Производство керамического кирпича

Теплоэнергетические расчеты. Краткая характеристика туннельной печи

Туннельные печи относятся к печам с подвижным составом. Они представляют собой прямой канал (туннель) различных размеров. Внутри туннеля проложен рельсовый путь, ширина которого зависит от ширины печи. Вагонетки по внутрицеховому рельсовому пути подаются к печи и одна за другой, через определенные промежутки времени, проталкиваются в печь толкателем. Каждая вагонетка, пройдя всю длину туннеля, выдается из печи с другого конца при каждом проталкивании. Таким образом, создается непрерывное перемещение вагонеток в печи, постепенный подогрев, обжиг и охлаждение изделий, находящихся на поду вагонетки.

Зоны туннельных печей.

Всю длину печи можно разделить на отдельные зоны, в которых протекают различные процессы. Печь имеет следующие три зоны (рис. 3.13): подогрева, обжига и охлаждения. Каждая зона печи имеет определенную длину, свои конструктивные особенности и свой режим.

Зона подогрева начинается от форкамеры и кончается на границе с зоной обжига. Длина этой зоны условно определяется графиком обжига и считается примерно до первых горелок по ходу движения вагонеток. Эта зона достаточно большой длины, необходимой для более полного использования тепла продуктов горения, поступающих из зоны обжига (от горелочных устройств). Основное назначение зоны подогрева - равномерный прогрев садки обжигаемых изделий до температур, соответствующих графику обжига.

Топливо сжигается в зоне обжига, расположенной в средней части печи, с помощью специальных горелочных устройств. В этой части печи поддерживаются максимальные температуры, необходимые для обжига. Продукты горения, проходя вдоль туннеля, попадают в зону подогрева, а затем выбрасываются в атмосферу через дымоходы. Таким образом, в туннеле происходит непрерывное движение воздуха (зона охлаждения) и дымовых газов (зоны обжига, подогрева) навстречу перемещающемуся составу вагонеток с изделиями (противоточное движение).

Зона охлаждения служит для охлаждения обожженных изделий до 60—80° перед выдачей вагонеток из печи и для утилизации тепла, отбираемого от разогретых изделий. В этой зоне охлаждается также и футеровка вагонеток, нагретая до высоких температур. Изделия и футеровка вагонеток охлаждаются холодным воздухом, подаваемым вентилятором в торцовую часть печи сверху и сбоку через несколько каналов, расположенных по длине зоны охлаждения ближе к выходному концу печи.

Воздуха для охлаждения изделий и пода вагонеток требуется в несколько раз больше, чем для горения топлива. Избыточный горячий воздух отбирается из зоны охлаждения печи и используется для сушки изделий в отдельно стоящих сушилах. Его также можно использовать для рециркуляции в зоне подогрева. Обычно эта часть воздуха считается отбираемой из печи на сторону.

Размеры отдельных зон по длине печи зависят от конструктивных особенностей печи, от вида обжигаемых изделий и устанавливаются в зависимости от заданного режима обжига и охлаждения изделий.

При расчетах и конструировании печей не всегда можно точно установить границы между зонами, поэтому в большинстве случаев допускается некоторое увеличение зоны обжига, занятой горелочными устройствами. При работе печи размеры отдельных зон устанавливаются в соответствии с графиком температур по длине печи. При этом часть горелок зоны обжига могут быть не использованы в работе.

Обычно относительно большая по длине печи зона обжига требуется при обжиге динасовых изделий и высокоогнеупорных изделий. Поэтому данные печи имеют большое количество горелок.

Размеры туннельных печей.

Длина печи определяется многими факторами, главные из которых — форма и размеры обжигаемых изделий, режим обжига и охлаждения и производительность печи.

Малые туннельные печи имеют длину 5—6 м и меньше, но поперечное сечение рабочего канала этих печей составляет 0,01—0,02 м2. Эти печи имеют небольшую производительность и используются для обжига специальных изделий небольших размеров, например автосвечей. В настоящее время в огнеупорной промышленности работают печи длиной до 180 м.

Печи большой тепловой мощности для лучшего использования тепла и улучшения процесса обжига и охлаждения изделий, как правило, должны иметь большую длину. Печи шириной 3,0 м для обжига шамотных изделий можно строить длиной 80— 120 м. При очень большой длине печи увеличиваются тепловые потери в окружающую среду и подсосы воздуха через неплотности, ухудшающие теплообменные процессы.

Ширина туннельных печей выбирается в зависимости от производительности, равномерности обжига и конструкции вагонеток. Практикой установлено, что в печах шириной 3,0—3,2 м можно достичь вполне равномерного обжига изделий. Для более широких печей утяжеляется конструкция вагонеток и возможны их перекосы при проталкивании в длинных печах.

Высота печи выбирается в зависимости от вида обжигаемых изделий.

При малой высоте и большой ширине свод печи делают плоским (подвесным), позволяющим лучше использовать площадь пода вагонетки и иметь больший вес садки на вагонетку. При этом садка получается одинаковой высоты по всей вагонетке. Печи для обжига огнеупорных изделий, имеющие высокое рабочее пространство, строят с арочным сводом, более простым по конструкции.

Таким образом, по конструкции рабочего пространства (высоте печи и конструкции свода) туннельные печи разделяются на печи с арочным сводом и печи с подвесным сводом.

Футеровка печей.

Толщину стен и свода печей и виды огнеупорных и строительных материалов выбирают с учетом большого срока службы печи без ремонта (2,5-3 года) и небольших тепловых потерь в окружающую среду, которые будут в допустимых пределах, если температура наружной поверхности стен в зоне высоких температур не будет превышать 70—80°С.

Печи сооружают на фундаменте, который выполняют каменным (бутовым), бутобетонным, бетонным и железобетонным. Глубина залегания фундамента зависит от свойств грунта и веса печи. На грунт из слабой песчаной глины нагрузка допускается не более 1 кг/см2, из плотной глины - 4,5-5,5 кг/см2 и из сплошной горной породы - до 15 кг/см2. Для нормальной работы печи необходимо, чтобы наивысший уровень грунтовых вод проходил не ближе чем в 0,25 м от фундамента печи. При высоком уровне грунтовых вод устраивают дренажные каналы.

Для большей прочности снаружи стен и свода печи устанавливают металлический или железобетонный каркас, состоящий из вертикальных балок (стоек). Внизу стойки заделывают в бетонный фундамент, а сверху попарно стягивают связями. Конструкция крепления свода определяется конструкцией самого свода.

Наиболее распространен в промышленных печах арочный свод. Нормальный арочный свод выполняется с центральным углом α= 60°.

В стенах при постройке печи оставляют температурные швы, необходимые для расширения кирпича. Так как кладка ведется вперевязку, то каждый шов в вертикальной и горизонтальной проекции имеет форму ломаной зигзагообразной линии.

Температурные швы в своде оставляют по длине печи через 3-7,5 м и таким образом свод выкладывают отдельными секциями.

Садка изделий на вагонетки.

Состав вагонеток с обжигаемыми изделиями передвигается по туннелю периодически, через определенные промежутки времени, с помощью механического (винтовой или тросовый) или гидравлического толкателя. Скорость перемещения вагонеток в печи в период проталкивания составляет 1,0—1,5 м/мин. Количество вагонеток, загружаемых в печь в течение часа или суток, зависит от общей продолжительности обжига и длины туннеля.

Каждая вагонетка при проталкивании перемещается в печи на расстояние, равное длине одной вагонетки.

Для уплотнения входной и выходной части туннеля, в которую при загрузке очередной вагонетки в печь может засасываться холодный воздух, строят форкамеры с плотно закрывающимися дверями. При этом толкатель подает в печь вагонетку из форкамеры. Форкамера отделена от печи подъемной металлической шторкой (шибером). Противоположный конец печи на выдаче вагонеток также оборудуется подъемной дверью. Подъемные механизмы дверей синхронно связаны с работой толкателя.

Обжигаемые изделия укладывают на под вагонетки таким образом, чтобы садка строго соответствовала по высоте и ширине установленным размерам. Габариты садки контролируют металлическим шаблоном, установленным перед форкамерой и соответствующим сечению туннеля, через который проходит вагонетка.

Высота садки изделий зависит от вида обжигаемого материала и обычно не превышает 2 м. Изделия, подвергаемые высокотемпературному обжигу, для предупреждения деформации укладывают на вагонетки высотой не более 1,0—1,1 м.

Количество изделий, вмещающихся на вагонетку, и тоннаж садки определяются размерами вагонеток и типом садки. Изделия для равномерной обтекаемости газами укладывают более плотно в верхней части садки и менее плотно (оставляют каналы) в нижней. Для улучшения горения топлива в садке делают разрывы до 0,3—0,9 м против горелочных устройств. Эти разрывы особенно необходимы в широких печах для прогрева средины садки. Для различных огнеупоров и разной формы изделий применяются в промышленности различные способы садки.

С боковых сторон вагонетки имеются металлические листы - ножи, теплоизолированные огнеупорным бетоном, которые входят в желоба, наполненные песком или молотым шамотом. Это устройство, идущее по всей длине туннеля, называется песочным затвором, которое служит для герметизации рабочего пространства печи от контрольного коридора. Для пополнения песка в желоб песочного затвора во время работы в стенах устраивают специальные наклонные каналы-песочницы с воронкой, закрываемые крышкой. Для того, чтобы песок, выгребаемый ножом вагонетки из желоба песочного затвора, не попадал на рельсовый путь, внизу между стенкой печи и рельсами через каждые 1,5—2,0 м устраивают наклонные отверстия, проходящие ниже рельсового пути. По этим скосам песок просыпается вниз в контрольный коридор печи.

Теплотехнический расчет печи

Исходные данные для расчета.

Туннельная печь для обжига керамического кирпича размером 250*120*65 производительностью 40 млн. шт. в год, режим работы непрерывный, трехсменный;

Годовой фонд времени – 7484,4 часа;

Остаточная влажность кирпича после сушки – 6%;

Брак при обжиге – 3%;

П.П.П. – 8,72%;

Топливо – природный газ Березовского месторождения;

Температура обжига – 1000оС;

Продолжительность обжига – 26 часов;

Температура атмосферного воздуха - 20оС;

Коэффициент избытка воздуха α=1,15

Температура выгружаемых изделий - 50оС;

Температура отходящих газов из печи - 300оС;

Температура воздуха на сушку - 400оС;

Масса кирпича – 3,5 кг.

Расчет горения топлива.

1. Состав сухого газа.

Таблица

Состав сухого газа, %.

2. Состав влажного рабочего газа.

Принимаем содержание влаги в природном газе 1%

Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

Таблица

Состав влажного рабочего газа, %.

3. Теплота сгорания топлива.

4. Теоретически необходимое количество сухого воздуха для горения топлива:

5. Теоретически необходимое количество атмосферного воздуха для горения топлива с учетом его влажности:

Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха d=10г/кг сух. воз.

6. Количество и состав продуктов горения при α=1:

7. Общее количество продуктов горения:

Vα=0,978+2,088+7,322=10,39 (нм3/нм3)

8. Процентный состав продуктов горения:

Всего:100%.

9. Определение коэффициента избытка воздуха – α при действительной температуре горения топлива tДЕЙСТ=1000оС:

Из уравнения теплового баланса горения 1м3 топлива определяем коэффициент избытка воздуха –α.

CП.Г.=1,35+0,000075∙1220=1,44(кДж/м3∙оС)

34757,98+9,23∙1,2978∙20∙α=[10,39+(α-1)∙9,23]∙1220∙1,44

α=2,05

11. Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода воздуха α=2,05:

Сухого воздуха: Lα= α∙L0=2,05∙9,23=18,92(нм3/нм3)

Атмосферного воздуха: Lα= α∙L0=2,05∙9,38=19,23(нм3/нм3)

12. Количество и состав продуктов горения при α=2,05:

Vα=0,978+2,243+14,976+2,0351=20,23 (нм3/нм3)

12. Процентный состав продуктов горения:

Всего:100%.

Материальный баланс процесса горения.

% невязки 4,91∙100/2462,15=0,2%

Теплотехнический расчет печи.

1. Производительность печи.

П = 40000000 ∙ 3,5 = 140000000 = 140000 (т/год)

2. Единовременная емкость печной вагонетки.

Длина печи – 240 м, количество вагонеток – 80;

Дина вагонетки:

 (м)      

Ширина вагонетки 2,9 м.

Единовременная емкость печной вагонетки:

GВ = 5568 ∙ 3,5 = 19488 = 19,488 (т)

3. Единовременная емкость печи по массе.

GП = 80 ∙ 5568 ∙ 3,5 = 1559 (т)

4. Количество обжигаемого сырца в час.

Время обжига 26 часов.

GC = GП / Z = 768420 / 26 = 29554,61 (кг/ч)

5. Количество вагонеток в час.

n= 29554,61 / 9744 = 3,03 (ваг/час)

6. Длина отдельных зон печи.

LПОД1 = 36 м ( 20 – 200 оС)

LПОД2 = 42 м ( 200 – 600 оС)

LПОД3 = 24 м ( 600 – 1000 оС)

LОБЖ = 36 м (1000 оС)

LОХЛ1 = 36 м ( 1000 – 650 оС)

L ОХЛ2 = 18 м ( 650 – 600 оС)

L ОХЛ3 = 48 м (600 – 50 оС)

7. Расчет потерь в окружающую среду через футеровку печи.

Q=3,6∙ αСУМ ∙F∙(tН.- tВОЗ.),

где F – наружная поверхность кладки;

αСУМ – суммарный коэффициент теплоотдачи определяется в зависимости от tН.;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6