Теплотехническое оборудование предприятий стройиндустрии

 

 

 

 

 

 

 

 

4  ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ СТРОЙИНДУСТРИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 Общая характеристика щелевой  пропарочной камеры 

Щелевые пропарочные камеры являются установки  непрерывного действия. В отличии от камер периодического действия, где повышение температуры, а потом изотермическая выдержка и охлаждение осуществляются последовательно во времени в одной камере, щелевые пропарочные камеры по длине делятся на соответствующие зоны: зона повышения температуры, изотермической выдержки и охлаждения. В первую и во вторую зоны подводится тепловая энергия, третья зона – зона охлаждения, теплом не обеспечивается, а наоборот вентилируется холодным воздухом. Раздел камеры на функциональные зоны позволяет экономить тепловую энергию за счет расхода теплоты на нагревание конструкций после каждого цикла по сравнению с установками периодического действия.

Принцип работы щелевой камеры пропарочной  камеры следующий:

Щелевые камеры для тепловой обработки являются одним из вариантов туннельных камер и отличаются тем, что изделия в них движутся в один ярус. Камера представляет собой горизонтальный тоннель, чаще всего располагаемый под полом цеха. Вагонетки с изделиями, поступая в камеру с одного конца, движутся по рельсовому пути внутри тоннеля и выходят из камеры с другого ее конца. Вагонетка, поступая в камеру, занимает определенную позицию (пост), на которой она находиться какое-то время в зависимости от ритма подачи изделий в камеру.

Щелевые камеры дают большую технико-экономическую эффективность нежели многоярусные туннельные камеры, большие торцовые теплопотери которых приводят к удлинению цикла тепловой обработки и увеличению удельных расходов пара.

Изделие в камере подогревается паровоздушной  смесью. Пар подается в камеру по системе регистров и перфорированных  труб. Регистры расположены на полу камеры и занимают всю ее длину, за исключением зоны охлаждения.

Из общего паропровода пар поступает регистры всех камер. Пар смешивается с  воздухом, образуя паровоздушную  смесь. В целях экономии пара между  зоной изотермической выдержки и  охлаждения устанавливают воздушные  завесы или перегородки из термостойкой резины.

После тепловой обработки в зоне подогрева и  в зоне изотермической выдержки, изделие  охлаждают в конце камеры в зоне охлаждения. охлаждаются изделия за счет тяги вентилятора, воздух сквозь жалюзи заборных шахт попадает в канал, с которого через окна попадает в зону охлаждения. Отработанный воздух через окна проходит в канал, далее через короб вентилятора, который и выбрасывает его в атмосферу.

Исходные данные

Базовое изделие - панель наружных стен

Расход материалов:- цемента 231 кг

- воды 225л

- заполнителей 1134,35 кг

- стали 12,43 кг

Ƿ_б=1400 кг/м³

Годовая производительность 50000м³/год

Марка бетона В5

Размеры стеновой панели  -длинна l=7.045м

-ширина b=2,9 м

-ширина h=0,35м

                                               -V_б=4,126м³(берем с учетом оконных проемов из типового проектного решения 409-013-23.84 [7])

 

 

        

 

 

4.1. Выбор режима тепло - влажностной обработки

Режим тепловой обработки включает в себя параметры периодов подогрева, изотермического подогрева и охлаждения. Он характеризуется продолжительностью каждого периода и максимальной температурой изотермической выдержки.

Скорость нагрева изделий назначают с таким расчетом, чтобы избежать возникновения крупных температурных перепадов и напряжений в изделиях. При этом учитывают начальную прочность бетона, достигнутой в период предыдущей выдержки. Скорость подъема температуры 20^оС/годину. Начальная температура изделия, поступающего в камеру, t₁ = 20 ^оС, время подогрева 2-4 часа до t₂ = 90 ^оС.

Максимальная температура изотермического подогрева определяется в зависимости от вида цемента. Для портландцемента принимается 90 ^оС. При температуре ниже указанной, нужно более длительный изотермический прогрев, а более высокие температуры приводят к недобору прочности бетона.

Продолжительность изотермического прогрева назначают в зависимости от требуемой прочности бетона, вида и марки применяемого вяжущего, температуры экзотермии и размеров изделия.

Скорость охлаждения не должна приводить к перепаду температур между поверхностью изделий и окружающей среды более 40 ^оС. Охлаждение изделия в зоне охлаждения проводится до температуры 50 ^оС.

 

 

 

 

График режима тепло - влажностной обработки.

t₁ - период подъема температуры от 20 до 90 ^оС  t₁ = 20 ^oС   τ₁ = 3часа.

t₂ - период изотермической выдержки t₂ = const = 90 ^oС t₂ = 7часов.

t₃ - охлаждение изделия до 40 ^оС  t₃ = 2,5часа.

 

 

4.2 Конструктивный расчет

Количество  изделий расположенных в камере:

 

Где В=З·Г·Д·К=3·8·262·0,95=5973,6ч

В-годовой фонд времени работы в цехе; V_б- объем одного изделия;

- продолжительность цикла, ч; З- количество смен в сутки; Г- количество часов в смену; Д-количество рабочих дней в год; К- коэффициент полезного действия, К=0,8…0,95.

 

 

 

 

Длинна формы-вагонетки:

L_ф=l_плиты+2·0,125=7,045+2·0,125=7,475м

Ширина  формы-вагонетки:

b_ф=b_плиты+2·0,205=2,9+2·0,125=3,31м

Высота  формы-вагонетки:

h_ф=h_плиты+0,3=0,35+0,3=0,65м

Рабочая длинна камеры:

м.

С учетом воздушных завес принимаем L´_к = 195м,  где п – количество ЖБ изделий на поддоне, шт; п_я – число ярусов, шт;  п_я = 1÷4. Принимаем  
п_я   = 1.

Количество камер. Если L´_к > 187 м, количество камер:

n=L´_к / L_к =187/128 = 1,51≈2камеры

где L´_к - необходимая длина камеры; L_к - длина одной камеры

Высота камеры:

Н_к = п_я (h_{ф +} h₁)+ h₂+ h₃ – h₁ = 1(0,65 + 0,15) + 0,2+0,2-0,15= 1,05 м ,

где n_я - число ярусов, шт.; h_ф - высота формы-вагонетки с изделиями, м; h₁ = 0,15-0,25 м - свободный промежуток по высоте камеры между формами-вагонетками; h₂ = 0,1 - 0,3 м - расстояние от пола камеры до

рельсового  пути нижнего яруса; h₃ = 0,15 - 0,2 м - расстояние от поверхности

изделия верхнего яруса до потолка камеры.

 

Ширина камеры:

В_к = b_ф + 2 b₁ = 3,31 + 2 · 0,15 = 3,61 м,

где b_ф  - ширина формы-вагонетки, м; b₁ = 0,15-0,25 м – расстояние между стенкой камеры и формой-вагонеткой.

Длина зоны нагрева:

Принимаем, что в зоне находится п = 6 вагонеток, тогда

L₁ = 6 · 7,47 = 46,44м.

  Длина зоны изотермического прогрева:

 м.

Принимаем, что в зоне находится п = 12 вагонеток, тогда

 L₂ = 12 · 7,47 = 89,64 м.

Длину зоны охлаждения:

L_ОХ = L_К – L₁ – L₂ = 195 – 46,44 – 89,64 = 58,92 м.

Скорость перемещения вагонеток (или количество изделий, выходящих из камеры в час):

  ваг./час

         Вагонетка заходит в камеру за каждые = 0,48 часа.

Количество воздуха, необходимого для воздушной завесы:

G_ТФ = 194,4 · Δt^0,6 · К_Ж · F √Н_К =194,4 (90 – 18)^0,6· 0,3·3,79√1,05 = 2933,14 м³/ч,

где Δt - разность температуры среды в камере и температура воздуха в цехе, ⁰С; К_Ж - коэффициент живого сечения камеры, К_Ж = 0,3 ÷ 0,4;  
F - площадь сечения торцевой поверхности камеры, м²;  
F = В_К   · Н_К = 3,61 · 1,05 = 3,79 м² .

Площадь стен камеры:

- в зоне подогрева

F_СП = L₁ · Н_К · 2 = 46,44 · 1,05 · 2 = 97,52 м² ;

- в зоне изотермической выдержки

F_СІ = L₂ · Н_К · 2 = 89,64 · 1,05 · 2 =188,244 м² ;

 

Площадь потолка и полу:

- в зоне подогрева

F_ПП = L₁ · В_К · 2 = 46,44 · 3,61 · 2 = 335,29м² ;

- в зоне изотермической выдержки

F_ПІ = L₂ · В_К · 2 = 89,64· 3,81 · 2  = 647,2 м² ;

Объем камеры, свободное от изделий:

- в зоне подогрева

V_СО = L₁ · В_К · Н_К – п · l_ф · b_ф · h_ф = 46,44 ·3,61·1,05 – 6·7,47·3,31·0,65 =79,6 м²

- в зоне изотермической выдержки

V₂  = L₂ · В_К · Н_К – п_і · l_ф · b_ф · h_ф = 109,2·3,6 ·1,05 – 12·7,4 ·3,31·0,65 = 222,9 м³.

Средняя температура в зоне подогрева

t_І-ІІ = 0,5 (t_І +  t_ІІ) = 0,5 (18 + 90) = 54 ⁰С.

Средняя температура в зоне изотермической выдержки:

t_ІІІ = 0,5 (90 + 60) = 75 ⁰С.

4.3. Материальный баланс

Ритм  выпуска по бетону: V_б = V_в · п_в = 4,126 · 2,08 = 8,58 м³/час.

Приход материалов:

- цемент     G_ц = Ц · V_б = 231 · 8,58 = 1981,98 кг/час ,

где Ц - расход портландцемента марки 400 на 1 м³ бетона, кг;

- вода      G_в = В · V_б = 225 · 8,58 = 1930,5 л/ч,

где В - расход воды на 1 м³ бетона, л;

-  заполнители   G_з = З · V_б = 1134,35 · 8,58=9732,72 кг/ч,

где З расход заполнителей на 1 м³ бетона, кг.

- арматура   G_а = А · V_б  = 12,43 ·8,58=106,65 кг/ч,

где расход арматуры на 1 м³ бетона, кг. 

- формы-вагонетки     G_ф = К · V_б = 110 · 8,58 = 943,8 кг/ч,

где К - коэффициент, характеризующий массу металла форм на 1 м³ бетона изделий.

Расход материалов:

- Вода испарения (1% массы бетона)

W_і = 0,01 · V_б · т_V^б = 0,01 · 8,58 · 1400 = 120,12 кг/ч,

где т_V^б = 1400 кг/м³ – объемная масса бетона;

-  остаток  воды

G_в^/ = G_в - W_і = 1930,5– 120,12= 1810,38л/ч.

Масса других материалов на протяжении всего цикла тепловой обработки не меняется.

4.4. Тепловой баланс

Приход  тепла.

Тепло сухой части бетона:

Q_Іс = (G_ц + G_з) · с_с · t₁ = (1981,98 + 9732,72)·0,83·18 = 175017,6 кДж/ч,

где с_с - теплоемкость материала, кДж/(кг ^оС);t₁ - температура материала,^оС .

Тепло воды затворения:

Q_Ів = G_в · с_в · t₁ = 1930,5  · 4,2 · 18 = 145945,8 кДж/ч.

Тепло арматуры:

Q_Іа = G_а · с_а· t₁ = 106,65  · 0,46 · 18 = 883,062  кДж/ч.

Тепло форм-вагонеток:

Q_Іф = G_ф¹·с_ф·t₁ = 943,8 ·0,46·18 = 7814,6 кДж/ч.

 

 

Тепло экзотермии цемента:

Q_Іе = 0,00230Q_в28 (В – Ц)^0,44 · t_І-ІІ · С_ц · r =

= 0,0023 · 420 · 2,19 · 54 · 0,7 · 1981,98 = 158493,81 кДж/ч,

где t_І-ІІ = 0,5 (t_І + t_ІІ ) = 0,5 (20 + 90) = 54 ⁰С; r – часть марочной прочности изделия, которая набирается в камере, r = 0,5÷0,8.

Тепло пара - необходимо найти -  Q_Іп , кДж/час.

Суммарный приход тепла:

= Q_Іс + Q_Іе + Q_Іа + Q_Іф + Q_Іе =

= 175017,6+145945,8+883,062+7814,6+158493,81  + Q_Іп = 
= 488154,872+ Q_Іп

Расход тепла.

Тепло сухой части изделия:

(9732,72 + 1981,98) · 0,84 · 50 = 492017,4 кДж/ч.

Тепло на испарение воды затворения:

 

120,12 · (2493 + 1,97 · 54) = 312237,5 кДж/ч.

Тепло воды осталось в бетоне до конца периода подогрева:

1930,5  · 4,18 · 54 = 435752,46 кДж/ч.

Тепло арматуры: 

 106,65  · 0,46 · 54 = 1341,36 кДж/ч.

Тепло форм-вагонеток: 

943,8  · 0,46 · 54 = 23443,9 кДж/ч.

 Тепло  смеси, заполняющей свободный объем камеры:

 61,22  · 1,1 · 232,5 = 15657,015 кДж/ч,

где 

Q_со = V_co · ρ_I-II  ·i_I-II + V₂ ·ρ_III ·i_III = 15657,015 + 209,85 · 0,912 · 625 =  
=135271,5  кДж/ч

       при   t_I-II = 54 ⁰С   ρ_I-II = 1,1 кг/м³ і   i_I-II = 232,5 кДж/кг

         t_III = 75 ⁰С  ; ρ_III = 0,912 кг/м³ ;  i_III = 625 кДж/кг.

 

Тепло, утерянное через ограждение камеры:

Потери тепла через наружную стенку δ_ст = 0,4 м.

Возьмем λ_ст. = 1,45 Вт/(м ^оС), α₁ = 139 Вт/м² · ⁰С; α₂ = 23,2 Вт/м² · ⁰С  и определим коэффициент теплопередачи:

    Вт/(м²·⁰С) ;