Проектирование и расчет туннельной печи для обжига сантехнической керамики

i_общ =  Q^р_н / V _α + i’_Т /V _α + i_в∙ L _α/ V _α  - q_дис ∙V _α

i_общ =  35594,8463/12,6438= 2815,2023 кДж

 

По i-t диаграмме находим температуру горения топлива теоритическую. Чтобы найти практическую :

T_теор = 1730 ºС

T_практ.= T_теор∙ή  , ή=0,6-0,85

Пирометрический коэффициент  принимаем равным  ή = 0,75

T_практ.= 0,75 ∙ 1730 = 1297,5 ºС

 

 

4 РАСЧЁТ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ

 

τ_общ = 13,38 ч.

τ_охл = 4,38 ч.

τ_обж =4 ч.

τ_подогр =5 ч.

производительность Р = 35 тыс.т/год

Часовая производительность

Р_час = 35000/(24∙ 365) ∙ 0,95∙0,94 = 3,5679 т/ч

 

Емкость печи

Е_печи = Р_час ∙ Τ_общ = 3,5679 ∙ 13,38 = 47,7388 т

 

Выбор вагонеток

Выбираем  вагонетку печную СМ-168Б (производство ОАО Ухоловский завод "Строммашина", Рязанская область, р.п. Ухолово, ул. Заводская, д. 58), со следующими размерами

l_ваг= 3040 мм

h_ваг= 1300 мм

b_ваг= 2854 мм

 

h_п.к= h_ваг+ h_сад+ h_з= 1,3 + 0,42 + 0,05 = 1,77 м

b_п.к= b_ваг+ b_з= 2,854 + 0,2= 3,054 м

 

Вес садки 

G_садки = n ∙ m, n-количество изделий на 1й вагонетке, шт., m- вес 1го изделия, т

G_садки = 75∙0,0151= 1,1325т

 

Определяем длину печи

L_печи= Е_печи / G_садки ∙ l_ваг = 47,7388∙3,04/ 1,1325 = 128,15 м

 

Количество вагонеток 

n_ваг = L_печи/ l_ваг= 128,15/3,04 = 42,15 шт

Принимаем 42 шт.

L^действ_печи= n_ваг ∙ l_ваг = 42 ∙ 3,04 = 127,68 м

Разделим длину печи на зону подогрева, обжига и охлаждения:

 

L^теор_охл⁼ τ_охл/τ_общ ∙ L^действ_печи = 4,38/13,38∙ 127,68 = 41,79 м

n_охл = L_охл / l_ваг = 41,79 / 3,04 = 13,75 шт., принимаем n_охл =14 шт.

L^практ_охл= n_охл∙ l_ваг = 14∙ 3,04= 42,56 м

 

L^теор_обж⁼ τ_обж/τ_общ ∙ L^действ_печи = 4/13,38∙ 127,68 = 38,17 м

n_обж = L_обж / l_ваг = 38,17/3,04 = 12,56 шт., принимаем n_обж =13 шт.

L^практ_обж= n_обж∙ l_ваг = 13 ∙ 3,04 = 39,52 м

 

L^теор_подогр⁼ τ_подогр/τ_общ ∙ L^действ_печи = 5/13,38∙ 127,68 = 47,71 м

N_подогр = L_подогр/ l_ваг = 47,71 /3,04= 15,49 шт., принимаем n_подогр = 15 шт.

L^практ_подогр= n_подогр∙ l_ваг = 15∙ 3,04= 45,60 м

 

Скорость движения вагонетки:

U_ваг= n/ τ_общ= 42 /13,38 = 3,14 ваг/ч

 

Время выхода 1й вагонетки :

τ = 60/ U_ваг = 60/3,14 = 19,11 мин/ваг

 

Объём печного канала:

V_{печ.кан} = L_к∙b∙h = 127,68∙3,054∙ (1,77 – 1,3) = 183,27 м³

 

Плотность садки на 1 м³ печного канала:

g = E/V = 47,7388 /188,03 = 0,260т/ м³

 

Количество вагонеток, выходящие  за сутки :

N_сут= U_ваг∙24 = 3,14 ∙ 24= 75 шт

 

Производительность

Р_р = Р_час/ (L^действ_печи∙ b_ваг)= 3,5679/(127,68∙ 2,854)= 0,0098 т/м²∙ч

 

5 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЗОНЫ ОБЖИГА

 

 

Q_г + Q_в’ + Q_в’’ + Q_мат’ + Q_ваг’ = Q_ваг’’ + Q_мат’’ + ∑Q_ос + Q_дым

 

Q_г – тепло, вносимое при горении топлива

Q_в’- тепло, вносимое воздухом

Q_в’’-  тепло, вносимое подогретым воздухом

Q_мат’- тепло материала

Q_ваг’- тепло вагонеток

Q_ваг’’- тепло, уносимое вагонетками

Q_мат’’- тепло, уносимое материалом

Q_дым – тепло, теряемое с дымовыми газами

∑Q_ос  - тепло, которое уходит в окружающую среду

5.1 Приход тепла

 

Q_г =Q^р_н ∙В = 35594, 8463 ∙ В кДж/кг

 

Q_в’= L_α ∙ i_в  ∙ В = 11,3518∙ 1110 ∙ B = 12600,4980 ∙ B    кДж/м³∙ град

Q_в’’ = 0

 

Q_мат’= (t _мат ∙ С_мат) ∙ Р_час = (1100∙(0,837+0,000264∙1100)) ∙3,5679 = 4424,6955 кДж ∙т/ ч = 1229,0821 кДж /кг/с

 

Q_ваг’= m¹_слоя  ∙ n^обж_ваг  / τ ∙ i¹_слоя + m²_слоя  ∙ n^обж_ваг  / τ ∙ i²_слоя + m³_слоя  ∙ n^обж_ваг  / τ ∙ i³_слоя

 

Выбираем три слоя вагонетки:

 

Кладка пода: состоит  из шамота (1-й слой), глиняного кирпича (2 слой) Толщина шва 0,002м. Сама вагонетка состоит из стали. (3 слой) По данным программы были произведены расчеты и получены следующие данные, указанные в табл.2

 

 

 

Табл. 5.1.1 Выводы, рассчитанные по программе.

материал	Толщина мм.	Температура на границе со следующим  слоем 0С	Коэффициент теплопроводности Вт/(м*К)
Стенка
Шамот	350	941,31	0,13852198
Шамот легковес	350	316,82	0,57381340
Кирпич глиняный	235	42,50	0,87706182
Плотность теплового потока, теряемого через обмуровку = 0,102383 кВт/м2 Скорость потока V = 0,8 м/с
Под (на входе) (1100 ºС)
Шамот	200	766,53	0,12972883
Кирпич глиняный	300	62,31	0,92148611
Сталь	100	57,51	0,45000000Е+2
Плотность теплового потока, теряемого  через обмуровку  = 0,216312 кВт/м2 Скорость потока V = 0,8 м/с
Под (на выходе) (1200 ºС)
Шамот	200	841,64	0,13533248
Кирпич глиняный	300	65,75	0,93758354
Сталь	100	60,37	0,45000000Е+2
Плотность теплового потока, теряемого  через обмуровку  = 0,242482 кВт/м2 Скорость потока V = 0,8 м/с
Свод
Шамот	200	928,48	0,13811139
Шамот  легковес	200	267,84	0,56763230
Бетон жаростойкий	100	54,13	0,87733785
Плотность теплового потока, теряемого  через обмуровку = 0,187502 кВт/м2 Скорость потока V = 0,8 м/с

 

На входе в зону обжига        

 

Определим вес слоёв:

m¹_слоя = ρ ∙ V = 1900∙ (2,854∙ 3,040∙ 0,2) =  3296,9408 кг

m²_слоя =1800∙ (2,854∙ 3,040∙ 0,3) =  4685,1264 кг

m³_слоя =7800∙ (2,854∙ 3,040∙ 0,1) =  6767,4048 кг

Энтальпии материала при  заданной температуре:

i¹_слоя = (0,837+0,000264∙1000) ∙ 766,53= 796,6788 кДж/кг

i²_слоя = (0,837+0,000264∙550) ∙ 62,31 = 53,1785 кДж/кг

i³_слоя = 0,48 ∙ 57,51 = 27,6048 кДж/кг

 

Q_ваг’= (3296,9408 ∙ 13 / 4 ∙ 796,6788)  + (4685,1264   ∙ 13  / 4  ∙ 53,1785) + (6767,4048∙13 / 4  ∙ 27,6048  )  = 9953331,2830 кДж

 

∑ = 35594, 8463 ∙ В + 12600,4980 ∙  B  + 1229,0821 + 9953331,2830 = 48195,3443∙ B   + 9954560,3651

5.2 Расход тепла

 

На  выходе из зоны обжига

 

Энтальпии материала при  заданной температуре:

i¹_слоя = (0,837+0,000264∙841,64) ∙ 841,64= 891,4592 кДж/кг

i²_слоя = (0,837+0,000264∙65,75) ∙ 65,75= 64,8530 кДж/кг

i³_слоя = 0,48 ∙ 60,37 = 28,9776  кДж/кг

 

Q_ваг’’=  (3296,9408   ∙ 13 / 4 ∙ 891,4592)  +  (4685,1264 ∙ 13  / 4  ∙ 64,8530)  + (6767,4048   ∙ 13  / 4  ∙ 28,9776 )  = 11176866,7325 кДж

 

Q_мат’= (t _мат ∙ С_мат) ∙ Р_час = (1200∙(0,837+0,000264∙1200)) ∙3,5679 = 4939, 9716 кДж ∙т/ ч = 1372, 2143 кДж /кг/с

 

Q_дым = V_α ∙ i_в  ∙ В = 12,6438∙1855,3 ∙ В = 23458,0421 ∙ В

 

Потери тепла в окружающую среду состоят из:

Q_ос = Q_под+ Q_свод + Q_ст

Q_ос = ∑(ρ_потока ∙ F ∙ 3600)

 

Потери тепла через под печи

Q_под = (0,242482+0,216312)/2 ∙ 3600∙ (3,040∙ 2,854∙ 13 ) = 93145,3415 кДж

 

Потери тепла через свод печи

Q_свод =  0,187502 ∙ 3600∙ (39,52∙ 3,054) = 81469,373 кДж

 

Потери тепла через стенку печи

Q_ст = 0,102383∙ 3600 ∙ 2∙ (39,52∙ 0,47) =13692,26 КДж

 

ΣQ_ос =93145,3415 + 81469,373 +13692,26 = 188306,9747 кДж

 

∑ = 11176866,7325 +1372, 2143+188306,9747 +23458,0421 ∙ В = 11366545,9214 +23458,0421 ∙ В

 

Q_г + Q_в’ + Q_в’’ + Q_мат’ + Q_ваг’ = Q_ваг’’ + Q_мат’’ + ∑Q_ос + Q_дым

 

48195,3443∙ B + 9954560,3651=11366545,9214 +23458,0421∙В

24737,3022 ∙ B = 1411985,5563

B = 57,0792 м³/ч

В = 57,0792 /3600 = 0,0159 м³/сек

 

 

6 АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ  ЗОНЫ ОБЖИГА

 

Поскольку расход воздуха  В = 0,0159 м³/сек

Тогда необходимо составить  пропорцию

0,0159        1                

х                11,6424                      → х = 11,6424∙0,0159 = 0,1846

 

расход на садке = 0,1846 + 0,0159 = 0,2004

 

Сечение каналов принимаем равным  0,3 ∙ 0,3 м

Подача воздуха V = 0,2004 ∙ 3600 = 721,6181 м³/ч

 

Местные сопротивления 

dP_местн = К∙ ρ_o ∙ (1+bt) ∙ W_o²/2

 

Сопротивления трения

dP_тр = 2 ∙ λ ∙ ρ_o ∙(1+bt)∙ W_o²/2 ∙ L/d

 

Геометрические cопротивления

dP_геом = h ∙ 9.81 ∙ 2 ∙(P₂-P₁)

 

∑dP = dP_местн + dP_тр  + dP_геом

 

В_о –расход воздуха, м.куб./сек      

F - площадь сечения, м.кв      

W_o - скорость движения газа, м./сек     

t - температура средняя,  град      

ρ_o - плотность газа при нормальных условиях,  кг/м.куб   

Л - коэф-т сопротивления  трения (для кирпичных труб - 0,035-0,5; для металлических - 0,025-0,03)

L - длина участка, м      

d - диаметр канала, м      

К - коэф-т местного сопротивления     

h - высота канала, м 

 

 

 

Рис.6.1 Схема высасывания  отходящих газов

 

Результаты расчётов заносим  в таблицу 6.1

 

 

Рис.6.2 Схема расположения воздуховодов в зоне обжига по порядковым номерам вагонеток 

 

 

 

 

7 ВЫБОР ДЫМОСОСОВ

 

Выбор дымососов делаем, исходя из аэродинамического расчета. Необходимо установить один дымосос  для обеспечения необходимого давления высасывания отходящих газов.   По номограмме выбираем дымосос с  полным давлением в 355 н/м², с КПД 0,66, производительность 722 м³/час., номер двигателя № 4

 

Число оборотов вентилятора

n = A / № дв. = 6000/4 = 1500 об./ мин.

 

Давление, создаваемое вентилятором

h_t = h₀∙(ρ_г / 1,2),

где h₀ – полное давление по монограмме, н/м²

ρ_г – плотность газа , кг/нм³

ρ_г = ρ/1 + t/273   ρ_г = 1,251/1 + 300/273 = 2,3499 кг/нм³

ρ – плотность газа при н.у. (1,251 кг/нм³)

t – температура внутри дымососа

 

h_t = 355 ∙ (2,3499 /1,2) = 695,1788 н/м²

 

Мощность двигателя:

N_дв = (V_t∙h_t)/3600∙1000∙η_в∙ η_п ,

 

где h_t – давление, создаваемое вентилятором, н/м²

V_t – производительность вентилятора при данной температуре, м³/час

η_в – КПД дымососа

η_п – КПД передачи (для вентиляторов, соединенных с двигателем при помощи клиноременной передачи η_п = 0,95)

 

N = (6000∙695,1788)/(3600∙1000∙0,66∙0,95) = 1,85 кВт

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

В результате выполнения данной курсовой работы мы спроектировали и  рассчитали туннельную печь для обжига сантехнической керамики, производительностью 35 тыс.т/год.

Мы выбрали обжигаемые изделия - умывальники из номенклатуры изделий санитарно-технической керамики, выпускаемых ОАО “Завод керамических изделий”, выбрали режим обжига изделий. Для заданного вида и состава топлива – газ месторождение Медвежье, 11 скважина, мы провели расчёт горения топлива.

По заданной производительности и выбранному режиму обжига мы рассчитали размеры печи, после чего рассчитали тепловой баланс и провели аэродинамический расчёт зоны обжига, в зависимости от выбранных материалов печи и схемы высасывания отходящих газов. Исходя из аэродинамического расчёта, сделали выбор дымососа.

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

 

1. Левченко П.В. Расчёты  печей и сушил силикатной промышленности: учебное пособие для вузов: Альянс, 2007. 367 с.

 

2. ОАО Ухоловский  завод «Строммашина»: вагонетки печные [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.stromrzn.ru/catalog/detail/section_id/4/id/21/

 

3. Строительный информационный портал [Электронный ресурс] / Туннельные печи для обжига. Режим доступа: http://www.stroitelstvo-new.ru/keramika/obzhig-pechi-2.shtml

 

4. Сайт ОАО "Завод керамических изделий"  [Электронный ресурс] / Сантехника: умывальники. Режим доступа: http://www.uralceramica.ru/sangineering/2/13