95546

Тепловий розрахунок роликової печі

Курсовая

Энергетика

Серед печей для виробництва керамічних виробів набули поширення печі безперервної та періодичної дії. До печей безперервної дії відносять тунельні, конвеєрні, кільцеві і багатокамерні печі. За способом нагріву печі розрізняють: безпосереднім нагрівом виробів пічними газами, електро нагрівом та інші.

Украинкский

2015-09-24

119.74 KB

2 чел.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Розроб.

Перевір.

Реценз.

Н. Контр.

Затверд.

Літ.

Акрушів

                                  ВСТУП

    Печами називають теплові агрегати, установки і споруди , в яких шляхом нагрівання сировини або відформованих напівфабрикатів за рахунок теплової енергії, що організовано виділяється, одержують матеріал або вироби із заданими властивостями. У виробництві силікатних матеріалів застосовують печі для випалу шламу, кускових матеріалів, керамічних виробів і для варіння скла різного призначення. Типові теплові установки , що використовуються в технології силікатних матеріалів, розділяють за основними характеристиками: по циклу роботи – періодичного або безперервного; формі каналу або камери , в яких протікають фізико-хімічні і теплові процеси; циркуляції газів і умовам теплообміну з матеріалом, що нагрівається і охолоджується.

     Серед печей для виробництва керамічних виробів набули поширення печі безперервної та періодичної дії. До печей безперервної дії відносять тунельні, конвеєрні, кільцеві і багатокамерні печі. За способом нагріву печі розрізняють: безпосереднім нагрівом виробів пічними газами, електро нагрівом та інші.

    Для експлуатації технологічного обладнання необхідно знати та вміти виконувати його технологічні розрахунки. Це дозволяє знайти питомі витрати теплоти й палива при виробництві продукції, встановити найбільш вигідний режим експлуатації обладнання й причини його недостатньо ефективного використання.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

1.ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 Особливості випалу облицювальних плиток

    Облицювальні плитки представляють собою вироби , виготовлені із фаянсових мас, випалені і покриті з лицьової сторони прозорими або глухими глазур ями.

    Маса плиток вміщує біля 50% глиняних матеріалів (каолін , глина, бентоніт),10-25% кварцового піску і до 35% бою виробів. При швидкісному випалі плиток вводити в масу звичайні плавні – польовий шпат, пегматит, тальк – є не ефективно, через те, що дуже малий інтервал часу протікання процесів при невисоких температурах випалу. Через це, в якості плавнів вводять нікелін-сієніт, перліт , крейду, бій скла та інше. Плавні , які містять луги и лужно-земельні оксиди дозволяють знизити загальний вміст плавнів в масі на 10-15% при невисоких температурах випалу. Бентоніт , у свою чергу дозволяє знизити кількість глиняних компонентів на 3-15% чи повністю замінити їх.

    Склад маси для плиток, які випалюють швидкісним режимом у роликових печах, відрізняються понижені вмістом пластичних компонентів, низькою повітряною усадкою, малою чутливістю до різкого збільшення температури

    Випал – це завершуючий етап технологічного процесу виробництва керамічних виробів. Процес випалу можна умовно розділити на три етапи: підігрів сирцю, власне випал і охолодження. При нагріві і подальшому після випал охолодженні у керамічному матеріалі протікає комплекс фізико-хімічних перетворень, які в основному і визначають ті чи інші властивості готового керамічного виробу. Режим випалу повинен забезпечувати отримання керамічних виробів з необхідними характеристиками при нагріванні і охолодженні в короткі строки.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

    Випалюють плитку у два прийоми . На окремих заводах освоїли одноразовий випал плитки. Утильний випал у виробництві є основним. Він придає плитці всі властивості готового виробу.

    Швидкість нагріву плиток при випалі 400С/год , а швидкість охолодження 300С/год. Не дивлячись на невисокий вміст скловидної фази – до 16%, її достатньо для придання плитці потрібної міцності.

    При нагріві сирцю повільно піднімають температуру до 100-1200С, при цьому із нього видаляється вільна вода. Подальше збільшення температури до 7500С призводить до вигорання органічних домішок і видаленню хімічно зв,язаної води. В процесі власне випалу, при 800-9000С легкоплавкі з,єднання розплавляються , зменшуються лінійні розміри виробу і він ущільнюється.  При подальшому збільшенні температури глиняна маса спікається. Максимальна температура випалу залежить від властивостей використаних глин і виду випалюваного виробу. В результаті випалу керамічний виріб отримує каменевидний стан , високу міцність, водостійкість, морозостійкість і інші властивості. Температура утильного випалу плитки 1050-11800С . Пічне середовище окислювальне. Тривалість випалу плитки  роликових печах 16-17 хвилин при температурі 1000-11000С.

    Швидкісний випал плиток здійснюється у щільових одно -   і багатоканальних печах. Маси для швидкісного випалу повинні мати мінімальну усадку, а вологість плиток, що потрапляють на випал, не повинна перевищувати 0,3-0,5%.

    

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

1.2 Загальні відомості про агрегати для проведення теплової обробки

    Конвеєрні печі, що використовуються для випалу кераміки, в тому числі і плитки, відрізняються невеликим перетином пічних каналів, і малим навантаженням на конвеєри, які переміщують малогабаритні вироби.

    Головне призначення конвеєрних печей  - швидкісний випал малогабаритних тонкостінних виробів. При швидкісному випалі невелика місткість каналу конвеєрної печі компенсується скороченням тривалості випалу. Для випалу в інтервалі температур 700-11000С використовують печі з роликовим, поличним або стрічковим конвеєром.

    1.3 Характеристика роликової печі

    Для обґрунтування вибору типу печі , її розмірів і продуктивності при проектуванні зазвичай використовують виробничі показники печей, що вже знайшли застосування на аналогічних підприємствах.

    На підприємстві з виготовлення керамічної облицювальної плитки використовують роликову піч, яка на сьогодні є найбільш досконалим типом печі для випалу всіх формованих виробів.

    При масовому виготовленні керамічної продукції в печах такого типу досягається висока продуктивність випалу. Цей тип печей дозволяє автоматизувати рух пічних роликів , що зменшує суб,єктивний  вплив людського фактору. Додатковою перевагою є зменшені витрати на тону випаленого матеріалу, завдяки застосуванню матеріалів з високими теплоізоляційними властивостями , але в більшому ступені  - завдяки конструкції печі , де горючі гази перед їх видаленням використовуються для попереднього нагріву невипаленої продукції.

    Одноканальні газові печі з безпосереднім нагрівом виробів використовуються для попереднього (першого) випалу плиток до температури 10800С і другого випалу після глазурування їх до 10200С.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Канал печі першого випалу має довжину 19,6 м , ширину 1,3м , висоту 0,22м і виготовлений із шамотного вогнетриву з теплоізоляцією із шамотного легковага. Плитки проходять зони підігріву та випалу довжиною 8,4 м і охолодження 11,2м на роликовому конвеєрі, який змонтований на спільному з пічним каналом каркасі. Ролики конвеєра діаметром 32 мм і довжиною 23-30мм розміщені з кроком між осями 70мм , що дає можливість випалювати плитки розміром не менше 150 150мм безпосередньо на конвеєрі без жаротривких піддонів. Випал без піддонів спрощує конструкцію і експлуатацію печі і дозволяє знизити витрати палива.

    Ролики для зони випалу виготовляють із жаротривких сплавів. Від температури випалу і тривалості служби роликів без деформації залежить ефективність роботи роликових печей, так як простої для заміни деформованих роликів порушують режим роботи автоматичної лінії і знижують її продуктивність.

    Обертання роликів здійснюють ланцюговою передачею від приводної станції, на якій передбачена можливість зміни швидкості конвеєра і тривалості випалу плиток і відповідно продуктивності печі. Висока продуктивність одно канальних конвеєрних печей досягається за рахунок швидкісних режимів випалу неглазурованих плиток (тривалість спікання і охолодження при першому випалі 17-20 хвилин , а глазурованих плиток при другому випалі 28-31 хвилина) .

    Піч працює за принципом протитоку , тобто теплоносій рухається на зустріч виробам.

    Зона підігріву закінчується на початку пальникових пристроїв. Вона має повітряні завіси і канали для відбору димових газів, що відводяться в атмосферу. Ці канали влаштовані в стінах печі для вібору продуктів горіння і сполучені з димовими каналами, розташованими по обидва боки печі. Для регулювання кількості продуктів горіння , які відбираються по довжині зони

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

у приймальних вікон в кожному каналі для відведення димових газів встановленні керамічні шибери.

    Зона випалу обмежується дільницею, в межах якої знаходяться пальникові-топочні пристрої, які розташовані по обидва боки зони випалу. До кожного пальника подається повітря з зони охолодження за допомогою інжекторних пристроїв. З пальників гарячі гази прямують в нижню частину садки, а також в розриви з вагонетками. Зменшування присмоктування повітря з коридору в піч через нещільність в стиках роликів і затвором досягається пристроєм відбору повітря з контрольного коридору. Топки знаходяться в нижній частині пічного каналу. На початку зони, з боку підігріву, є повітряні завіси, які сприяють спаленню до кінця продуктів горіння , що поступають з дільниці випалу, переміщуванню топочних газів по перетину каналу печі.

    Зона охолодження служить для охолодження виробів випалених до 80-700С перед видачею роликів з печі і для утилізації тепла, яке відбирається від розігрітих виробів. Для цього в кінець печі через канали, розташовані у бічних стінах і склепінні, вентилятором подають атмосферне повітря ,яке проходячи по пічному каналу , охолоджує ролики з випаленими виробами. На деякій відстані від початку зони влаштовані вікна для відбору гарячого повітря для сушильних пристроїв. Кількість повітря, яке відбирається регулюється шиберами.

    Для захисту ходової частини роликів від дії високих температур утворюють пісочні затвори між роликами і стінами печі.

    Головною перевагою роликової печі на газоподібному паливі:

  1.  Можливість забезпечення в високотемпературній зоні відновлюване середовище , що в свою чергу сприяє переходу FeIII , який міститься у вигляді домішок в сировині й знижує білизну керамічного черепка, в FeII та формуванню фаяліту, який надає керамічному черепку

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

біло-блакитного відтінку(1). Вказане може дозволити знизити витрати дорогої глазурі для надання виробам білого кольору.

    Проектом передбачається побудова роликової печі на заводі з виготовлення керамічної облицювальної плитки, а використання газоподібного палива буде сприяти покращенню якості одержаних виробів

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

1

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

                        Перевірочний розрахунок роликової печі

                                   для випалу плитки для підлоги

                                                 Вихідні дані

Продуктивність печі………………………………………650000,0 м2/рік

Залишкова вологість………………………………………………… 0,5%

Брак випалу…………………………………………………. ………..5,0%

Втрати при прожарюванні………………………………….. ………6,15%

Робоча вологість газу………………………………………................1,5%

Максимальна температура випалу…………………………………11000С

Температура матеріалу на вході……………………………………..2700С

Температура матеріалу на виході……………………………………3500С

Тривалість випалу………………………………………………..60 хвилин

Температура навколишнього повітря…………………………………200С

Температура газів,що відходять з печі………………………………2500С

Температура повітря ,що подається на горіння………………………200С

Температура повітря,що відбирається на сушку……………………3000С

Маса 1м2 плиток………………………………………………...........15,5кг

Кількість годин робочої печі в рік………………………………..8448год.

Склад маси :Глина……………………………………………………17,0%

Витрати глазурі………………………………………………………….5,0

Шаг роликів……………………………………………………………74мм

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Внутрішній діаметр роликів………………………………………….35мм

Товщина стінки…………………………………………………………4мм

                              

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

2. Конструктивний розрахунок печі

2.1.Визначення внутрішніх розмірів

Необхідна масова місткість печі за виробами,що завантажуються,м :

-продуктивність печі за рік,м2 /рік ;

Z-тривалість теплової обробки, год;

ZP кількість годин робочої печі за рік,;

m-втрати залишкової вологості ,втрати при прожарюванні,брак і втрати виробів,враховуючи від подачі в піч і до надходження споживачу,%;

Кв –коєфіціент використання;

   Тривалість теплової обробки:

Визначаємо кількість штук плиток,котрі одночасно надходять до печі,якщо відомо,що в 1м2 знаходиться N штук плиток.

Приймаємо величину зазору між плитками 1 см=0,01м.Знаходимо площу однієї плитки:

                                         S1=0,30,3=0,09 м2

Знаходимо кількість плиток в 1м2:

Звідси знаходимо кількість плиток, що одночасно знаходяться в печі:

                                  m=114,511.11=1272,0 шт

приймаємо ціле число плиток m=1272 шт

Число рядів плиток,які одночасно знаходяться в печі знаходимо по ширині пічного каналу,котрий дорівнює  1300 мм:

                              k=1300:300=4,3 ,приймаємо 4 ряди плиток

Визначаємо кількість плиток вздовж пічного каналу:

                               1272:4=318 плито

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

к

Довжину печі LП визначаємо ,виходячи з розмірів плитки і зазорів між рядами плиток. Приймаємо величину зазору 1см. Кількість зазорів складає 133.Тоді довжина печі складає :

                              LП=318,приймаємо 99м

Визначаємо довжину різних зон печі,м :

                                    L=Lnзаг ,                                        (2.2)

Де Z-тривалість перебування плитки в зонах підігріву, випалу та охолодження;

Z заг –загальна тривалість теплової обробки плитки в печі.

Для зони підігріву:

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Для зони випалу:

Для зони охолодження:

Ширину печі визначаємо з креслення:

Вм=1300м     Нм=163м

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Продуктивність печі по завантажених виробах:

                                          3/год

Визначаємо продуктивність печі по масі:

Знаходимо продуктивність печі по випалених виробах(з урахуванням витрат залишкової вологи та при прожарюванні):

               Рв=0,49

 

2.2. Вибір

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

1

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

матеріалів для футерування та розмірів огороджень печі

    Матеріали і розміри огорождень приймаємо згідно з умовами теплової обробки у окремих її дільницях.

    Таблиця 2.1-Матеріал та товщина шару футерування стін і склепіння на різних дільницях печі

Назва дільниці

Довжина дільниці,м

Назва огородження

Матеріал футерівки

Товщина шару,м

1

2

3

4

5

Підігріву

30

Стіна

1.Шамот-легковаговий(ρ=1300кг/м3)

2.Шамотно-волокниста плита

0,23

0,12

Склепіння

1.Шамот-легкогваговий(ρ=1900кг/м3)

2.Шамотно-волокниста плита

0,125

0,285

Под

1.Шамот-легковагий(ρ=1900кг/м3)

2.Шамотно-волокниста плита

0,065

0,28

Випалу

35

Стіна

1.Шамот-легковагий(ρ=1300кг/м3)

2.Шамотно-волокниста плита

0,23

0,12

Склепіння

1.Шамот-легковагий(ρ=1900кг/м3)

2.Шамот-легковагий(ρ=1300кг/м3)

3.Шамотно-волокниста плита

0,245

0,205

0,325

Под

1.Шамот-легковагий(ρ=1900кг/м3)

2.Шамот-легковагий(ρ=1300кг/м3)

3.Шамотно-волокниста плита

0,065

0,200

0,28

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Продовження таблиці 3.1

1

2

3

4

5

Охолодження

31

Стіна

1.Шамотно-волокниста плита

0,23

Склепіння

1.Шамот-легковагий(ρ=800кг/м3)

2.Шамотно-волокниста плита

0,03

0,185

Под

1.Шамотно-волокниста плита

2.Шамот-легковагий(ρ=1300кг/м3)

0,205

0,23

Таблиця 2.2.-Коефіцієнти теплопровідності, Вт/(м

Вид матеріалу

Значення коефіцієнту теплопровідності

Шамот-легковагий ШЛБ-1,3

0,61+0,00018

Шамотна цегла ШБ-1,9

0,7+0,00064

Шамот-легковагий ШЛБ-0,8

0,225+0,00022

Шамотно-волокниста плита

0,068+0,00018

                                   

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

3.Тепловий розрахунок печі

    Тепловий розрахунок печі містить:розрахунок горіння палива, складання теплового балансу зон підігріву та випалу з метою визначення витрат палива, складання теплового балансу зони охолодження з метою визначення кількості повітря, що подається на охолодження виробів (відбирається на горіння і сушіння) та складання загального теплового балансу для перевірки правильності проведених розрахунків.

3.1.Розрахунок горіння палива

    Розрахунок горіння палива може виконуватися на ЕОМ за програмою «GGT» або аналітичним способом.

    Таблиця 3.1. – Склад природного газу , об %

Компоненти

СН4

С2Н6

С3Н8

СО2

N2

С4Н10

С5Н12

Вміст

90

3,5

0,5

3,0

2,0

1,0

0

Проводимо перерахунок складу природного газу на робочий:

Дані розрахунку наведено в табл.3.4.

Таблиця 3.2. – Робочий склад, об %

Компоненти

СН4

С2Н6

С3Н8

СО2

N2

Н2О

С4Н10

С5Н12

Вміст

88,65

3,44

0,49

2,96

1,97

1,5

0,99

0

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Теплотворна здатність палива:

 Qнр=358,2∙СН4Р+637,5∙С2Н6Р+912,5∙С3Н8Р+1186,5∙С4Н10Р+1460,8∙С5Н12Р

 QНР=358,2∙88,65+637,5∙3,44+912,5∙0,49+1186,5∙0,99=35569,19кДж/м2

Теоретичні витрати сухого повітря:

 L0=0.0476∙(2∙СН4р+3,5∙С2Н6р+5∙С3Н8р+6,5∙С4Н10р)

L0=0.0476∙(2∙88,65+3,5∙3,44+5∙0,49+6.5∙0,99)=9,43м33

Теоретичні витрати атмосферного повітря при вологовмісті d=10г/кг  сухого повітря:

 L0/=(1+0.0016∙d)∙L0=(1+0.0016∙10)∙9.43=9.58м33

Теоретичний вихід димових газів ( продуктів горіння) :

 Vco2=0.01∙(СО2р+СН4р+2∙С2Н6р+3∙С3Н8р+4∙С4Н10р)=0,01∙(2,96+88,65+2∙3,44+

3∙0,49+4∙0,99)=1,04м33

  VH2O=0.01∙(2∙CH4p+3∙C2H6p+4∙C3H8p+6∙C4H10p+H2Op+0.16∙dL0)=

    =0.01∙(2∙88,65+3∙3,44+4∙0,49+5∙0,99+1,5+0,16∙10∙9,43)=2,11м33

   VN2=0,79∙L0+0,008∙N2=0,79∙9,43+0,008∙1,97=7,47м33

Усього продуктів горіння:

  V0=1,04+2,11+7,47=10,62м33

Відсотковий теоретичний склад продуктів горіння:

  

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Усього 100%

Розраховуємо коефіцієнт надлишку повітря, при якому забезпечується робоча температура в печі:

Де ізагдtк – тепломісткість димових газів при калориметричній температурі горіння палива,кДж/м3.

Тепломісткість визначаємо за складом димової суміші та ентальпії її компонентів при дійсній температурі горіння tд:

Де ідзаг) – тепломісткість димових газів при дійсній температурі, яка зазвичай на 500С вища,ніж температура випалу матеріалу.

tд=1100+50=11500С

η – пірометричний коефіцієнт горіння палива (для тунельних печей прийнято η=0,80(1)).

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

І пов(при 200С)=26,04кДж/м3

Дійсні витрати сухого повітря:

Lα=L0α=9,43∙1,52=14,34м33

Дійсні витрати атмосферного повітря:

Lα/=L0/α=9,58∙1,52=14,56м33

Кількість та склад продуктів горіння:

Vco2=0,01∙(2,96+88,65+2∙3,44+3∙0,49+4∙0,99)=1,04м33

VH2O=0,01∙(2∙88,65+3∙3,44+4∙0,49+5∙0,99+1,5+0,16∙10∙14,34)=2,19м33

VN2=0,79∙14,34+0,008∙1,97=11,34м33

VO2=0,21(α1)∙L0=0,21∙(1,521)∙9,43=1,03м33

Усього продуктів горіння:

V0=1,04+2,19+11,34+1,03=15,6м33

Відсотковий склад продуктів горіння:

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

    Складаємо матеріальний баланс процесу горіння на 100 м3 газу при α=1,52 (табл.3.3).

Таблиця 3.3.- Матеріальний баланс процесу горіння на 100м3 газу при α=1,52

              Прибуток

     Кг

                Витрати

    Кг

         Природний газ

         Продукти горіння

СН4=88,65∙0,717

С2Н6=3,44∙1,356

С3Н8=0,49∙2,020

C4H10=0,99∙2,840

CO2=2,96∙1,977

N2=1,97∙1.251

H2O=1,5∙0,804

63,562

4,664

0,90

2,811

5,851

2,464

1,206

СО2=1,04∙100∙1,977

Н2О=2,19∙100∙0,804

N2=11,34∙100∙1,251

O2=1,03∙100∙1,429

205,608

176,076

1418,634

147,187

            Повітря

          Непогодженість

0,46

О2=198,2∙1,52∙1,429

N2=198,2∙1,52∙3,762∙1,251

H2O=0,16∙10∙14,34∙0,804

430,51

1417,83

18,47

                                   Разом

1948,268

Разом

1948,268

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

    Відсоток непогодженості :  

    Для перевірки дійсної температури горіння палива знаходимо ізаг/ - тепломісткість димових газів при дійсній температурі за формулою:

ізаг/=ізаг∙η

і,заг=2909∙0,8=237,2кДж/

Тому як знайдене і,заг майже дорівнює раніш розрахованому ,вважаємо ,що дійсна температура відповідає заданій.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

3.2. Розрахунок втрат тепла крізь футерівку

   Визначення втрат теплоти крізь огородження дозволяє оцінити правильність підбору матеріалів та їх товщин. Як правило, температура зовнішньої поверхні огородження в зоні випалу не повинна бути вище 1000С. Коли за розрахунком температура є вищою, то необхідно або збільшити товщину футеровочних матеріалів, або підібрати такі,які мають більші значення теплових опорів.

   Втрати теплоти крізь огородження розраховуємо окремо для склепіння , стін та поду за відомими середніми температурами внутрішньої поверхні на дільницях з однаковою футерівкою. Розрахунок втрат теплоти виконуємо із застосування аналітичного ,графічного методів або на ЕОМ за програмою «MONO».

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

    Для прикладу за допомогою аналітичного методу розраховуємо втрати теплоти на дільниці випалу для стіни.

    Приймаємо температуру зовнішньої поверхні огородження стіни 88.

    Розраховуємо  питомий тепловий потік крізь стіну при λ0 (коефіцієнт теплопровідності за нормальних умов):

   Шукаємо середні температури шарів і значення λсер ,які відповідають цим температурам.

   Шамот- легковаг (ρ=1300г/см3)

 

λ1=0,61+0,00018∙1011=0,79Вт/(м∙град)

  Шамотно-волокниста плита

λ2=0,068+0,00018∙505=0,16Вт/(м∙град)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

  Уточнюємо питомий тепловий потік крізь систему:

  Уточнюємо температуру проміжної точки:

Уточнюємо середні температури шарів і значення λср/ ,що відповідають цим температурам.

 Шамот-легковаг (ρ=1300г/см3)

λ1/=0,61+0,00018∙959=0,78Вт/(м∙град)

Шамотно-волокниста плита

λ2/=0.068+0.00018∙453=0.15Вт/(мград)

 Визначаємо коефіцієнт віддачі теплоти від зовнішньої поверхні стінки до навколишнього середовища, Вт/(м∙град)

Де А – коефіцієнт,що враховує розташування футерівки(для склепіння-3,3; стіни-2,6; поду 1,6);

ст-ступінь чорноти зовнішньої частини футерівки.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

1

НАЗВА ДОКУМЕНТУ

 Знаходимо коефіцієнт теплопередачі і розрахункову температуру зовнішньої поверхні стіни печі:

  Тому що різниця зовнішньої розрахункової температури і прийнятої (90 не перевищує , то розрахунок є вірним і повторювати його немає потреби.

  Розраховуємо питомий тепловий потік крізь стіну:

Розрахунок площ поверхонь проводять за формулами:

Для стіни:

Для склепіння і поду:

Де В та Н – ширина і висота відповідно пічного каналу,м;

L3-довжина відповідно зон підігріву ,випалу та охолодження,м;

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Sскл,Sподу,Sстіни-товщина футерівок відповідно склепіння, поду та стіни,м.

Для зони підігріву:

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Fвн=30∙0,485=14,55м2

Fзовн=30∙(0,485+0,125+0,285+0,065+0,28)=37,2м2

Fст=2

Fскл(поду)=

Для зони випалу:

Fст=2

Fскл(поду)=

Для зони охолодження:

Fст=2

Fскл(поду)=

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 3.3 Розрахунок теплоти ,що витрачається на нагрівання матеріалу та віддається ним при охолодженні

  Кількість теплоти ,витраченої на нагрівання виробів ,коли змінюється їх вага ,визначаємо за формулою,кВт:

                                 QвирВ∙СкtкРз∙Сп∙tп

Де РВз-секундна вага виробів,що виходять та завантажуються в піч,кг/с;

Ск, Сп- теплоємкість матеріалу виробів при кінцевій tк та початковій tп

температурах,кДж/(кг∙град).

Кількість теплоти виробів,коли їхня вага не змінюється,визначаємо за формулою,кВт:

                              Qвир=Р (СкtкСп∙tп)

Де Р – секундна вага виробів на дільниці,що розглядається,кг/с;

Розрахунок витрат теплоти проводимо по зонах печі

С=0,837+0,000264∙t

Свх=0,837+0,000264∙270=0,91кДж/(кг∙град)

Смакс=0,837+0,000264∙1100=1,13 кДж/(кг∙град)

Ск=0,837+0,000264∙350=0,93 кДж/(кг∙град)

Свих=0,837+0,000264∙270=0,91 кДж/(кг∙град)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Qвх=0,45∙(0,837+0,000264∙270)∙2700,49∙(0,837+0,000264∙20)∙20=101,12кВт

Qпід=0,45∙(0,837+0,000264∙1100)∙11000,49∙(0,837+0,000264∙270)∙270=440,28к

Qох=0,45∙(0,837+0,000264∙350)∙3500,49∙(0,837+0,000264∙1100)∙1100=

=462,6кВт

Qвих=0,45∙(0,837+0,000264∙20)∙200,49∙(0,837+0,000264∙350)∙350=154,94кВт

Занесемо розрахунки до таблиці 3.5

 Таблиця 3.5- Кількість теплоти ,яка витрачається при нагріві та охолодженні виробів

Зона печі

Температура,

Теплоємкість,

кДж/(кг∙град)

Кількість

теплоти

кВт

Початко-ва

Кінцева

Початко-ва

Кінцева

На вході в піч

20

270

0,91

0,91

101,12

Зона підігріву

270

1100

0,91

1,13

440,28

Зона випалу

1100

1100

1,13

1,13

0

Зона охолодження

1100

350

1,13

0,93

-462,6

На виході з печі

350

20

0,93

0,91

-154,94

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

3.4 Тепловий баланс зон підігріву та випалу

Прибуток теплоти

   Хімічна теплота горіння палива,кВт:

                              Qхтп=Qнр∙В=35569,19∙В

Де В – витрати палива,м3/с;

   Теплоту ,що вноситься паливом,не враховуємо,тому що ,газ надходить не підігрітим.

    Теплоту ,що вноситься повітрям ,яке йде на горіння палива ,розраховуємо за формулою,кВт:

                         Qпов=Lα/iпов∙В=14,56 26,04∙В=379,14В

Де Lα/ дійсна кількість атмосферного повітря,що витрачається на горіння палива,м33;

iпов- теплоємкість (ентальпія) повітря,що подається на горіння  ,кДж/м3;

Теплота нагріву повітря ,яке відсмоктується із контрольного коридору в зону підігріву,кВт:

                 Qпідс=(α1α)∙ L0/iпов∙В=(31,52)∙9,58∙196,15∙В=2766,9В

Де α1 – коефіцієнт втрати повітря  в димових газах ,що відходять із зони підігріву,  α1 =3;

iпов- ентальпія повітря,що відсмоктується з контрольного коридору ,при температурі рівній середній температурі зовнішньої поверхні плитки в зоні нагріву (t=150),кДж/(м3∙град);

iпов(150)=196,15 кДж/м3;

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Фізична теплота виробів, яка надходить у піч:

      Qвир=101,12кВт

Загальний прибуток теплоти в зонах підігріву та випалу:

Qзаг.=Qхтп.+Qпов.+Qпідс.+Qвир.=35569,19В+379,14В+2766,9В+101,12=38715,25В+

+101,12кВт

Витрати теплоти

 Фізична теплота ,яка вноситься виробами в зону охолодження:

    Qвир=101,12+440,28=541,4кВт

 Втрати теплоти з продуктами горіння:

   Qдим.=Vдим.iдим.=B[V0+(1-1)L0']iдим.

     Qдим.=В∙(10,62+(3-1)∙9,58)∙(458,25∙0,034+383,55∙0,081+325,95∙0,725+

  +337,05∙1,333)=10023,65В кВт

       Ентальпія продуктів горіння ,що відходять із печі, розрахована за   відсотковим вмістом димової суміші при =3,та по їх ентальпії при температурі 250

     Втрати теплоти на хімічні реакції при випалі виробів розраховуємо за формулою,кВт:

                                            Qхім=qx·Gx,     

Де   qx- теплота ,що витрачається на фізико-хімічні процеси 1кг вихідної хімічної речовини в невипаленому продукті, кДж/кг (для Al2O3 qx=2090 [1]);

Gx- вміст вихідної хімічної речовини в матеріалі ,що завантажується в піч,кг/с:

Gx=0,49∙0,6∙0,28=0,08кг/с

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 Qхім=2090∙0,08=167,2кВт

 Втрати тепла крізь ролики і оглядові вікна.

  Втрати теплоти випромінюванням з робочого простору печі крізь отвори в навколишнє середовище:

Де F- площа отвору,м2;

φ- коефіцієнт діафрагмування ,визначається за графіком в залежності від відношення розміру стінки до її товщини;

τ-час відкриття вікна.

Діаметр роликів d=35мм ,внутрішній діаметр:dвн=d4=31мм,крок роликів 0,05.

2F=15,087∙10-4м2

Розраховуємо кількість роликів у кожній зоні:

-підігріву: n=30:(0,035+0,005)=750 роликів

-випалу:n=35:(0,035+0,005)=875 роликів

-охолодження:n=31:(0,035+0,005)=775 роликів

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Qрол=Qпід+Qвип=2,678+13,27=15,94кВт

Діаметр оглядового вікна :d=150мм

Кількість вікон: 2∙12=24; nпід=8; nвип=4; nохол=12;

Значення коефіцієнтів діафрагмування:

в зоні підігріву:=0,28;

в зоні випалу:=0,17;

Втрати тепла випромінювання крізь оглядові вікна:

В зоні підігріву:

 

В зоні випалу:

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Qвікон=+2,0+0,60=2,6кВт

Втрати теплоти в навколишнє середовище (крізь огородження печі) знаходимо підсумовуючи втрати теплоти крізь стіни склепіння і під печі за даними табл.3.6:

Qoгоp.=43,96+42,26+43,96+51,26+54,72+51,26=287,42кВт

Загальні витрати теплоти в зонах підігріву та випалу:

Qзаг.= Qвир. +Qдим.+Qхім.+Qвип. +Qогор.+Qрол =541,4+10023,65В+167,2+15,94+

+2,6+287,42=10023,65В+1014,56кВт

Порівнюємо прибуток теплоти до витрат і визначаємо втрати палива В:

10023,65В+1014,56=38715,25В+101,12

1014,56101,12=38715,25В10023,65В

913,44=28691,6В

В=0,031м3

Витрати умовного палива на одиницю продукції:

  

За отриманими результатами складаємо таблицю теплового балансу зон підігріву та випалу(табл.3.8).

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Таблиця 3.6.- Тепловий баланс зон підігріву та випалу

Найменування статей

кВт

%

Прибуток тепла

Теплота горіння палива

Теплота повітря ,яке йде на горіння

Теплота повітря,яке відсмоктується

Теплота виробів,які надходять у піч

1122,64

11,75

85,77

101,12

84,96

0,89

6,49

7,66

Разом

1321,28

100

Витрати тепла

Теплота ,винесена виробами в зону охолодження

Втрата теплоти з продуктами горіння

Теплота на хімічні реакції

Тепло,яке втрачається через ролики

Втрати тепла через оглядові вікна

Втрати тепла крізь огородження печі

541,4

310,73

167,2

15,94

2,6

287,42

40,86

23,44

12,62

1,2

0,2

21,68

Разом

1325,29

100

Відсоток непогодженості

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

3.5 Тепловий баланс зони охолодження

Прибуток тепла

Фізична теплота ,яка вноситься  виробами із зони випалу:

Qвир=440,28+101,12=541,4кВт

Теплота повітря ,яке подається на охолодження виробів,кВт:

Qпов.=Qг+Qс= B·L·спов.·tпов.+у·спов.·tпов.

Де Qг,Qс – теплота ,що вноситься повітрям ,яке відбирається на горіння і сушку,кВт;

у- об*єм повітря,яке відбирається на сушку,м3/с;

 Qпов.=0,031∙14,56∙1,2978∙20+1,2978∙20∙у=11,71+25,96у кВт

Загальний прибуток тепла:

   Qзаг.=Qпов.+Qвир.=541,4+11,71+25,96у=25,96у+553,11кВт

Витрати теплоти

Втрати теплоти з матеріалом ,який виходить із печі:

Qвир.=154,94кВт

Теплота повітря ,яке відводиться на сушіння :

Qспов.= сспов.·tспов.·у=328,05у кВт

Теплота повітря, що подається на горіння із зони охолодження :

Qгпов.=В·L'α·Cгпов.·tгпов.= 0,031∙14,56∙1,2978∙20=11,71кВт

Втрати тепла випромінюванням крізь ролики:

2F=15,087∙10-4м2; nохол=775

Втрати тепла крізь оглядові вікна:

F=0,01766м2; nохол=12; =0,25;

Втрати теплоти крізь огородження печі в зоні охолодження:

Qогор.=42,62+32,77+42,62=118,01кВт

   Загальні витрати теплоти, кВт:

Qзаг.= Qвир.+ Qрол +Qспов.+  Qгпов. +Qогор+Qвік.=154,94+11,71+118,01+6,26+2,84+

+328,05у=290,76+328,05у кВт

      Прирівнюємо прибуток до витрат і знаходимо кількість повітря, що подається на сушіння:

25,96у+553,11=290,76+328,05у

302,09у=262,35

у=0,86м3

Загальні витрати повітря, яке подається в піч  на  охолодження виробів:

                          Vпов= у + В·L'α

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

=0,86+0,031∙14,56=1,31м3

За отриманими результатами складаємо таблицю теплового балансу зони охолодження (табл.3.9) та зведений тепловий баланс печі (табл.3.10).

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Таблиця 3.7.- Тепловий баланс зони охолодження

Найменування статей

кВт

%

Прибуток тепла

Фізична теплота ,яка вноситься виробами із зони випалу

Теплота повітря,яке подається на охолодження виробів

541,4

34,03

94,09

5,91

Разом

575,43

100

Витрати тепла

Втрати тепла з виробами,які виходять з печі

Теплота повітря, що відводиться на сушку

Теплота повітря ,що подається на горіння

Втрати тепла крізь ролики

Втрати випромінюванням через оглядові вікна

Втрати тепла через огородження печі

154,94

282,12

11,71

6,26

2,84

118,01

26,9

49,1

2,03

1,08

0,49

20,49

Разом

575,88

100

Відсоток непогодженості

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

3.6 Зведений тепловий баланс

Найменування статей

кВт

%

Прибуток тепла

Теплота горіння палива

Теплота повітря,яке підсмоктується

Теплота виробів,які надходять у піч

Теплота повітря,яке подається на охолодження виробів

1122,64

85,77

101,12

34,03

83,56

6,38

7,52

2,54

Разом

1343,56

100

Витрати тепла

Теплота на хімічні реакції

Втрати теплоти з виробами,які виходять з печі

Втрати теплоти з продуктами горіння

Теплота повітря ,що відводиться на сушку

Втрати тепла через огородження печі

Втрати крізь ролики

Втрати випромінювання крізь оглядові вікна

167,2

154,94

310,1

282,2

405,4

22,2

5,44

12,4

11,5

23

20,96

30,09

1,65

0,4

Разом

1347,99

100

Таблиця 3.8.- Зведений тепловий баланс печі

Відсоток непогодженості

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

                                      ВИСНОВОК

    В даній курсовій роботі було проведено конструктивний,тепловий розрахунки роликової печі. Було визначено довжину печі,яка складає 99м.Висота тунелю Нт=163,ширина Вт=1300.Провели тепловий розрахунок печі, було обрано паливо, розрахували коефіцієнт надлишку повітря, при якому забезпечується робоча температура в печі,який складає 1,52.Склали матеріальний баланс горіння палива,відсоток непогодженості становить0,76.

  Розраховано теплоту горіння палива та складено матеріальний баланс горіння палива. Також була обрана футерівка печі ,яка забезпечує зовнішню температуру, не більше 100

   Складено тепловий баланс зон підігріву та випалу, непогодженість якого склала 0,3%. Також склали тепловий баланс ,зони охолодження з непогодженістю 0,07%. Непогодженість зведеного теплового балансу 0,3%.

   Визначили втрати палива В, яке дорівнює 0,031м3/с ,визначили об*єм повітря ,яке відбирається на сушіння ,складено тепловий баланс зони охолодження (у=0,86 м3/с).

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

                                  ЛІТЕРАТУРА

1.Мороз И.И. Фарфор, фаянс, майолика  /И.И.Мороз.-К.:Техника,1975.-351с.

2.Мороз И.И. Технология фарфоро-фаянсовых изделий  /И.И.Мороз-М.:Стройиздат,1984.-334с.

3.Роговой М.И. Теплотехнологическое оборудование керамических заводов /М.И. Роговой.-М.:Стройиздат, 1983.-367с.

4.Мамыкин П.С. ,Левченко П.В., Стрелов К.К. Печи и сушила огнеупорных заводов /П.С.Мамыкин, Левченко П .В. ,Стрелов К.К.-Свердловск:Металургиздат,1963.-471с.

5.Левченко П.В. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности. -М.:Высш.шк.,1968.-367с.

6.Методичні вказівки до розрахунку теплового устаткування керамічних та вогнетривких виробництв :для студентів 4-6 курсів спеціальностей 6.091606, 7,091606 денної та заочної форми навчання / Укл.Є.М. Сардак.-Дніпропетровськ :УДХТУ ,2004.-40с.

7.Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Теплові процеси та агрегати в технології тугоплавких неметалевих та силікатних матеріалів» :для студентів 4-6 курсів спеціальності 6.091606 денної та заочної форм навчання/ Укл. Є.М. Сардак ,О.В. Зайчук-Дніпропетровськ:УДХТУ,2008.-74с.