Характеристика тепловых процессов туннельной печи

Туннельные печи являются наиболее совершенным типом печей для обжига всех видов формованных изделий и поэтому в последние годы получили широкое применение на заводах керамических изделий.

Для обжига керамических труб принята 1 туннельная печь. Туннельная печь длиной 30 м, шириной 2, 95 м и высотой 1, 7 м имеет три рабочие зоны (зону подогрева, зону обжига и зону охлаждения) и форкамеру. Принципиальная схема туннельной печи представлена в подразделе 1.1.4.2

Форкамера печи служит для уменьшения газообмена с окружающей средой при загрузке вагонеток в печь. Основное назначение зоны подогрева печи – окончательное удаление влаги из сырца и равномерный прогрев садки.

В качестве топлива используется природный газ. Топливо сжигается в топках, установленных в утолщенных стенах зоны обжига печи. Топливо подается с помощью горелок. Сырец в зоне обжига нагревается до температуры 1100⁰С, при этом завершаются все процессы, связанные с формированием черепка.

В зоне охлаждения печи происходит остывание труб до температуры 300⁰ С перед выдачей вагонеток из печи, а также происходит отбор нагретого воздуха для подачи его в сушилку. В этой зоне охлаждается также и футеровка вагонеток, нагретая до высоких температур. Изделия и футеровка вагонеток охлаждаются холодным воздухом, подаваемым в печь сверху и сбоку через несколько каналов, расположенных по длине зоны охлаждения ближе к выходному каналу печи.

Печь работает по принципу противотока, то есть газы и воздух движутся навстречу вагонеткам с обжигаемыми изделиями. Движение газовых и воздушных потоков осуществляется системой вентиляторов. В зоне подогрева предусмотрена установка циркуляционных вентиляторов для интенсивного перемешивания газовых потоков с целью максимального усреднения газовой среды, т. е. для ликвидации ее расслоения и уменьшения перепада температур по сечению канала. В зоне подогрева также производится отбор дымовых газов.

Печь выполняется из стандартного красного кирпича, зона обжига изнутри футеруется шамотным кирпичом. Свод печи выполняется из красного кирпича и засыпки шлаком [15].

В дипломной работе выполнены: расчет продолжительности процесса обжига, расчет размеров рабочих зон печи, расхода топлива на технологические и непроизводственные нужды.

Исходные данные для расчета: абсолютная влажность загружаемых в печь труб (после сушилки) ω = 3%; вес сухой трубы G₁ = 36 кг; размеры трубы: длина l = 1500 мм; диаметр d = 150 мм; толщина s = 15 мм; радиус r = 75 мм.

1) Расчеты при нагреве до 100⁰С.

Определяется количество испаряемой влаги по формуле:

кг (1.8)

Определяется активная поверхность теплообмена и испарения одиночной трубы:

м² (1.9)

Определяется количество влаги, приходящейся на 1 м² активной поверхности, по формуле:

кг/м², (1.10)

При съеме влаги примерно 0, 4 кг/м²·ч с активной поверхности F, время, необходимое для нагрева до 100⁰С, определяется по формуле:

часов, (1.11)

2) Расчеты для периода нагрева от 100 до 950⁰С.

Определяется допустимая скорость подъема температуры по формуле:

град/ч, (1.12)

где Δ t_доп – максимально допустимая разность температур в теле изделия при его нагреве или охлаждении, принимаемая равной 75⁰С; а – коэффициент температуропроводности материала, равный 40 м²/ч; S – толщина прогрева изделия, 0, 015 м.

Определяется время нагрева в интервале от 100 до 850⁰С по формуле:

часа, (1.13)

где t₁ и t₂ – температура в начале и конце интервала.

3) Расчеты для периода нагрева от 850 до 1100⁰С.

Принимая для этого периода Δ t_доп = 25⁰С определяется допустимая скорость подъема температуры по формуле (1.12)

град/ч

Определяется время нагрева изделия по формуле (1.13)

часа

4) Определяется время выдержки изделия при конечной температуре по формуле:

часа, (1.14)

5) Допустимая скорость охлаждения изделия в интервале температур от 1100 до 500⁰С определяется по формуле (1.12) при значении Δ t_доп = 55⁰С

град/ч

Определяется время охлаждения по формуле (1.13)

часа

6) Определяется допустимая скорость охлаждения по формуле (1.12) в интервале температур от 500 до 300⁰С при Δ t_доп = 125⁰С:

град/ч

Определяется время охлаждения по формуле (1.13)

часа

7)Общая продолжительность обжига изделий в печи равна суммарному времени нагрева, выдержки и охлаждения

(1.15)

Таким образом, по оптимальному режиму обжига, рассчитанному на основе допустимой разницы температур в теле изделия при его нагреве и охлаждении, общая продолжительность обжига составляет 46, 22 часа.

По результатам выполненных расчетов строится график температурного режима работы туннельной печи (рисунок 1.9).

Рис. 1.9 – Температурный режим обжига труб в туннельной печи

Расчет размеров рабочих зон туннельной печи.

1)Определяется требуемая емкость печи при заданной производительности часовой производительности печи П_ч = 21 шт./ч (с учетом потерь при сушке и обжиге, указанных в подразделе 1.1.5.2) по следующей формуле:

Е_п= Р_ч× τ _общ = 21× 46, 22= 970, 6; (1.16)

где τ _общ – продолжительность обжига изделий.

2) Определяется расчетная длина рабочей части обжигательного канала по формуле:

L_p= E_n × I_в/Е_в = (970, 6× 3)/150 = 19, 4; (1.17)

где Е_в - емкость одной вагонетки, равная 150 шт. (подраздел 1.1.5.3); I_в - габаритная длина вагонетки, равная 3 м с учетом технологических зазоров.

3) Определяется средняя скорость движения вагонеток в печи по формуле:

υ _ср= L_р/ τ _общ = 19, 4/46, 22 =0, 42 м/ч (1.18)

4) Определяется суммарная длина зон нагрева и обжига печи с учетом продолжительности режимов нагрева и охлаждения изделий по формуле:

L_н= (τ _но× L_p)/ τ _общ = 28, 67× 19, 4/46, 22 = 12 м, (1.19)

где _но – продолжительность процессов нагрева и обжига, равная 28, 67 часам.

5)Определяется длина зоны охлаждения печи с учетом продолжительности режима охлаждения изделий

L_ох = (τ _ох× L_p)/ τ _общ = (17, 55× 19, 4)/46, 22 = 7, 4 м, (1.20)

где τ _ох – продолжительность охлаждения процесса охлаждения, равная 17, 55 часам.

Расчет расхода условного топлива на технологические нужды.

Туннельная сушилка. При сушке сырца в туннельной сушилке расход теплоносителя на 1 туннель составляет 3000-10000 м³/час. Для расчетов туннельной сушилки примем расход теплоносителя, равный Р_т = 6500 м³/час.

1) Определяется часовой расход теплоносителя на 3 рабочих туннеля (принятых в дипломном проекте):

Р_{т, 3} = 6500х3 = 19, 5х10³ м³/ч

2) Определяется суточный и годовой расходы теплоносителя:

Р_{т, 24} = 19500х24 = 468000 = 46, 8х10⁴ м³

Р_{т, год} = 46, 8х10⁴х350 = 1638х10⁵ м³

Туннельная печь. При работе печи на газу нормативный расход газа на 1000 шт. труб составляет 1570 кг или 17400 м³/тыс.шт.

1) Определяется годовой расход газа:

Р_{м, год} = (147340х17400)/1000 = 2563716 м³

2) Определяется суточный расход газа:

Р_{м, сут}= (2563716/350) =7325 м³

3) Определяется часовой расход газа:

Р_{м, час} = (7325/24) = 305 м³

Результаты выполненного расчета сведены в таблицу 1.23.

Таблица 1.23

Расход условного топлива на технологические нужды (на сушку и обжиг изделий) завода

Расчет расходов тепла на непроизводственные нужды.

К расходам на непроизводственные нужды относятся расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение на заводе.

1) Определяется максимальный часовой расход тепла на отопление и вентиляцию здания по формуле:

Q_m =[aq₀ (t_ВН – t⁰_Н) +q_В (t_ВН – t^в_Н)]× V (1.21)

Q_m =[0, 95× 0, 36× (23 - (-25))+0, 1× (23-(- 10))]× 34992 = [0, 342× 48+3, 3]× 34992 = 574428 кДж/ч,

где а – коэффициент, учитывающий изменение удельной тепловой характеристики в зависимости от климатических условий, принимаемый равным 0, 95 для условий Западно–Казахстанской области; q₀ – тепловая характеристика здания для отопления, равная 0, 36; t_вн – расчетная температура внутри здания, равная (23⁰С); t⁰_н – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, равная (-25); q_в – тепловая характеристика здания для вентиляции, равная 0, 1; t^в_н – расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, равная(-10); V- объем здания, равный (108× 30× 10, 8) = 34992 м³.

2) Определяется продолжительность отопительного сезона (с 15 октября по 15 апреля):

Т= 6× 30× 24 = 4320 ч

3) Определяется расход тепла на отопление и вентиляцию здания за отопительный сезон по формуле:

Q_с = Q_m × Т= 574428 × 4320 = 2481, 5× 10⁶ кДж/сезон, (1.22)

4) Проектируемый трубный завод получает тепло в виде пара с городской малой ТЭЦ. Исходя из этого, определяется часовой расход пара на отопление и вентиляцию:

кг/ч, (1.23)

где Q_m - тоже, что и в формуле (1.20); i_n – энтальпия пара, поступающая в подогреватель, равная 2574; i_k – энтальпия конденсата, равная 20; η – коэффициент полезного действия, равный 0, 8.

5) Определяется расход пара на весь отопительный сезон:

(1.24)

кг/сезон,

6) Определяется расход тепла на горячее водоснабжение всех рабочих и служащих завода, работающих в 3-х сменах в сутки:

(1.25)

;

где К – коэффициент, учитывающий количество людей пользующихся душем одновременно, принимается равным 0, 75; m – норма потребления горячей воды на одного человека, принимаемая равным 40-50 кг согласно санитарным нормам; n – количество людей, работающих на заводе в течение суток во всех сменах, принимаемое равным 34; c – теплоемкость воды; t_г – температура горячей воды, равная 65⁰С; t_х.ср - средняя температура холодной воды, равная 10⁰С.

7) Определяется суточный расход пара на горячее водоснабжение по формуле:

кг/сут, (1.26)

8) Определяется годовой расход пара на горячее водоснабжение в виде:

Р_гвг = 33х305 =11550 кг/год

Результаты выполненного расчета сведены в таблицу 1.24.

Таблица 1.24

Расходы тепла и пара на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение производственного здания