Курсовая работа: Разработка тепловой установки для тепловлажностной обработки железобетонных изделий

Из проделанного анализа следует, что охлаждение бетона в форме с закрытой крышкой, по отношению к тому же процессу, но без крышки наиболее безопасно для нарушения структуры, а поэтому более целесообразно.

3. Технологический расчет

теплотехнический тепловлажностный пар железобетонный

Установка периодического действия

ф = ф_з+ф_н+ф_и+ф_о+ф_в, (ч)

где ф_з, ф_н, ф_и, ф_о, ф_в - соответственно время загрузки, нагрева, изотермической выдержки, охлаждения и выгрузки, (ч).

ф_з, ф_в ? 1ч

ф_н = (t₂-t₁) / Vп, (ч)

где t₂ и t₁ начальная и максимальная температура изделия, (С).

Vп - скорость подъема температуры, которая принимается по опытным данным, Vп = 60 ?С Время изотермической выдержки ф_и зависит от максимальной температуры t₂, отпускной прочности, жесткости бетонной смеси и других факторов. ф_и определяется по графикам и таблицам, которые приведены в справочной и нормативной литературе. t₂ при ТВО для кассетной установки принимается равной 95С.

Время охлаждения изделий ф_о определяется, как и ф_н, и может быть рассчитано по формуле:

ф_о = ) / Vо, (ч)

где - температура, при которой изделия извлекаются из камеры, (С).

Vо - температура понижения температуры в камере, Vо = 30 С

ф_н = (95-15)/60 = 1.34 (ч),

ф_о = (95-40)/30 = 1.83(ч),

ф_и = 5(ч),

ф = 1+1.34+5+1.83+1 = 10.17(ч).

Суточная производительность

Vc = Vг/ (ф_г * К_р), (мІ/сут)

Vг - годовая производительность завода (цеха), м3/год,

ф_г - нормирование количество рабочих дней в году, ф_г = 247 рабочих дней,

К_р - коэффициент использования оборудования,

К_р = 0,90…0,92 - двухсменная работа.

V_c = 13700/ (247*0,91) = 60,95(м3/сут)

Оборачиваемость камеры

M = 24/ф = 24/10.17 = 2,36

Количество изделий изготовляемых в сутки:

n_из = V_c/ V_и = 60,95 /2,18 = 27,95

где Vи - объем одного изделия, (м3)

Количество изделий загружаемых в камеру:

n_и = 12 (шт.)

Основные размеры рабочей камеры тепловой установки:

Ширина B = b+2b”+b', м;

Длина L = l+2b”+2b', м;

Высота H = n_и*(a+a')+c'*( n_и -1)+c+d, м;

B = 2,92+2*0,25+2*2,92 = 9,26(м);

L = 5,26+2*0,25+2*2,92 = 11,6(м);

H = 12(0,16+0,2)+0,1(12-1)+0,2+0,2 = 5,82(м),

где b - ширина изделия, м;

b' - расстояние от внутренней стены камеры до формы, м;

b” - ширина полки формы, м;

l - длина изделия, м;

a - толщина изделия, м;

a' - толщина дна формы, м;

с - расстояние от дна камеры до низа формы, м;

с' - расстояние между формами

d - расстояние от крышки камеры до верха формы, м.

На основании полученных данных вычерчивается эскиз камеры, на котором показывается размещение изделий. Уточняются размеры камеры и даются окончательные размеры L*B*H, м. Объем рабочей камеры установки:

V_к = L*B*H = 9,26*11,6*5,82 = 625,16(м3)

4. Теплотехнический расчет

Q_ист = Q_б+Q_в+Q_ф+Q_о+Q₅+Q_п-Q_экз, (кДж)

Q_б - количество теплоты, кДж, которое должно быть подведено источником (теплоносителем) к тепловой установке, кДж

Q_в - теплота на нагрев бетонных и железобетонных изделий в камере, кДж

Q_ф - теплота на нагрев формы, арматуры и других закладных частей из металла, кДж

Q_о - теплота, затрачиваемая на нагрев ограждающих конструкций (стен, крыши, пола),кДж

Q₅ - потери теплоты конструкцией тепловой установки в окружающую среду, КДж

Q_п - неучтенные потери теплоты, кДж

Q_экз - количество теплоты, выделяющееся в процессе экзотермических реакций цемента с водой затворения, кДж

Q_б = G_б*c_б*(t₂-t₁), кДж

Q_в = G_в*c_в*(t₂-t₁), кДж

Q_ф = G_м*c_м*(t₂-t₁), кДж

G_б, G_в, G_м -соответственно полная масса бетонных изделий, воды в бетонной смеси изделий и металла (формы, арматура, закладные изделия и т.д.) в камере, кг

G_б = G_и·n_и = 2500*26,16 = 65400 кг.

G_в = В*V_изд*n_изд = 190* = 4970,4 кг.

G_м = 100*26,16+60 000 = 62616 кг.

с_б,c_в,c_м- соответственно удельные теплоемкости сухой массы бетона, воды и металла, кДж/кг ?С

с_б = 0,84 кДж/кг ?С

c_в = 4,19 кДж/кг ?С

c_м = 0,46 кДж/кг ?С

t₂ - максимальная температура в конце стадии нагрева С,

t₁ - начальная температура С, как правило, принимается равной температуре цеха

Q_б = G_б*с_б*(t₂-t₁) = 65400*0,84*(95-15) = 6 394 880(кДж)

Q_в = G_в*с_в*(t₂-t₁) = 4970,4 *4,19*(95-15) = 1 666 078 (кДж)

Q_ф = G_м·с_м·(t₂-t₁) = 62616 *0,46*(95-15) = 2 304 268,8 (кДж)

Q_о = 0, 85(t₂- t_в-35) v(с*л*с*ф_m) *F, (кДж)

t_в - температура окружающей среды (цеха), ( ?С)

с,л,с - удельная теплоемкость и плотность материала,из которого выполнено ограждение

F - площадь ограждения, аккумулирующая теплоту,

F = 242,44 (мІ),

л = 56 Вт/(м* ?С)

с = 7800 (кг/мі),

с = 0,46 кДж/кг ?С

ф_m- продолжительность цикла тепловой обработки

ф_m = ф_н+ф_и+ф_о = 1,34+5+1,84 = 8,17 (ч)

Q_о = 0, 85*(95-15-35)* v(0,46*56*7800*8,17) *242,44 = 13 201 535,98

кДж

Q₅ = Q₅^I+Q₅^II+Q₅^III

Q₅^I - потери теплоты в окружающую среду через стены установки, соприкасающейся с воздушной средой цеха, т.е. выступающее над землей, кДж

Q₅^II- потери теплоты в окружающую среду через крышку, кДж

Q₅^III- потери теплоты через пол и стены, соприкасающейся с землей, кДж

Q₅^I = F*q*ф

б₂

где - величина, характеризующая излучательную способность стенки; принимается равной 4,6 кДж/(кг·°С).

?2 = 2,6*((20-15) 0,25)+(4.6/(20-15))*(((273+20)/100)4 - ((273+15) / 100)

4) = 8,4 Вт/(м²*С)

q = (tcp- tв)*3,6]/(дcт /лcт +диз/ лиз+1/ б2)

q = (90-15)*3,6]/(0,011 /56 +0,1/0,056+1/8.4) = 141,74 КДж/ч

Q¹₅ = F*q*ф = 242,44 *141,74 *10,17 = 349 476,242 КДж

tнар = tср- q/3,6*( дcт /лcт +диз/ лиз) =

90-141,74/3,6*(0,011/56+0,1/0,056) = 19,6875?20C

(условие выполняется)

Q_п = (0,1…0,2) () = 0,15*(6 394 880+1 666 078 +

+2 304 268,8+349 476,242) = 1 607 205 КДж

q_экз = 0,0023*q₂₈*t_ср.б. (В/Ц)

t_ср.б. = (0,5*(15+95)+95+0,5*(95+40))/3 = 72,5

q₂₈ = 377 кДж/кг

(В/Ц) = 0,5

G_ц = 440кг

= 0,0023*q28*tср.б.*((В/Ц)^0,44)*?н = 0,0023 * 377 * 72,5 * ((0,5)

0,44)*1,34 = 61,63 кДж/кг

= 61,63*440 = 27 117,2 КДж

= 6 394 880+1 666 078 +2 304

268,8+349 476,242+1 607 205-27 117,2 = 12 294 790,8 кДж

Dн = Qист/[(i``-ik) *фн]

Dн = 12 294 790,8 /((2 668-398)*10,17) = 532,57 кг/ч

Период изотермической выдержки

Q^и_ист = Q5+Qп +Qвл -Q^иэкз, и, КДж

Для тяжелого бетона

Qвл = 0,015* Gвл*r = 0.015*190*2270 = 6 469,5 кДж

Q^и_экз = q^и_экз*G_ц = 282,068*440 = 124 110,03 кДж

q^и_экз = 0.0023*q₂₈*t_ср.б*(В/Ц)^0.44*Т_u = 0,0028*377*72,5*(0,5 0,44)*5 =

282,068кДж

Q^и_ист = 349 476,242+1 607 205 +6 469,5- 124 110,03 = 1 839 040,71 кДж

Расход пара в период изотермической выдержки:

Dи = Qот/[(i``-ik) *фн]

Dи = 1 839 040,71 /((2 668-398)*10,17) = 79,66 кг/ч

Удельный расход теплоты и пара (теплоносителя) за весь цикл ТВО:

qу = ( Qист+ Qот)/( Vи*nи)

qу = (12 294 790,8 +1 839 040,71)/(2,18*12) = 540 284,079 кДж/мі

d = 540 284,079 /(2668-398) = 238,01 кг пара/мі бетона

Расчет подачи пара (теплоносителя)

Площадь поперечного сечения паропроводов:

Fтр = Dн/с*щ*3600 = 532,57 /0,51*30*3600 = 0,0096 мІ

где - плотность пара, кг/м³;

R = (Fтр/3,14) 0,5 = (0,0096/3,14) 0,5 = 0,055 м

щ - скорость пара, м/с. Для насыщенного пара принимается: 20-30 м/с в ответвлениях и 30-40 м/с в магистральных паропроводах; для перегретого пара скорость берут в 1,3-1,5 раза больше.

где и - абсолютное давление пара в перфорированной трубе и камере. = 0,1 МПа.

n = Dн/(0,67*do^2*((0,02+0,48*p1)*(p1-p2)*100) 0,5 =

= 79,66 / (0,67*2^2*((0,02+0,48*0,11)*(0,11-0,1)*100) 0,5 = 111 шт

5. Тепловой контроль и автоматика

Разработка систем автоматического регулирования, сокращенно называется САР, требует исчерпывающих знаний о технологическом процессе. Необходимые сведения о технологическом процессе в виде задания на автоматизацию любого технологического агрегата, в том числе и тепловых установок, разрабатывают специалисты-технологи.

При тепловой обработке материала изменяется целые ряд параметров, характеризующий материал и теплоноситель. Поэтому перед специалистом технологом встает сложная задача - из всех изменяющихся параметров определить главные, определяющие ход тепловой обработки и составить четкое, исчерпывающее задание на их автоматизацию. Решение такой задачи требует анализа совокупности изменяющихся параметров и их влияние на ход теплового процесса в установке.

В единой системе (“установка - регулирующие приборы”), носящей название САР, Установку называют объектом автоматизации, а регулирующие приборы - автоматическим регулятором. Таким образом, под автоматическим регулятором понимают совокупность устройств, осуществляющих регулирование технологического процесса. Регулятор оказывает регулирующее воздействие на объект регулирования посредством регулирующего органа. Под регулирующим органом понимают специальные устройства (вентиля, шиберы и т.д.), с помощью которых производят изменение технологического режима обработки.

Объект автоматизации характеризуется нагрузкой - количеством материала, энергии и вещества, проходящим через него в единицу времени. Следовательно, процесс регулирования должен заключаться в выборе рациональных количеств и параметров материала, энергии или вещества, перерабатываемых в установке.

6. Технико-экономические показатели

7. Охрана труда и техника безопасности

Тепловые установки на заводах строительных материалов и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как их работа связана с выделением теплоты, влаги, дымовых газов. Поэтому условия труда при эксплуатации таких установок строго регламентируются соответствующими правилами и инструкциями. Контроль за соблюдением правил и инструкций по охране труда и технике безопасности осуществляются органами государственного надзора и общественными организациями, которые и разрабатывают эти нормы.

Согласно действующим нормативом, 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, исполнительные схемы всех трубопроводов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации ремонту. В таких инструкциях должны быть краткое описание установок, порядок их пуска, условия безопасной работы, порядок остановки, оказаны 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 труда. Для этого необходимо чтобы поверхности установок были теплоизолированы и имели температуру не выше 40?С.

Проектировать топки, сушилки, печи, в которых используются продукты горения топлива, разрешается только на давление менее атмосферного (разряжение). Установки для тепловлажностной обработки проектируют с обязательной герметизацией. Эти установки оборудуют вентиляцией рабочего пространства, которая включается перед выгрузкой и тем самым позволяет удалить пар из установки.

Оборудования тепловых установок проектируют с ограждением, а его включение в работу должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Площадки для обслуживания, находящиеся выше уровня пола, оборудуют прочным ограждением и сплошной обшивкой по нижнему контуру.

Отопление и вентиляция цехов, в которых устанавливают тепловые установки, необходимо рассчитывать с учетом выделения теплоты, испарения влаги и выделения пыли. Электрооборудование тепловых установок проектируют с заземлением. Все переносное освещение делают низковольтным.

Особое внимание при проектировании тепловых установок следует уделять очистке работающих теплоносителей от уносов пыли и мелких частиц материала. Согласно нормативным указаниям, для тепловых установок следует проектировать специальные очистные установки.

При эксплуатации тепловых установок в цехах, где они расположены, кроме соблюдения требований, упомянутых в общих положениях, обязательно должны быть вывешены на видном месте инструкции по правилам эксплуатации установок и охране труда. Весь обслуживающий персонал тепловых установок допускается к работе только после изучения, а так же после обязательного документального оформления проверки его знаний.