Производство ковровой керамики

 

Невязка 100% = 0,64%

 

 

3.6 Теплотехнический расчет процесса обжига изделий

 

Исходные данные для расчета.

 

Роликовая печь для обжига фасадной керамической плитки производительностью 200000м² в год, режим работы непрерывный, трехсменный;

Годовой фонд времени –  7884 часа;

Остаточная влажность  плитки после сушки – 2%;

Брак при обжиге – 2%;

П.П.П. – 10%;

Топливо – природный газ;

Температура обжига – 1000^оС;

Продолжительность обжига – 26 часов;

Температура атмосферного воздуха - 20^оС;

Коэффициент избытка воздуха  α=1,15

Температура выгружаемых  изделий - 50^оС;

Температура отходящих газов  из печи - 300^оС;

Температура воздуха на сушку - 400^оС;

Масса плитки – 12 кг.

    

Расчет горения топлива

 

1. Состав сухого газа.

 

Таблица 8 - Состав сухого газа, %.                            

СО2	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2
0,4	95,1	1,1	0,3	0,03	0,02	3,05

 

2. Состав влажного рабочего  газа.

 

Принимаем содержание влаги  в природном газе 1%

Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

 

Таблица 9 - Состав влажного рабочего газа, %.                            

СО2	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2	Н2О
0,39	94,15	1,09	0,3	0,03	0,02	3,02	1

 

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:

 

V_α=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 t_ДЕЙСТ=1000^оС:

Из уравнения теплового  баланса горения 1м³ топлива определяем

коэффициент избытка воздуха  –α.

 

 

C_П.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

 

10. Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода воздуха

α=2,05:

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

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

 

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

 

 

 

 

 

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

 

12. Процентный состав продуктов  горения:

 

           

                         

Всего:100%.

                                                            

  Таблица 10 - Материальный баланс процесса горения.                     

    

Приход		кг	Расход		кг
Природный газ (Vгаз∙ρ)			Продукты горения (Vпрод∙100 ∙ ρ)
CН4	94,15∙0,717	67,51	СО2	0,978∙100∙1,977	184,35
С2Н6	1,09∙1,356	1,48	Н2О	2,243∙100∙0,804	180,34
С3Н8	0,3∙2,02	0,61	N2	14,976∙100∙1,251	1854,56
С4Н10	0,03∙2,84	0,09	О2	2,035∙100∙1,429	247,81
С5Н12	0,02∙3,218	0,06		невязка	-4,91
СО2	0,39∙1,977	0,77
Н2О	1∙0,804	0,804
N2	3,02∙1,251	3,78
Воздух (Vвоз∙α∙ρ)
О2	100∙9,23∙2,05∙0,21∙1,429	567,82
N2	100∙9,23∙2,05∙0,79∙1,251	1869,99
Н2О	100∙0,0016∙10∙9,23∙2,05∙0,804	24,34
Итого:		2462,15	Итого:		2462,15

% невязки=4,91∙100/2462,15=0,2%

Теплотехнический расчет печи.

 

1. Производительность печи.

П=140000∙3,5=1400000=1400 (т/год)

2. Единовременная емкость  печной вагонетки.

Длина печи – 120 м, количество вагонеток – 40;

Дина вагонетки:    (м)

Ширина вагонетки 2,9 м.

Единовременная емкость  печной вагонетки:

G_В=2784∙3,5=9744=9,744 (т)

3. Единовременная емкость  печи по массе.

G_П=40∙2784∙3,5=384,21 (т)

4. Количество обжигаемого  сырца в час.

Время обжига 26 часов.

G_C=G_П/Z=384210/26=14777,13 (кг/ч)

5. Количество вагонеток  в час.

n=14777,13/9744=1,54 (ваг/час)

6. Длина отдельных зон  печи.

L_ПОД1=18 м (20-200^оС)

L_ПОД2=21 м (200-600^оС)

L_ПОД3=12 м (600-1000^оС)

L_ОБЖ=18 м (1000^оС)

L_ОХЛ1=18 м (1000-650^оС)

L _ОХЛ2=9 м (650-600^оС)

L _ОХЛ3=24 м (600-50^оС)

7. Расчет потерь в окружающую  среду через футеровку печи.

Q=3,6∙ α_СУМ ∙F∙(t_Н.- t_ВОЗ.),

где F – наружная поверхность  кладки;

α_СУМ – суммарный коэффициент теплоотдачи определяется в зависимости от t_Н.;

t_Н. – температура внешней поверхности печи на данном участке;

t_ВОЗ. – температура окружающего воздуха.

а) Участок №1.

Температуры наружных поверхностей принимаем по практическим данным.

Температура наружных стен t_Н.СТ.=20^оС; температура свода t

_Н.СВ.=25^оС, температура пода t_Н.ПОД.=20^оС.

 

Наружная поверхность  кладки:

F_СТ=2∙l∙h_НАР =2∙18∙3,075=110,7 м², α_СУМ =9,55

F_ПОД=l∙b_НАР =18∙2,9=52,2 м², α_СУМ =9,55

F_СВ=l∙b_НАР =18∙4,1=73,8 м², α_СУМ =9,75

 

Потери тепла через  стенку:

Q_СТ.1=3,6∙110,7∙9,55∙(22-20)=7611,73 кДж/ч

Q_СТ.1=3,6∙52,2∙9,55∙(22-20)=3589,27 кДж/ч

Q_СТ.1=3,6∙73,8∙9,75∙(25-20)=12951,9 кДж/ч

 

Потери тепла в окружающую среду на остальных участках рассчитываются аналогичным образом.

                                                             

Таблица 11 - Потери тепла в окружающую среду через кладку.                 

№ уч.	Стена				Под				Свод
	F, м2	tН, оС	αСУМ, Вт/м2∙оС	QКЛ, кДж/ч	F,м2	tН, оС	αСУМ, Вт/м2∙оС	QКЛ, кДж/ч	F,м2	tН, оС	αСУМ, Вт/м2∙оС	QКЛ, кДж/ч
1	110,7	22	9,55	7611,73	52,2	22	9,55	3589,27	73,8	25	9,75	12951,9
2	162,75	40	10,55	123624,9	60,9	40	10,55	46259,64	106,05	45	11	104989,5
3	93	50	11,25	112995	34,8	50	11,25	42282	60,6	60	12	104716,8
4	139,5	50	11,25	169492,5	52,2	50	11,25	63423	90,9	60	12	157075,2
5	139,5	50	11,25	169492,5	52,2	50	11,25	63423	90,9	60	12	157075,2
6	69,75	45	11	69052,5	26,1	45	11	25839	45,45	55	11,75	67288,73
7	166,8	40	10,55	126701,28	69,6	40	10,55	52868,16	109,8	45	11	108702

    

     Тепловой баланс зон подогрева и обжига.

     Приход тепла.

1. Химическое тепло топлива.

(кДж/ч). Физическое тепло топлива.

(кДж/ч)

3. Физическое тепло воздуха.

(кДж/ч)

4. Физическое тепло сырца.

(кДж/ч)

    

(кДж/кг∙^оС)

 

С_С=0,837+0,000264∙t=0,837+0,000264∙20=0,842 (кДж/кг∙^оС)

 

5. Физическое тепло с  вагонеткой.

Q₅=1,54∙m_ВАГ∙С∙t_ВАГ

=1,54∙14175∙ 0,845∙30=553377,83 (кДж/ч)

m_ВАГ=а∙b∙h=3∙3∙0,875∙1800=14175 (кг)

С=0,837+0,000264∙t_ВАГ=0,837+0,000264∙30=0,845 (кДж/кг∙^оС)

 

Общий приход тепла.

∑Q_ПРИХ=34757,98В+31,33В+499,11В+308250,93+553377,83 =

=35288,42В+861628,76 (кДж/ч)

     Расход тепла.

1. Тепло, затраченное на  испарение влаги.

Q₁=G_ВЛ∙(2500+1,97t_П.Г.-4,2∙t_C)=943,22∙(2500+1,97∙300-4,2∙20)=

=2836262,54 (кДж/ч)

(кг/ч)

 

2. Тепло, затраченное на  нагрев материала до 1000^оС.

Q₂=G_C∙C_К∙t_К=13833,91∙ 1,101∙1000=15231134,91(кДж/ч)

(кДж/ч)

С_КК=0,837+0,000264∙1000=1,101 (кДж/кг∙^оС)

3. Тепло, затраченное на  химические реакции при нагреве  материала.

 

Q₃=4,19∙G_C∙(5,5∙%Аl₂О₃+6,7∙%СаО)=4,19∙13833,91∙(5,5∙18,54+6,7∙1,24)=

=6392163,13 (кДж/ч)

4. Тепло, затраченное на  нагрев печных вагонеток.

 

Q4=1,11∙m_ВАГ∙С∙t_ВАГ=1,54∙14175∙0,976∙525=11185435,8 (кДж/ч)

С=0,837+0,000264∙525=0,976 (кДж/кг∙^оС)

 

5. Потери тепла с уходящими  продуктами горения.

Q₅=V_П.Г.∙i_П.Г.=38,69В∙472,5=18281,03В (кДж/ч)

V_П.Г.=В∙[V₀+(α-1)∙L₀]=В∙[20,23+(3-1)∙9,23]=38,69В(м³/ч)

i_П.Г=С_П.Г.∙t_П.Г.=1,575∙300=472,5 (кДж/м³)

С_П.Г.=1,35+0,00075∙300=1,575 (кДж/кг∙^оС)

 

6. Потери тепла в окружающую  среду.

Q₆=949011,44 (кДж/ч)

 

Общие потери тепла:

∑Q_РАСХ = 2836262,54 + 15231134,91+ 6392163,13 +11185435,8 +

+ 18281,03В + 949011,44 =36594007,82 + 18281,03В  (кДж/ч)