Процес випалу цегли в тунельних печах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Необхідність постійного здійснення капітального будівництва визначає значимість промисловості будівельних матеріалів. Найбільш важливими її підгалузями є: виробництво стінових матеріалів, цементна промисловість, видобуток і первісна обробка мінерально-будівельних матеріалів, склоробна промисловість, виробництво облицювальних, оздоблювальних матеріалів, виробництво санітарно-технічних виробів. Для більшості підгалузей загальною сировинною базою є нерудні корисні копалини, багато з зустрічаються повсюдно. За останній час у виробництві будівельних матеріалів все ширше стали використовуватися вторинні ресурси, відходи інших галузей промисловості - доменні шлаки, зола електростанцій та ін. Швидке зростання капітального будівництва викликало необхідність індустріалізації будівельного виробництва з виготовленням на спеціалізованих заводах чрних залізобетонних конструкцій і деталей.

Розміщення промисловості будівельних матеріалів визначається переважно обсягами будівельно-монтажних робіт за економічними районами.

Розповсюдженість сировинних ресурсів, дешевизна і вантажомісткість сировини і готової продукції, масовість і повсюдність їх використання обумовлюють одночасне тяжіння виробництва і до сировини, і до споживача.

Значення сировинного і споживного факторів для різних галузей, стадій технологічного процесу і типів підприємств є неоднаковим. З цієї точки зору можна розрізняти:

галузі переважно сировинної орієнтації - перш за все це сировинна обробка природних будівельних матеріалів (граніту, мармуру, побутового каменю та ін.), а також виробництво цементу, цегли, азбоцементних і шиферних виробів, вогнетривких матеріалів, скла, керамічних труб, гіпсу, вапна та інші;

галузі з орієнтацією переважно на споживача - виробництво бетону, залізобетонних виробів і конструкцій, м'якої покрівлі, санітарно-технічних виробів та інших.

Видобуток будівельних матеріалів, їх транспортування, виробництво будівельних металів і нарешті, саме будівництво є джерелом забруднення повітря (наприклад, пил і гази при виробництві цементу) і порушення землі (відкриті розробки). Тому у великих центрах розміщення галузі (особливо цементної) є потреба у проведенні системи заходів з охорони навколишнього середовища. Промисловість будівельних матеріалів об'єднує кілька тисяч підприємств, які розташовані в усіх областях України. Найпотужнішими центрами промисловості будівельних матеріалів є Київ, Харків, Одеса, Дніпропетровськ, Кривий Ріг, Запоріжжя, Донецьк, Маріуполь.

Цементна промисловість. Це матеріаломістка галузь, тому цементні заводи розміщуються в районах видобутку сировини. Найбільші центри цементного виробництва України - Амвросіївка, Краматорськ, Єнакієво (Донецька обл.), Кривий Ріг, Дніпродзержинськ, Дніпропетровськ (Дніпропетровська обл.), Балаклея (Харківська обл.), Миколаїв (Львівська обл.), Здолбунів (Рівненська обл.), Ямниця (Івано-Франківська обл.), Кам'янець-Подільський (Хмельницька обл.), Бахчисарай (Автономна Республіка Крим), Ольшанка (Миколаївська обл.), Одеса.

Виробництво збірного залізобетону і залізобетонних конструкцій. Виробничі потужності галузі тяжіють до великих промислових центрів і вузлів, а також до населених пунктів зі значним обсягом житлового і цивільного будівництва.

В країні діє 25 виробничих об'єднань по виготовленню комплектів збірних залізобетонних конструкцій і деталей, основними з яких є Харківське, Львівське, Криворізьке, Луганське, Сумське. Домобудівні комбінати розміщені в усіх областях країни (найбільш потужні комбінати зосереджені в Києві, Донецьку, Луганську, Запоріжжі, Одесі).

Виробництво будівельної цегли. Оскільки сировина для її виготовлення є майже всюди, розміщення цих виробництв орієнтується на споживача. Великі центри виробництва будівельної цегли - Київ, Харків, Дніпропетровськ, Запоріжжя, Львів, Чернігів, Івано-Франківськ, Слав'янськ, Бахмут. Багато цегельних заводів споруджено в сільській місцевості.

В будівництві використовується продукція склоробної і фарфоро-фаянсової промисловості. Забезпечує виробництво необхідними матеріалами (фарбою, лінолеумом, пластмасою, смолами тощо) хімічна промисловість.

1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 Класифікація установок

За формою тунелю розрізняють печі з прямолінійним і кільцевим каналом, щілинні і багатоканальні.Найбільше поширення мають одноканальні печі з прямолінійним каналом (Рис. 1).

За способом переміщення випалювальних виробів печі бувають вагонеточні, стрічкові, роликові, з ковзаючими підкладками, з крокуючим чи обертовим подом.

За формою тунелю розрізняють печі з прямолінійним і кільцевим каналом, щілинні і многоканальние.

Найбільше поширення мають вагонеточні печі. За способом теплообміну розрізняють печі прямого нагрівання (відкритого вогню) і муфельні. Переважне поширення мають перші з них.

За джерела теплопостачання печі можуть бути полум'яними і електричними. Найбільше поширення набули перші з них.

За способом спалювання палива розрізняють печі з топками повного горіння, печі з напівгазовимі топками і печі з спалюванням палива в робочому просторі (без топок).

1.2 Обгрунтування выбору тунельної печі

Печі з рухомим складом, зазвичай звані тунельними, є найбільш досконалими агрегатами для випалювання керамічних виробів. У порівнянні з іншими печами вони найбільш економічні відносно витрати палива і потреби в робочій силі, в них найбільш повно здійснюється автоматизація процесу випалу і досягається щодо точна його регулювання.

Великі перспективи мають малогабаритні (мікротуннельні) печі. Простота пристрою, дешевизна, велика продуктивність і постійність умов випалу роблять їх досить зручними й економічними агрегатами для випалу дрібних виробів, кінцева температура випалу яких може коливатися лише в малих межах.

Тунельні печі є печами безперервної дії. У печі рухається матеріал, покладений в 12-14 рядів на вагонетки, а зони випалу знаходяться весь час на одному і тому ж місці. Тунельні печі в даний час широко поширені для випалу повнотілої одинарної цегли і керамічних каменів.

Нові керамічні заводи обладнають тунельними печами. Найбільш важливою перевагою тунельних печей є значне підвищення культури виробництва на цегельних заводах, поліпшення санітарно-гігієнічних умов праці і можливість повної механізації трудомістких ручних процесів.

При використанні тунельних печей завантаження і вивантаження обпалених виробів виносять за межі обпалювального каналу. Робітники, зайняті на цих операціях, не піддаються виснажливому впливу теплового випромінювання від напруженого зводу і стін печі, як це відбувається при експлуатації кільцевих печей, а працюють у світлих приміщеннях, в умовах постійної кімнатної температури.

Розташування технологічних зон на певних місцях обпалювальної каналу тунельної печі створює сприятливі умови для механізації подачі палива і автоматизації процесу випалу. Будучи більш сучасними тепловими агрегатами в порівнянні з кільцевими, тунельні печі змушують піднімати на вищий щабель попередні ланки виробництва: формувальне і сушильне устаткування з подачею на вагонетки тунельної печі сирцю більш правильної форми і точних розмірів.

Таким чином, тунельні печі покращують технічну оснащеність сучасного цегельного заводу, призводять до зростання продуктивності праці та зниження собівартості продукції.

Саме тому проектом передбачено використання тунельної печі.

2. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

2.1 Призначення та сутність процесів які відбуваються при випалі цегли

На поведінку керамічних виробів у процесі випалу впливають термічні властивості глин, з яких вони виготовлені.

Найголовнішими термічними властивостями легкоплавких глин є вогнетривкість, вогнева усадка, інтервал спікання, інтервал випалення, теплоємність, теплопровідність, температуропровідність і міцність у гарячому стані. При випалюванні легкоплавких глин мають місце фізико-хімічні процеси, пов'язані з фазовими перетвореннями, розкладанням, частковим плавленням, кристалізацією новоутворень і реакціями у твердій фазі.Зазначені процеси відбуваються в глиноутворюючих мінералах, домішках і добавках і за часом можуть накладатися одне на одного.

Загальна картина змін, що відбуваються в глинистій легкоплавкой масі при її випалі, схематично представлена в таблиці 1.1

Таблиця 1.1

Температурні інтервали в 0оС	Провідні процеси в даному температурному інтервалі
До 150	Видалення фізично пов'язаної адсорбованої вологи і міжплощинна вологи монтморіллонітових мінералів
131 - 224	Розкладання гідрогематиту з виділенням води цеолітного типу
140 - 180	Інтенсивне скипання залишкової вологи в сирці при швидкому його нагріванні. Зниження міцності сирцю з можливістю виникнення тріщин, що супроводжуються «ударами» в печах
200 - 400	Вигорання гумусових речовин
400 - 550	Пірогенетичне розкладання органічних домішок і добавок з виділенням горючих речовин
450 - 550	Найбільш інтенсивне видалення конституційної води монтморіллонітових мінералів
500 - 700	Початок утворення евтектичних силікатних розплавів, що супроводжується ущільненням і зміцненням черепка
570 - 750	Розпад магнієвих карбонатів з виділенням вуглекислого газу
573	Перехід b-кварцу в a-кварц із збільшенням в обсязі на 0,82%
600 - 1200	Реакція між вапном і каолінітом з утворенням CaО•Al2O3 і 2CaO•SiO2
700 - 800	Реакція у твердій фазі між SiO2, Al2O3 і СаСО3
700 - 900	Вигорання коксового залишку органічних домішок і добавок
800 - 860	Руйнування кристалічної решітки монтморилоніту
800- 1000	Інтенсивне розкладання кальцієвих карбонатів з виділенням вуглекислого газу. При великому вмісті карбонатних домішок - помітне підвищення пористості черепка зі зростанням температури випалу
800 - 900	Кристалізація гематиту Fe2O3
800 - 1050	Інтенсивна усадка і ущільнення черепка за рахунок накопичення рідкої фази евтектичних силікатних розплавів
950 - 1000	Кристалізація шпінелі MgО•Al2O3
950 - 1050	Початок інтенсивного утворення муліту
950 - 1100	Розплавлювання пилоподібних зерен польового шпату
1000	перехід a-кварцу в a-кристобаліт зі збільшенням в об'ємі на 15,4%
1050 - 850	Охолодження. Збільшення в'язкості при збереженні піропластічного стану черепка
850 - 750	Перехід з піропластічного стану в твердий (крихкий). Різкі структурні зміни. Виникнення максимальних напружень з можливістю утворення тріщин
675	Перехід b-2СаОЧSiO2 зі збільшенням в об'ємі на 10%
573	Перехід a-кварцу в b-кварц із збільшенням в обсязі на 0,82%
270 - 180	Перехід a-кристобаліта в b-кристобаліт із зменшенням в обсязі на 2,8%

Внаслідок цього процеси, зазначені в таблиці 1.1, протікають в обпікаємому виробі не послідовно один за одним, а одночасно, накладаючись у часі. У відновному середовищі температури плавлення, початку і кінця спікання істотно знижуються, іноді на 100-1500оС; особливо це характерно для глин з великим вмістом залізистих окислів. За дослідженнями, мицність виробів з легкоплавких глин в процесі випалу знижується зі збільшенням вмісту в глині монтморіллонітових мінералів, глинозему, часток величиною менше 1 мк (особливо при їх кількості більше 35-40%) і при підвищенні числа пластичності більше 20.

Корінні зміни в мінеральному фазовому складі черепка відзначалися лише при досягненні температур 800-9000оС. Тріщиноутворення при нагріванні настає лише в період інтенсивної усадки. Випалення абсолютно сухого сирцю до температури 8000оС може проводитися з інтенсивністю до 300 град / год. Швидкісний випал можливий при вологості сирцю не більше 5%. При цьому необхідно мати на увазі, що пересушений сирець є крихким і його механічні пошкодження (видимі і невидимі) можливі до випалу при його транспортуванні і садці в піч.

К.А. Нохратян і З.А. Смолякова, досліджуючи процес охолодження цегли, встановили наявність "небезпечного" температурного інтервалу в області 500-600оС, викликаного поліморфним перетворенням кварцу. При швидкому охолодженні цегли в зазначеному інтервалі температур відбувається зміна структури, що супроводжується загальним розпушенням черепка, підвищенням його водопоглинання і зниженням міцних показників. У зв'язку з цим зазначені автори рекомендують вести процес охолодження за триступеневою режиму:

форсоване охолоджування від кінцевої температури випалення до 600оС;

повільне охолодження в інтервалі температур 500-600оС;

форсоване охолоджування до температури вивантаження.

Загальна тривалість може бути при цьому значно знижена в порівнянні з одноступінчастим режимом при істотному поліпшенні якості цегли.

2.2 Конструкція та принцип дії тунельної печі для випалу червоної цегли

У тунельный печі по довгому вузькому каналу назустріч газовому або повітряному потокам рухаються щільно примикаючись один до одного вагонетки з обпікаємими виробами. Тунель умовно розділяється по довжині на три основні зони: підігріву, випалу та охолодження. Спочатку вагонетки (5) з виробами підігріваються відходять із зони випалу продуктами горіння, потім проходять через зону випалу, піддаючись впливу високих температур, після чого надходять в зону охолодження, де остигають, віддаючи своє тепло омиває їх повітрю. Тунельні печі працюють за принципом протитечії, тобто гази і повітря рухаються назустріч вагонетка з обпікає виробами. Тепло може передаватися при безпосередньому зіткненні теплоносія з обпікаємими виробами або через муфель.

Відпрацьовані гази відводяться у місця надходження виробів звичайно за допомогою димососа. Повітря підводиться у місця виходу вагонеток з обпаленими виробами. Для охолодження обпаленої продукції завжди потрібно більше повітря, ніж для горіння палива, тому частина повітря, що нагнітається в піч для охолодження обпаленої продукції (8), відбирається із зони охолодження для використання на стороні (7) (в сушарках, на обігрів приміщень, тощо).

Великим недоліком тунельних печей, є нерівномірність розподілу температури по перетину печі: вгорі завжди знаходяться більш гарячі потоки, внизу - більш холодні. Різниця температур між верхом і низом каналу особливо різко позначається в початковий період випалу - в зоні підігріву. Раніше вважалося, що вирівнювання температури по перетину печі сприяє розподілений відбір продуктів горіння з робочого каналу, здійснюваний на великій ділянці печі. Ця пропозиція не підтвердилося практикою. Так працюють численні печі, застосовувані головним чином для випалу будівельного і вогнетривкої цегли. Вони мають найбільш просту конструкцію і прості в обслуговуванні, але температура по перетину каналу розподіляється нерівномірно, і температурна крива по довжині печі важко піддається регулюванню.

Щоб зменшити різницю температур по перетину печі і підвищити швидкість прогрівання низу садки на початку зони підігріву, в деяких випадках в цю зону нагнітають гаряче повітря із зони охолодження або ж на цій ділянці здійснюють рециркуляцію продуктів горіння(3).

Істотним недоліком печей, є значне розрідження, що створюється в робочому просторі печі, необхідне для просасиванія газів через всю піч. Внаслідок цього через нещільності стиків вагонеток і затворів між рухомим складом і нерухомою кладкою в піч підсмоктується багато холодного повітря. Він охолоджує низ садки, через що ще більше збільшується різниця температур між її верхом і низом. Підсмоктування повітря в робочий простір завжди небажаний, але він абсолютно неприпустимий в тому випадку, якщо випал треба вести в відновному середовищі. Тоді в печі повинно бути позитивний тиск і, отже, виключається можливість засмоктування в робочий простір повітря, необхідного для охолодження обпаленої продукції. Для того, щоб знизити розрідження в робочому просторі печі і забезпечити надходження повітря для охолодження обпаленої продукції, нагнітають холодне повітря в зону охолодження. В результаті зона охолодження печі знаходиться під тиском, а зона підігріву - під невеликим розрідженням.

Зона випалу, в яку присос повітря особливо небезпечний, знаходиться при нульовому або близькому до нього тиску, тобто в найбільш сприятливих умовах. Максимальне розрідження в місці відбору відпрацьованих продуктів горіння значно менше, ніж при засмоктування холодного повітря, отже, менше і підсмоктування холодного повітря через под.

На початку печі (перед зоною підігріву) і в кінці печі (після зони охолодження) влаштовуються вхідні і вихідні камери, що вміщають одну вагонетку (5). Камери ізолюють робочий простір печі під час введення і виведення вагонеток з печі. Завдяки цьому досягається більш стійкий режим газових потоків в робочому каналі печі. Схема завантаження і вивантаження вагонеток з виробами зображена на Рис.2. Коли тунель печі завантажений вагонетками, зовнішні торці крайніх вагонеток майже збігаються з обрізами стін печі (Рис.2 а). Для завантаження чергової вагонетки її по рейкових шляхах подають до завантажувального торця печі (Рис.2 б) і заштовхують у піч спеціальним механізмом (штовхачем)(Рис.2. 1). При цьому склад вагонеток, що знаходиться в тунелі, переміщається на довжину однієї вагонетки і з іншого кінця печі виштовхується вагонетка з обпаленими виробами (Рис 2. 2). Подібне переміщення вагонеток (Рис. 2 в) може здійснюватися безперервно або періодично (імпульсивно). У тунельних печах на відміну від кільцевих теплові зони розташовані стабільно, а обпікає матеріал переміщається уздовж тунелю назустріч потоку газів (принцип протитечії), що дає можливість досягти високих температур нагрівання (практично до 1650 оС).

Ширина вагонеток відповідає ширині тунелю печі, довжина їх зазвичай трохи перевищує ширину. Металеві поди вагонеток футерують шамотною каменями або жаротривкий бетон з теплоізолюючим прошарком з легковагої цегли. Стики між стінами печі і вагонетками виконуються у вигляді лабіринту з пісочним затвором (Рис 3). До бічних частинах вагонеточної рами кріпиться сталевий ніж (фартух),(Рис.3. 1) товщиною 8-10 мм, який занурений в заповнений піском або меленим кварцом жолоб (Рис. 3.2) глибиною не менше 200 мм.

Нульовый тиск в зоні випалу може бути досягнутый і без нагнітання холодного повітря в робочий канал. У цьому випадку обпалені вироби охолоджуються тільки рекуперативним шляхом через охолоджувані стіни печі. Однак як показала експлуатація подібних печей, охолодження у них протікає повільно. Продуктивність печі у зв'язку з цим знижується, і зона охолодження надмірно збільшується. Тому печей, що працюють за методом тільки рекуперативного охолодження, більше не будують.

Для зменшення підсосів холодного повітря в робочий простір і пічних газів в підвагонеточний простір, Державний дослідний керамічний інститут (ДДКІ) запропонував створити під подом вагонеток режим тисків, що виключає можливість газового обміну між робочим каналом і подподовим простором. Цей захід вимагає установки спеціальних вентиляційних пристроїв і ущільнення оглядового каналу під вагонетками, що дещо ускладнює установку і утрудняє її обслуговування. Оглядовий канал (6) під вагонетками влаштовується для полегшення ліквідацій завалів, які можуть відбутися в печі, а також для огляду вагонеток і пісочних затворів, для ремонту металоконструкцій пісочних затворів і рухомої частини вагонеток, в разі їх пошкодження під час роботи печі.

Щодо пристроїв оглядового каналу в даний час немає єдиної думки. Однак досвід роботи печей без оглядових каналів і з ними показує, що канали завжди є корисними, особливо, якщо тиск у печі вище атмосферного (при відновному випаленні) або у разі недостатньо стійкою садки (високі стовпи капселів невеликого розміру).

Нагнітання в робочий канал печі холодного повітря для охолодження продукції не усуває нерівномірного розподілу температур по перетину печі, що викликається розшаруванням газових потоків, особливо при недостатній продуктивності печі і малих швидкостях руху газів. Гіпроогнеупором запропоновано пристрій для примусової поперечної циркуляції продуктів горіння в зоні підігріву або повітря в зоні охолодження, здійснюване даний час великого поширення отримує циркуляція газів за допомогою централізованих вентиляційних установок або ежекторів, засмоктує гази з різних точок печі і нагнітає їх назад через вузькі щілини в склепінні. При цьому створюються газові засоси, що перешкоджають вільному просуванню потоків газів під склепінням печі і вирівнюючі газові потоки по всьому її перетину.

Щоб уникнути нерівномірності температур по висоті тунелю швидкість руху газів в тунелі повинна бути більше 1 - 1,5 м/сек. Підвищення швидкості руху газів може бути досягнуто не тільки рециркуляцією, а й скороченням вільних перерізів для проходу газів при більш тісної коші, а також підвищенням продуктивності печі.

Як уже згадувалося, за довжиною тунельної печі повинен бути створений певний температурний і газовий режим. Досягається це відповідним розподілом по довжині каналу топкових пристроїв (1) і місць відведення та введення газів, зміною схеми руху газових потоків на окремих ділянках печі (7). Примусова поперечна рециркуляція дуже полегшує встановлення будь-якого режиму по довжині печі, тому вироби, що потребують в окремі періоди випалу різних швидкостей зміни температури, характеру газового середовища та витягів при певних температурах, обпалюють в печах з примусовою поперечною циркуляцією.

2.3 Засоби спрямовані на економію тепла і палива в тунельній печі

Одним з комплексних напрямів вирішення завдання енергозбереження, що дозволяє істотно знизити енергоспоживання при експлуатації парку печей і термічного обладнання, є застосування волокнистих футерувальних і теплоізоляційних матеріалів і економічних систем опалення. Волокнисті матеріали - це матеріали нового покоління, які поєднують в собі високотемпературні, вогнетривкі та ізоляційні властивості, низьку теплопровідність і малоінерційність, що дозволяє широко застосовувати їх замість традиційних матеріалів для футеровки практично всього парку термічного обладнання. Основою для виробництва волокнистих матеріалів є муллітокремнеземні і базальтові волокна із застосуванням високотемпературних неорганічних зв'язуючих.

Всі волокнисті матеріали володіють еластичністю, здається малою щільністю і низькою теплопровідністю, тріщиностійкістю, значною міцністю на розрив і на вигин (особливо м'які і напівтверді), термостійкістью.Вироби з волокнистих матеріалів дозволяють створити нові, легкі конструкції футеровок стін, будучи при цьому вогнетривом і теплоізоляцією. Низька теплопровідність дозволяє зменшувати габарити печі за рахунок товщини футеровки, що в поєднанні з низькою щільністю робить можливим у кілька (до 10) разів знизити масу футеровки печі.

Акумульована під час розігріву теплота, таким чином, зменшується також у кілька разів. Різко скорочується час розігріву печі, дозволяючи економити не тільки енергоресурси, а й зменшуючи непродуктивний час роботи печі та обслуговуючого персоналу. Тому волокнисті матеріали називають ще малоінерційними. Особливо ефективно їх застосування в термічних печах періодичної дії, з постійними коливаннями температури пічного простору і в печах, що працюють не на повну завантаження, в так званому «рваному режимі».

Застосування волокнистих матеріалів нового покоління на неорганічних зв'язуючих забезпечує значне зниження трудомісткості футерувальних робіт і високу ремонтопридатність футеровки при її механічному пошкодженні. Ці матеріали легко обробляються і не критичні до циклів нагрів-охолодження. Кількість термозмін становить 1000 - 2000 разів без видимих змін якості матеріалу.

Футеровка з волокнистих матеріалів часто виконується багатошаровою. Наступною суттєвою гідністю волокнистих вогнетривких матеріалів на основі муллітокремнеземних волокон є висока ступінь чорноти, для діапазону температур 1000 -1200 °С він становить 0.9 - 0.95. Для порівняння ступінь чорноти шамоту, при тих же температурах, становить 0.6 - 0.72. Ця якість волокнистих матеріалів дозволяє створювати на їх основі печі з системами радіаційного нагріву. Такі системи включають плоскополуменеві і дискофакельні газові пальникиі і футеровку з волокнистих вогнетривких матеріалів, на розпеченій поверхні якої відбувається повне і ефективне згорання газу з радіаційним випромінюванням теплової енергії у внутрішній обсяг печі. Системи радіаційного нагріву забезпечують рівномірний нагрів, значне зниження утворення окалини на металевих конструкціях та виробах.

Одним з засобів економії є застосування рекуператорів та рекуперативних пальників для підігріву повітря горіння продуктами згоряння дозволяє зменшити витрату палива на 15-20%. Внутрішня рекуперація в прохідних печах, якщо це допускається технологією термообробки, дає ще більшу економію.

Також економію паливно-енергетичних ресурсів дає застосування котлів-утилізаторів. Тепло нагрітої в них води відходять продуктами горіння використовується на промислових підприємствах, як для технічних, так і побутових цілей. Автоматизація процесів нагрівання в печах призводить до економії енергії палива та електроенергії. Оснащення теплових агрегатів автоматизованими системами управління технологічними і теплотехнічними процесами на базі керуючих контролерів дає можливість найбільш економічно вести технологічний процес, оптимізувати роботу печі, термічного устаткування і отримати економію енергоносіїв до 5 -10%, а також досягти високої якості продукції.

У деяких випадках доцільно застосування примусової конвекції з метою скорочення часу термообробки (як нагрівання, так і охолодження), що дає не тільки істотну економію енергоносіїв, а й підвищує продуктивність термічного обладнання.

Таким чином, комплексний підхід до вирішення проблеми енергозбереження, що включає в себе застосування сучасних, високоефективних і малоінерційних матеріалів, оснащення газогорілочного тракту печі системою рекуперації тепла і пропорціоналізаторами співвідношення газ-повітря, високий ступінь автоматизації контролю і управління технологічними процесами, застосування надійних способів герметизації і деякі інші інженерні рішення дозволяє домогтися зниження експлуатаційних витрат на енергоресурси до 40%, а в разі реконструкції старих печей цей показник стає ще вище.

До теперішнього часу накопичений великий досвід застосування волокнистих матеріалів при реконструкції і будівництві кількох десятків видів промислових печей в Україні.

В проекті пропонується використання сучасного обладнання, а саме волокнисті матеріали для футеровки тунельної печі.

випал червона цегла тунельна піч

3. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

Вихідні дані: продуктивність 4 т/год; розміри цегли, мм: довжина 250, ширина 120, висота 65; склад шихти у відсотках: глина артемівська з вмістом Al2O3 - 22% , ППП маси 5 - 70, шамот 30, маса обпаленої цегли 2,73 кг. Вологість цегли при вході в піч 3%, температура цегли при вході в піч 25оС, максимальна температура випалу 1150оС , теплоємність - 0,92 кДж/кг • К. Витрата теплоти на хімічні реакції 2090 кДж на 1 кг Al2O3, тривалість випалу 30 годин. Температура повітря, що надходить на горіння 180оС, відхідних газів з печі 160оС, коефіцієнт надлишку повітря 1,2; у газах, що відходять, з урахуванням присоса повітря через нещільності 1,4.

Інші дані: середня температура футеровки вагонетки при вході в піч 110оС, максимальна 450оС, при вивантаженні 190оС, оточуючого повітря - 20оС. Маса футеровки на одній вагонетці 2580кг.

Паливо - природний газ Угерського родовища. Склад палива (%): CH4 = 98,5; C2H6 = 0,2; C3H8 = 0,1; C4H10 = 0,0; C5H12 = 0,0; N2 = 1,0; CO2 = 0,2.

Годинна продуктивність цеху

Gг = 4000 / 2,73 = 1465,2 шт / год (1)

Продуктивність печі по сухій масі

(2)

де

Gг - годинна продуктивність цеху

ППП- вологість матеріалу

= = 4211 кг/год

по вологій масі

(3)

де

W - вологість цегли при вході в піч

- продуктивність по сухій масі

Маса випаровуваної вологи за 1 годину складає

Gщ = Gг? - Gг? (4)

де

Gг? - продуктивність печі по вологій масі

Gщ = 4341 - 4211 = 130 кг

Визначають число вагонеток, що надходять в піч за 1 годину. Усього в печі 45 вагонеток. При випалі за 30 годин у піч надходить 45 ? 30 = 1,5 вагонетки.

Вміст вологи в газі приймають за 1% та перераховують склад сухого газу на вологий робочий газ

= СН4 (100 - Н2О) / 100 (5)

= 98,5 (100 - 1) / 100 = 97,5 %

Інші складові газу залишаються незмінними.

Теплота згоряння газу .

= 358CH4 + 637,5C2H6 + 912,5C3H8 + 1186,5C4H10 + 1460,8C5H12 (6)

= 358 • 97,5 + 637,5 • 0,2 + 912,5 • 0,1 + 1186,5 • 0,0 + 1460,8 • 0,0 = 35123 кДж/м3

Теоретично необхідну кількість сухого повітря визначають за формулою:

lo= 0,0476(2CH4 + 3,5C2H6 + 5C3H8 + 6,5C4H10 + 8C5H12) (7)

lo= 0,0476(2 • 98,5 + 3,5 • 0,2 + 5 • 0,1 + 6,5 • 0,0 + 8 • 0,0 = 9,4 м3/м3

Приймають вологовміст повітря d = 10 г/кг сухого повітря та знаходять теоретично необхідну кількість атмосферного повітря з урахуванням його вологості:

(1 + 0,001d)lo (8)

де

d - вологовміст повітря

lo - теоретично необхідна кількість сухого повітря

(1 + 0,001 • 10) • 9,4 = 9,49 м3/м3

Визначають кількість, м3/м3, та склад продуктів горіння при a = 1 за формулою:

= 0,01(CO2 + CH4 + 2C2H6 + 3C3H8 + 4C4H10 + 5C5H12) (9)

= 0,01(0,2 + 97,5 + 2 • 0,2 + 3 • 0,1 + 4 • 0,0 + 5 • 0,0) = 0,994

= 0,01(2CH4 + 3C2H6 + 4C3H8 + 5C4H10 + 6C4H12 + H2O + 0,16 • d lo) (10)

= 0,01(2 • 97,5 + 3 • 0,2 + 4 • 0,1 + 5 • 0,0 + 6 • 0,0 + 1 + 0,16 • 10 • 9,4) = 2,12

= 0,79 la + 0,01N2 (11)

la = lo • a (12)

де

lo - теоретично необхідна кількість сухого повітря

la = 9,4 • 1 = 9,4 м3/м3

з формули (11) визначаємо об'єм N2

= 0,79 • 9,4 + 0,01 • 1 = 7,436

= 0,21(а - 1)lo (13)

= 0,21(1 - 1) • 9,4 = 0

Загальна кількість сухих продуктів горіння складає

Va = + (14)

Va = 0,994 + 7,436 = 8,43

Дійсна кількість повітря необхідного для горіння палива

Vд.п. = la (15)

Vд.п = 9,4 м3/м3

Розрахунок температури згорання палива

+ M • C • tпал + Vд.п. • Cд.п. • tд.п. (16)

35123 + 1 • 0,92 • 15 + 9,4 • 1,3009 • 20 = 35381 кДж/кг

= ( •+ • + • + •) (17)

= 1900( 0,994 • 2,4695 + 2,12 • 1.9626 + 7,436 • 1,4914 ) = 35223 кДж/кг

= 1900 + • 90 (18)

= 2,4554 + • 90 = 2,4695 кДж/кг • К

= 1,9449 + • 90 = 1,9626 кДж/кг • К

= 1,4851 + •90 = 1,4914 кДж/кг • К

Тепловий баланс зони підігріву та випалу.

1. Прихід теплоти, кДж/кг:

від згоряння палива

Q1 = • (20)

Q1 = 35123Вг

з сухою частиною випалених виробів

Q2 = • Cм • tм1 (21)

де

Cм - теплоємність

tм1 - початкова температура матеріалу

Q2 =4211 • 0,92 • 25 = 96853

з повітрям, що надходить на горіння

Qпов = lо ( - ) • tпов • Спов (22)

де

lо - теоретично необхідна кількість сухого повітря

a - коефіцієнт надлишку повітря

tпов - температура повітря

Спов - теплоємність повітря

Qпов = 9,4 (1,4 - 1,2 ) • 200 • 1,2971 = 488 (23)

Все повітря із зони охолодження відбирається на сушіння.

2. Витрата й втрата теплоти (кДж/год) на нагрівання матеріалу до кінцевої температури

= • Cм • tм2 (24)

де

tм2 - максимальна температура випалу

= 4211 • 0,92 • 1150 = 4455238

на випаровування і нагрівання водяних парів до температури газів, що відходять

= Gщin (25)

де

Gщ - маса вологи, що випаровується в зоні підігріву

in - ентальпія водяної пари при температурі газів, що відходять, кДж/кг

in = 2500 + 1,96 • 150 = 2794 (26)

тоді

= 130 • 2794 = 363220

на хімічні реакції в матеріалі

= • % • 0.01 • (27)

де % - вміст у шихті

Хімічні реакції протікають тільки в глині, що вказано коефіцієнтом 0,7, тому що склад маси складає 70% глина та 30% - шамот.

втрати теплоти з відхідними газами

 = (28)

де

Cг - теплоємність газу

tвід.г - температура відхідних газів з печі

= • 9,4 • 1,37 • 160 = 2060

Втрати поверхнею зони підігріву й випалу в зовнішнє середовище.

Визначення поверхні бічнич стін і перекриття зони підігріву й випалу.Згідно вихідних даних довжина зони підігріву й випалу становить 69м, висота печі 2м, середня ширина по зовнішніх розмірах 4м.

F = 2 • 2 • 69 + 4 • 69 = 552 м2

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі при середній температурі поверхні стіни 40оС приймають рівним 11,16 Вт /м2 .

Тоді витрати теплоти склакладуть

= • ( - ) 3,6 F (29)

де

- сумарний коефіцієнт тепловіддачі

- середня температура футеровки вагонетки при вході в піч

- температура оточуючого повітря

= 11,6 • (110 - 20) • 3,6 • 552 = 1995944

теплота на нагрівання футеровки вагонеток

= 2580 • 0,9 • (500 - 190) = 719820

теплота, що відбирається із зони охолодження з повітрям на сушіння

=4000 • 0,92 • (1150 - 110) + 2580 • 0,9 • (450 - 190) = 4430920

Рівняння теплового балансу

35123 + 488 + 96853 = 4455238 + 363220 + 1355352 + 2060 + 1995944 + 719820 + 4430920

33551 = 13223641

Звідси витрата палива 394,14 м3/год

Питома витрата умовного палива

= • / (29300 • 3770) (32)

де

- теплота згоряння газу

- витрата палива

=394,14 • 35123 / (29300 • 3770) = 0,125 кг/кг

Зведена таблиця теплового балансу тунельної печі

Статті балансу	Кількість теплоти
	кДж/кг	%
Прихід теплоти: від згоряння палива з сухою частиною виробів з повітрям, що надходить на горіння	13843379 96853 192340	97,9 0,7 1,4
Усього	14132572	100
Витрати теплоти: на нагрівання матеріалу на випаровування на хімічні реакції в оточуюче середовище на нагрівання футеровки відбираємої з зони охолодження з повітрям на сушку втрати з вихідними газами розбіжності балансу	4455238 363220 1355352 1995944 719820 4430920 811928 153	31,55 2,6 9,6 14,1 5,1 31,34 5,7 0,001
Усього	14132572	100

4. ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ ОБСЛУГОВУВАННІ ТУНЕЛЬНОЇ ПЕЧІ

4.1 Заходи спрямовані на безпечне обслуговування

Правила з техніки безпеки містять вимоги, спрямовані на захист працюючих від впливу предметів і засобів праці. У них регламентуються умови, що забезпечують безпечну експлуатацію машин, обладнання, інструментів.

На заводах небезпеку для обслуговуючого персоналу може виникнути при порушенні нормального ходу технологічних процесів і неправильне ведення робіт.

На підприємствах зазвичай розробляються інструкції з техніки безпеки, що враховують діючі правила і норми, а також особливості технологічного процесу і умови виробництва.

Теплові установки в промисловості будівельних матеріалів виділяють теплоту, вологу, димові гази. Тому умови праці при їх експлуатації суворо регламентовані відповідними нормативними документами, які розробляються і контролюються органами державного нагляду та громадськими організаціями. Згідно з цими нормативами в місцях установки теплових агрегатів необхідно мати: паспорт встановленої форми з протоколами та актами випробувань, оглядів і ремонтів на кожну установку; робочі креслення обладнання та схеми розміщення контрольно-вимірювальних приладів; виконавчі схеми усіх трубопроводів з нумерацією арматури та електрообладнання; інструкції з їх експлуатації та ремонту.

Інструкції повинні містити короткий опис теплових установок, порядок їх пуску і зупинки, умови безпечної роботи та заходи запобігання аварій. У них також повинні бути вказівки про порядок допуску до ремонту установок, заходи безпечного обслуговування та протипожежних заходів.

Обслуговуючий персонал теплових установок допускается до роботи тільки після навчання, а також після обов'язкового документального оформлення перевірки знань усіх працюючих. Також при вступі на роботу обслуговуючий персонал повинен пройти первинний інструктаж з техніки безпеки. При будь-які зміни в технології виробництва або заміні обладнання повинен бути проведений вторинний інструктаж. Все це повинно бути документально оформлено.

Завантаження та вивантаження печей повинні бути зблоковані між собою і роботою штовхача. Забороняється, вивантажувати з теплових установок продукцію з температурою вище 50 ° С.

Необхідно стежити за станом кладки і футеровки, садки виробів і їх розвантаження, регулюванням процесу горіння і видалення газів. У водяні сорочки вагранок подають тільки очищену воду, в іншому випадку утворюються накипу на стінках трубопроводів і водяної сорочки, що може привести до закупорки відвода і вибуху установки.

Зважаючи на особливу небезпеку при застосуванні газу, рідкого і пиловугільного палива, а також щоб уникнути вибуху перед пуском установок необхідно ретельно продути системи трубопроводів негорючими газами або парою і переконатися в їх герметичності. З метою уникнення розповсюдження вогню все підводять паливо трубопроводи повинні мати відключають шибери і автоматичні вогнезатримуючі засувки, спрацювання від термореле або термоелементів.

Експлуатація печей пов'язана з високими температурами, у зв'язку з чим висуваються високі вимоги до захисту обслуговуючого персоналу та навколишнього середовища.

Поверхня печі повинна покриватися жаростійкими теплоізоляційними матеріалами. Поверхня печі повинна мати температуру не вище 50 ° С. У місцях, де не вдається цього досягти повинні бути встановлені огороджувальні пристрої. Огороджувальні пристрої призначені для виключення появи людини в небезпечній зоні. Огороджувальні пристрої застосовуються для огородження рухомих частин машин і устаткування, для захисту від високих температур. В огороджувальних пристроях передбачаються блокування та сигнальні пристрої, що попереджають про їх несправності або відсутності. Як правило, зняття захисного пристрою повинне привести до відключення і зупинки механізму або машини в цілому. До огороджувальних пристроїв пред'являється ряд вимог: вони повинні бути зручними в експлуатації та ремонті, не перешкоджати переміщенню робочого, не створювати додаткових небезпек. Конструкцію та матеріал огородження вибирають, виходячи з технологічних та експлуатаційних вимог, умов обслуговування даної машини. Конструктивно огородження виконуються у вигляді кожухів, грат, екранів. Звукова та світлова сигналізація повинна попереджати про пуск якого обладнання, а також про несправності чи аварійних ситуаціях. Безпека експлуатації машини і технологічного обладнання вирішується на стадії проектування. При проектуванні проводитися вибір приводу, силових передач, робочих органів таким чином, щоб повністю виключити можливість контакту робочого з елементами приводу, а в робочій зоні передбачити блокування і автоматику, що виключають рух робочих органів у момент знаходження робітника або його рук в небезпечній зоні наприклад, при знаходженні рук міжрухомий і нерухомими частинами).

У цехах і на робочих місцях повинні бути вивішені таблиці сигналів та інструкції про порядок пуску і зупинки устаткування. Сигнальні елементи (дзвінки, сирени, лампи) повинні бути захищені від механічних пошкоджень і розташовані так, щоб забезпечувалися надійна чутність і видимість сигналу в зоні обслуговуючого персоналу.

Повна зупинка вентиляційних пристроїв повинна супроводжуватися аварійною сигналізацією. Гази, відходять від печей, перед викидом в атмосферу обов'язково повинні проходити очищення, ступінь якої повинна бути узгоджена з санітарною інспекцією. Випалювальний цех повинен бути укомплектований первинними засобами пожежогасіння та засобами контролю та оперативного оповіщення про загрозливу ситуацію. Протипожежне обладнання повинно міститися в справному, працездатному стані. Проходи до протипожежного устаткування повинні бути завжди вільні і позначені відповідними знаками.

Випал цегли пов'язаний з підвищеним вмістом тепла і вологи в приміщенні, де проводиться випал. У зв'язку з цим весь обслуговуючий персонал повинен бути забезпечений спецодягом. Верхній одяг повинен бути з щільного негорючого матеріалу. Робітник повинен мати головний убір, що оберігає від теплового удару. Також повинні бути в наявності щільні рукавиці.

Для захисту від ураження електричним струмом при експлуатації машин повинні застосовуватися такі заходи безпеки:

струмовідні частини виробничого обладнання, які є джерелами небезпеки, повинні бути надійно ізольовані, огороджені або розташовані в недоступних для людей місцях;

струмовідні частини електрообладнання повинні бути розміщені всередині корпусів (шаф, блоків) з дверима, що замикаються або закриті захисними кожухами при розташуванні в доступних для людей місцях;

металеві частини виробничого обладнання, які внаслідок пошкодження ізоляції можуть опинитися під напругою небезпечної величини, повинні бути заземлені (занулені).

4.2 Заходи спрямовані на вирішення екологічних проблем в зоні дії печі

При виробництві керамічної цегли в тунельній печідля випалу в якості палива використовується природний газ. Продукти горіння палива містять шкідливі речовини СО і NО2, які видаляються з димовими газами і мають шкідливий вплив на атмосферу і навколишнє природне середовище. СО погано впливає на організм людини (чадний газ). При вдиханні оксид вуглецю блокує надходження кисню в кров і внаслідок цього викликає головні болі, нудоту, а в більш високих концентраціях - навіть смерть.

Якщо концентрація оксиду вуглецю у вдихуваному повітрі перевищить 14 мг/м3, то зростає смертність від інфаркту міокарда. Зменшення викидів оксиду вуглецю досягається шляхом допалювання відхідних газів.

Відхідні гази з метою охорони навколишнього середовища повинні бути очищені від пилу перед викидом в атмосферу. Для цього застосовують теплові циклони ЦН-15, пиловловлювачі з аксіально-лопатковий завірювач потоків (ВЗП-АЛЗ), продуктивність яких в 1,5 рази вище за продуктивність циклону. Оцінка ступеня екологічної небезпеки викиду СО і NО2 проводиться шляхом порівняння максимальної потужності викидів шкідливих речовин з ПДВ (гранично допустимі концентрації).

Технологічні відходи виробництва (брак формування, випалення) повертаються у виробництво. Брак формування поворотний, а брак випалу використовують як шамот для приготування шихти.

Використані джерела

Мазуров Д.Я. ,Роговой М.И.,Волгина Ю.М. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов Часть II. - М.: Стройиздат,1966. - 492 с.

Роговой М.И. Теплотехническое оборудование керамических заводов. - М.: Стройиздат, 1983. - 367 с.

Размещено на Allbest.ru