2.1 Описание установки

Туннельная печь

Особенности туннельной печи: садка материала на вагонетки туннельных печей и выгрузка обожженного кирпича с этих вагонеток производится вне печи в нормальных температурных условиях, что значит облегчает и дает возможность механизировать трудоемкие процессы садки и выгрузки материала.

В туннельных печах можно осуществить полную автоматизацию управления режима обжига. Движение печных вагонеток по туннельной печи осуществляется механическим гидравлическим толкателем. Туннельные печи представляют собой печи не прерывного действия с прямолинейным каналом в котором по рельсовому пути перемещаются вагонетки. Печи состоят из трех зон: зона подогрева, зона обжига и зона охлаждения. В средней части печи размещена зона обжига, где установлены автоматические горелки работающие на природном газе или на нефтяном топливе. В нее подают топливо продукты горения, которые просасываются вперед и омывают изделие находящееся в зоне подогрева. Отработанные дымовые газы выбрасываются в атмосферу воздух нагнетается вентилятором в конце туннеля для охлаждения вагонеток и изделия. Установленный режим обжига обеспечивает получение качественных изделий при продолжительной тепловой обработке от 24 до 48 часов. Организация канализованного пола вагонеток ликвидирует недожог нижних рядов садки. Теплообмен в туннельных печах происходит конвекцией и излучением.

3 Теплотехнический расчет

Теплотехнический расчет ведется с целью определения баланса тепла.

3.1 Расчет горения природного газа

3.1.1 Теоретический и действительный расход воздуха

Расчетная формула для определения теоретического количества воздуха (м³), необходимого для сжигания 1 м³ сухого газообразного топлива:

V⁰ = 0.0476 [0.5CO + 0.5H₂ + 1.5H₂S + Σ(m+n/4)C_mH_n – O₂] (8)

где CO, H₂ и т.д. – компоненты топлива, %

V⁰ = 0,0476 [2 · 91,2 + 3,5 · 2,8 + 5 · 0,9 + 6,5 · 0,6] = 9,548 м³

Действительный расход воздуха на 1 м³ газообразного топлива определяется из выражения:

V_в = α · V_т (9)

где α – коэффициент избытка воздуха в печи.

При α₁ = 1,2:

V_в = 1,2 · 9,548 = 11,458 м³

3.1.2 Состав и объем продуктов сгорания

V_г = V_сг + V_вп (10)

где V_сг – сухие газы,

V_вп – водяные пары.

Объем сухих газов при α = 1:

V_сг = V_CO2 + V_N2 + V_O2 (11)

V_CO2 = 0.01·(CO₂ + CO + H₂S + Σ m·C_mH_n)

V_CO2 = 0.01 · (0.5 + 91,2+ 2 · 2,8 + 3 · 0,9 + 4 · 0,6) = 1,024 м³

Объем сухих газов при α = 1.6:

(12)

V_т – теоретическое количество воздуха (м³), необходимого для сжигания 1 м³ сухого газообразного топлива.

,

м³ (при α=1);

V_сг = 8,6 + (1,6 – 1) · 9,548 = 14,33 м³ (при α = 1,6) .

V_сг = 8,6 + (1,2 – 1) · 9,548 = 10,51 м³ (при α = 1,2) .

V_вп = 1,974 (из таблицы 1);

- ( при α = 1,2);

- ( при α = 1,6);

Всего : V_г = 14,33 + 1,974 = 16,304 м³.

Теплота сгорания:

Q_H^P=358 ·CH₄ + 640 ·C₂H₆ + 915 ·C₃H₈ + 1190 ·C₄H₁₀ + 1465 ·C₅H₁₂ (13)

Q_H^P=358 ·91.2 +640 ·2.8 +915 ·0.9 +1190 ·0.6 = 35979,1кДж/м³.

Расчет горения природного газа приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Расчет горения природного газа

Состав 1м3 газа, м3	Реакция горения	Требуется для горения, м3			Образуется при горении, м3
		O2	N2	воздуха	CO2	H2O	N2	O2	сухих газов	всех газов
CH4=0,912	CH4+2O2= CO2+2H2O	2·0,91= =1,82	2,002·3,7 = 7,4	2,002 +7,4 = 9,4	0,912	2·0, 912 =1,824	0,033+ 7,4=7,43
C2H6=0,028	C2H6+3,5O2= =2CO2+3H2O	3,5· 0,028= =0,098			2·0,028= =0,056	3·0,028=0,084
C3H8=0,009	C3H8+5O2= =3CO2+4H2O	5·0,009=0,045			3·0,009= =0,018	4·0,009=0,036
C4H10=0,006	C4H10+6,5O2 =4CO2+5H2O	6,5·0,006=0,039			4·0,006= =0,024	5·0,006=0,03
N2=0,033	Переходит в газы	--			--	--
При α=1		2,002	7,4	9,4	1,01	1,974	7,43	--	8,6	10,5
При α=1,2		2,402	8,88	11,28	1,01	1,974	8,91	0,58	10,51	12,48
При α=1,6		3,203	11,84	15,04	1,01	1,974	11,88	0,75	14,33	16,3

Из расчета горения следует, что на 1 м ³ природного газа при α =1,2 требуется 11,28 м ³ воздуха, из 1 м³ газа образуется 1,974 м ³ водяных паров и 10,51м ³ сухих газов. Проверяем возможность достижения требуемой темпера­туры обжига 1100°С, если воздух поступает подогретым до 200°С. Приход тепла при горении 1 м ³ газа составит

Q_н^p + c_вt_вV_{в +} c_mt_m , кДж (14)

где Q_н^p – теплота сгорания;

При холодном газе теплосодержанием самого топлива c_mt_m ввиду его не­значительной величины можно в расчете пренебречь, учитывая теплоту сгора­ния топлива и теплосодержание воздуха

Q_н^p + c_вt_вV_в = 35500 + 1,297 · 200 · 11,28 = 38426 кДж,

где с_в - теплоемкость воздуха, при t_в = 200 °С, с_в = 1,297 кДж/м³·°С;

V_B -объем воздуха для горения 1 м³ топлива, из расчета горения V_В = 11,28 м³.

Следовательно теплосодержание продуктов горения должно составить 38426 кДж.

Предполагаем, что теоретическая температура продуктов горения равна 1800°С, тогда теплосодержание сухих продуктов горения и водяных паров со­ставит

i_пр.гор = (c_с.газV_с.газ + c_в.пV_в.п)t_{m .}, (15)

где V_с.газ - объем сухих газов от сгорания 1 м ³ топлива, V_с.газ = 10,51 м ³;

V_в.п. - объем водяных паров из 1 м³ газа образуется 1,974 м ³;

t_m - теоретиче­ская температура горения, °С;

с_с.газ. - теплоемкость сухих газов при t = 1800 °С составит с_с.газ. =1,62 кДж/(м ³·°С), для водяных паров с_в.п. = 1,92 кДж/м³-°С

i_пр.гор = (1,62 · 10,51 + 1,92 · 1,974) · 1800 = 37476 кДж

Полученное теплосодержание меньше тепла, выделенного в топке на

38426 - 37476 = 950 кДж.

Предполагаем температуру 1900° С.

с_с.газ. = 1,63 кДж/м ³·°С;

с_в.п. = 1,94 кДж/м³·°С;

i_пр.гор = (1,63 · 10,51 + 1,94 · 1,974)1900 = 39824 кДж

39824- 38426 = 1398 кДж,

т.е. на 1398 кДж больше выделенного тепла, следовательно температура горения лежит между 1800 °С и 1900 °С.

1800 +(100/2348)·950 = 1841°С

Принимая пирометрический коэффициент для туннельной печи равным 0,75, находим действительную температуру горения:

t_д = t_m· χ (16)

t_д = 1841 · 0,75 = 1380 °С,

что при подогреве воздуха до 200 °С обеспечит требуемую температуру обжига кирпича.