Ямная пропарочная камера

СОДЕРЖАНИЕ

1   ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1  Обоснование выбора типа проектируемой установки

1.2  Описание конструкции и принципа действия тепловой установки

2.    ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1  Режим работы тепловой установки и характеристика теплоносителя

2.2 Исходные данные

3    РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1  Расчёт процесса горения  топлива

3.2  Технологический расчёт установки

3.3  Тепловой расчёт установки

4 ТЕХНИКА БЕЗОПАСТНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ

5 Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

 

1.1 Обоснование выбора типа проектируемой установки

Тепловлажностная обработка железобетонных изделий является одним из наиболее длительных процессов в технологии производства. Сущность ее состоит в том, что при повышении температуры среды скорость реакций гидратации значительно увеличивается, т. е. процесс твердения ускоряется и изделия в более короткий срок, чем при обычной температуре, приобретают механическую прочность, допускающую их транспортировку и монтаж. Железобетонные изделия разнообразны по своим геометрическим размерам и форме, составу бетонной смеси, свойствам готового бетона, способам формования и отделки поверхностей. Этим и объясняется применение весьма разнообразных установок для тепловлажностной обработки в производстве сборного железобетона.

При производстве широкопрофильного ассортимента изделий поточно- агрегатной технологией применяют ямные пропарочные камеры. . Преимущество ямных камер перед другими агрегатами для тепловлажностной обработки состоит в том, что в каждой камере можно осуществить оптимальный для данного вида изделий режим тепловлажностной обработки. Главным же недостатком является повышенный расход пара в связи с периодичностью работы.

1.2 Описание конструкции и принципа действия тепловой установки

Ямная камера имеет прямоугольную форму. Высота камеры составляет 2,6 метра, ширина – 3,8 метра, длина – 6,8 метра. Она заглублена в землю на 2 метра. Пол камеры бетонный и имеет уклон 0,005 для стока конденсата. Стены железобетонные и имеют отверстия для подключения к вентиляционному каналу, сообщения с атмосферой в период охлаждения и для ввода паропровода. Сверху камеру закрывают съемной крышкой, представляющей собой жесткую рамную конструкцию, заполненную теплоизоляцией. Крышку делают с уклоном 0,01 чтобы капли конденсата не падали на изделия.

Уплотнение между камерой и крышкой выполнено в виде гидравлического затвора, представляющего собой желоб, образованный швеллерными балками, уложенными по периметру стен. Желоб заполняется водой, в которые погружены края крышки. Подачу пара производят через перфорированные трубы, расположенные у пола и верха камеры, а также по периметру. Диаметр отверстий 3-5 мм. 
Камера работает по следующему принципу. Козловой кран загружает отформованные изделия в камеру и устанавливает их на специальные кронштейны по высоте. Когда изделия заполнят камеру, ее закрывают крышкой и начинается впуск пара. Камеру заполняют паром до тех пор, пока весь воздух в камере не будет замещен чистым паром. Период подогрева завершается, когда поверхность изделий нагреется до температуры теплоносителя. Во втором периоде тепловлажностной обработки количество подаваемого пара меньше, чем в первом. В этот период происходит выравнивание температур по сечению изделий. По окончании периода изотермической выдержки подачу пара прекращают. В период охлаждения камеры вентилируют. Остывшие изделия выгружают, и цикл повторяется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

2.1 Режим работы тепловой установки и характеристика теплоносителя

В качестве теплоносителя при тепловлажностной обработке изделий широкое распространение получили пар и паровоздушная смесьДавление  
В качестве теплоносителя в проектируемой установке используется водяной пар с параметрами:

1. Температура t1=100 Со; t2=20   Со

2. Энтальпия h’’=2674,9 кДж/кг

3.  Плотность ρ = 0,5896 кг/м3

4.  Давление P = 1 бар

Режимом тепловлажностной обработки называют условия  окружающей среды, то есть температура, влажность и давление, воздействующих на изделие в течение определённого времени и обуславливающих оптимальную для данного изделия скорость набора прочности. 
Теплофизические свойства бетона при тепловлажностной обработке изменяются в зависимости от условий окружающей среды. Чтобы не нарушать структуру бетона, необходимо назначить скорость подъёма и снижения температуры так, чтобы строго соблюдался установленный для данного бетона режим тепловлажностной обработки. 
τ1 - Продолжительность подъёма температуры – 1 часа. 
τ2 - Продолжительность изотермической выдержки – 4 часа. 
τ3 - Охлаждение изделий – 3 часа.В соответствии с нормами технологического проектирования предприятие сборного железобетона для определения режима работы установки периодического действия принял: 
Количество рабочих суток за 1 год - 253 дней. 
Количество рабочих смен в сутки - 3 смены. 
Продолжительность смены - 8 часов. 
Годовой фонд времени работы тепловой установки, ч. 

T= 253 · 3 · 8 = 6072 часа.

 

 

     

 

 

2.2  Исходные данные

Производительность цеха, м3/год - 13400 
Тип изделия - плиты перекрытия  
Изделия размером , мм - 5960 x 2960 x 300 
Объём бетона в изделии (Vизд.), м3 - 1,07  
Расход арматуры, (mа), кг/изделие - 90 
Марка цемента - 400 
Расход цемента, кг/м3 - 260 
Расход воды, (В), кг/м3 - 127 
Плотность бетона, (ρ), кг/м3 - 2200 
Расход форм, (mа), кг/м3 - 2400 
Начальная температура бетона, (t1)оC - 20 
Конечная температура нагрева бетона (t2)оC - 100 
Режим тепловой обработки:  1+4+3+3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3    РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1  Расчёт процесса горения топлива

Топливо Журавского месторождения

СО2 =78

С2H6=11

С3H8=4

СО2=3

N2=4

Составляем реакции горения.

CO+ 0.5 О2 = СО2

C2H6+3,5O2=2CO2+3H2O

C3H8+5O2=3CO2+4H2O

Определяем теоретический расход воздуха

Vтеор.=

где      0,21 – объёмная доля кислорода в воздухе;

CH4– процентное содержание горючих газов, входящих в состав топлива.

Vтеор.=

=10,2м3/м3

 

Определяем действительный расход воздуха

Vдейств.= α · Vтеор. м³/м³

где    α – коэффициент избытка воздуха; α=1,05-1,2

Vтеор.  – теоретический расход топлива.

Vдейств=1,2∙10,2=12,24 м³/м³.

Определяем состав дымовых газов и их количество

1) Vco2=

Vco2=

=1,1 м³/м³.

2) VH2O=

VH2O=

=2,05 м³/м³.

3) VN2=

где 0,79 – объёмная доля азота в воздухе;

Vдейств– действительный расход воздуха, м³/м³.

VN2

 

4) VОизб=0.21·(Vдeйств –Vтеор)

где 0,21 – объёмная доля кислорода в воздухе;

VОизб=0,2·(12,24-10,2)=0,428  м³/м³.

 

Переводим дымовые газы из объёмных долей в массовые;

m=V · ρ,

где    m – масса, кг;

V – объём, м³;

ρ – плотность, кг/м³.

m(CO2)=V(CO2) · ρ(CO2)

ρ(CO2)=

=1,96 кг/м³.

m(CO2)=1,1 · 1,96=2,15кг;

 

m(H2O)=V(H2O) · ρ(H2O)

ρ(H2O) =

=0,8 кг/м³.

m(H2O)=2,05 · 0,8=1,743кг;

 

m(N2)=V(N2) · ρ(N2)

ρ(N2) =

m(N2)=9,7 · 1,25= 12,125 кг;

m(O2изб)=V(O2изб) · ρ(O2изб)

(O2изб) =

m(O2изб)=0,428 · 1,43=0,612 кг.

Переводим топливо и воздух из объёмных долей в массовые;

mвозд=Vдeйств· ρвозд

ρвозд= 1,29 кг/м³.

mвозд=12,24 · 1,29= 15,79 кг.

Определяем плотность и объёмные доли элементов топлива

1. r(CH4)=

r(CH

)= 0,78

2. r(C2H6)=

r(C2H6)=

3. r(C3H8)=

r(C3H8)=

r(N2)=

r(N2)=

r(O2)

r(O2)=

µгаза=

∙ µCH4+ ∙µC2H6+ ∙µN2

µгаза=

∙ 16+ ∙12+ ∙µN2

ρтопл=

ρтопл=

=0,84 кг/ м³.

mтопл.=Vтопл∙ ρтопл

mтопл=1∙0,84=0,84

Составляем таблицу баланса горения топлива:

приходные статьи	количество		расходные статьи	количество
	Кг	%		кг	%
Топливо         Воздух	0,84         15,79	5,05         94,95	Продукты сгорания СО2 Н2О О2 N2	2,15 1,64 0,61 12,125	13,1 9,93 3,69 73,37
Итого	16,63	100	Итого	16,525	100

 

Невязка

Н=

Н=

=0,6%

-Расчет температуры горения:

Расчет температуры горения выполняется на основании теплового баланса процесса горения методом подбора.

Qрн = mп.г.· Сtп.г.· tx

где    mп.г – масса продуктов сгорания, кг

Qрн – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

Сtп.г –теплоемкость продуктов горения при их температуре, кДж/кг·К

tx – исходная температура, 0С.

Для того чтобы найти температуру, нужно получить неравенство

Q1< Qрн< Q2

Qрн = 358·CH4+637C2H6+912C3H8

Qрн= 385·78+637·11+912·4=40685 кДж.

t1=18000С

Q1=1800·(2.15·1,2179+1,64·2,3907+12,125·1,169+0,612·1,0886)=38483

t2=18000С

Q2=1900·(2,15·1,2259+1,64·2,4166+12,125·1,1748+0,612·1,0940)=40874

t теор. = t1 + ((Qрн - Q1 ) · ( t2 - t1 )) / ( Q2 – Q1 ), оС.

t теор. =1800+(40685-38483)·(1900-1800)/40874-38483=1805 0С

t действ. = t теор. · ŋ, 0С

где ŋ – пирометрический коэффициент, ŋ = 0,65-0,85

t действ.=0,8·1805=1444 0С

 

3.2  Технологический расчёт установки

Линейные размеры ямной пропарочной камеры (м)

Длина камеры

Lк = n·L + (п+1) ·L1

где: Lк – длина камеры, м 
       n – количество изделий, укладываемых по длине камеры 
       n = 1 - потому что длина изделия превышает 4м 
       L – длина изделия, м 
       L1 – расстояние между изделиями, изделием и стенкой камеры с учетом           дополнительного размера на форму в зазоре при укладке изделий в камеру 
       L1 = 0,4 м

Lк = 1·5960+(1+1) ·0.4=6.76

Ширина камеры

 

Вк = n1 ·В + (n1+1)·В1

где: Вк - ширина камеры, м 
              n1 – количество изделий, укладываемых по ширине камеры 
              n1 = 1 – потому что ширина изделия более 2 м 
              В – ширина изделий, м 
 
           В1 – расстояние между изделиями и стенкой камеры с учетом борта формы 
           В1 = 0,4 м

Вк =1·2,96+(1+1) ·0,4=3,76

Глубина камеры

Нк = n2· (Н+Н1)+Н2+Н3

где: Нк - глубина пропарочной камеры, м 
        п2 - число рядов изделий по высоте камеры 
        Н – высота изделий, м 
        Н1 – расстояние между отдельными изделиями по высоте (0,3 м) 
        Н2 – расстояние между нижней формой и дном камеры (0,15 м) 
        Н3 – расстояние между верхним изделием и крышкой камеры (0,05 м)

Нк =4·(0,3+0,3)+0,15+0,05=2,6

Определяем ёмкость камеры

Ек = Vизд ·nизд

где: Ек – ёмкость камеры, м3 
                  Vизд – объем бетона в изделии, м3 
                 nизд – число изделий в камере, шт