Проект завода сборного железобетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

бетон цемент смесь камера

Одним из важнейших резервов увеличения производства железобетонных изделий является совершенствование процесса тепловой обработки, который, как известно, занимает 70-80% времени всего цикла их изготовления. Известно также, что тепловая обработка, как правило, в той или иной степени снижает показатели физико-механических свойств бетона по сравнению с достигаемыми при его твердении в условиях нормальной температуры во влажной среде, и снижает их в тем большей степени, чем интенсивнее и «жестче» режимы тепловой обработки. Это особенно заметно отражается на морозостойкости бетона.

Долговечность и качество железобетонных и бетонных конструкций и изделий, прошедших тепловую обработку пропариванием, в значительной степени зависят от того, насколько в таких условиях удается сохранить ненарушенной структуру и достигнутую в процессе формирования плотность бетона.

На заводах сборного железобетона применяются различные установки ускоренного твердения бетона. Повышение эффективности работы этих установок, является важнейшим мероприятием по увеличению выпуска продукции.

Немаловажное значение имеет также сокращение удельных расходов тепла на тепловую обработку бетона. Большие удельные расходы тепла вызывают на многих предприятиях перебои в работе, особенно в зимнее время.

В связи с этим приобретают большое значение исследование теплотехнических характеристик установок для тепловой обработки изделий и разработка расчетов по определению минимально необходимых удельных расходов тепла на тепловую обработку.

На современном этапе общественного развития все большее значение приобретает технико-экономическая политика сбережения ресурсов, которая настоятельно требует использования новых научных идей и интенсификации технологии в производстве. Расчеты показывают, что за счет режима строжайшей экономии сырья, материалов, топлива, энергии и интенсификации технологий, можно получить 75-85% прироста материально-технических ресурсов.

Главным звеном технико-экономической политики сбережения ресурсов может стать только наука, воплощенная в новейшие технологии.

При освоении новых технологий, которые требуют значительных капитальных вложений, в начальный период фондоотдача предприятий падает. Но затем она начинает быстро расти за счет дополнительно полученной прибыли от реализации продукции. В этом состоит логика научно-технического прогресса.

Большую экономию тепловых и энергетических ресурсов могут обеспечить безотходные химические технологии. При производстве керамики, силикатов и бетонов химико-технологическими методами уже не ограничиваются только подводом тепла в зоны реакций. Для достижения оптимальных условий протекания процессов в ряде случаев отводят ее избыток. Это снижает потребление энергии и способствует максимальному использованию теплоты химических реакции. Технологические решения для улучшения теплоиспользования разрабатываются на основании совместного анализа энергетического и эксергетического балансов. Утилизируя тепло и энергию физико-химических систем для нужд химической технологии, можно сократить потребление энергии извне на 15-25%.

Крупнейшие открытия в области фундаментальных наук дали начало интенсивным технологиям, которые требуют на 70-90% меньше условного топлива. С их использованием затраты ручного труда в производстве керамики, силикатов и бетонов сокращаются в 1,5-2 раза.

Твердение бетона в среде с пониженной влажностью

За последние годы все чаще в практике заводского производства изделий начинают применяться камеры беспарового нагрева.

Н.Б. Марьянов описывает камеру, тепловая обработка в которой осуществляется продуктами сгорания газа. Стоимость такой тепловой обработки значительно ниже пропаривания, повышается и качество бетона.

Проведен также ряд работ, свидетельствующих не только о возможности, но и о целесообразности беспаровой тепловой обработки. В большинстве проведенных ранее исследований по влиянию беспарового прогрева опыты велись без регулируемой влажности среды и бетона, причем как правило, не исследовалась кинетика процесса и о результатах судили по прочностным показателям образцов.

Основная сложность в изучении влиянии влажности среды при тепловой обработке на кинетику нарастания прочности бетонов заключалась в получении и регулировании заданной относительной влажности среды в камерах прогрева. Разработанная нами камера позволила вести такие исследования. Заданная влажность поддерживалась по заранее оттарированному графику путем периодической подачи в камеру пара и нагрева среды с помощью электронагревателей, находящихся внутри камеры.

Изучение влияния относительной влажности среды на деформации и скорость прогрева бетона показало, что максимальные и остаточные деформации растут по мере повышения скорости подъема температуры и повышения относительной влажности среды. Причем при низкой влажности среды не только замедляется скорость прогрева, но в середине образца максимальная температура теплоносителя на всем протяжении цикла тепловой обработки не достигается. Следовательно, бетон в среде с ц<100% твердеет при более низкой температуре, чем при ц = 100%, что должно привести к замедлению темпа нарастания его прочности. Одинаковая скорость прогрева бетона в среде с ц<100% может быть достигнута только повышением температуры последней. Прогрев при температуре 100оС и ц = 40% по температуре бетона эквивалентен прогреву при 80оС и ц =100%.

В итоге опыты по влиянию относительной влажности среды на скорость прогрева бетона подтвердили известные в теплофизике положения. Однако степень уменьшения деформации образцов была далеко не пропорциональна замедлению скорости ее прогрева. Можно было бы полагать, что уменьшение величины деформаций при прогреве в среде с пониженной влажностью - результат испарения влаги и возникновения усадочных деформаций. Однако из опытов видно, что даже при влажности среды 40% и температуре 120оС в начальный период прогрева масса образцов или не меняется или увеличивается за счет конденсации влаги. Чем больше влажность среды, тем больше увеличивается масса образца в период подъема температуры. При изотермическом прогреве в среде насыщенного пара влажностное состояние бетона изменяется незначительно. Сначала оно уменьшается, очевидно, из-за некоторого повышения температуры бетона за счет экзотермии цемента, а затем немного увеличивается, что по-видимому связано с периодической подачей пара в камеру. При тепловой обработке в среде со 100%-ой влажностью интенсивное испарение влаги происходит лишь в период охлаждения образца. В тоже время при обработки в среде с ц =40% удаление влаги из бетона в период охлаждения идет также, как и в период изотермического выдерживания.

Следовательно, в период подъема температуры и изотермического выдерживания усадочные деформации бетона полностью исключаются, тем более, что С.В.Александровским было доказано существование «критической влажности» и что удаление воды до этого уровня не приводит к усадочным деформациям. В наших же опытах влагосодержание бетона было или выше исходного значения или на одном уровне с ним. Количество же выпадающего конденсата зависит от ряда факторов - параметра пара и скорости подъема температуры и т.д.

Для того чтобы оценить роль выпадающего при прогреве конденсата, были выбраны режимы, обеспечивающие практически одинаковою скорость и температуры прогрева образцов при различной влажности теплоносителя. Значительный интерес представляет характер температурных деформаций. Сначала при повышении температуры деформации интенсивно растут, затем в определенный момент наблюдается резкий перелом направления хода кривой, после которого, не смотря на продолжительный прогрев образца, температурные деформации увеличиваться незначительно и увеличение размеров образцов соответствует температурному коэффициенту линейного расширения бетона. Из опытов видно, что перелом кривой 1 при 60оС; кривой 2 при 68оС, кривой 3 при 50оС и кривой 4 при 45оС и соответствует началу стабилизации влажностного состояния бетона или же началу испарения из него влаги. Если взять кривую 1, то приращение массы образца прекращается при 60оС. При этой же температуре меняется и ход кривой деформации.

Известно, что конденсация пара зависит от температуры и относительной влажности паровоздушной среды. При температуре паровоздушной смеси 80оС конденсация пара прекращается при 80оС конденсация пара прекращается при 80оС, а при ц = 0,4 при 61оС. После прекращения конденсации последующий прогрев образцов происходит при «сухом» конвективном теплообмене с незначительной скоростью и частичным испарением влаги из бетона. Как только наступает такое явление, прекращается интенсивный рост деформации образцов. По результат опыта по выявлению воздействия прогрева в среде с различной влажностью на деформации образцов, обернутых в эластичную пленку и без нее. Причем при одной и той же относительной влажности среды как те, так и другие образцы прогревались практически одинаково, а менялись лишь условия внешнего массообмена. Из этих данных видно, что в среде со 100%-ной относительной влажностью деформации образцов, прогреваемых в эластичной оболочке. Были меньше, чем без нее, а в среде с ц = 0,4, наоборот, изолированные образцы в оболочке имели большие значения.

Следовательно, на величину деформации при прогреве свежеуложенного бетона влияет те только температурное расширение составляющих бетона компонентов (в первую очередь воды и защемленного воздуха), но и направление влажностного градиента и движение влаги, т.е. внутренний и внешний массоперенос и массообмен, а также капиллярная контракция, возникающая в результате испарения влаги из бетона. в связи с этим на величину деформаций бетона в зависимости от относительной влажности воздуха может также оказывать влияние и отрицательное капиллярное давление.

Из результатов экспериментов по определению величины отрицательного капиллярного давления при тепловой обработке видно, что при подъеме температуры в среде с ц = 40%, капиллярное давление через 1 час достигает 0,05, а к концу периода подъеме температуры - 0,09МПА. В период изотермической выдержки эта величина не меняется и снова растет в период остывания.

При прогреве в насыщенной паровой среде капиллярное давление было в два раза меньше, чем при пониженной влажности среды, и характер кривой отрицательного капиллярного давления был совсем иным при тепловой обработке образцов в среде с переменной относительной влажностью,. При пуске пара в камеру в период изотермического прогрева давление непрерывно росло сначала незначительно и резко увеличилось после 6ч прогрева. Можно предположить, что такой характер нарастания капиллярного давления - результат дальнейшего повышения температуры бетона при паровом прогреве в условиях уже сформировавшихся более плотной структуры, и конденсации пара будет происходить в более мелких капиллярах, что способствует повышению отрицательного капиллярного давления.

По сравнению с обычными условиями твердения (в течении 5-6 ч твердения бетон дает усадку около 0,85мм/м, а через 8-10 суток 0,95мм/м), бетон твердеющий в среде с пониженной влажностью вызывает интенсивную усадку только в течении 5-6ч твердения. Дальнейшее испарение влаги весьма мало влияет на их величину.

Таким образом, капиллярные силы могут значительно влиять на формирование структуры бетона, твердеющего как в обычных условиях, так и при тепловой обработке.

При этом влияние этих сил может быть как положительным - бетон уплотняется - так и отрицательным, когда в результате распределения влаги по сечению изделия при ее испарении возникают усадочные трещины. Чтобы получить бетон высокого качества необходимо регулировать процесс испарения влаги из бетона, не допуская резкого обезвоживания поверхностных слоев.

Таким образом, управляя процессами тепло - и массообмена в бетоне путем получения теплоносителя в тепловом агрегате с заданными параметрами по влажности и температуре, можно направлено использовать капиллярные явления и получать бетоны с более высокими физико-механическими свойствами в сравнении с бетонами, подвергаемыми традиционному пропариванию.

Ямная рециркуляционная камера для тепловлажностной обработки железобетонных изделий.

В зависимости от технологии для тепловлажностной обработки железобетонных изделий применяют различные тепловые агрегаты: пропарочные камеры периодичнского и непрерывного действия, кассетные установки, термоформы, термопосты и т.д.

Ямные рециркуляционные камеры используют в технологических линиях, оснащенных крановым оборудованием для перемещения форм с изделиями.

Ямные пропарочные камеры с использованием в качестве теплоносителя продуктов сгорания природного газа позволяют уменьшить количество расходуемой энергии по сравнению с применением пара за счет использования непосредственно сгорания топлива в тепловом агрегате, исключая потери тепла в котельных и распределительных тепловых сетях предприятий. Теплогенераторы типа ТОК и ТОБ для использования в указанных целях изготавливаются промышленностью.

Основным достоинством ямной камеры является простота ее изготовления, а также возможность использовать такую камеру для изготовления различных изделий, меняя только формы для данных изделий.

К недостаткам можно отнести трудность механизации, сложность автоматизации, большая продолжительность пропаривания, завышенные удельные расходы тепла на обработку 1м3 бетона, большая тепловая инерция, которая в ряде случаев не позволяет в заданное время нагревать или охлаждать изделия.

Нагреватель ТОБ-2 представляет собой две концентрические трубы. Наружная труба является частью корпуса, внутренняя труба обогревается установленной в ней горелкой с керамическим туннелем и снабжена ребрами для увеличения поверхности теплообмена с рециркулируемым в промежутке между трубами и теплоносителем.

На первом ходу продуктов сгорания участке внутренняя труба оребрена только снаружи для улучшения ее охлаждения, на втором - ребра пропущены сквозь эту трубу для улучшения теплоотдачи от продуктов сгорания к рециркуляционному теплоносителю. Рециркуляционный вентилятор отбирает теплоноситель (воздух или смесь продуктов сгорания и воздуха) из камеры тепловой обработки и через газоход рециркуляции направляет его в промежуток между трубами.

Теплогенератор ТОБ-2 работает в нашем случае работаем во втором режиме - без подмешивания к циркулирующим газам продуктов сгорания. Т.е. продукты сгорания отводяться в вентиляционную систему (первый шибер открыт, второй закрыт).

Техническая характеристика теплогенератора ТОБ-2

Номинальная тепловая мощность - 715МДж/ч;

Номинальный расход газа при теплоте сгорания 35,7 МДж/м3 - 20м3/ч;

Номинальное давление газа перед горелкой - 80кПа;

Коэффициент избытка воздуха горелки - 1,02-1,08

Коэффициент рабочего регулирования по тепловой мощности -2,75;

Температура уходящих газов при расходе газа 20м3/ч и нагреве воздуха, К (оС). - не более 930К(657оС);

Разница температуры теплоносителя на выходе из теплогенератора и на входе в теплогенератор при расходе газа 20м3/час, К:

Для смеси продуктов сгорания и воздуха - 100-140;

Для воздуха - 60-100;

Габариты, мм

Нагревателя - 4235*890*540

Панели приборной - 240*420*420

Щита управления - 400*600*250

Масса, кг

Теплогенератора - 850;

Панели приборной - 6 ±0,2;

Шита управления - 26 ±0,8.

Каждая камера должна быть оборудована индивидуальным теплогенератором (теплогенегаторами). Использование одного теплогенератора для обслуживания двух или нескольких камер не рекомендуется. Ограждающие конструкции камер тепловой обработки должны обеспечить надежную герметичность, достаточную прочность и требуемую теплоизоляцию, иметь сопротивление теплопередачи не менее 1,32м2*оС/Вт.

Пол камеры должен быть бетонным с вбетонированными по уровню подкладками под нижнее изделие высотой пола 100-150мм. Для камер тепловой обработки продуктами сгорания природного газа без увлажнения среды, проектирование и строительство системы канализации. Сбора и отвода конденсата не требуется.

На стене камеры, вдоль которой направляется поток выходящих из отверстия рециркулируемых газов, не должно быть каких-либо устройств, препятствующих движению этого потока (стойки, направляющие или другие).

При наличии таких устройств, противоположной той, вдоль которой размещен теплогенератор, эти устройства должны быть отнесены от стены внутрь камеры на расстояние 100-150мм, по всей высоте камеры.

Для двух других стен камеры допускается размещение стоек, направляющих и др. вплотную к стенам.

При работе теплогенератора в этом режиме подогрев рециркулируемого теплоносителя происходит без подмешивания к нему продуктов сгорания от горелки. Через стенку оребренной внутренней трубы. Разрежение в топке обеспечивается вентиляционной системой и регулируется шибером.

Шибер на выходе из камеры в вентиляционную систему полностью закрывается, рециркуляция теплоносителя осуществляется в замкнутом контуре. Это способствует повышению влажности среды в камере и резко уменьшается расход воды и тепла на увлажнение продуктов сгорания.

По окончании прогрева выключают горелку, вентилируют камеру, охлаждают изделия и производят их выгрузку, либо выключают рециркуляцию, закрывают шибер в вентиляционной системе и производят термосное выдерживание изделий перед выгрузкой.

Исходные данные для расчета

Блоки вентиляционные типа ВБ-9-28 производительностью 13600м3 в год из элементов ВБ-9-28А - 9200м3 в год и ВБ-9-28Б - 4400м3 в год.

Элемент блока ВБ-9-28А:

Габаритные размеры - 910*260*2570мм;

Класс бетона - В22,5 (М 350);

Объем бетона - 0,23м3;

Масса изделия - 0,58т;

Расход арматуры на изделие - 9,7кг.

Элемент блока - ВБ-9-28Б:

Габаритные размеры - 910*40*2570мм;

Класс бетона - В22,5 (М 350);

Объем бетона - 0,11т;

Масса изделия - 0,294т;

Расход арматуры на изделие - 4,9кг.

Расход материалов для бетонной смеси на 1м3

Ц (М500) = 288кг;

Щ = 1244кг;

П = 653кг;

В = 190л;

ДС-3 = 4,52кг;

ДПАЩ = 1,23кг;

В/Ц =0,66

Плотность бетонной смеси pб = 2380кг/ м3.

Обоснование режима ТВО

Полный цикл ТВО включает время, необходимое для нагревания бетона до заданной температуры(фнаг), время изотермической выдержки или прогрева (физ) и время охлаждения бетона до заданной температуры выгрузки (фохл).

Обосновать выбор режима ТВО можно двумя способами: по нормативным документам или расчетным путем.

При назначении режима ТВО на основании нормативных документов, к которым относятся инструкции и руководства по тепловой обработке НИИЖБа и ВНИИЖелезобетона, СНиПы, ГОСТы, ТУ, "Общесоюзные нормы технологического проектирования" учитывают вид и марку бетона, толщину изделия, начальную прочность бетона, вид и марку цемента, водоцементное отношение, требуемую прочность бетона после окончания ТВО и т.д.

Расчет заключается в определении продолжительности периодов нагрева и охлаждения и сводится к определению температуры бетона в конце каждого периода с учетом тепловыделения цемента.

Принимается, что при всестороннем прогреве или охлаждении бетонных изделий правильной формы критерий Био Bi ?. Кроме того, можно считать, что на поверхности нагреваемых изделий сразу устанавливается температура, равная температуре теплоносителя, которую можно принимать 80-100°С. Тогда расчет продолжительности периода выполняется для каждого часа периода в следующем порядке до тех пор, пока средняя температура изделия не достигнет требуемого значения.

Температура центра изделия:

tц = tn - (tn - tн) · f(Fo)· ф

где tn = 80°C - температура, которую внезапно принимает поверхность изделия при пуске пара; tH = 20°C - начальная для данного промежутка времени температура бетона; f(Fo) ~ функция критерия Фурье, определяемая по приложению 3, значение критерия Фурье определяется по формуле:

Fo= a · ф / R2,

ф - расчетное время (принимается равным 1 часу); R - радиус цилиндра или шара: R = д / 2 , д = 0,04м - толщина бетона в изделии, м; а - коэффициент температуропроводности:

a =л /(с · с),

л - коэффициент теплопроводности бетонной смеси; с - удельная теплоемкость бетонной смеси; с = 2380 кг/м3 - плотность бетонной смеси.

Коэффициент температуропроводности равен:

a = 1,86/(0,26·2380) = 0,003,

Значение критерия Фурье равно:

Fo = 0,003·1/0,022 = 7,5

f(Fo) = 0

1. Температура центра изделия:

tц = tп - (tп - tн) · ѓ (F0),

где tп - температура, которую внезапно принимает поверхность изделия при пуске пара; tн - начальная для данного промежутка времени температура бетона; - функция критерия Фурье, значение критерия Фурье определяется по формуле

2. Средняя температура изделия в конце часа:

tсрґ = (tп + tн)/2

3. Средняя температура изделия в течение часа:

tсрЅ = (tсрґ+ tн)/2

4. Теплота экзотермических реакций цемента на 1м3 бетона:

qэкз = 0,0023 · q28 · tсрЅ · (В/Ц)0,44 · ф,

где - тепловыделение 1кг цемента за 28 суток твердения в НВУ (значения приведены в приложении 4 методички).

5. Теплота экзотермических реакций цемента на 1м3 бетона:

Qэкз = qэкз · Ц

6. Изменение температуры бетона за счет тепловыделения цемента:

Дt = Qэкз /(с · с)

7. Средняя температура изделия в конце часа с учетом тепловыделения цемента:

ср = tсрґ + Дt

Период нагрева:

Первый час нагрева

1. tп = 80 0С

tн = 20 0С

tц = 80 - (80 - 20) · 0 = 800С

2. tсрґ = (80 +80)/2 = 80 0С

3.tсрЅ= (80+ 20)/2 = 500 С

4. qэкз = 0,0023 · 120 · 50 · 0,660,44 · 1 = 11,5ккал/кг

5. Qэкз = 11,5· 288 = 3310,68ккал/м3

6. Дt = 3310,68/(0,26 ·2380) = 5,35 0 С

7. tср = 80 + 5,35 = 85,53 0 С

В связи с тем, что резкие перепады температур могут отрицательно сказаться на прочности бетона, принимаем период нагрева 1,5 часа.

Для 1,5 часа

qэкз = 0,0023 · 120 · 85,53 · 0,660,44 · 0,5 = 9,83ккал/кг

Qэкз = 9,83· 288 = 2831,62ккал/м3

Дt = 2831,62/(0,26 ·2380) = 4,580 С

tср = 85,53 + 4,58 = 90,410 С

Определяем время изотермической выдержки: по пособию по тепловой обработке железобетонных изделий продуктами сгорания природного газа (к СНиП 3.09.01-85) для тяжелого бетона М350 на п/ц марки 500 с целью получения 70% отпускной прочности в процессе ТВО.

8. Тепловыделение цемента за период изотермической выдержки

qэкз = 0,002 3 · q28 · tсрЅ · (В/Ц)0,44 · физ

где физ - продолжительность изотермической выдержки, ч.

При этом qэкзнагр + qэкзнагр ? q28

физ = 5 ч

qэкзиз = 0,0023 · 120 · 90· 0,66 0,44 · 5 = 103,45ккал/кг

qэкзиз + qэкзнагр = 103,45 + 11,5 + 9,83 = 120 = 120 ккал/кг

Следовательно, тепловыделение цемента в период охлаждения отсутствует.

Период охлаждения:

Первый час охлаждения

1.tп = 40 0 С

tн = 90 0 С

tц = 40 - (40 - 90) · 0 = 400С

2. tсрґ = (40 + 40)/2 = 400С

3. tсрЅ= (40 + 90)/2 = 650С

4. tср = 400С

В связи с тем, что резкие перепады температур могут отрицательно сказаться на прочности бетона, принимаем период охлаждения 2 часа.

Режим ТВО состоит из 1,5 часов нагрева, 5 часов экзотермической выдержки, и 2 часов охлаждения.

Технологический расчет

РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ЯМНАЯ ПРОПАРОЧНАЯ КАМЕРА

Габариты камеры определяются типоразмерами изделия, которые будут в ней пропариваться. При этом следует стремиться к максимальной загрузке камеры, что выражается коэффициентом загрузки

K3=V6/VK,

где - V6 объем бетона в плотном теле в камере, м3, VK - объем камеры, м3.

K3=0,23·2·2·5/58,24 = 0,08

Изделия в формах следует устанавливать в камерах таким образом, чтобы была обеспечена наибольшая равномерность ТВО во всем объеме камеры.

Камеру можно проектировать для размещения в плане двух, трех или более изделий, однако площадь камеры должна быть такой, чтобы грузоподъемность крана была достаточной для подъема крышки камеры. Высота камеры проектируется такой, чтобы в ней разместилось определённое число форм с изделиями при установке их в штабель на прокладки, образующие зазор между формами. Камера может быть напольной или заглубленной в землю так, чтобы ее стены выступали над поверхностью пола цеха на высоту не менее 0,7 м.

Расчет размеров и количества камер

1) Длина камеры (L):

L= Lизд + 2В3+ 2Вб,

где Lизд = 2,57м - длина изделия, м; В3 - величина зазора между формой и стенкой камеры (при использовании влажного пара В3 составляет 0,20-0,25 м, при использовании ПСПГ 0,4-0,5м); Вб - толщина борта формы, равная 0,1-0,15м.

L= (2,57 + 2,57) +2·0,45+3·0,1 = 6,34м

Длина камеры - 6,40м

2) Ширина камеры (В):

В = Визд + Вз + 2Вб

где В = 0,91м - ширина изделия, м; В3 - величина зазора между формой и стенкой камеры (величину зазора принимают равной 0,2-0,25м); Вб - толщина борта формы, равная 0,1 -0,15м.

В = (0,91+0,91) +3·0,2+4 · 0,1 = 2,82м

В ряде случаев в форме может одновременно формоваться два и более изделий. Тогда, кроме ширины и длины всех изделий, необходимо учесть и толщину разделяющих их вкладышей, которая обычно равна 0,10-0,20 м.

Ширина камеры В = 2,9м

3) Высота камеры (Н):

Н= nНф + (n - 1) · Н3 + Н1 + Н2 ,

где n = 5 - количество форм в камере по высоте, шт.; Нф - высота формы, которая складывается из толщины изделия и поддона, м; Н3- величина зазора между формами (величина Н3 принимается при использовании пара равной 0,05-0,1м, при использовании ПСПГ 0,1м; Н1, Н2 - зазоры между нижней формой и дном камеры и между верхним изделием и крышкой камеры, м. Величины Н1, Н2 - принимаются соответственно равными 0,15-0,2м и 0,05-0,1м.

Нф = 260+300 = 560мм = 0,56м

Н = 5·0,56+(5-1)·0,1+0,2+0,1= 3,5м

Высота камеры Н = 3,5м

Годовая производительность камеры (QK):

QK = VкТфК3/фц

где Vк - объём пропарочной камеры, м3, Тф = 260 раб. дн. в году - годовой фонд времени работы камеры, ч; К3 - коэффициент загрузки камеры, доли ед., К3 = 0,05 фц - продолжительность полного цикла работы камеры, ч.

Объем пропарочной камеры (VK):

VK = LBH = 6,4*2,9*3,5 = 58,24м3

Продолжительность полного цикла работы камеры фц:

фц = фзагр + фнагр + физ + фохл + фвыгр

фзагр= 0,67 и фвыгр = 0,33 - продолжительность загрузки и выгрузки камеры, ч; фнагр, физ , фохл - соответственно продолжительность нагрева, изотермической выдержки и охлаждения, ч.

фц = 0,67+1,5+5+2+0,33 = 9,5ч

QK = 58,24·4160·0,08/9,5 = 2040м3/год

Необходимое количество камер с учетом 1-2 резервных (N):

N = Gг/QK+ (1+2) = 13600/2040= 6,6 + 1= 7,6шт.

Принимаем N = 8 шт.

где Gг - заданная годовая производительность завода, м3/год,

QK - годовая производительность 1 камеры, м3/год.

Ограждение камеры выполнено с улучшенной теплоизоляцией. Толщина стен составляет 303мм, толщина пола 153мм.

Теплотехнический расчет

Тепловой баланс камер ТВО бетона основан на законе сохранения энергии и позволяет определить часовой расход теплоносителя, его удельный расход на 1 м3 бетона и другие показатели.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС НАПОЛЬНОЙ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ЯМНОЙ КАМЕРЫ (теплоноситель - продукты сгорания природного газа)

Ямная пропарочная камера является установкой периодического действия, поэтому ее тепловой баланс составляется на весь объем бетона в камере для каждого полного периода активного подвода теплоты.

А. ПЕРИОД НАГРЕВА

1. СТАТЬИ РАСХОДА ТЕПЛОТЫ

Нагрев бетонной смеси (Q1):

Q1 = Mб.с · сб.с · (tк - tн) б.с.

где Mб.с - общая масса бетонной смеси, находящейся в камере, кг; сб.с - удельная теплоемкость бетонной смеси, tк и tн - соответственно конечная и начальная температуры бетонной смеси в период нагрева.

Мбс = Vизд · с · n = 0,23 · 2380·20 = 10948кг

Ql = 10948·0,26·(90-20) = 199253,6ккал = 832880,1кДж

Нагрев форм металлических конструкций (Q2):

Q2 = Mф · см · (tк - tн)ф.

где Mф - общая масса металла, находящегося в камере кг; см - удельная теплоемкость металла; tк и tн - соответственно конечная и начальная температуры металла в период нагрева.

Мф = 1,4 · Мб.с = 1,4*10948 = 15327,2кг.

Q2 =15327,2·0,115· (90-20) =123383,9ккал = 515745кДж

Аккумуляция теплоты ограждения камеры (Q3):

Q3 = Q3' + Q3''.

где Q3' - расход теплоты на нагрев пола, Q3'' - расход теплоты на нагрев стен камеры

Нагрев пола (Q3')

Q3' = 0,85 · (tиз - tос - 35) · Fn ·

где tиз - температура изотермической выдержки; tос - температура окружающей среды; согр= 0,2 ккал/кг·град, логр = 1,51ккал/мчград, и согр = 2400кг/м3 - соответственно удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и плотность материала, из которого выполнен пол; Fn - площадь пола по внутреннему обмеру, м2; ф - продолжительность периода нагрева.

Fn= 6,4·2,6 = 16,64м2

Q3' = 0,85 · (90 - 20 - 35) · 16,64 · = 16321,47ккал = 68223,74кДж

Нагрев стен (Q3'') стены трехслойные (металл - теплоизоляция - бетон);

Q3'' = Qвн + Qизол + Qнар .

Порядок расчета:

1. Произвольно задаемся температурой наружной поверхности ограждения (t4) и определяют коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду (б2):

б2 = А · + С / (t4 - tос) · [ ((273 + t4) / 100)4 - ((273 + tос) / 100)4 ],

где А - коэффициент, учитывающий расположение теплопередающей поверхности (для горизонтальной верхней - 2,6; для горизонтальной нижней - 1,8; для вертикальной - 2,2)

t4, tос - соответственно температуры на наружной поверхности и окружающей среды;

tос = 22,5оС

С - излучательная способность серого тела = 4,6.

б2 = 2,2 · + 4,6 / (22,5 - 20) · [((273 + 22,5) / 100)4 - ((273 + 20) / 100)4 ] = 2,2*1,26 +1,84*(76,25-73,7) = 7,464ккал/м 2 °С

Вычисляем коэффициент теплопередачи через ограждение (К) n

К = 1 / (1 / б1 + ? дi / лi + 1 / б2 )

i = 1

где дi, лi - соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности i-го слоя ограждения; б1, б2 - соответственно коэффициент тепловосприятия внутренней поверхностью и коэффициент теплоотдачи наружной поверхностью.

Так как при пропаривании б1 велик, то 1 / б1 > 0.

дi = 0,15м

лi = 0,51ккал/м*ч*град

дi = 0,15м

лi = 0,47ккал/м*ч*град (для фенольных плит)

дi = 0,15м

лi = 40ккал/м*ч*град

К = 1 / (0 + 0,15/1,51+0,15/0,047 + 0,003/40 +1 /7,464) = 0,2921ккал/м2часоС.

Определяем величину удельного теплового потока (q), проходящего через ограждение:

q = К · (t1 - tос),

где t1 = tсрвн - средняя за период нагрева температура внутренней поверхности ограждения.

q = 0,2921 · (90 - 20) = 20,45 ккал/м2час

Проверяем правильность принятого значения температуры наружной поверхности ограждения t4:

t4 = t1- q · ? дi / лi.

t4 = 90 - 20,45 · (0,15/1,51+0,15/0,047 + 0,03/40) = 22,7°С

(22,7-22,5)/22,7*100% = 0,88< 1%, расхождение допустимо, tнар= 22,5°С

При допустимом совпадении вычисленного и принятого значения t4, определяют температуры на границе слоев:

- так как величина б1 большая, температура внутренней поверхности камеры в конце периода нагрева равна температуре среды:

- так как коэффициент теплопроводности металла велик, температуры на внутренней и наружной поверхности металлической стенки равны:

t2 = t1 = 90°С;

- температура на границе теплоизоляция - наружный бетонный слой:

t3 = t1 - q · ? (д3 / л3 + д2 / л2) .

i = 1

t3 = 90 - 20,45 · (0,03/40 + 0,15/0,047) = 24,75 °С

- температура наружной поверхности камеры

t4 = 90 - 20,45 · (0,15/1,51+0,15/0,049 + 0,03/40) = 22,7°С

Определяем расход теплоты на нагрев каждого слоя, что в сумме дает расход теплоты на нагрев стенки в целом:

Q3'' = Qвн + Qизол + Qнар ,

- расход теплоты на нагрев внутренней металлической обшивки (Qвн):

Qвн = ММ · см · (t1 - tнач),

Мм = Vм*с = 0,189*7800 = 1474,2кг.

Vм = (Lквн*2Н*дмет) + (Вквн*2Н*дмет) = (6,4*2*3,5*0,003) + (2,6*2*3,5*0,003) = 0,189м3.

Qвн = 1474,2 · 0,115 · (90 - 20) = 11867,31ккал = 49605,36кДж

где ММ, см - соответственно масса и удельная теплоемкость металлической внутренней обшивки; tнач - начальная температура обшивки, которая м.б. принята равной температуре окружающей среды tос;

- расход теплоты на нагрев теплоизоляционного слоя (Qизол);

Qизол = Мизол · сизол · [0,5 · (t2 + t3) - tнач],

Мизол = Vизол*с = 9,45*100 = 945кг.

Vизол = (Lквн*2Н*дизол) + (Вквн*2Н*дизол) = (6,4*2*3,5*0,15) + (2,6*2*3,5*0,15) = 9,45м3

Qизол = 945 · 0,3 · [0,5 · (90 + 24,75) - 20] = 10595,81ккал = 44290,49кДж

где Мизол, сизол - соответственно масса и удельная теплоемкость теплоизоляционного слоя; t2, t3 - температуры на внутренней и наружной поверхностях слоя теплоизоляции, определенные ранее;

- расход теплоты на нагрев наружного бетонного слоя (Qнар)

Qнар = Мб · сб · [0,5 · (t3 + t4) - tнач],

Мб = Vб*с = 2400*9,45 = 22680кг.

Vб = Lквн*2Н*дбетона) + (Вквн*2Н*дбетона) = (6,4*2*3,5*0,15) + (2,6*2*3,5*0,15) = 9,45м3

Qнар = 22680 · 0,2 · [0,5 · (24,75 + 22,7) - 20] = 16896,6ккал = 70627,79кДж;

где Мб, сб - соответственно масса и удельная теплоемкость бетона наружной несущей стенки;

t3, t4 - температуры на внутренней и наружной поверхностях несущей стенки, определенные ранее.

Q3'' = 11867,31 + 10595,81 + 16896,6 = 39359,72ккал = 164523,63кДж.

Q3 = 16321,47 + 39359,72 = 55681,19ккал = 232747,37кДж

Потери теплоты через ограждения (Q4)

Данная расходная статья складывается из трех составляющих: потери через крышку в цех, потери через стенки камеры в цех и потери через пол и стены.

Потери теплоты через крышку камеры (Q4'):

Q4' = Fкр · q · ф.

Крышка выполнена из металла со слоем изоляции внутри. Толщина крышки 150мм.

где Fкp - площадь крышки по наружному обмеру, м2; q - удельный тепловой поток, проходящий через крышку; ф - продолжительность теплопередачи (в данном случае время нагрева).

Fкp = 7,06*3,26 = 23,02м2

Порядок его определения

1. Задаемся произвольно температурой наружной поверхности (tнар ) на 3-5° С выше температуры окружающей среды (tо.с )

Примем tнар = 21,5°С

2. Определяют коэффициент теплоотдачи (а2):

б2 = А· + С/(tнар - tо.с ) · [((273+ tнар)/100) 4 - ((273+ tо.с)/100) 4 ],

б2 = 2,6 · + 4,6/ (21,5 - 20) · [((273 + 21,5) / 100)4 - ((273 + 20) / 100)4 ] = 2,6·1,11+3,07·(76,77-73,7 ) = 7,56 ккал/м 2 °С

А - коэффициент, учитывающий расположение теплопередающей поверхности (для горизонтальной верхней - 2,6; для горизонтальной нижней - 1,8; для вертикальной - 2,2)

3.Определяют коэффициент теплопередачи через ограждение (К):

К =1/ (1/а1 + У д i / лi + 1/ а2 ) = 1 / (0 + 3,19 + 1 / 7,56 ) = 0,29 ккал/м2час*оС

4. Определяют величину удельного теплового потока через ограждение (q):

q = К · (tср вн - tо.с )

где К- коэффициент теплопередачи через ограждение; tср вн - среднее значение температуры внутренней поверхности ограждения за период нагрева:

q = 0,29 · (50-20) = 8,7 ккал/м2час

5. Проверяют правильность принятого значения температуры наружной поверхности ограждения (tнар):

tнар= tср вн - q · У д i / лi = 50 - 8,7 · ( 0 + 3,19 ) = 21,377°С

(21,5 -21,377)/21,377·100% = 0,58% < 1%, расхождение допустимо, tнар= 21,5°С

Q4' = Fкр · q · ф = 23,02 · 8,7 · 1,5 = 300,4ккал = 1255,7кДж

Потери теплоты в окружающую среду через стенки камеры, выступающие из земли (Q4''):

Q4'' = Fст · q · ф.

Fст = (7,06*3,26)*4 = 92,06м2

Порядок его определения

1. Задаемся произвольно температурой наружной поверхности (tнар ) на 3-5° С выше температуры окружающей среды (tо.с )

Примем tнар = 21,5°С

2. Определяют коэффициент теплоотдачи (а2):

б2 = А· 4v tнар - tо.с + С/(tнар - tо.с ) · [((273+ tнар)/100) 4 - ((273+ tо.с)/100) 4 ],

б2 = 2,2 · 4v 21,5 - 20 + 4,6/ (21,5 - 20) · [((273 + 21,5) / 100)4 - ((273 + 20) / 100)4 ] = 2,2·1,11+3,07·(75,22-73,7) = 7,55ккал/м 2 °С

А - коэффициент, учитывающий расположение теплопередающей поверхности (для горизонтальной верхней - 2,6; для горизонтальной нижней - 1,8; для вертикальной - 2,2)

Определяют коэффициент теплопередачи через ограждение (К):

К =1/ (1/а1 + У д i / лi + 1/ а2 ) = 1 / (0 + 3,29 + 1 / 7,55 ) = 0,29ккал/м2час*оС

4. Определяют величину удельного теплового потока через ограждение (q):

q = К · (tср вн - tо.с ),

где К- коэффициент теплопередачи через ограждение; tср вн - среднее значение температуры внутренней поверхности ограждения за период нагрева:

q = 0,29 · (50-20) = 8,7ккал/м2час

5. Проверяют правильность принятого значения температуры наружной поверхности ограждения (tнар):

tнар= tср вн - q · У д i / лi = 50 - 8,77 · ( 0 + 3,29 ) = 21,377°С

(21,5-21,377)/21,377*100% = 0,56% < 1%, расхождение допустимо, tнар= 21,5°С

Q4'' = 92,06 · 8,7 ·1,5 = 1201,3ккал = 6696,5021,78кДж

Потери теплоты через пол камеры в землю (Q4'''):

Q4''' = Fn · логр/догр · (tсрвн - tгр) · ф .

где Fn - площадь пола по наружному обмеру, м2; логр, догр - соответственно коэффициент теплопроводности и толщина ограждения; tсрвн - средняя температура внутренней поверхности ограждения за период нагрева; ф - продолжительность периода нагрева; tгр - температура на границе ограждение - земля, которая определяется следующим образом.

Fn = 7,06*3,26 = 23,02м2.

Через ограждение проходит удельный тепловой поток, величина которого равна:

q = логр/догр · (tсрвн - tгр).

Этот тепловой поток уходит в прилегающий грунт, и на расстоянии 2 м от границы раздела пол - земля температура остается практически постоянной и равной 60С. на этом участке массива бетон-земля величина теплового потока будет равна:

q = лз/2 · (tгр - 6).

Решая оба последние уравнения совместно (количество теплоты, проходящее через границу раздела равно количеству теплоты, уходящему в грунт), можно определить температуру на границе раздела бетон-земля.

логр/догр · (tсрвн - tгр) = лз/2 · ( tгр-6)

1,51/0,15· (50- tгр) = 1 /2 · ( tгр-6)

383,33 - 7,66tгр = 0,5 tгр-3

7,66 tгр + 0,5 tгр= 3+383,33

8,16 tгр = 386,33

tгр = 47,34 °С

Q4''' = 23,02 · 7,66 · (50 - 47,34) · 1,5 = 703,57ккал = 2940,9кДж.

Общие потери теплоты через ограждения камеры составляют:

Q4 = 300,4 + 1201,3 + 703,57 = 2205,27ккал = 9218,03кДж

Расход теплоты на испарение воды затворения из бетона (Q5).

Среда ПСПГ имеет свою относительную влажность меньше 50%. Поэтому на всех стадиях ТВО из бетона происходит испарение лишней влаги (Д W), для которого требуется затрата теплоты, равная:

Q5 = Мб.с · Д W · i /100,

Q5 = 10948 · 1 · 540/100 = 59119,2ккал = 247709,45кДж

где Мб.с - масса бетона в камере, кг; Д W - величина влагопотерь бетона за период нагрева, % (для тяжелого бетона = 0,5-1 %); i - скрытая теплота парообразования.

Потери теплоты в теплогенераторе (Q6):

Q6 = 0,1 · Qнр · X · ф ,

Q6 = 0,1 · 8500 · X · 1,5= 1275х

где Qнр - теплотворная способность топлива (для природного газа = 8500 ккал/м3); ф - продолжительность периода нагрева; X - часовой расход топлива в период нагрева.

Потери теплоты с отходящими продуктами сгорания (Q7):

Q7 = б · Vn.c · cn.c · tn.c · X · ф ,

Q7 =1,05 · 10 · 0,4 · 30 · X · 1,5 = 189х

где б - коэффициент избытка воздуха, равный 1,05-1,2; Vn.c - объем продуктов сгорания 1 м3 природного газа при коэффициенте избытка воздуха б=1; cn.c, tn.c - соответственно теплоемкость и температура отходящих из камеры ПСПГ; X - часовой расход топлива.

Температура отходящих из камеры продуктов сгорания tn.c равна температуре среды в камере.

При сжигании 1м3 газа при б=1 образуется 10-11м3 продуктов сгорания (около 1м3 CO2, около 2м3 H2O и около 8м3 N2), т.е. Vn.c = 10-11м3.

Неучтенные потери теплоты (Q8):

Q8 = м · (Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7) = 1*(199253,6 + 123383,9 + 55681,19 + 2205,27 + 59119,2 + 1275х + 189х) = 0,1*(439643,16+ 1464х) = 43964,32 + 146х

где м - коэффициент неучтенных потерь (= 0,05-0,1).

Общий расход теплоты за период нагрева (Qобщнагр):

Qобщнагр = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 = 199253,6 + 123383,9 + 55681,19 + 2205,27 + 59119,2 + 1275х + 189х + 43964,32 + 146х = 483607,48 + 1610х = 483607,48 + 1610*40,95 = 549522,77ккал = 2297005,18кДж.

Теплота экзотермических реакций цемента (Q1')

Известно, что процесс твердения бетона сопровождается выделением теплоты, связанным с гидратацией цемента. Поэтому часть расхода теплоты компенсируется за счет внутреннего источника теплоты - экзотермических реакций цемента.

Q1' = Vб · Ц · qэкз,

где Vб - общий объем бетона находящегося в камере; Ц - расход цемента на 1 м3 бетона, кг/м3; qэкз - тепловыделение 1 кг цемента в процессе ТВО, которое было определено при расчете продолжительности периода нагрева и равно

q1ч + q1,5ч + = 11,5 + 9,19 = 20,69ккал/м2 0С

q1,5ч = 0,0023*120*80*0,660,44*0,5 = 9,19ккал/кг

Q 1 ' = 0,23·2·2·5·288·20,69 = 27410,17ккал = 114574,29кДж

Теплота, подводимая в установку с теплоносителем - ПСПГ (Q2')

Q2' = Qнр · ф · X

Где Qнр - теплопроводная способность топлива; ф - продолжительность работы теплогенератора во время периода нагрева, ч; X - часовой расход топлива, м3/ч.

Q2' = 8500 · 1,5 · X = 12750х

Общий приход теплоты за период нагрева (Qпроб):

Qпроб = Q1' + Q2'

Qпроб = 27410,17 + 12750х = 27410,17+ 12750*40,95 = 549522,77ккал = 2297005,18кДж.

По условию теплового баланса, который основывается на законе сохранения энергии, сумма статей расхода теплоты должна быть равна сумме статей прихода теплоты, т.е.:

Qобщнагр = 483607,48 + 1610х = Qпроб = 27410,17 + 12750х

483607,48 - 27410,17 = 12750х - 1610х

456197,31 = 11140х

Хнагр = 40,95м3

Решая это уравнение, определим искомую величину часового расхода топлива (природного газа) Xнагр.

Затем определим общий расход топлива за период и удельный расход топлива.

Общий расход топлива (Xобщнагр)

Xобщнагр = Xнагр · фнагр.

Xобщнагр = Xнагр · 1,5 = 40,95*1,5 = 61,14м3

Удельный расход топлива (Xуднагр)

Xуднагр = Xнагр · фнагр/ Vбс

Xуднагр = Xнагр · 1,5/ 0,23 = 61,14*1,5/4,6 = 19,9м3

Методика составления теплового баланса периода изотермической выдержки аналогична приведенной для периода нагрева. При этом некоторые начальные параметры режима тепловой обработки несколько изменяются (продолжительность периода, значения средних температур внутренних поверхностей установки, начальная и конечная температура бетона и металла форм и т.д.). Кроме этого необходимо учитывать, что в тепловом балансе периода изотермической выдержки могут отсутствовать некоторые статьи расхода теплоты.

Нагрев бетонной смеси (Q1)

Формула для определения этой статьи расхода теплоты аналогична приведенной в п. 1.1 периода нагрева. Однако данная статья может и отсутствовать, так как бетонное изделие, особенно имеющее небольшую толщину, уже на стадии нагрева приобретают максимальную температуру, и, следовательно, дальнейшего его нагревания не происходит, а значит, и не затрачивается теплота.

Нагрев форм - отсутствует.

Нагрев ограждений камеры (Q3).

Как и для периода нагрева данная статья складывается из двух составляющих: расход теплоты на нагрев пола (Q3 ' ) и стен камеры (Q3'' )

Q3= Q3 ' + Q3''

Нагрев пола (Q3').

Q3' = 0,85 · (tиз - toc - 35) · Fп ·

где ф - продолжительность рассчитываемого периода (в данном случае) изотермической выдержки.

Fп = 6,4*2,6 = 16,64м2.

Q3' = 0,85·(90-20-35)· 16,64 ·= 29800,91ккал = 124567,82кДж

где tиз - температура изотермической выдержки; tос - температура окружающей среды; согр=0,2 ккал/кг·град, логр =1,51ккал/мчград, и согр = 2400кг/м3 - соответственно удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и плотность материала, из которого выполнен пол; Fn - площадь пола по внутреннему обмеру, м2; ф - продолжительность периода нагрева.

Нагрев стен (Q3'').

Данная статья расхода теплоты учитывается для однослойных стен, выполненных из тяжелого бетона или керамзитобетона. Для трехслойных стен она не учитывается.

где Fст - площадь стен по внутреннему обмеру, м2; ф - продолжительность периода изотермической выдержки.

Q3 = 29800,91ккал = 124567,82кДж

Потери теплоты в окружающую среду (Q4).

Q4 = Q4' + Q4'' + Q4'''.

Потери теплоты в окружающую среду через крышку камеры:

Задаемся tнар = 22,5°С

а2 = А· + С/(tнар - tо.с ) · [((273+ tнар)/100) 4 - ((273+ tо.с)/100) 4 ],

а2 = 2,6 · + 4,6 /(22,5-20)· [((273+ 22,5)/100) 4 - ((273+ 20)/100) 4 ]= 3,27+1,84·(76,25-73,7) = 7,96ккал/м 2 °С

К =1/ (1/а1 + У д i / лi + 1/ а2 ) = 1 / (0 + 3,19 + 1 / 7,96) = 0,302ккал/м2часоС

q = 0,302 · (90-20) = 21,14ккал/м2час

tнар= tср вн - q · У д i / лi = 90 - 21,14·3,19 = 22,56°С

(22,56 - 22,5)/22,5*100% = 0,26<1%.

Расхождение допустимо. tнар= 22,5°С

Q4' = Fкр · q · ф = 23,02*21,14*5 = 2433,214ккал = 10170,83кДж.

Fкр = 7,06*3,26 = 23,02м2.

Потери теплоты в окружающую среду через стены, выступающие из земли (Q4 '' ):

Задаемся tнар = 22,5°С

Q4 '' = Fст · q · ф

б2 = 2,2 · + 4,6/ (22,5 - 20) · [((273 + 22,5) / 100)4 - ((273 + 20) / 100)4 ] = 2,766+1,84·(76,25-73,7) = 7,458 ккал/м 2 °С

А - коэффициент, учитывающий расположение теплопередающей поверхности (для горизонтальной верхней - 2,6; для горизонтальной нижней - 1,8; для вертикальной - 2,2)

Определяют коэффициент теплопередачи через ограждение (К):

К =1/ (1/а1 + У д i / лi + 1/ а2 ) = 1 / (0 + 3,29 + 1 / 7,758 ) = 0,293ккал/м2часоС

Определяют величину удельного теплового потока через ограждение (q):

q = К · (tср вн - tо.с ),

где К- коэффициент теплопередачи через ограждение; tср вн - среднее значение температуры внутренней поверхности ограждения за период нагрева:

q = 0,293 · (90-20) = 20,51ккал /м2час

Проверяют правильность принятого значения температуры наружной поверхности ограждения (tнар):

tнар= tср вн - q · У д i / лi = 90- 20,51· ( 0 + 3,29 ) = 22,52°С

(22,52-22,5)/222,52·100% = 0,09% < 1%

расхождение допустимо, tнар= 22,5°С

Q4'' = Fст · q · ф = 92,06 · 20,51 · 5 = 9440,76ккал = 39462,35кДж

Fст = (7,06*3,26)*4 = 92,06м2.

Потери теплоты через пол камеры в землю (Q4 '"):

Q4''' = Fn · логр/догр · (tсрвн - tгр) · ф .

где Fn - площадь пола по наружному обмеру, м2; логр, догр - соответственно коэффициент теплопроводности и толщина ограждения; tсрвн - средняя температура внутренней поверхности ограждения за период нагрева; ф - продолжительность периода нагрева; tгр - температура на границе ограждение - земля, которая определяется следующим образом.

Через ограждение проходит удельный тепловой поток, величина которого равна:

q = логр/догр · (tсрвн - tгр).

Этот тепловой поток уходит в прилегающий грунт, и на расстоянии 2 м от границы раздела пол-земля температура остается практически постоянной и равной 60С. на этом участке массива бетон-земля величина теплового потока будет равна:

q = лз/2 · (tгр - 6).

Решая оба последние уравнения совместно (количество теплоты, проходящее через границу раздела равно количеству теплоты, уходящему в грунт), можно определить температуру на границе раздела бетон-земля.

логр/догр · (tсрвн - tгр) = лз/2 · ( tгр-6)

1,51/0,15· (90 - tгр) = 1 /2 · ( tгр-6)

905,99-10,07tгр = 0,65 tгр-3

10,07гр + 0,65tгр = 905,99 +3

10,72tгр = 908,99

tгр = 84,79°С

Q4''' = 23,02 · 10,07 · (90-84,79) ·5 = 6038,69ккал = 25241,71кДж

Fn = 7,06*3,26 = 23,02м2.

Общие потери теплоты через ограждения камеры составляют:

Q4 = 2433,214 + 9440,76 + 6038,69 = 17912,67ккал = 74874,94Дж

Расход теплоты на испарение воды затворения из бетона (Q5).

Среда ПСПГ имеет свою относительную влажность меньше 50%. Поэтому на всех стадиях ТВО из бетона происходит испарение лишней влаги (Д W), для которого требуется затрата теплоты, равная:

Q5 = Мб.с · Д W · i /100,

Q5 = 10948 · 1 · 540/100 = 59119,2ккал = 247709,448кДж

где Мб.с - масса бетона в камере, кг; Д W - величина массы воды, испарившейся из бетона в процессе ТВО, (для тяжелого бетона 1-1,5%; i - необходимое количество теплоты для испарения 1 кг воды.

Потери теплоты в теплогенераторе (Q6)

Q6 = 0,1 · Qнр · X · ф ,

Q6 = 0,1 · 8500 · X · 5 = 4250х

где Qнр - теплотворная способность топлива (для природного газа = 8500 ккал/м3); ф - продолжительность периода нагрева; X - часовой расход топлива в период нагрева.

Потери теплоты с отходящими продуктами сгорания (Q7).

Q7 = б · Vn.c · cn.c · tn.c · X · ф ,

Q7 =1,2 · 10 · 0,4 · 30 · X ·5 = 720х

где б - коэффициент избытка воздуха, равный 1,05-1,2; Vn.c - объем продуктов сгорания 1 м3 природного газа при коэффициенте избытка воздуха б=1; cn.c, tn.c - соответственно теплоемкость и температура отходящих из камеры ПСПГ; X - часовой расход топлива.

Температура отходящих из камеры продуктов сгорания tn.c равна температуре среды в камере.

При сжигании 1 м3 газа при б=1 образуется 10-11 м3 продуктов сгорания (около 1 м3 CO2, около 2 м3 H2O и около 8 м3 N2), т.е. Vn.c = 10-11 м3.

Неучтенные потери (Q8).

Q 8 = м · (Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7),

Q8 = 0,1 · (29800,91 + 17912,67 + 59119,2 + 4250х + 720х) = 0,1(106832,78+ 4970х) = 10683,22 + 497х.

где м - коэффициент неучтенных потерь (0,05-0,1).

Общий расход теплоты за период изотермической выдержки (Qобщиз).

Qобщиз = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 = 29800,91 + 17912,67 + 59119,2 + 4250х + 720х + 10683,22 + 497х = 117516 + 5467х = 117516 + 5467*0 = 117516ккал = 491216,88кДж.

Теплота экзотермических реакций цемента (Q 1 ')

Известно, что процесс твердения бетона сопровождается выделением теплоты, связанным с гидратацией цемента. Поэтому часть расхода теплоты компенсируется за счет внутреннего источника теплоты - экзотермических реакций цемента.

Q1' = Vб· Ц · qэкз,

где Vб - общий объем бетона находящегося в камере; Ц - расход цемента на 1 м3 бетона, кг/м3; qэкз - тепловыделение 1 кг цемента в процессе ТВО, которое было определено при расчете продолжительности периода нагрева и равно

q5ч = 0,0023*120*80*0,660,44*5 = 91,96ккал/м2 0С.

Q 1 ' = 0,23*2*2*5*288*91,96 = 121828,6ккал = 509243,59кДж.

Теплота, подводимая в установку с теплоносителем - ПСПГ (Q2'):

Q2' = Qнр · ф · X,

Где Qнр - теплопроводная способность топлива; ф - продолжительность работы теплогенератора во время периода нагрева, ч; X - часовой расход топлива, м3/ч.

Статья отсутствует. Т.к. уже достигнуто необходимое количество теплоты за счет экзотермии цемента.

Общий приход теплоты за период нагрева (Qпроб):

Qпроб = Q1' + Q2'

Qпроб = 117516ккал = 491216,88кДж.

Вывод

Таким образом, из приведенных расчетов следует:

Применение трехслойного ограждения камеры позволяет значительно снизить непроизводственные теплопотери в окружающую среду. Высокое термическое сопротивление теплопередаче ограждений камеры позволяет применить термосный режим пропаривания, который по расходу энергозатрат более экономичен, по сравнению с традиционными режимами.

Применение в качестве основного теплоизолирующего материала фенольного пенопласта позволяет повысить эффективность теплоизоляции ограждений. Фенольный пенопласт находиться в замкнутом пространстве и не контактирует с окружающей средой, поэтому его применение полностью безвредно для рабочих и окружающей среды.

Расход пара на тепловую обработку в ямных пропарочных камерах согласно ОНТП-07-85 350-400кг пара на 1м3 изделия. Из приведенных расчетов вытекает, что расход пара в нашем случае был бы 265кг на 1м3, что ниже предусмотренного расхода.

Размещено на Allbest.ru