Проектирование и расчет туннельной печи для обжига сантехнической керамики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проектирование и расчет туннельной печи для обжига сантехнической керамики

Курсовой проект

Пояснительная записка

 

 

 

Оглавление

 

 

ВВЕДЕНИЕ 3

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 5

1 ВЫБОР ИЗДЕЛИЯ 6

2 ВЫБОР РЕЖИМА ОБЖИГА 7

3 РАСЧЁТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА 9

4 РАСЧЁТ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ 12

5 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЗОНЫ ОБЖИГА 14

5.1 Приход тепла 14

    5.2 Расход тепла 16

6 АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ЗОНЫ ОБЖИГА 18

7 ВЫБОР ДЫМОСОСОВ 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 23

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В туннельной печи зона обжига неподвижна, а обжигаемый материал перемещается на вагонетках, ленточных или роликовых  конвейерах по сквозному туннелю  навстречу теплоносителю. Длина  обжигательного канала 48—108, ширина 1,7—4,7, рабочая высота 1,3—1,9 м. Туннельные печи   бывают одно-  и  многоканальными, щелевыми, с прямолинейным и кольцевым (реже) обжигательным каналом. Нагрев изделий может производиться способами прямого огня и через экраны-муфели. В печах открытого пламени изделия соприкасаются с продуктами горения, поэтому возможно их засорение золой и несгоревшими частицами топлива. В муфельных печах это исключено, так как нагрев изделий осуществляется через муфели. Этот способ дороже, но позволяет получать изделия более высокого качества. Перспективны также печи с радиационным нагревом, при котором стены печи выполняют из отдельных излучающих панелей, способных за 1—2 мин нагреваться до 1300 °С. Туннельная печь (рис. 14) имеет три зоны: подогрева, обжига и охлаждения. 
В зоне подогрева температура повышается со скоростью 50 °С/ч до 100 °С, затем со скоростью 150°С/ч до 750—800 °С. Затем скорость нагрева несколько снижается и повышается снова в зоне обжига. Охлаждение после обжига медленное за счет теплопотерь в окружающую среду, а с 500 до 50 °С скорость охлаждения повышается до 120°С/ч. Большая часть производственного времени (60—65%) при обжиге отводится зонам подогрева и охлаждения, так как в этих зонах возможно появление наибольшего количества дефектов.

Рис. 1.1 Туннельная печь Гипрострома (Киев) а — зона подогрева; б — зона взвара (1 — кладка печи; 2 — воздухопровод; 3 — газопровод); в — схема тепловых зон

 
Рис. 1.2 Садка кирпича на вагонетку при обжиге

а — твердым топливом; 6 — природным газом

 

 
Рис. 1.3 Варианты рациональной садки санитарно-технических изделий а. б — умывальных столов; в, г — унитазов

 

 

 

Срок обжига кирпича  и пустотелых камней в туннельных печах составляет 18—32 ч; из них в  зоне охлаждения изделия находятся 10—15 ч. Применение глинистого сырья, мало чувствительного к сушке, позволяет использовать тепловые агрегаты, совмещающие сушку и обжиг. Это снижает трудовые затраты на 35%, расход топлива на 20—25% и себестоимость изделий на 25—30%, позволяет автоматизировать производство. В производстве изделий строительной керамики должно найти широкое применение использование вакуума для обжига изделий. Этот способ в 2—10 раз сокращает длительность обжига в сравнении с обжигом в обычных условиях, снижает на 100—200 °С температуру обжига, на 20—37% расход электроэнергии, увеличивает прочность и морозостойкость изделий.

Режим обжига в туннельных печах назначают в зависимости  от вида, формы, размеров обжигаемых изделий  и вида теплоносителя.

Интенсивность и качество обжига также зависят от вида садки  кирпича-сырца на вагонетки, который  выбирают в соответствии с типом  изделий, уровнем механизации погрузочно-разгрузочных работ, видом топлива, методом его  сжигания, размером обжигательного канала. Садка сырца прямая плотностью 200—280 шт. на 1 м³ объема канала печи. Должна быть прочной и устойчивой, не препятствовать равномерному прогреву всего сырца (рис. 15). При обжиге санитарно-технических изделий применяют плотную садку (рис. 16) как наиболее экономичную.

К преимуществам туннельных печей относятся: механизация и  автоматизация процесса обжига, улучшенные санитарно-гигиенические условия  работы и большая производительность по сравнению с кольцевыми печами. Недостатками туннельных печей являются быстрый износ вагонеток, большие  перепады температур в различных  зонах печи.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

1. ВЫБОР ИЗДЕЛИЯ

Выбор изделия для расчета  туннельной печи я решила осуществить  из номенклатуры изделий санитарно-технической керамики, выпускаемых ОАО “Завод керамических изделий”

Табл.1.1 Номенклатура выпускаемых изделий

Наименование изделий	Артикул	НТД
Унитаз тарельчатый с косым  выпуском без цельнолитой полочки	УН1БД 000	ГОСТ 30493-96
Унитаз тарельчатый с прямым  выпуском без цельнолитой полочки	УН2 БД000	ГОСТ 30493-96
Унитаз тарельчатый с косым  выпуском без цельнолитой полочки (детский)	УН0БД 000	ГОСТ 30493-96
Унитаз воронкообразный с  цельнолитой  полочкой “Волна”	УН5БД 000 С	ТУ 4969-040-00288030-2002
Унитаз воронкообразный “Волна”  с прямым выпуском	УН3БД0001С	ГОСТ 30493-96
Бачок смывной, устанавливаемый на унитазе, с верхним выпуском	БЧ1БД 000	ГОСТ 30493-96
Бачок смывной “Волна”, устанавливаемый  на унитазе, с верхним пуском	БЧ5БД000С	ТУ 4969-040-00288030-2002
Умывальник овальный 2-ой величины	УМ2БД000	ГОСТ 30493-96
Умывальник овальный 3-ей величины с  переливом	УМ3БД000	ГОСТ 30493-96
Умывальник овальный “Волна”,  с  переливом	УМ9БД000	ТУ 4969-040-00288030-2002
Умывальник детский без перелива	УМ1БД000	ГОСТ 30493-96
Пьедестал 3-ей величины	ПЕ3БД000	ГОСТ 30493-96
Пьедестал “Волна”	ПЕ5БД000  С	ТУ 4969-040-00288030-2002
Писсуар настенный малый                                    большой	ПИ1БД000 ПИ2БД000	ГОСТ 30493-96
Унитаз “Волна” модернизированная	УН5БД000СМ	ТУ 4969-040-00288030-2002
Унитаз “Бриз”	УН4БД000 С	ТУ 4969-025-00288030-2002
Бачок смывной “Бриз”, устанавливаемый  на унитазе с верхним пуском	БЧ4 БД 000	ТУ 4969-025-00288030-2002

 

 

Из представленных изделий  я выбрала Умывальник Урал 2 величины  с 1 отв

 

Характеристики : 

Размер изделия  420×550×200 мм

Вес изделия в сборе 15,1 кг

 

Рис.1.4 Умывальник керамический овальный 

2 ВЫБОР РЕЖИМА ОБЖИГА

 

Понятие обжиг включает в себя комплекс последовательно  происходящих в обжигательной печи процессов: подогрев исходного материала, доведение температуры обжигаемого  материала до установленного для  него максимума со всеми регламентированными  технологией температурными и газовыми выдержками (в окислительной, восстановительной  или нейтральной газовой среде) и охлаждение готовой продукции. Время от начала подогрева исходного  материала до окончания охлаждения готовой продукции называется циклом обжига.

Керамические изделия  подвергают преимущественно двукратному  обжигу, но существует и однократный  обжиг изделий. На однократный обжиг  поступают изделия, прошедшие сушку и глазурование. При двукратном обжиге на первый (утильный) обжиг поступают высушенные неглазурированные изделия, на второй (политой) обжиг поступают изделия, прошедшие утильный обжиг и глазурование, т.е. изделия, на обожженный материал которых нанесена глазурная суспензия.

Назначение утильного обжига заключается в том, чтобы придать черепку прочность, достаточную для глазурования и транспортирования изделий, а также обеспечить максимально возможную степень дегазации (дегидратации) массы.

Используют две схемы  двукратного обжига изделий:

1. Утильный обжиг осуществляется при температуре значительно ниже температуры политого обжига;

2. Температура утильного обжига превышает температуру политого обжига.

По первой схеме обжигаются, например, фарфоровые изделия, т. е. первый обжиг осуществляется при температуре 850-1000°С, второй - при 1260-1450°С. При производстве же фаянсовых изделий используют вторую схему, когда температура  первого обжига составляет 1280°С, а  второго (после глазурования) - 1140-1160°С.

Мы при проектировании и расчете туннельной печи для  обжига сантехнических изделий будем  использовать фаянсовую схему.

В процессе первого обжига из изделий удаляется механически  связанная и гигроскопическая вода (при температуре 110-130°С), происходит дегидратация глинистого вещества, и  частичное удаление химически связанной  гидратной воды (при температуре 500-600°С), выгорание органических веществ  и частичная декарбонизация (термическое  разложение) углекислых магния MgCO3 и кальция СаСО3. В результате этих физико-химических процессов керамический полуфабрикат приобретает механическую прочность и освобождается от газообразных составляющих массы. Степень освобождения зависит от температуры и продолжительности обжига. Чем выше температура и продолжительность обжига, тем меньше в массе полуфабриката остается газообразных продуктов, тем выше качество политого обжига и продукции в целом.

Однако температура первого  низкотемпературного обжига может  повышаться до определенного предела, после которого ее рост нежелателен, так как при этом резко снижается  пористость черепка по водопоглощению и затрудняется процесс глазурования изделий.

 

Рис.2.1 Кривая обжига изделий ССК для туннельной печи

 

 

 

Рис.2.2 Тип садки изделий

3 РАСЧЁТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

 

Исходные данные:

Топливо- газ, месторождение  Медвежье, 11 скважина.

CO₂   =  0,02 %

CH₄  =  99,1 %

C₂H₆ = 0,10 %

C₃H₈ = 0,006 %

C₄H₁₀ = 0,002 %

C₆ + высшие  < 0,01 %

N₂ = 0,7 %

∑= 0,02+99,1+0,10+0,006+0,002+0,01+0,7 = 99,928 %

 

Приведём к 100 % :

CO₂   =  0,0200 %

CH₄  =  99,1714 %

C₂H₆ = 0,1001 %

C₃H₈ = 0,0060 %

C₄H₁₀ = 0,0020 %

N₂ = 0,7005 %

∑= 0,0201+99,1714+0,1001+0,0060+0,0020+0,0100+0,7005 = 100 %

 

Q^р_н = 358,2СH₄+637,5 C₂H₆+912,5 C₃H₈+1186,5 C₄H₁₀+1460,8 C₅H₁₂

Q^р_н = 358,2∙99,1714 +637,5∙ 0,1001 +912,5 ∙0,0060 +1186,5 ∙0,0020 =

=  35594, 8463 кДж/кг

 

Расход воздуха

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

L_o= 0,0476 (2∙ 99,1714  + 3,5∙ 0,1001  +5∙ 0,0060  + 6,5∙ 0,0020) =

= 9,4598  нм³/нм³

 

Расход атмосферного воздуха

L’_o = (1+0,0016 ∙d) ∙L_o

L’_o = (1+0,0016 ∙16) ∙9,4598  = 9,7020 нм³/нм³

 

Расход сухого воздуха

α=1,2

L _α = α ∙L_o = 1,2 ∙ 9,4598 = 11,3518 нм³/нм³

L’ _α=(1+0,0016 ∙d) ∙ L _α

Действительный расход атмосферного воздуха

L’ _α=(1+0,0016 ∙16) ∙ 11,3518 =11,6424 нм³/нм³

Объёмы продуктов горения

V_CO2= 0,01 ∙( CO₂ + CH₄ + 2∙ C₂H₆ + 3∙ C₃H₈+ 4∙ C₄H₁₀+ 5∙ C₅H₁₂)

V_CO2= 0,01 ∙( 0,0201  + 99,1714  + 2∙ 0,1001 + 3∙ 0,0060 + 4∙ 0,0020 ) =

=0,9942 нм³/нм³

 

V_H2O=0,01 ∙( 2∙CH₄ + 3∙ C₂H₆ + 4∙ C₃H₈+5∙ C₄H₁₀+ 6∙ C₅H₁₂+ H₂O+0,16∙d∙ L _α)

V_H2O= 0,01 ∙( 2∙99,1714 + 3∙ 0,1001 + 4∙ 0,0060 + 5∙ 0,0020 + 0,16∙16∙ 11,3518)= = 2,2774 нм³/нм³

 

V_N2=0,79∙ L _α +0,01∙N₂

V_N2=0,79∙ 11,3518+0,01∙0,7005 = 8,9749 нм³/нм³

 

V_O2=0,21∙( α -1) ∙L_o

V_O2=0,21∙( 1,2 -1) ∙9,4598  = 0,3973 нм³/нм³

 

V _α = V_CO2 + V_SO2+ V_H2O + V_N2+ V_O2     при α > 1

V _α = 0,9942 + 2,2774 + 8,9749+ 0,3973 = 12,6438 нм³/нм³

 

Определяем процентное содержание продуктов горения по пропорции 

CO₂=100/ V _α∙ V_CO2 = 100/12,6425∙0,9942=7,8638 %

H₂O=100/ V _α∙ V_H2O= 100/12,6425∙2,2774 =18,0138 %

O₂=100/ V _α∙ V_O2= 100/12,6425∙0,3973 =3,1427 %

N₂=100/ V _α∙ V_N2= 100/12,6425∙8,9749 =70,9907 %

 
Определяем влагосодержание продуктов  горения:

d = 804∙ V_H2O/ (1,977∙ V_CO2+1,251∙ V_N2+1,429∙ V_O2)

d = 804∙ 2,2771 / (1,977∙ 0,9941+1,251∙ 8,9741 +1,429∙ 3,1418)=

= 133,0591  г/кг сух.газа

 

Табл. 3.1 Баланс горения топлива

Приход			Расход
формулы	кг	%	Формулы (∙100)	кг	%
CH4  =  99,1714 ∙0,717	71,1059	4,5620	CO2=0,9942∙100∙1,977	196,5486	12,6059
C2H6 = 0,1001 ∙1,356	0,1357	0,0087	N2=8,9749∙100∙1,251	1122,7639	11,7435
C3H8 = 0,0060 ∙2,020	0,0121	0,0008	O2=0,3973∙100∙1,429	56,7599	72,0102
C4H10 = 0,0020 ∙2,840	0,0057	0,0004	H2O=2,2774∙ 100∙0,804	183,1011	3,6404
N2 = 0,7005 ∙1,251	0,8763	0,0562	невязка	0,5154	0,0331
O2= Lo/0,0476∙α ∙ρO2	340,7926	21,8645
N2 = Lo/0,0476∙α ∙ρN2 ∙3,762	1122,3649	72,0084
W=0,16 ∙d ∙L α∙ρH2O	23,3647	1,4990
всего	1558,6581	100	всего	1559,1734	100

 

 

Невязка баланса 100∙0,5154/1558,6581 = 0,0331 %

 

Энтальпия горения топлива