Теплотехническое оборудование технологии строительных изделий
Описание проектируемой конструкции и принцип ее работы, основных размеров камеры. Теплотехнический и аэродинамический расчет. Тепловой контроль и автоматика. Санитария и техника безопасности. Технико-экономические показатели, порядок их расчета.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.06.2011 |
Размер файла | 40,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
В целях сокращения сроков распалубки железобетонных конструкций и сдачи их под нагрузку строители всегда стремились ускорить твердение бетона. Этот вопрос приобрел особую актуальность при изготовлении бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях, так как предприятия заинтересованы в максимальном использовании производственных площадей и в сокращении сроков изготовления изделий.
В настоящее время наиболее распространенным способом ускорения твердения бетона, позволяющим получать в короткий срок изделие с отпускной прочностью, при которой их можно транспортировать на строительную площадку и монтировать в зданиях и сооружениях, является тепловая обработка. В заводских условиях она осуществляется путем пропаривания изделий в камерах и автоклавах, обогрева в формующих агрегатах или стендах, а при изготовлении монолитных конструкций - путем электропрогрева, пропаривания и обогрева теплым воздухом.
На тепловую обработку затрачивается порядка 30% стоимости производства строительных материалов и изделий. Кроме того, тепловая обработка потребляет около 80% от расходуемых на весь производственный цикл топливно-энергетических ресурсов. Таким образом, создание экономичных тепловых процессов, позволяющих получать изделия отличного качества с минимальными затратами топлива и электроэнергии, даст возможность существенно уменьшить расходы, а значит и себестоимость строительства. Для создания таких тепловых процессов необходимы глубокие знания в области тепловой обработки строительных материалов и изделий, устройства тепловых установок, их конструирование и эксплуатации.
Тепловую обработку строительных материалов и изделий целесообразно рассматривать в двух аспектах. С одной стороны следует проанализировать пути превращения сырьевых материалов в готовую продукцию или полуфабрикат в процессе тепловой обработки. Эта задача сугубо техническая. С другой стороны необходимо рассмотреть работу тепловых установок (пропарочных, сушильных, обжиговых), которая определяется законами теплотехники.
При тепловой обработке в материалах и изделиях происходят физико-химические превращения, формируется структура, идут процессы тепло- и массопереноса, возникает напряженное состояние
Обычно тепловлажностная обработка строительных изделий обеспечивается созданием горячей (обычно 60-200?С) и влажностной (ц=100%) среды, значительно ускоряющей твердение и улучшающей при определенных условиях качество изделий по сравнению с твердением их в естественных условиях. Такая обработка является одним из важнейших этапов технологии изготовления ряда строительных деталей - бетонных, железобетонных, известково-песчаных и др. Тепловлажностная обработка изделий в течении нескольких часов придает изделию прочность равную 50-70% (и выше) проектной, приобретаемой лишь через 28 суток естественного вызревания. Благодаря этому отпадает надобность в больших складских помещениях на заводах, которые потребовались бы для размещения изделий при естественном вызревании для приобретения ими необходимой начальной прочности и возможности транспортирования и выдачи изделий на стройки. Тепловая обработка сокращает число необходимых форм, металлоемкость которых даже при тепловлажностной обработке изделий очень велика. При обработке в автоклавах при давлении выше атмосферного, поскольку температура изделия значительно повышена, можно получить бетон без применения клинкерного цемента. В производстве бетонных изделий основная затрата времени приходится на тепловлажностную обработку (до 80%), что определяет необходимость интенсификации этого процесса.
В процессе твердения бетоны приобретают необходимую прочность за счет образования крепкого и устойчивого сростка кристаллов, получающихся из минералов гидратов вяжущего. Этот сросток связывает заполнители в прочный камень монолит. Состав, сама структура и прочность новообразований зависят от минералогического состава вяжущих.
Так, например, трехкальциевый силикат - алит 3СаО·SiО2 (С3S) - основной минерал цементных клинкеров (40-60%). Быстро реагирует с водой, обуславливает опережающее образование и раннюю прочность цементного камня.
Двухкальциевый силкат - белит 2СаО·SiО2 (С2S) - содержится в количестве 20-30%. Реакция образования камня замедленная, экзотермия наименьшая. В результате пропаривания прочность возрастает 3-4 раза.
Трехкальциевый алюминат 3СаО·Аl2О3 (С3А) содержит в количестве 5-15%. Ускоряет реакцию гидратации С3S.
Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Аl2О3 · Fe2O3 (С3АF). Характеризуется умеренной экзотермией твердения и высокой прочностью, особенно возрастающей в результате тепловлажностной обработки.
В начале процесса твердения дисперсные минералы вяжущего растворяются в воде затворения, образуя гидроокись кальция, однокальциевый гидросиликат и далее двухкальциевый гидросиликат, а также трехкальциевый гидросиликат и гидроалюминаты кальция. По мере перенасыщения раствора начинается постепенное выпадение их кристаллов, образование пространственной структурной сетки и последующее укрепление и упрочнение. Конечная прочность полученного камня зависит от условий гидратации, а последняя определяется скоростью диффузии, которая является самым медленным процессом. От ускорения его зависит и общая интенсификация процесса твердения.
Твердение происходит постепенно, структура камня длительное время остается хрупкой и поэтому основная задача при тепловлажностной обработке сводится к устранению причин перенапряжений в материале, появления трещин и других видов брака изделий.
Следовательно, подводя итог, можно сказать, что целью тепловой обработки является сообщение будущему изделию новых свойств в результате физических и физико-химических превращений, которые происходят при различных температурах и в различных условиях.
Описание проектируемой конструкции и принцип ее работы
Простейшей и наиболее распространенной является пропарочная камера ямного типа. Эти камеры, которые называют просто ямными, применяют как на заводах, так и на полигонах. В зависимости от условий эксплуатации, уровня грунтовых вод камеру либо заглубляют в землю так, чтобы ее края для удобства эксплуатации возвышались над полом цеха не более 0,6-0,7 м, или устанавливают на уровне пола. В этом случае для обслуживания устраивают специальные площадки.
Камеры имеют прямоугольную форму и изготавливают их из железобетона, стены камеры снабжают теплоизоляцией 17 для снижения потерь теплоты в окружающую среду. Пол камеры 1 делают с уклоном для стока конденсата. В полу есть трап 2 для вывода конденсата. В приямке трапа, куда стекает конденсат, делают конденсатоотводящее устройство 3, в качестве которого чаще всего ставят водоотделительную петлю.
Назначение конденсатоотводящего устройства - выпускать конденсат в систему конденсатоотвода 4 и не пропускать пар. Стены камеры 5 имеют отверстия 6 для ввода пара, который подается вниз камеры по трубопроводу 7 от сети. Трубопровод заканчивается уложенными по периметру камеры трубами 8 с отверстиями - перфорациями, через которые пар поступает в камеру. Кроме отверстия для ввода пара в стене камеры делают отверстие 9 для вентиляции в период охлаждения. Оно соединяется каналом 10 с вентилятором, который отбирает паровоздушную смесь из камеры. Для изоляции камеры во время подогрева и изотермической выдержки от системы вентиляции устраивают герметизирующий конус 11, который с помощью червячного винта 12, снабженного маховиком, может подниматься и опускаться. При поднятом конусе происходит вентиляция, при опущенном - камера надежно изолирована от этой системы. Кроме герметизирующего конуса в таких же целях могут применяться различные затворы, например, водяной эжекторный конструкции Гипростроймаша.
В камеру с помощью направляющих, в качестве которых используют опорные стойки, краном загружают изделия в формах. Каждая форма от следующей изолируется прокладками из металла для того, чтобы пар обогревал формы со всех сторон. Высота камеры достигает 2,5 - 3 м. Ширину и длину обычно выбирают с учетом размещения в ней двух штабелей изделий в формах. Между штабелями изделий и между штабелем и стенками камеры устанавливают зазоры, чтобы обеспечить захват изделий автоматическими траверсами при загрузке и разгрузке камеры.
Иногда в камерах подвергают тепловлажностной обработке предварительно выдержанные изделия, набравшие достаточную прочность для их распалубки. Такие изделия на поддонах загружают на дополнительно устанавливаемые стойки с кронштейнами - упорами. При укладке изделия на нижний кронштейн за счет тяг открывается следующий и т.д. позволяя загружать изделия на всю высоту камеры. После загрузки камера закрывается крышкой 14, представляющей собой металлический каркас, заполненный теплоизоляционным материалом. Низ и верх крышки изолируют металлическим листом. Крышку так же, как и пол делают с уклоном i = 0,005 - 0,01 для стока конденсата. Для герметизации крышки служит водяной затвор. Для этого на верхних обрезах стен камеры устанавливают швеллер 15, а крышку по ее периметру оборудуют уголком 16, который входит в швеллер. Швеллер заполняют водой, кроме того, конденсат с крышки так же стекает в швеллер. Образующийся таким образом в нем слой воды предотвращает выбивание пара в цех через соединения крышки с камерой.
Конструкции камер, применяющиеся на заводах, несколько различаются, но при любом исполнении имеют все рассмотренные устройства: систему подачи пара и отвода конденсата, вентиляционное устройство и др., однако конструктивно они могут отличаться друг от друга. Работа камеры заключается в следующем. После разгрузки ее чистят и проверяют. Проверяют работу вентилей подачи пара, надежно ли закрывается герметизирующий конус. После проверки камеру загружают изделиями, закрывают крышкой и включают подачу пара.
Пар, поступая снизу в камеру, где находится воздух, поднимается вверх, смешивается с ним и нагревает, образуя паровоздушную смесь. Одновременно пар конденсируется на изделиях, стенках, крышке, нагревает их, а сам в виде конденсата стекает в конденсатоотборное устройство. Общее давление в камере РК во все периоды ТВО равно атмосферному и складывается из парциального давления пара Р'П и парциального давления воздуха Р'В:
РК = Р'П + Р'В
По мере поступления пара степень нагрева камеры с материалом возрастает и достигает в конце периода прогрева максимальной температуры. Пар в камеру подается под давлением 0,105 - 0,101 Мпа. Максимальное парциальное давление пара в камере составляет:
Р'П = РК - Р'В = 0,1Мпа - Р'В
Так как парциальное давление пара в камере Р'П всегда, даже в конечный момент нагрева, меньше атмосферного на парциальное давление воздуха Р'П, то максимальная температура в камере всегда меньше 100С.
Далее изделия выдерживают в камере при достигнутой температуре, при этом в материале продолжаются химические реакции и структурообразование, а так же снимается напряженное состояние. При изотермическом прогреве, как только температура в камере достигает максимальной, количество подаваемого пара снижают, ибо потребность в нем уменьшается. После изотермической выдержки начинают охлаждение. Для этого отключают подачу пара, поднимают конус и соединяют вентиляционный канал камеры с вентиляционной системой. Пар из камеры и с поверхности материала вместе с воздухом начинает удаляться в вентиляционную сеть, а крышка камеры начинает пропускать воздух из цеха благодаря испарению влаги из швеллера в камеру. Кроме того, в камерах, в стенке, противоположной каналу 10, выводящему паровоздушную смесь, иногда устраивают приточный затвор 13 для впуска воздуха в камеру во время охлаждения. Увеличивая или уменьшая отбор паровоздушной смеси через канал 10 изменяют темп охлаждения продукции.
Ямная камера работает по циклу 12-15 часов. Он включает время на загрузку, на разогрев изделий, на изотермическую выдержку и охлаждение, а так же выгрузку материала. Удельный расход пара в таких камерах 200-300 кг/м3 бетона. В хорошо оборудованных и правильно эксплуатируемых камерах при хорошей организации теплоснабжения удельный расход пара может быть снижен до120 - 150 кг/м3.
Определение основных размеров камеры
1. По заданной годовой производительности завода в м3 плотного бетона (Vг) и количеству рабочих дней в году (фn) определяется суточная производительность
Vс= Vг/фn?z=70000/0,95·251=293,56 [м3 бет/сут],
где z - коэффициент исполнения оборудования~0,95
фn - количество рабочих дней в году
2. Режим и время тепловой обработки:
ф=фзаг+фнагр+физот.выд+фохлажд.+фвыгр.=2+4+11+1,5+1,5=20 ч
фзаг - время загрузки изделия в часах, определяется по условиям технологии и механизации цеха (1,5-2,5 ч.) Принимаем усредненное значение -2 часа.
фнагр - темп. Нагрева не более 16-22 [?C/ч]. Принимаем (20).Максимальная температура 100 гр. Темп. загрузки-20 гр..Время нагрева =(100-20)/20=4 часа
физот.выд - время изотермической выдержки при температуре t2. Зависит от жесткости бетонной смеси, отпускной прочности, максимальной температуры t2 и определяется по графикам и табл. (опытные данные). При атмосферном давлении и невысоких температурах, при использовании пластичных подвижных смесей время изотермической выдержки доходит до 18-20 часов. Для жестких смесей это время снижается вдвое, повышение температуры от 60 до 100?C сокращает этот период еще в 4-5 раз, доводя его до 2 часов.
По табл. Получается что:
фнагр+физот.выд+фохлажд=11 ч.=> физот.выд=11 ч.
фохлажд. - время охлаждения изделий
скорость понижения температуры в камере dt/dф =30-40 [?C/ч] Принимаем -40.
Tвыг=40-45 ?C
фох=(tmax-tвыг)/(dt/dф)=(100-40)/40=1,5 ч
Скорость нагрева и охлаждения изделия зависит от пластичности бетонной смеси. Применение жестких смесей позволяет уменьшить цикл тепловлажностной обработки в большой степени при невысоких (60?C) температурах пропарки и в меньшей степени при температурах 95-100?C. Для изделий большой толщины требуется некоторое уменьшение скорости.
фвыгр - время выгрузки изделия (1,5-2 часа). Принимаем 1,5 часа.
3. По выбранному тепловому режиму определяется оборачивание пропарочной камеры:
m=24/ ф =24/15=1,6 - количество циклов проходит камера в течении суток
4. Определение количества изделий изготовленных в сутки.
n?=Vc/VH=293,56/3,672=80 изд. в сут., где Vc - производительность в сутки
VH - объем 1 изделия в м3
5. Определяем количество изделий, загруженных в 1 камеру
n? =Н/h=3,5/0,35=10 изделий,
где Н - высота камеры в метрах, на практике Н=2,5-3,5 м
h - суммарная толщина изделий, формы и подкладки, в метрах
6. Определяется количество пропарочных камер:
n= n?/n? m+1= 80/10*1,2+1=8
7. Определяем размеры пропарочной камеры
B=3400+2*70+2*180=3900
L=6000+2*70+2*180=6500
H=(180+50)*8+100*(10-1)+150+150=3040
Vк=3,9*6,5*3,04=77,064 м3
K3=3,672*8/77,064=0,38
Теплотехнический расчет
а) Крышки камеры
1. Определяем общее термическое сопротивление:
Ro=1/бв+? дi /лi +1/бн =
= 1/8,7+0,003/58+0,085/, 018+0,070/0,06+0,085/0,18+0,003/58+1/23=
=0,11+0,47+1,167+0.47+0,043+= 2,27 (м2* ?С)/ Вт
Где: бв - коэффициент тепловосприятия, бв= 8,7 Вт/(м2* ?С)
дi /лi - термическое сопротивление каждого слоя
бн - коэффициент теплоотдачи, бн = 23 Вт/(м2* ?С)
2. Определяем коэффициент теплопередачи всего ограждающего слоя:
K=1/Rо= 0,44 Вт/(м2* ?С)
3. Определяем расход теплоты необходимый для компенсации теплопотерь через наружные ограждения:
Q= K*F (tв - tн) = 0,44*25,35*(100-18)=804,0 [Вт/ч]
Где: к = 0,44 Вт/(м2* ?С) - коэффициент теплопередачи
F = 25,35 м2 - площадь
tв = 100 ?С - температура воздуха внутри камеры
tн = 18 ?С - температура воздуха в цеху
б) Стен камеры
1. Определяем общее термическое сопротивление:
Ro=1/бв+? дi /лi +1/бн =
=1/8,7+0,370/2,04+0,070/0,06+0,003/58+1/23=0,11+0,18+1,17+0,04=1,5 (м2* ?С)/ Вт
Где: бв - коэффициент тепловосприятия, бв=8,7 Вт/(м2* ?С)
дi /лi - термическое сопротивление каждого слоя
бн - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2* ?С)
2. Определяем коэффициент теплопередачи всего ограждающего слоя:
K=1/Rо= 1/1,5 = 0,67 Вт/(м2* ?С)
3. Определяем расход теплоты необходимый для компенсации теплопотерь через наружные ограждения:
Q= K*F (tв - tн) = 0,67*79,04*(100-18) = 3812,9 [Вт/ч]
Где: К =0,67 - коэффициент теплопередачи
F =79,04 м2 - площадь
tв =100 ?С - температура воздуха внутри камеры
tн =18 ?С - температура воздуха в цеху
в) Пола камеры
1. Считаем термическое сопротивление:
R 1 з= Rнп1з +? дi /лi = 2,1+ 0,370/2,04 = 2,28 (м2* ?С)/ Вт
Где: R 1 з, (м2* ?С)/ Вт - общее термическое сопротивление
Rнп1з = 2,1 (м2* ?С)/ Вт - термическое сопротивление не утепленного пола первой зоны
дi /лi - термическое сопротивление всех утепленных слоев, которые входят в сооружение
K1 з=1/ R 1 з = 1/2,28 = 0,44 Вт/(м2* ?С)
R 2 з= Rнп2з +? дi /лi = 4,3 + 0,370/2,04 = 4,48 (м2* ?С)/ Вт
Где: R 2 з, (м2* ?С)/ Вт - общее термическое сопротивление
Rнп2з = 4,3 (м2* ?С)/ Вт - термическое сопротивление не утепленного пола второй зоны
K2 з=1/ R 2 з = 1/4,48 = 0,22 Вт/(м2* ?С)
2. Определяем расход теплоты:
Q1= K1 з* F1 з*(tв-tн) = 0,44*32,6*(100-18) = 1032,8 Вт/ч
Где: K1 з - коэффициент теплопередач
F1 з =(X1*B+X1*L)*2+2*(X2*B1з + X2*L1з))= 32,6 м2 - площадь по внутренней поверхности
tв =100 ?С - температура воздуха внутри камеры
tн =18 ?С - температура воздуха в цеху
Q2= K2 з* F2 з*(tв-tн) = 0,22*3,15*(100-18) = 49,9 Вт/ч
Где: K2 з - коэффициент теплопередач
F2 з = 3,15 м2 - площадь по внутренней поверхности
3. Определяем общие потери теплоты через пол:
Qп = Q1 з + Q2 з = 1032,8+49,9 = 1082,7 Вт/ч
Определяем общие потери теплоты через теплоограждения тепловой камеры
Q5 = QК + QСТ + QП = 804,0+3812,9 +1082,7= 5699,6 Вт/ч=20518,6 [кДж/ч]
Где: QК - теплопотери через крышку
QСТ - теплопотери через стены
QП - теплопотери через пол
Основы составления материальных тепловых балансов тепловых установок
Для определения количества тепловой энергии, затрачиваемой на обработку изделий, а также нахождения удельного расхода теплоты, израсходованного на одну единицу продукции, составляющий материальный тепловой баланс.
Материальный баланс камеры периодического действия составляется на один цикл работы для одной камеры.
?Gпр=?G расх
Gц+ Gв+ Gз+ Gа+ Gф= Gб+ Gа+ Gф+ щVбE,
Приход:
Gц = Ц*VбE - количество цемента, объем 1 изд, количество изд, соответственно
Gв = В*VбE - количество воды
Gз = (П+Щ) *VбE - количество песка и щебня
Gа = А*VбE - количество арматуры
Gф = М*VбE - доля материала форм, отнесенная к 1 м3 бетона
Расход:
Gб = [Ц+П+Щ+(В-W)]
Gа - расход арматуры
Gф - расход формы
щVбE - доля испарения влаги
Тепловой баланс камеры составляется на один цикл камеры.
Тепловой баланс в период нагрева
фн) Qи1=Qб+Qа+Qф+ Qэкз = Qб'+Qа'+Qф'+ Qив+Qнк+Qос+Qн
Где: Qи1 - теплота, внесенная с паром
Qб - теплота, внесенная с бетоном
Qа - теплота, внесенная с арматурой
Qф - теплота, внесенная с формой
Qэкз - теплота экзотермической гидратации цемента
Qб' - теплота содержащаяся в бетоне после нагрева
Qа' - теплота содержащаяся в арматуре после нагрева
Qф' - теплота содержащаяся в форме после нагрева
Qив - тепло, затрачиваемое на испарение влаги
Qнк - тепло, затрачиваемое на нагрев теплоограждений конструкции
Qос - расход теплоты, необходимый для компенсации теплоты в окружающую среду
Qн - Прочие неучтенные теплопотери
Каждая теплота определяется по формулам:
Qб = Gб (I2+I1)
Qф = Gф (I2+I1)
Где: (I2+I1) - разность энтальпий, кДж/кг
I1=Сб*tбн
I2=Сб*tбк
Теплотермический баланса изотермической выдержки:
Фи) Qи2 +Qнк+Qос+Qн = Qив+Q'нк+Qос+Qн
Где: Qнк - выделяющаяся теплота от конструкций
Qив - расход теплоты на испарение влаги
Q'нк - расход теплоты на нагрев конструкций
Определяем расход теплоты за оба периода нагрева (нагрев и изотермическая выдержка):
Q=Qи1+ Qи2
Определяем удельный расход теплоты на 1м3 бетона:
Qу= Q/E*Vб
Тепловой баланс для периода охлаждения тепловой камеры:
Фо) Qб+Qа+Qф+ Qк + Qвозд= Qб' + Qа'+ Qф'+ Qк'+ Q'возд+ Qос+ Qив
Где: Qб - теплота, содержащаяся в бетоне
Qа - теплота, содержащаяся в арматуре
Qф - теплота, содержащаяся в форме
Qк - теплота, содержащаяся в конструкциях камеры
Qвозд - теплота, содержащаяся в воздухе
Qб' - теплота, содержащаяся в бетоне при 45 ?С
Qа' - теплота, содержащаяся в арматуре при 45 ?С
Qф' - теплота, содержащаяся в форме при 45 ?С
Qк' - теплота, содержащаяся в конструкциях камеры при 45 ?С
Qив - тепло, для испарения влаги
Основное уравнение для периода нагрева:
фн)
1, Qп1+Qб+Qа+Qв+ Qф+Qнк+Qэкз = Qб'+Qа'+Qф'+ Qв'+Qивн+Qнкн+Qосн+Qн
2, Qп1= (Qб' - Qб)+(Qа' - Qа)+(Qв' - Qв)+(Qф' - Qф)+(Qнкн - Qнкн)+Qивн+Qосн+Qн - Qэкзн
Основное уравнение перед нагревом для периода нагрева:
Qп1= Qб+Qа+Qв+ Qф+ Qнкн +Qивн+ Qосн+Qнн - Qэкзн, кд/ч
1, Qб = Gб*Сб*tнб
Qа = Gа*Са*tна
Qф = Gф*Сф*tнф
Qв = Gв*Св*tнв
Qнк = Gнк*Снк*tннк
2, Qб = Gб*Сб*(tкб - tнб) после нагрева
1, Qб' = Gб*Сб*tк
Qб =Gб (Iкб+Iнб)
Основное уравнение для периода изотермической выдержки:
Фи) Qп2 +Qнк+ Qэкзи= Q'нк+ Qиви+Qоси+Qни
Qп2 = (Qнки - Qнк)+ Qиви+ Qоси+ Qни - Qэкзи
Основное уравнение расхода теплоты:
Qп2 = Qиви+ Qоси+ Qни - Qэкзи
Q=Qп1+Qп2=Qб+Qа+Qв+Qф+Qнкн+(Qивн+Qиви)+(Qосн+Qоси)+(Qнн+Qни) - (Qэкзн+Qэкзи)
Для расчетов принимаем:
Q=Qб+Qв+Qф+Qнкн+Qу+Q5-Qэкз, кДж/ч
Где: Qб - расход теплоты, затрачиваемый на нагрев бетонной смеси
Qв - расход теплоты, затрачиваемый на нагрев воды, содержащейся в
бетонной смеси
Qф - расход теплоты, затрачиваемый на нагрев формы, арматуры и других закладных частей
Qнк - расход теплоты, затрачиваемый на нагрев ограждений конструкций пропарочной камеры
Q5 - расход теплоты, затрачиваемый на компенсацию теплопотерь, через ограждающие конструкции пропарочной камеры
Qу - расход теплоты, затрачиваемый на компенсацию утечек, через ограждающие конструкции пропарочной камеры
Qэкз - расход теплоты, выделяемой при гидратации цемента
Определяем расход теплоты, затрачиваемой на нагрев бетона:
Qб =Gб (I2+I1) = Gб*Сб*(t2 - t1) = 52876,8*0,84*(100-18) = 3197988,9 [кДж/ч]
Где: I2 - конец энтальпии
I1 - начало энтальпии
Gб - сухая масса бетона в камере
Gб=Vизд *n1*с = 3,67*8*1800 = 52876,8 кг
Vизд =6*3,4*0,18 = 3,67 м3 - объем изделия
n1 - количество изделий
с - плотность бетона
Сб = 0,84 кдж/(кг* ?С) - теплоемкость бетона
t2 =80 ?С - конечная температура изделия
t1 =18 ?С - начальная температура изделия
Определяем расход теплоты, затрачиваемой на нагрев воды, содержащейся в бетонной смеси:
Qв = Gв*Св*(t2 - t1) = 19818*4,19*(100-18) = 5978694,2 кДж/ч
Где: Gв=Vизд *n1*mв = 3,67*8*675 =19818 кг - масса воды в бетонной смеси
mв=(В/Ц)*Ц =2,5*270= 675 кг/м3 бетона - количество воды, содержащееся в 1м3 бетона
Ц =270-320 - масса цемента, содержащаяся в 1м3 бетона
Св=4.19 кдж/(кг* ?С) - теплоемкость воды
t2 =100 ?С - конечная температура изделия
t1 =18 ?С - начальная температура изделия
Определяем расход теплоты, затрачиваемой на нагрев форм, арматуры и других закладных частей из металла:
Qф = Gф*Сф*(t2 - t1) = 28413*0,48*(100-18) = 1116149,8 кДж/ч
Где: Gф=Vизд *n1*mм = 3,67*8*1100 = 32296 кг
mм= 1100 кг/м3 бетона - удельная металлоемкость
Сф=0,48 кдж/(кг* ?С)
t2 =100 ?С - конечная температура изделия
t1 =18 ?С - начальная температура изделия
Определяем расход теплоты, затрачиваемой на нагрев ограждающих конструкций пропарочной камеры:
Qнк = Gогр*Согр*(t2 - t1') = 40725*0,84*(100-35) = 2463048 [кДж/ч]
Где: Gогр=?Vогр *с = (5,83+9,72+0,74)*2500 = 40725 кг - масса ограждающих конструкций
с =2500 кг/м3
Vогр - объем ограждающих конструкций без учета теплоизоляционного материала (только бетон)
mм= 1100 кг/м3 бетона - удельная металлоемкость
Согр=0,84 кдж/(кг*?С) - теплоемкость ограждающих конструкций
t2 =100 ?С
t1' =30-40 ?С
Определяем расход теплоты, выделяющейся при гидратации цемента:
Qэкз = Gц*gэкз = 7927,2 *166.82 = 1322415,5 [кДж/ч]
Где: Gц = Vизд *n'1*Ц=3,67*8*270= 7927,2 кг - масса изделий, загруженных в камеру (всех)
Vизд - объем одного изделия
n'1 - количество изделий
Ц = 270-320 кг/м3 бетона - масса цемента, содержащегося в 1 м3 бетона
gэкз = _____и*М*а_____ * В-количество теплоты, выделяемое при
4,19*(162+0,96*и) Ц, кДж/ч гидратации 1м3 цемента
gэкз ={1336*500*0.956/(4.19 (162+0.96*579.5)}*v2.5 = 166.82 кДж/ч
и = [(t1+ t2)/2]*фн + t2*фи =[(18+100)/2]*4+100*11 = 1336 градусочасы
фн - время нагрева, фи - время изотермической выдержки, t1= 18 ?С, t2= 100 ?С
М - марка цемента (по заданию)
а - экспериментальный коэффициент
В/Ц - водоцементное отношение
а = 0,32+0,002 и, при и ? 290
а = 0,84+0,0002 и, при и > 290
а = 0,84 + 0,0002 и = 0,84 + 0,0002*653= 0,971
Определяем сумму расходов тепла, без учета потерь тепла в окружающую среду через ограждающие конструкции:
?Q=Qб+Qв+Qф+Qнк-Qэкз=3197988,9+5978694,2+1116149,8+2463048+1322415,5=14078296 кДж/ч
Определяем потери тепла с учетом паро-воздушной смеси из пропарочной смеси:
Qу=в[?Q/(фн+фи) +Q5]=0,1*[14078296/(4+11)+ 20518,6]=95907, 2 кДж/ч
Где: в = 0,1 - коэффициент потери тепла с утечками теплоносителя для ямных камер периодического действия
Q5 - потери тепла в окружающую среду, кДж/ч
Расход тепла в период нагрева:
Qн= ?Q/фн+Q5+Qу=14078296/4+20518,6+95907, 2 = 3635999,8 [кДж/ч]
В пропарочной камере приход тепла, т.е. расход теплоносителей разделяется на 2 периода:
1. Расход тепла в период повышения температуры
2. Расход тепла в период изотермической выдержки
Часовой расход пара в период повышения температуры:
Дн = Qн/(i?-i?)? Qн/r=3635999,8/2260=1608,85 [кгпара/ч]
Где: i?-и i? - соответственно энтальпии пара, подаваемого в камеру и конденсата
r = 2260 кдж/ч - удельная теплота парообразования при атмосферном давлении
Расход тепла в период изотермической выдержки:
Qи = Q5+ Qу = 20518,6+95907, 2 = 116425,8 [кДж/ч]
Часовой расход пара в период изотермической выдержки:
Ди = Qи/(i?-i?)? Qи/r = 116425,8/2260 = 51,52 [кгпара/ч]
Удельные часовые расходы пара в период нагрева:
dн = Дн/ Vб = 1608,85/(3,67*8)= 54,8 [кг/м3 ч]
Vб - объем бетона в камеры
Дн - расход пара в период нагрева
Удельные часовые расходы пара в период изотермической выдержки:
dи = Ди / Vб = 51,52/(3,67*8)=1,76 [кг/м3 ч]
Удельные расход пара за время всей тепловой обработки:
d = dн?фн+ dи фи = 54,8*4+1,76*11 = 238,6 [кг/м3]
Годовой расход пара:
Дг = Vг• d = 70000*238.6 = 167,0 [т/год]
Аэродинамический расчет
Расчет диаметров паропроводов допускается производить по укрупненным показателям, при этом рекомендуемая скорость пара в трубе может составлять 20-30 м/сек.
Принимаем трубы обыкновенные, толщиной 2,5-4,5 мм.
В этом случае диаметр трубы может быть определен по следующем зависимостям:
Vн=3600?щп•Fтр, м3/час
Где: Vн - объемный расход пара
щп - допускаемая скорость пара в паропроводе (20-30 м/сек)
Fтр - поперечное сечение трубы
Fтр = р * R2 => 0,785• dтр2, где dтр - диаметр трубы
Vn= Дн/с, м3/ч - пропускная способность трубы
Где: с = 0.847 - плотность при атмосферном давлении
Дн - массовый расход пара
Дн/с = 3600* щп *0,785• dтр2
dтр=v Дн /(3600*щп*0,785*с) =v1608,85/(3600*25*0,785*0,847) = 0,164 м
Vn=1608,85/0,847=1899,47
Fтр=0.785*dтр2=Vн/(wН*3600)= 1899,47/(25*3600)=0,021 м2
dтр=(Fтр/0,785)^(1/2)=(0,021/0,785)^(1/2)=0,164 м
Тепловой контроль и автоматика
1. Перфорированные трубы (через них подается пар в камеру)
2. Регулирующий клапан
3. Паропровод цеха
4. Регулятор давления пара (после себя)
5. Программный регулятор температур
6. Регистрирующий потенциометр (регулирует изменение температур)
7. Датчики теплосопротивления
8. пропарочная камера
После загрузки изделия в камеру подается
В настоящее время существует много различных систем регулирования режима тепловой обработки железобетонных изделий. По выбору регулируемого параметра, контролирующего протекание процесса тепловой обработки, их в основном можно разделить на два этапа:
1) Системы, в которых регулируемым параметром является температура паровоздушной среды (камеры) или температура конденсата (кассетная установка, термоформы)
2) Системы, в которых регулируемым параметром является температура бетона изделия в заданной точке
В системах второго типа регулируемый параметр непосредственно связан с ростом прочности бетона, поэтому они позволяют более правильно, чем системы первого типа, регулировать процесс тепловой обработки. Однако регулирование этого процесса непосредственно по температуре бетона. В производственных условиях очень сложно, так как требует установки в изделиях датчиков, извлечениеих после окончания тепловой обработки и ряда других операций, усложняющих технологию производства. Ввиду этого наибольшее распространение в промышленности сборного железобетона получили системы регулирования первого типа.
К системам автономного регулирования тепловлажностной обработки бетона предъявляется ряд требований, из которых главными являются:
- обеспечение заданной точности и стабильности регулирования температурных режимов по установленной программе
- обеспечение непрерывного автоматического контроля температурного режима и записи температуры в функции времени
- обеспечение надежности работы в условиях относительной влажности среды до 80% и температуры до 40?C
- простота монтажа и эксплуатации
- максимальная экономичность
Автоматизация процесса тепловой обработки железобетонных изделий в ямных камерах:
Одна из наиболее эффективных систем автоматического контроля тепловлажностной обработки основана на применении программного электронного регулятора температуры.
камера конструкция тепловой аэродинамический
Санитария и техническая безопасность
При производстве работ в цехах предприятия следует соблюдать правила пожарной безопасности в соответствии с требованиям ГОСТ 12,1,004-76 Следует строго соблюдать требования санитарной безопасности, взрывобезопасности производственных участков, в том числе связанных с применением веществ использующихся для смазки форм, химических добавок, приготовленных растворах и бетонов с химическими добавками. Тепловые установки на заводах строительных материалов и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как их работа связана с выделением теплоты, влаги, пыли, дымовых газов. Поэтому условия труда при эксплуатации таких установок строго регламентируется соответствующими правилами и инструкциями.
Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны, его температура, влажность и скорость движения не должны превышать установленных в ГОСТ12,1,005-76 норм. Во всех производственных и бытовых помещениях следует установить естественную, искусственную, смешанную вентиляцию, обеспечивающую чистоту воздуха.
Контроль за соблюдение правил и инструкций по охране труда и технике безопасности осуществляется органами государственного надзора и общественными организациями, которые и разрабатывают эти нормы.
Согласно действующим нормам, в цехах, где размещаются тепловые установки, необходимо иметь: паспорт, установленной формы с протоколами и актами испытаний, осмотров и ремонтов на каждую установку; рабочие чертежи находящегося оборудования и схемы размещения КИП; исполнительные схемы всех трубопроводов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации и ремонту. В таких инструкциях должно быть краткое описание установок, порядок их пуска, условия безопасности работы, порядок установки, указаны меры предотвращения аварии. Кроме того, инструкции должны содержать четкие указания о порядке допуска к ремонту установок, о мерах безопасного обслуживания и противопожарных мероприятиях.
На стадии проектирования предусматриваются нормы безопасной работы и эксплуатации тепловых установок. Каждая тепловая установка разрабатывается с таким расчетом, чтобы она создавала оптимальные условия ведения технологического процесса и безопасные условия труда. Для этого необходимо, чтобы поверхности установки были теплоизолированы и имели температуру не выше 40?C.
Проектировать топки, сушила, печи, в которых используются продукты горения топлива, разрешается только на давление менее атмосферного. Установки для тепловлажностной обработки проектируют с обязательной герметизацией. Эти установки оборудуют вентиляцией рабочего производства, которая включается перед выгрузкой изделий и тем самым позволяет удалить пар из установки.
Оборудование тепловых установок проектируют с ограждением, а его включение в работу должны сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Площадки для обслуживания, находящиеся выше уровня пола, оборудуют прочным ограждением и сплошной обшивкой по контуру.
Отопление и вентиляция цехов, в которых устанавливаются тепловые установки, необходимо рассчитывать с учетом выделения теплоты, испарения влаги и выделения пыли.
Электрооборудование тепловых установок должно быть запроектировано с ограждением и заземлением.
Особое внимание следует уделить очистке работающих теплоносителей от уносов пыли и мелких частиц материала.
Согласно нормативным указанием, для тепловых установок следует проектировать специальные очистные устройства.
При производстве работ эксплуатации тепловых установок в цехах, где они расположены, кроме соблюдения требований, упомянутых в общих положениях, обязательно должны быть вывешены на видном месте инструкции по применению эксплуатации установок и охране труда. Весь обслуживающий персонал тепловых установок допускается к работе только после изучения, а также после обязательного документального оформления проверки его знаний.
Требования к охране труда пропарочных камер
Крышки ямных пропарочных камер должны быть достаточны, герметичны и оборудованы водяными затворами. На стенах ямных камер предусматривают скобы для спуска рабочих при ремонте и чистке. Каждую такую камеру оборудуют вентиляцией.
Электродвигатели обязательно должны иметь заземление. Электрооборудование и электроприборы, размещенные в цехах, где производят тепловлажностную обработку, должны быть рассчитаны на работу во влажной среде.
В цехах, где расположены установки для тепловлажностной обработки, вывешивают инструкции по охране труда при обслуживании данных тепловых установок.
Технико-экономические показатели
1. Суточная производительность тепловой камеры, Vс=293,56, м3/сут
2. Время тепловой обработки, 20 ч
3. Оборачиваемость тепловой камеры: 20 ч
4. Количество изделий в сутки, 10 шт.
5. Количество изделий, загружаемых в одну камеру 8 шт.
6. Сумма расходов тепла без учета 14078296 кДж/ч
7. Удельные часовые расходы пара в период повышения температур и период изотермической выдержки 1,76 кг/м3 ч
8. Удельный расход пара за время всей обработки 238,6 кг/м3
9. Годовой расход пара 167,0 т/год
Мероприятия по экономии энергоресурсов
Бетон, обладая многими замечательными качествами, в то же время относится к весьма энергоемким материалам. На производство 1 куб. м. сборного железобетона в среднем расходуется 470 тыс. ккал; на производство отдельных конструкций на полигонах, а также при несовершенных технологических процессах этот расход возрастает до 1 млн. ккал и более. Если учесть, что годовая потребность в энергоресурсах промышленности сборного железобетона составляет примерно 12 млн. т условного топлива, то становится ясно, что даже небольшой процент его экономии высвободит большое количество топлива для других целей. Потребность в энергоресурсах для производства 1 куб. м сборных железобетонных изделий не учитывает расхода энергии, необходимой для производства составляющих бетона (цемента, заполнителей) и арматуры, отличающихся еще большей энергоемкостью.
Рассматривая проблему рационального расходования энергии при производстве сборного железобетона, необходимо учитывать затраты энергии, расходуемой на производство цемента и арматуры. Это наиболее дорогостоящие, дефицитные и энергоемкие материалы, и грамотное их использование, исключающее перерасход топлива, приведет к экономии энергоресурсов.
Экономия цемента - это одна из самых острых проблем современного отечественного строительства. На заводах и полигонах имеют место заметные потери цемента при погрузке и разгрузке. Возникают отходы бетонной смеси из-за неточного ее дозирования при формовании изделий, а также отходы бетона при изготовлении бракованных изделий, которые вывозят на свалку. Таким образом, повышение культуры производства сборных железобетонных изделий может внести существенный вклад в дело экономии цемента, а следовательно, и энергоресурсов. Анализ затрат энергоресурсов на производство сборных железобетонных изделий, выполненных на основе обследования множества заводов, показал, что колебания по затратам энергии велики. При среднем по стране расходе энергии 470 тыс. ккал/куб. м железобетона имеется много предприятий, где этот показатель не выходит за пределы 300 тыс. ккал. Согласно расчетам на нагрев 1 куб. м бетона в стальной форме до 80 градусов (температура изотермического выдерживания) требуется примерно 60 тыс. ккал. Поскольку нагрев происходит постепенно - со скоростью не более 20 градусов в час, то этот процесс неминуемо сопровождается значительным выделением тепла в окружающую среду. При исправном оборудовании, необходимом для термообработки изделий, эти потери достигают 150 тыс. ккал, что в 2-2,5 раза больше полезно затраченного тепла. При неисправном или небрежно эксплуатируемом оборудовании, а также при неоправданно завышенной длительности термообработки к потерям обязательным (планируемым) добавляются потери непроизводительные. Они колеблются в весьма ироких пределах и на некоторых заводах достигают почти 200 тыс. ккал на куб. м бетона. Таким образом, суммарные теплопотери в несколько раз превышают количество тепла, затраченного на нагрев бетона с формой. Сократить теплопотери при термообработке изделий можно не допуская неисправности в работе оборудования. Пропарочные ямные камеры очень часто работают с неисправными крышками - не действуют или плохо действуют водяные затворы, в результате чего наблюдается перекос крышек, это приводит к большим потерям пара. В цехе для работающих создаются неблагоприятные гигиенические условия, высокая влажность способствует быстрому коррозированию металлических конструкций, оборудования. Избежать больших потерь тепла можно путем своевременного ремонта и профилактического осмотра камер. Исследования, проведенные сотрудниками НИИЖелезобетона показали, что суммарные потери тепла в ямных камерах в процессе обработки изделий доходят до 70% от общего расхода тепла на термообработку изделий. Причина такого положения - устройство стенок и днища камер из тяжелого бетона, отличающегося высокой теплопроводимостью. Положение это можно исправить только совершенствованием конструктивного решения камер. Такие решения разработаны в НИИЖелезобетона. Одно из таких решений заключается в замене тяжелого бетона керамзитобетоном. В этом случае можно снизить теплопотери примерно на 50%. Если ограждения ямных камер делать из такого бетона, но с внутренними пароизоляцией и теплоизоляцией, то теплопотери можно снизить в 3 раза. Аналогичного эффекта можно добиться при устройстве стен камер из тяжелого бетона с несколькими воздушными
прослойками. Серьезного внимания заслуживает стендовая технология изготовления сборных железобетонных плоских плит. По этой технологии в виде пакета изготовляется сразу несколько изделий, разделенных тонкими прокладками из стального листа или пластика с вмонтированными в него электронагревателями. Расположенные между изделиями электронагреватели практически все тепло отдают в обе стороны, т.е. изделиям, так что теплопотери в окружающую среду происходят только через торцы, поверхность которых невелика. Применение пакетного метода изготовления и термообработки плоских железобетонных изделий оказало большое влияние на организацию всего технологического процесса производства сборного железобетона. Вместо обычных форм начали использовать формы с силовыми бортами и плоским дном, которые значительно менее металлоемки. Изменились и многие технологические операции. Все это способствовало увеличению продукции на тех же производственных площадях в 1,5-2 раза, уменьшению металлоемкости оборудования на 30-35%, повышению производительности труда на 10-15%.Но главное - появилась возможность резко снизить энергопотребление на тепловую обработку изделий. Есть все основания полагать, что пакетный способ термообработки сборных железобетонных изделий по достоинству будет оценен производственниками и получит широкое применение на заводах ЖБИ. Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Выбор режима тепловой обработки внутренних стеновых панелей из бетона. Конструктивные особенности, принципы организации теплоснабжения и технико-экономические показатели тепловой установки. Конструктивный и теплотехнический расчет туннельной камеры.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.05.2012Описание конструкции и принцип работы лесосушильной камеры. Технологический расчет проектируемого цеха сушки пиломатериалов. Пересчет объема фактического пиломатериала в объем условного материала. Последовательнось аэродинамического расчета вентилятора.
курсовая работа [345,6 K], добавлен 28.05.2014Расчет тепловой схемы котельной закрытого типа с водогрейными котлами. Выбор основного и вспомогательного оборудования, определение исходных данных для аэродинамического расчета газового и воздушного трактов. Расчет технико-экономических показателей.
курсовая работа [1002,2 K], добавлен 19.11.2013Сырье и полуфабрикаты для изготовления многопустотных плит перекрытия. Выбор и обоснование теплового режима. Описание конструкции и принципа работы установки. Тепловой баланс камеры. Конструктивный расчет установки. Период изотермического прогрева.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.04.2015Технико-экономическое обоснование выбора тепловой установки и вида теплоносителя. Характеристика готовой продукции и требования к ее качеству. Расчет температуры прогрева изделий, материального баланса щелевой камеры. Выбор режима тепловой обработки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.05.2011Определение режима сушки пиломатериалов. Определение количества испаряемой из материала влаги. Аэродинамический расчет камеры СПМ-1К. Расход тепла на прогрев древесины. Определение потерь напора в кольце циркуляции. Планировка лесосушильных цехов.
курсовая работа [882,1 K], добавлен 10.12.2015Определение вместимости холодильной камеры. Теплотехнический расчет изоляции ограждающих конструкций. Определение теплопритоков в камеру и тепловой нагрузки. Тепловой расчет холодильной машины и воздухоохладителя. Подбор холодильного оборудования.
курсовая работа [938,8 K], добавлен 11.02.2015Описание конструкции агрегата: газохода, рекуператора. Характеристика и принцип работы тепловой работы агрегата. Расчет процесса горения природного газа, вертикального газохода, металлического трубчатого петлевого рекуператора для нагрева воздуха.
курсовая работа [496,5 K], добавлен 24.02.2012Техническая характеристика технологического оборудования, потребляющего холод. Расчет числа строительных прямоугольников камер хранения, толщины теплоизоляционного слоя. Тепловой расчет камеры холодильника. Выбор и обоснованные системы охлаждения.
курсовая работа [118,4 K], добавлен 11.01.2012Формирование качества, износостойкости и товарного вида швейных изделий. Технологические процессы и операции влажностно-тепловой обработки. Виды и назначение утюжильного оборудования: утюги, пульверизаторы, столы, гладильные прессы; техника безопасности.
курсовая работа [145,8 K], добавлен 29.01.2014