книги из ГПНТБ / Никифорова, Н. М. Основы проектирования тепловых установок при производстве строительных материалов учеб. пособие для техникумов

4. Потери тепла (кдоіс/ч) во внешнюю среду через боковые стенки паровой ■полости и бортосиасткн

q\ = 10,69 (40 — 15) 35,28-3,6 = 34-103 кдж/ч.

5. Потери тепла с конденсатом. В конденсат превращается весь пар, отдазшнй свое тепло. Ввиду герметичности паровых рубашек утечка пара отсутствует;

q 5' = D cJK= D-4,18-80 = £>354,

.где с,,- — теплоемкость воды, сІ;= 4,18 кдж/кг°С; tK— температура конденсата, °С. Уравнение баланса тепла

23940 + 26,2- ІО3 = 278ІО3 + 226ІО3 + 77,2- ІО3 + 34 - ІО3 + 3540,

отсюда £>=589-103/2040 = 288,0 кг/ч.

Расход пара на 1 .и3 бетона 288/1,96=147 кг/лР.

Сводная таблица баланса тепла пакетировщика

§ 6. (Особенности проектирования установок периодического действия

Технологический расчет. 1. Устанавливают годовой фонд рабо­ чего времени (ч) с обоснованием выбранного режима работы за,-

. вода, для которого проектируется аппарат.

60

2.Определяют часовую производительность завода G4 в лг3/ч,

G4' — в шт/ч и G4" — в кг/ч.

3.Выбирают типоразмер аппарата из числа типовых, рекомен­ дуемых к установке конструкций. Если таковых нет, то, приняв ори­ ентировочно предельные размеры аппарата, производят раскладку изделий в формах или на вагонетках и по ней уточняют основные габариты аппарата с учетом технологических зазоров. Таким обра­

зом определяют емкость аппарата V.

4. Рассчитывают потребное число аппаратов для обеспечения заданной производительности завода:

n = 0 4zjV,

где G4— часовая производительность завода в м3, шт., кг и соот­ ветственно ей емкость одного аппарата V в м3, шт., кг; z — полное время теплообработки, ч.

Теплотехнический расчет. Составление баланса тепла произво­ дят на период работы одного аппарата — автоклава, кассеты, ямной камеры и пр. Приходные статьи баланса аналогичны указан­ ным в балансе тепла установок непрерывного действия. Входящая во все формулы прихода и расхода тепла масса бетона, арматуры и форм относится ко всей емкости аппарата (см. п. 1, 2, 3, 4 § 5). Потери тепла (кдж/период) во внешнюю среду определяют за все время теплообработки, т. е., объединяя п. 5, 6,

? 5 ,6 = a CyM(fCI.cp — ^ З . б г ,

где і^от.ср — средняя температура поверхности аппарата за период теплообработки; F — поверхность всего аппарата, теряющая тепло, ж2; г — время теплообработки, ч.

Так как аппарат работает периодически, то следует учесть сле­ дующую статью.

Расход тепла- (кдж/период) на аккумуляцию ограждениями ап­ парата (п. 7)

^ с т ^ с т (^к.ср -^н.ср)’

где gCT— масса ограждения--Стен, перекрытия, пола, кг; сот— теплоемкость материала ограждения, кдж/кг-°С; /н.ср и і ' к . с р сред­ ние температуры ограждения в начале и конце теплообработки.

Теплопоглощение стенок для ямных пропарочных камер может быть принято по табл. 12.

Так же учитывают потери тепла с паром, ушедшим через не­ плотности (см. п. 8).

В аппаратах периодического действия тепловлагоноситель, большей частью пар, не отводится из камер непрерывным потоком, а отдает свое тепло и превращается в конденсат и частично в кон­ це процесса теплообработкп остается в свободном от изделий объе­ ме аппарата.

Тепло конденсата и оставшегося тепловлагоносителя также сле­ дует учитывать (вместо статьи потери с отработанным теплоноси­ телем).

61

Потери тепла (кдж/период) с конденсатом (см. п. 9)

?9= £кС,Л>

где gK, ск, tK— масса, теплоемкость и температура конденсата, взя­ тая с некоторым приближением равной 50—70° С. Масса конден­ сата {кдж/период) может быть найдена по разности между коли­ чеством поступившего пара D и паром, просочившимся через не­ плотности и оставшимся в свободном объеме камеры,

gii = D —’ + ^cnPn)’

где k — коэффициент утечки теплоносителя; Псв — свободный от из­ делий объем аппарата, ш3; рп — плотность оставшегося в аппарате пара в зависимости от его давления и влажности, кг/м3.

Тогда

?K= [ö - (/e D + HCnpJ]c,A-

Потери тепла (кдж/период) с паром, оставшимся в свободном объеме аппарата (см. п. 10),

<7 1 0 —Псирп/Л.,

где іх — энтальпия пара при степени сухости х в зависимости от конечного давления и влажности,

іх — і ' - \ - г х ,

где V — энтальпия жидкости, кдж/кг\ г — теплота парообразования,

кдж/кг.

Энтальпию пара принимают из паровых таблиц при данном дав­ лении. При герметически закрытых аппаратах, например автокла­ вах, потери с утечкой пара могут отсутствовать. Из уравнения ба­ ланса тепла приход равен расходу, определяют расход пара D за период и на 1 м3 бетона (кг/м3):

Некоторые сведения к расчету пароразводки. Одним из условий нормальной эксплуатации пропарочных установок является равно­ мерное распределение в них паровой среды и обеспечение процесса тепловлагоносителем. Проект пароразводки сводится к установле­ нию для данного аппарата дальнобойности струй пара, выходящих из перфорированных труб, и к расчету площади и числа пароподводящпх отверстий, запроектированных в соответствии с заданным расходом пара. Процесс истечения пара из отверстий является адиабатным. Расход пара зависит от перепада давлений и формы отверстий. В целях достижения наибольшей дальнобойности струп и экономии ее энергии А. А. Вознесенским [3] предложено делать не цилиндрическую форму отверстий, а в виде точеных расширяю­ щихся сопел типа Лаваля.

В расчете следует учитывать величину давления как в рабочей плоскости аппарата (Р2), так и при входе в него (Рі). Если давле­ ние Р2^0,577Р і, что бывает в безнапорных камерах, то процесс

62

протекает в сверхкритической области и расход пара (кг/сек) за­ висит только от его начальных параметров, т. е.

/--------------------

/*±}

£= ? / ] / * Л р ( ^ ) \

где ер — скоростной коэффициент, ф= 0,92—0,95; f — площадь вы­ ходного сечения сопла, ж2; /г — показатель адиабаты, для насыщен­ ного пара /е = 1 , 1 3 5 , для перегретого А = 1 , 3 ; р — плотность пара, кг/ж3; Л ф= 0,577 Р, Мн./м2.

При р 2 , равном или близком к атмосферному, массовый расход

Минимальное сечение всех сопл в сверхкрнтической области истечения пара находится делением общего расхода пара на его расход через 1 мм2: Hf — D/g мм2. Число отверстий паропровода п = = 2/7/і, где f1 определяют по диаметру в устье сопла (для расши­ ряющегося сопла типа Лавиля угол расширения а = 6 —12°).

Сечение разводящего коллектора для равномерности раздачи пара должно в два раза превышать суммарное сечение отверстий (табл. 25).

Диаметр паропроводов устанавливают исходя из скорости в них пара 20—30 м/сек.

63

§ 7. Проектирование и расчет установок с электропрогревом

Тепловлажностная обработка бетона методом электропрогрева основана на законе Джоуля •— Ленца количество тепла (кдоіс или кдж/ч), выделяемое в участке проводника при прохождении тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению участка и времени прохождения тока:

Q= 3,6PRx млн Q— 3,6/2R,

где / — сила тока, а; R — сопротивление проводника, ом\ т — вре­ мя, ч.

После замены Р на U2/R2, а R на р — , имеем (кдж/ч)

где р — удельное сопротивление проводника, ом-см\ I — длина уча­ стка между электродами, см\ s — поперечное сечение изделия, пер­ пендикулярное плоскости подводящих электродов, см2.

Электрическое сопротивление бетона не является постоянной величиной. По мере уменьшения в бетоне влаги, потребляемой на реакции твердения, оно возрастает, что требует во второй период твердения бетона повышения подводимого к нему напряжения. Электрическое сопротивление бетона зависит также от его темпе­ ратуры: с увеличением температуры оно падает.

По указанию Р. В. Вегенера [4], ориентировочно для практиче­ ских расчетов можно принимать удельное сопротивление свежеуложенной бетонной смеси при 15°С равным 850 ом-см, при колеба­ ниях—-от 540 до 1050 ом-см в зависимости от состава. При нагре­ вании бетона его минимальное значение равно 500 ом-см.

Для равномерного нагрева изделий током следует расположить токоподводящие электроды так, чтобы плотность тока во всей мас­ се изделия была минимальной. Наиболее рациональным считается такое расположение электродов, при котором две противоположные плоскости бетонного изделия соприкасались бы с разноименными сплошными пластинами-электродами.

Таким образом, наиболее эффективными являются пластинча­ тые электроды, которые применяются только как наружные. Менее эффективны для наружного крепления полосовые, представляющие собой параллельно расположенные друг к другу полосы. Еще менее эффективны стержневые, устанавливаемые внутри изделия. Не­ смотря на меньшую эффективность, стержневые электроды более распространены, так как могут применяться для изделий любой формы. Распространены также струнные электроды в виде сталь­ ных прутков, заложенных в изделие вдоль его оси.

Мощность, подведенная к изделию, должна быть эквивалентна расходу тепла на теплообработку изделия, равную сумме расходов тепла на нагрев бетона и влаги, формы, восполнению потерь тепла через стенки формы, за вычетом тепла экзотермии цемента в пе­ риод прогрева.

64

Ориентировочно мощность, соответствующая выделяющемуся экзотермическому теплу, согласно инструкциям электропрогрева можно принять равной 0,8 квтім3 бетона. Расход тепла на нагрев бетона, влаги, арматуры и формы определяют по формулам балан­

са тепла.

Потерн тепла в окружающую среду через поверхность формы составляют

д4= /г(іб —іюз)Г-3,6,

где k — коэффициент теплопередачи от бетона к воздуху через стен­ ку, для металлической формы толщиной стенки 8 мм без утепления k = 23,2 вт/м2-°С, толщиной 50 мм с утеплением минеральной ватой fe = 1 ,1 , для дерево-металлической А = 1,3; t5, tB03— средняя темпера­ тура бетона за период прогрева и температура окружающего воз­ духа.

1 кет электрической мощности эквивалентен 3600 кдж тепла. При расходе тепла на тепловлажиостную обработку изделий Q4 мощность (кет), подведенная к бетону, должна составлять

N 6=QJ3600.

За период теплообработки т (ч) расход мощности (квт-ч) со­ ставит

Удельная электрическая мощность, отнесенная к 1 м3 бетонного изделия в зависимости от подведенного напряжения и удельного сопротивления бетона, выражается формулами (квтім3) [4]:

для пластинчатых электродов

N Q=\000U2!?b2

где b — расстояние между соседними разноименными электродами, равное одному из наружных размеров изделия, см\

для полосовых с односторонним расположением

1 5 7 0 С / 2

3 - - 3 3 2 7

где h0— толщина изделия, см; а — коэффициент, при трехфазном токе а = 3/2 и при однофазном а = 2; а — ширина полос-электродов,

а In-- + я — \ Ы і

h J

где d0— расчетный диаметр одиночной струны, см; ^

для струнных при изделиях в деревянных формах с густой пе­ риферийной арматурой

Так как сопротивление бетона во второй период твердения воз­ растает и изменяется также количество подводимого к нему тепла, расход мощности следует определять раздельно для периодов по­ догрева и изотермического нагрева бетона и соответственно для каждого из них регулировать подводимое к бетону напряжение. Удельный расход мощности (квт-ч/м3) за весь цикл теплообработки составит

No— Norf I-f- Noi it 1 1 ,

где А/oi и Non — удельный расход мощности за период подогрева и изотермического прогрева, ті и тц — соответственно время, ч. Из формул удельной электрической мощности при применении раз­ личных типов электродов проверяют подведенное к ним напря­ жение.

66

Если расчетное напряжение не совпадает с располагаемым, то. устанавливают способы его понижения или производят изменение расстояния между электродами или режима теплообработкн.

Понижение напряжения осуществляют с помощью трансформа­ торов или какими-либо другими способами. Расстояние между электродами обычно зависит от габаритов изделия и составляет 20—40 см при напряжении 51—87 в. Его можно получить последо­ вательным включением двух—четырех изделий ц сеть напряжением 220 в. Расчетную мощность трансформатора (ква) для кассетного электропрогрева определяют по формуле

ные стенки формы.

Расстояние между пластинчатыми электродами равно толщине изделия Ь = = 14 см. Удельное сопротивление бетона принимают р=400 ом-см.

Объем бетона Ѵо = 6,11 -1,83-0,14= 1,56 м3.

Ориентировочно принимаем, что потери тепла во внешнюю среду через стенки формы компенсируются за счет экзотермических реакций. Общий расход тепла на нагрев составит

Применяем напряжение сети 220 в подведенное к девяти последовательно вклю­ ченным формам с изделиями.

Пример. Запроектировать установку для пропарки снликатобетонных изделий в автоклавах для завода мощностью 66 тыс. м3/год плотного бетона.

Дополнительные данные. По изделиям: стеновые панели из силикатобетона объемным весом 1900 кг/м3, размером 2,9X2,7X0,24 м. Количество арматуры в изделии согласно нормам 20 кг/м3 бетона, теплоемкость бетона 0,9 кдою/кг-°С, влажность при входе в автоклав 10%, при выходе — 6%, температура при входе в автоклав 20° С.

По режиму теплообработки: подъем давления 5,5 ч, выдержка при макси­ мальном давлении 5 ч, спуск давления 6,5 ч, охлаждение 2 ч, выгрузка 1 ч. Пол­ ное время оборота 20 ч, максимальное давление 12 бар. Пар поступает в автоклав сухой насыщенный с давлением 13 бар.

Прочие данные: количество панелей в одной форме размером 6X2,78 — 2 шт.; вес формы на 1 м3 бетона 1,2 т, средняя максимальная температура массы авто­

технической характеристикой: длина корпуса 21 м, диаметр 3,6 м, рабочий объем

21/6,7=3 шт.

Определяем емкость одного автоклава при укладке изделий в формах на ва­ гонетке. Панели устанавливают в следующем порядке: по ширине вагонетки — 1 шт., по длине— 2 шт., по высоте — пять рядов по 2 шт., всего на вагонетке — 10 шт. изделий. Емкость автоклава 10-3=30 шт.

Объем, занимаемый изделиями, 1,88-30=56,4 м3, вагонетками-платформами — 0,34-2,5-6,7-3=17 м3. Свободный объем автоклава 234—(56,4+17) = 160,6 м3. Заполнение объема автоклава изделиями

56,4

■100 =24% .

235 Потребное число автоклавов для заданной производительности

п = G4zjl = 5,9-20/30 = 3 ,9 3 « 4 .

Теплотехнический расчет. Составляем баланс тепла одного автоклава на пе­ риод его работы и на вега массу загруженных изделий.

68

Приход тепла за период.

С паром давлением 13 бар и энтальпией 2787 кдж/кг

Уі = Di„ = 02787 кдж.

Расход тепла за период.

1. На нагрев бетона от 20 до 188° С, соответствующий температуре сухого на­ сыщенного пара при конечном давлении в автоклаве, 12 бар-, количество бетона в автоклаве 30-3572 = 107 160 кг;

=55,3-ІО5 кдж.

4.На нагрев вагонеток. Масса всех вагонеток, находящихся в автоклаве,

3-2500 = 7500 кг, температура их равна температуре цеха 15° С;

q 4' — GBcapM(^к— = 7500-0,48 (188 — 15) = 62,3- ІО5 кдж.

5. На аккумуляцию корпуса автоклава при нагреве его от 40 до 120° С

q's = GaBTcapM(7к.ср — ''е.ср) = И8 500-0,48 (120 — 40) = 45,5- ІО5 кдж.

6. Потери тепла во внешнюю среду поверхностью автоклава. Поверхность ав­ токлава F=nDL=3,14-3,6-21=238 лі2, температура поверхности стенки 40° С, суммарный коэффициент теплоотдачи по табл. 32 равен 10,69 вт/м2 -°С, время, в течение которого расходуется пар, 10,5 ч;

q'g = асум (t„ — 7В) 0 -3 , 6 2 = 10,69 (40 — 15)-238-3.6-10,5 —- 241Ö5 кдж.

7. На испарение влаги из изделий. Из практических данных заводов прини­ маем остаточную влажность изделий аь = 6%;

8. Потери тепла с паром, оставшимся в свободном объеме автоклава при ми­ нимальном давлении 12 бар с энтальпией 2784 кдоіфсг,

Уд = Ксврпіп = 160,6-6,12-2784 = 27,4• 105 кдж.

9. Потери тепла с утечкой пара через неплотности. Коэффициент утечки пара принимаем равным 0,05;

Уд = kDiu = 0,057)2787 = 139D кдж.

10. Потери тепла с конденсатом

= [О — (0,050 + 160,6-6,12)] 4,18-100 = 3970 — 4, МО5 кдж.

Всего расход тепла £у'=498105+ 536Д кдж/период. Уравнение баланса тепла 27870=498-105+536О. Расход пара за период пропарки

О = 498 -105/2251 = 22 100 кг/период.

69