический расход топлива.
Vдейств=1,2∙10,2=12,24 м³/м³.
Определяем состав дымовых газов и их количество
1) Vco2=
Vco2=
2) VH2O=
VH2O=
3) VN2=
где 0,79 – объёмная доля азота в воздухе;
Vдейств– действительный расход воздуха, м³/м³.
VN2
4) VОизб=0.21·(Vдeйств –Vтеор)
где 0,21 – объёмная доля кислорода в воздухе;
VОизб=0,2·(12,24-10,2)=0,428 м³/м³.
Переводим дымовые газы из объёмных долей в массовые;
m=V · ρ,
где m – масса, кг;
V – объём, м³;
ρ – плотность, кг/м³.
m(CO2)=V(CO2) · ρ(CO2)
ρ(CO2)=
m(CO2)=1,1 · 1,96=2,15кг;
m(H2O)=V(H2O) · ρ(H2O)
ρ(H2O) =
m(H2O)=2,05 · 0,8=1,743кг;
m(N2)=V(N2) · ρ(N2)
ρ(N2) =
m(N2)=9,7 · 1,25= 12,125 кг;
m(O2изб)=V(O2изб) · ρ(O2изб)
(O2изб) =
m(O2изб)=0,428 · 1,43=0,612 кг.
Переводим топливо и воздух из объёмных долей в массовые;
mвозд=Vдeйств· ρвозд
ρвозд= 1,29 кг/м³.
mвозд=12,24 · 1,29= 15,79 кг.
Определяем плотность и объёмные доли элементов топлива
- r(CH4)=
r(CH
- r(C2H6)=
r(C2H6)=
- r(C3H8)=
r(C3H8)=
r(N2)=
r(N2)=
r(O2)
r(O2)=
µгаза=
µгаза=
ρтопл=
ρтопл=
mтопл.=Vтопл∙ ρтопл
mтопл=1∙0,84=0,84
Составляем таблицу баланса горения топлива:
приходные статьи |
количество |
расходные статьи |
количество | ||
Кг |
% |
кг |
% | ||
Топливо
Воздух |
0,84
15,79 |
5,05
94,95 |
Продукты сгорания СО2 Н2О О2 N2 |
2,15 1,64 0,61 12,125 |
13,1 9,93 3,69 73,37 |
Итого |
16,63 |
100 |
Итого |
16,525 |
100 |
Невязка
Н=
Н=
-Расчет температуры горения:
Расчет температуры горения выполняется на основании теплового баланса процесса горения методом подбора.
Qрн = mп.г.· Сtп.г.· tx
где mп.г – масса продуктов сгорания, кг
Qрн – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;
Сtп.г –теплоемкость продуктов горения при их температуре, кДж/кг·К
tx – исходная температура, 0С.
Для того чтобы найти температуру, нужно получить неравенство
Q1< Qрн< Q2
Qрн = 358·CH4+637C2H6+912C3H8
Qрн= 385·78+637·11+912·4=40685 кДж.
t1=18000С
Q1=1800·(2.15·1,2179+1,64·2,
t2=18000С
Q2=1900·(2,15·1,2259+1,64·2,
t теор. = t1 + ((Qрн - Q1 ) · ( t2 - t1 )) / ( Q2 – Q1 ), оС.
t теор. =1800+(40685-38483)·(1900-
t действ. = t теор. · ŋ, 0С
где ŋ – пирометрический коэффициент, ŋ = 0,65-0,85
t действ.=0,8·1805=1444 0С
3.2 Технологический расчёт
Линейные размеры ямной пропарочной камеры (м)
Длина камеры
Lк = n·L + (п+1) ·L1
где: Lк – длина камеры, м
n – количество изделий,
укладываемых по длине камеры
n = 1 - потому что длина
изделия превышает 4м
L – длина изделия,
м
L1 – расстояние между изделиями, изделием
и стенкой камеры с учетом
дополнительного размера на форму в зазоре
при укладке изделий в камеру
L1 = 0,4 м
Lк = 1·5960+(1+1) ·0.4=6.76
Ширина камеры
Вк = n1 ·В + (n1+1)·В1
где: Вк - ширина камеры, м
n1 – количество изделий, укладываемых
по ширине камеры
n1 = 1 – потому что ширина изделия более
2 м
В – ширина изделий, м
В1 – расстояние между изделиями и стенкой
камеры с учетом борта формы
В1 = 0,4 м
Вк =1·2,96+(1+1) ·0,4=3,76
Глубина камеры
Нк = n2· (Н+Н1)+Н2+Н3
где: Нк - глубина пропарочной камеры, м
п2 - число рядов изделий по высоте камеры
Н – высота изделий,
м
Н1 – расстояние между отдельными изделиями
по высоте (0,3 м)
Н2 – расстояние между нижней формой и дном
камеры (0,15 м)
Н3 – расстояние между верхним изделием
и крышкой камеры (0,05 м)
Нк =4·(0,3+0,3)+0,15+0,05=2,6
Определяем ёмкость камеры
Ек = Vизд ·nизд
где: Ек – ёмкость камеры, м3
Vизд – объем бетона в изделии, м3
nизд – число изделий в камере, шт
Ек =1,07·4=4,28.
3.3 Тепловой расчёт установки
Приход тепла
-С паром
Q1 = Dп· h”
где Dп - расход пара за период работы ямной
пропарочной камеры, кг/период
h” – энтальпия пара , кДж/кг
Q1 = 2674,9Dп
- От экзотермических реакций твердения цемента
Q2 = qэкз · Mцем
где Мц – масса цемента в кассетной установке, кг
Мц=Ек·Ц
где Ц - расход цемента, кг/м3
Ек - ёмкость камеры, м3
где qэкз - удельная экзотермия цемента,кДж/кг.цем.
qэкз = θ ·M ·a /162 + θ ·0,96·√ В/Ц,
где М – масса цемента
θ– число градусо-часов тепловой обработки
θ=0,5· (t1+t2) ·τ1+t2· τ2, град.ч.,
где t1 – начальная температура нагрева изделий, оС
t2 – максимальная температура нагрева изделий, оС
τ1 – время подъёма температуры, ч
τ2 – время изотермической выдержки, ч
θ=0,5· (25+85) ·3+85·3=540 град.ч.,
если θ≤290, то а=0,32+0,002·θ
θ>290, то а=0,84+0,0002·θ
а=0,84+0,0002·540=0,948
θ=0,5· (20+100) ·4 +100·3=540
qэкз = 540 ·400 ·0,948 /162 + 0,96 ·540·0,488=146,865
Мц=Ек·Ц
Мц=4,28·260=112,8
Q2 = 146,865 · 112,8
Всего приход
Qприх = Q1 + Q2
Qприх = 2674,9Dn + 163431,37
Расход тепла
- На нагрев сухой массы бетона
c = Мб·Сб · (t2 - t1)
где Мб –масса пропариваемого бетона, кг
Мб = Ек · cс.б.
Мб =4,28·2200=9416
Q1 = 9416·0,9 · (100 –20)=677952
- На испарение части воды затворения
Q2 = W · (2493 + 1,97 · tср)
где W – масса испаренной воды (для плотного
бетона = 1% от массы), кг
tср – средняя температура за период, 0С
tср = 60 0C
Q2 = 94,16 · (2493 + 1,97 · 60)=245870,59
- На нагрев воды, оставшейся
в изделиях
где Mв – масса воды затворения, кг
Св= 4,19 кДж
Q3 = (543,56 –94,16) ·4,19 · (100 – 20)=150638
- На нагрев арматуры и
Q4 = Ма · Са · (t2в – t1в)
где: Ма – масса арматуры в пропариваемых изделиях,
кг
Ма = ma · Ек
Ма = 90 · 4,28 = 385,2кг
ma – расход арматуры на 1 м3 бетона, кг/ м3 бетона
Са – теплоемкость арматуры(=0,48), кДж/кг · К
t2в – максимальная температура нагрева
арматуры, 0С
t1в – начальная температура нагрева арматуры, 0С
Q4 = 385,2 ·0,48 · (100 – 20)=14791,68
- На нагрев транспортных
Q5 = Мтр · Стр · (t2тр – t1тр)
Q5 = 1248· 0,48· (100 – 20 ) = 47923кДж
где: Мтр – масса транспортных устройств в камере,
кг
- На нагрев форм
Q6 = Мф· Сф · (2ф – t1ф)
где Mф - масса форм в камере, кг
Mф = mф · Ек
Mф = 2400 · 4,28 = 10272 кг
где mф – масса форм на 1 м3 формуемых изделий
Q6 = 10272· 0,48 · (100 – 20) =394444,8
- На аккумуляцию ограждающих
конструкций камеры
Q7 = 0,3(2674,9·Dп + 163431,107) = 802,47·Dп +49029,3
- Ограждениями в окружающую среду
где: tn - температура теплоносителя внутри рабочего
пространства камеры, 0С
F – поверхность ограждающих конструкций
камеры, м
F = [ 2(2,6·6,76) + 2(3,76·6,76) + 2(2,6·3,76) ] = 105,539м2
Т – время подъема
температуры и изометрической выдержки
изделий, ч
Т = Т1 + Т2
Т = 4 +3
= 7 часов
Q8 = 3,6 · 0,59(99,62 +100)·105,539·7 = 313234,49кДж
- Потери тепла с конденсатом
где h’ – энтальпия конденсата, кДж/кг
ρ’’ – плотность пара, кг/м3
Vсв – свободный обьем камеры, м3
Vсв = Vк – Vб – Vф – Vтр
где: Vсв – свободный объем камеры, м3
Vсв = 66,08 – 4,28 – 1,317 – 0,16 = 60,323м3
где: Vк – объем камеры, м3
Vб – объм бетона в камере, м3
Vф – объем форм в камере, м3
Vтр – объем транспортных устройств в камере
Q9=14847,92
- На нагрев пара, занимающего
свободный объем камеры
Qw = Vсв · ρ’’ · h’’
Qw = 95138 · 0,5896 · 2674,9 = 95138 кДж
Всего расход тепла
Qрасх = Q’1+Q’2+Q’3+Q’4+Q’5+Q’6+Q’7+Q’
Qприх.=2374,9 Dп+163431,102
Qрасх=677952+245870,592+
3674 Dп+163431,107=1660940+1178,193 Dп
2674,9 Dп +1178,19=1660940-163431,107
1496,707 Dп =1497508
Dп=1000,53
Qрасх = Qприх
Qприх=2854381,26
Qрасх =2855357,24
Составляем таблицу теплового баланса
приходные статьи |
количество |
расходные статьи |
количество | ||
Кг |
% |
кг |
% | ||
Приход тепла
1.С паром
2.От экзотермических реакций твердения цемента |
2690949,4
234088,6 |
94,2
5,8
|
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Qw |
677952 245870,59 15638,88 14791,68 47923,2 394444,8 877511,4 313234,49 14847,92 95136,2 |
23,7 8,6 0,54 0,51 1,6 13,81 30,73 10,9 0,52 9,09 |
Итого |
2854381,2 |
100 |
Итого |
2855357,2 |
100 |
Невязка баланса
Н=
Н=
Рассчитываю удельный расход пара:
dп =
dп =
Удельный расход пара
dн.п. =
dн.п. =
-Определяем часовой расход пара:
Dчас=Pчас·dн
Dчас=2,206·233,67=515,67
Часовая производительность цеха
Pчас=
Pчас=
-Определяем годовой расход
Dгод= dн.п · Пгод; кг пара
Dгод= 233,67· 13400=3131204
Часовой расход тепла
Qчас= Dчас ·
Qчас=515,679·2676=1379957;
Годовой расход тепла;
Qгод= Dгод·
Qгод=3131204·2676=837910,9
Часовой расход удельного топлива
Вчас= (Qчас/Qусл) · η
где η-к.п.д. котельной установки (=0,8)
Qусл.-теплота сгорания условного топлива
Вчас=(1379957/29300) ·0,8=37,64
Годовой расход условного топлива
Вгод=(Qгод/Qусл) · η
Вгод=(837910,9/29330) ·0,8=22,854
4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ УСТАНОВКИ
К самостоятельной работе на оборудовании для тепловой обработки железобетонных изделий с применением водяного пара допускаются лица не моложе 18 лет, обученные правилам его эксплуатации.
Стенки и крышку камеры следует содержать
в исправном состоянии. Прорыв пара через
трещины в стенках или неплотные соединения
в крышке должен быть немедленно устранен.
Камера должна быть оборудована песочным
или водяным затвором, обеспечивающим
герметическое соединение по всему периметру
прилегания к ней крышки. При водяном затворе
должна быть обеспечена циркуляция находящейся
в ней воды.
В процессе тепловой
обработки ж/б изделий избыточное давление
паровоздушной среды в камере не должно
превышать 30 мм водного столба. Крышку
камеры необходимо оборудовать подъемными
петлями, позволяющими снимать и устанавливать
ее на камеру при помощи мостового крана.
Запрещается укладывать на крышку камеры
какие-либо предметы, за исключением крышек
смежных камер, а также находиться на ней
людям.
Камера должна быть
оборудована каналами для свободного
стока конденсата, образующегося в процессе
тепловой обработки. Каналы и весь тракт
стока конденсата необходимо содержать
в исправном состоянии.
В камерах, эксплуатируемых внутри закрытых
помещений, подъем крышек разрешается
только после удаления из них паровоздушной
смеси. камеры, находящиеся внутри закрытых
помещений, должны быть оборудованы системой
вытяжной вентиляции для их принудительного
проветривания по окончанию обработки.
Доступ обслуживающего персонала в камеру
при температуре выше 40 0С запрещен. Давление пара, подаваемого
в камере, не должно превышать 0,2 МПа.
Грузозахватные
средства для подъема и опускания изделий
должны соответствовать массе наибольшего
изделия, загружаемого в камеру.
5. Литература.
1) Никифорова: Теплотехника и теплотехническое
оборудование предприятий промышленности
строительных материалов и изделий. Москва
«Высшая школа» 1981 г.
2) О.С. Казакова; Л.Ф. Казаков: Охрана труда
и пожарная безопасность на предприятиях
железобетонных изделий. Москва «Высшая
школа» 1980 г.
3) В.Ф. Павлов; С.В. Павлов: Основы проектирования
тепловых установок. Москва «Высшая школа»
1987 г.
4) Константопуло Г.С. Механическое оборудование
заводов железобетонных изделий и теплоизоляционных
материалов, Москва «Высшая школа» ,1988г.
5)Сизов В.Н. Технология бетонных и железобетонных
изделий, Москва «Высшая школа» ,1972г.