Определение требуемого количества тепловых агрегатов, их размеров и схемы размещения.

Часовая производительность установки определяется по выражению

где

V_изд – средний объем изделия, м³;

М – число рабочих дней в году;

К – число смен;

Z – продолжительность рабочей смены, ч.

Габаритные размеры УНД:

Длина L_k = L_I + L_II + L_III = N_r ∙ t_то · (l_ф + l₁),

где

L_I ,L_II ,L_III – длина зон подъема температуры, изотермической выдержки и охлаждения соответственно, м;

L_I = N_r ∙ t_I · (l_ф + l₁);

L_II = N_r ∙ t_II · (l_ф + l₁);

L_III = N_r ∙ t_III · (l_ф + l₁);

где

l_ф – длина формы-вагонетки, м;

t_I ,t_II ,t_III – продолжительность периодов подъема температуры, изотермической выдержки и охлаждения;

l₁ – зазор между формами-вагонетками по длине.

l_ф = 3 м; t_I = 3 ч; t_II = 4 ч; t_III = 3 ч; l₁ = 0 м.

L_I = 4,69 · 3 · (3 + 0) = 42,21 м;

L_II = 4,69 · 4 · (3 + 0) = 56,28 м;

L_III = 4,69 · 3 · (3 + 0) = 42,21 м.

L_k = 42,21 + 56,28 + 42,21 = 140,7 м.

Так как расчетная длина камеры выходит за габариты разрешенной площади цеха, то принимаем 2 установки по 71 м. каждая, которые располагаются рядом. Длинна горизонтальной камеры для УТП-1 не должна превышать 127 м.

Высота камеры

H = n_я · (h_ф + a) – a + h₁ + h₂ ,

где

n_я – количество ярусов в камере;

h_ф – высота формы-вагонетки, м;

а – свободный промежуток между формами-вагонетками по высоте, м;

h₁ – расстояние от низа формы-вагонетки до пола камеры, м;

h₂ – расстояние от верхней поверхности изделия до перекрытия, м.

n_я = 1; h_ф = 0,6 м; a = 0 м; h₁ = 0,5 м; h₂ = 0,4 м.

Н = 1 · (0,6 + 0) – 0 + 0,5 + 0,4 = 1,5 м.

Ширина камеры

В = b_ф + b₁ + b₂ ,м

где

b_ф – ширина формы-вагонетки, м;

b₁ – допустимый зазор между стенами камеры и формой-вагонеткой, м;

b₂ – зазор для прохода, м.

b_ф =3,2 м, b₁ = 0,2 м, b₂ = 0,6 м.

В = 3,2 + 0,2 + 0,6 = 4 м.

Составление и расчет уравнения теплового баланса установки.

Теплотехнический расчет заключается в составлении теплового баланса установок, на основании которого определяется расход теплоты, требуемой на тепловую обработку изделий. На основе теплового баланса подбирают диаметр труб для подвода теплоносителя, составляют программу автоматического регулирования процесса тепловой обработки.

Тепловой баланс установки непрерывного действия составляется в отдельности для каждой зоны (подъёма температуры и изотермической выдержки), при этом расчёт производится на усреднённую часовую производительность установки. Уравнение баланса имеет вид

, кДж (10)

где

Q = g_r ∙ i_n –часовой расход теплоты, требуемый на тепловую обработку изделий, кДж/ч,

Q_экз- количество теплоты, выделяющейся в процессе экзотермической реакции гидратации цемента с водой затворения, кДж/ч;.

β- коэффициент, учитывающий неподвижные потери теплоты;

Q_б- количество теплоты, расходуемое на нагрев бетона, кДж;

Q_ф/в- количество теплоты, расходуемое на нагрев металла формы, кДж;

Q_исп –количество теплоты, расходуемое на испарение влаги из обрабатываемых изделий, кДж;

Q_пот- количество теплоты, потерянное установкой в окружающую среду, кДж/ч;

Q_к- потери с конденсатом, кДж/ч.

Теплота на нагрев бетона. Количество теплоты, расходуемое на нагрев массы изделия, определим по формуле:

, кДж (11)

где с_б- средневзвешенная теплоемкость бетонной массы изделия, кДж/(кгºС);

G_б- масса изделия, кг;

t_н, t_к- средние температуры бетона в начале и конце соответствующего периода, ºС.

Рассчитаем данную величину по периодам тепловой обработки:

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка:

кДж

Теплота на нагрев формы. Количество теплоты, расходуемое на нагрев металла формы определим по выражению:

, кДж (12)

где c_м- теплоемкость материала формы, , кДж/(кг ºС);

G_ф/в- масса формы, кг;

t_к- конечная температура поверхности бетона изделия в соответствующем периоде, ºС;

t_н- начальная температура металла формы, равная в период подъема температуры – температуре воздуха в цеху или на улице, а в период изотермической выдержки – температуре поверхности бетона изделия в конце периода подъема температуры, ºС.

Рассчитаем данный показатель по периодам тепловой обработки

подъем температуры:

кДж

изотермическая выдержка

кДж

Теплота, расходуемая на испарение воды затворения

Q_исп = G_исп ∙ r, кДж

где

G_исп – количество испаряющейся жидкости за рассматриваемый период, кг;

r – теплота испарения при температуре среды камеры, кДж/кг

изотермическая выдержка

G_исп = 0,05 ∙ 180  0,36 = 3,27 кг

r = 2333,3 кДж/кг

Q_исп = 3,27 ∙ 2333,3 = 7638,64 кДж

Потери теплоты ограждающими конструкциями

Конструкция стен и потолка:

1 – плита железобетонная =100мм.,=2,04Вт/(м∙ºС).,=2500кг/м³

2 – плита минераловатная =100мм.,= 0,06Вт/(м∙ºС).,=50кг/м³

3 – лист асбестоцементный =10мм.,= 0,52Вт/(м∙ºС).,=1800кг/м³

4 - гидроизоляция

Конструкция пола камеры

1 – керамзит =100мм.,=0,23Вт/(м∙ºС).,=800кг/м³

2 – гидроизоляция

3 – плита железобетонная =160мм.,=2,04Вт/(м∙ºС).,=2500кг/м³

надземная часть

, кДж/ч

где

К_i – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙ºС)

F- теплоотдающая поверхность, м²;

t_ср- температура среды в камере, ºС;

t₀- температура воздуха в цеху или на улице, ºС.

Рассчитаем данный показатель по периодам тепловой обработки

подъем температуры:

К = 1/R₀

, (м²∙ºС)/Вт

,(м²∙ºС)/Вт

F = 21,2 ∙ (4 + 1,5) = 116,6 м²

, кДж/ч

изотермическая выдержка:

,(м²∙ºС)/Вт

F = 28,6 · (4 + 1,5) = 157,3 м²

, кДж/ч

подземная часть

, кДж/ч

где

R_0i – общее сопротивление теплопередаче конструкции рассматриваемого ограждения i-ой зоны, (м²∙ºС) /Вт

F- теплоотдающая поверхность, м²;

t_ср- температура среды в камере, ºС;

t₀- температура воздуха в цеху или на улице, ºС.

подъем температуры:

,(м²∙ºС)/Вт

,(м²∙ºС)/Вт

,(м²∙ºС)/Вт

F₁₁ = 1,5 ∙ 21,2 + 1,5 ∙ 4 = 37,8 м²

F₁₂ = 4 ∙ 4 + 21,2 ∙ 2,5 = 69 м²

F₂ = 1,5 ∙ 17,2 = 25,8 м²

, кДж/ч

изотермическая выдержка:

F₁₁ = 1,5 ∙ 28,6 + 1,5 ∙ 4 = 48,9 м²

F₁₂ = 4 ∙ 4 + 28,6 ∙ 2,5 = 87,5 м²

F₂ = 1,5 ∙ 24,6 = 36,9 м²

, кДж/ч

Суммарные потери в окружающие среды по периодам тепловой обработки составляют:

подъем температуры:

, кДж/ч

изотермическая выдержка:

, кДж/ч

Потери теплоты с отработанным теплоносителем определяются по формуле

,кДж/ч

где

с_к- теплоемкость теплоносителя (для воды с_к=4,19), кДж/кг ºС;

t_к- температура конденсата.

Тогда, теплота, теряемая с конденсатом равна

,кДж/ч

При работе установки непрерывного действия ограждения находятся в стационарных тепловых условиях, следовательно, статью расхода теплоты на нагрев ограждений из уравнения теплового баланса исключают. Однако при остановке конвейера в выходные дни происходит понижение температуры ограждений на tC, требующее определенного количества теплоты на разогрев вхолостую до начала работы смены:

,кДж

где

c_огр- теплоемкость материала установки, кДж/кг;

G_огр- масса ограждающих конструкций, кг.

Произведем расчет средних конечных температур материала ограждений.

надземная часть

зона подъема температуры:

,C

,(м²∙ºС)/Вт

,C

,C

,C

,C

,C

t_в=42,5C

t₁=42,35C

t₂=41,62C

q

t₃=16,77C

t₄=16,49C

t_н=15C

Температуры в слоях:

,C

,C

,C

Рассчитаем массу ограждающих конструкций

кг

кг

кг

,кДж

,кДж

,кДж

зона изотермической выдержки:

,(м²∙ºС)/Вт

,C

,C

,C

,C

,C

t_в=70C

t₁=69,73C

t₂=68,27C

q

t₃=18,56C

t₄=17,59C

t_н=15C

Температуры в слоях:

,C

,C

,C

Рассчитаем массу ограждающих конструкций

кг

кг

кг

,кДж

,кДж

,кДж

подземная часть

зона подъема температуры (стена):

,(м²∙ºС)/Вт

,C

,C

,C

,C

t_в=42,5C

t₁=42,34C

t₂=41,58C

q

t₃=15,45C

t_н=15C

Температуры в слоях:

,C

,C

,C

Рассчитаем массу ограждающих конструкций

кг

кг

кг

,кДж

,кДж

,кДж

зона изотермической выдержки (стена):

,(м²∙ºС)/Вт

,C

,C

,C

,C

t_в=70C

t₁=69,72C

t₂=68,18C

q

t₃=15,91C

t_н=15C

Температуры в слоях:

,C

,C

,C

Рассчитаем массу ограждающих конструкций

кг

кг

кг

,кДж

,кДж

,кДж

зона подъема температуры (пол):

,(м²∙ºС)/Вт

,C

,C

,C

t_в=42,5C

t₁=41,97C

t₂=37,85C

q

t_н=15C

Температуры в слоях:

,C

,C

Рассчитаем массу ограждающих конструкций

кг

кг

,кДж

,кДж

зона изотермической выдержки (пол):

,(м²∙ºС)/Вт

,C

,C

,C

t_в=70C

t₁=69,04C

t₂=60,78C

q

t_н=15C

Температуры в слоях:

,C

,C

Рассчитаем массу ограждающих конструкций

кг

кг

,кДж

,кДж

,кДж

Статья баланса	Количество теплоты, кДж		Итого	%
	Подъем температуры	Изотермическая выдержка
Теплота на нагрев бетона	66823,73	63710,95	130534,68	52,82
Теплота на нагрев формы	47711,04	20804,16	68515,2	27,72
Потери в окружающую среду.	4468,71	11869,44	16338,15	6,61
Потери с конденсатом.	16070,95	15680,93	31751,88	12,85