Muc Luc
ChươngI : Phần mở đầu Chương II : Phần tổng quan
Chương III : Tính toán thiết bị chính Chương IV : Tính toán các thiết bị phụ
Trang 2CHUONG I: PHAN MO DAU
I.Giới thiệu thiết bị nung trong công nghệ Silicát:
Phần lớn các loại vật liệu gốm sứ đều phải trải qua một khâu quan trọng đó là quá
trình nung Quá trình nung ảnh hưởng tất nhiều đến chất lượng sản phẩm Những
thiết bị thực hiện quá trình nung gọi là lò nung
Lồ nung là một thiết bị nhận nhiệt từ quá trình cháy của nhiên liệu rồi cung cấp cho vật liệu nung
Các lò nung vật liệu gốm sứ phải làm việc ở nhiệt độ cao Mục đích chủ yếu là
nhằm biến đổi trạng thái vật lí và cấu trúc bên trong của vật liệu GC nhiệt độ này
các quá trình hóa lí xảy ra bên trong vật liệu làm thay đổi bản chất của nó so với
cùng nguồn gốc thiên nhiên cũ giúp cho sản phẩm đạt được những yêu cầu kĩ thuật
cần thiết
Xét về mặt năng lượng thì nguồn cung cấp nhiệt cho lò nung rất đa dạng Ngoài những nguồn năng lượng truyền thống như : củi, than ,dầu ngày nay công nghệ
hiện đại cho phép chung ta sử dụng các nguồn năng lượng mới như: điện năng, sóng hồng ngoại Cùng với những nguồn năng lượng này đã có những thiết bị mới phù hợp song giá thành cao nên chưa được ứng dụng rộng rãi.Việc sử dụng nguồn năng lượng nào cũng như thiết bị nào phụ thuộc vào các yêu cầu của công nghệ,
chất lượng sản phẩm và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật
II.Phân loại:
Có rất nhiêu loại thiết bị nung, dựa vào các đặc điểm khác nhau cơ bản ta có thể
phân thành các loại sau:
Dựa theo chế độ làm việc :lò liên tục và lò gián đoạn
+ Lò liên tục :các giai đoạn trong quá trình nung xảy ra cùng một thời điểm + Lồ gián đoạn: các giai đoạn nung xảy ra tuần tự
Dựa theo nhiên liệu sử dụng: Lò ga, than, củi, dầu
Dựa theo cấu tạo buồng làm việc: Lò phòng, lò Tunnel, lò quay, lò đứng HI.Mục tiêu của đề tài :
Lựa chọn, thiết kế sơ bộ lò nung cho qui trình sản xuất gạch ngói theo các yêu cầu
kĩ thuật của sản phẩm Từ đó , ta biết cách lựa chọn thiết bị cho phù hợp cùng với
Trang 3CHUONG II : PHAN TONG QUAN I.Giới thiệu sơ bộ dây chuyền công nghệ sản xuất gach ngói :
Bãi ủ trong nhà Đất sét ủ ở ngoài
Ỷ
» Thing ludng phối liệu
oe ! Cán thô
Máy nhào đùn liên hợpcó | | Ỷ Máy nhào đùn liên hợp có
hút chân không ! Cán mịn hút chân không Ỷ | J Ỷ Tạo hình có ép gạch tào | Nhào trộn Ép tạo gạch 4 lỗ | Ỷ Tạo hình dập ngói TT— Thùng lường trung gian —— Bàn cắt | 1 Phơi tự nhiên ! Sấy Phối tự nhiên ! Ỷ ! Nung _ Phế phẩm Sp Ý
IIL.Giới thiệu về san phẩm va các yêu cầu kĩ thuật:
Sản phẩm gạch ngói là nguyên liệu cơ bản trong các công trình xây dựng.Nguyên
liệu cơ bản là đất sét Hầu hết các loại đất sét nếu có đủ độ dẻo tạo hình đều có
thể dùng làm gạch.Tuy nhiên , để gạch ngói có chất lượng cao nguyên liệu vẫn cần
có độ ổn định , không chứa các muối tan, các muối sunfat hoặc CaCO¿ dé tạo vết
nứt chân chim và thủy hóa làm vật liệu dãn nở
Trang 4Có rất nhiều loại sản phẩm gạch ngói, nhưng để đơn giản trong quá trình tính toán, ta chọn sản phẩm nung là 1 loại gạch 4 lỗ Các yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm: Khối lượng 1,5kg/vién Kích thước 190x90x90mm Độ hút nước >8% Giới hạn bền nén >30Mpa
HI.Các biến đổi hóa lí trong quá trình nung:
Trước hết ta xác định khoảng nhiệt độ cần đạt tới của quá trình nung gạch
Để ước tính nhiệt độ nung gạch , ta dựa vào giản đổ pha 3 cấu tử hệ SiO;-AlạOa- K;O 810, =58,52% Al,O3 =19,38% K,0 =2,28% Ta qui về % của riêng 3 cấu tử trên 8102 =73% Al:Oa =24% K,0 =3%
Theo giản đồ pha thì điểm bắt đầu xuất hiện pha lỏng chính là điểm otecti tại nhiệt
độ 985°C Sau đó , lượng pha lỏng bắt đầu tăng dần theo nhiệt độ
Theo giản đổ pha thì lúc này tinh thể mulit bắt đầu xuất hiện và tăng dần đến điểm M' Từ 1200°C bắt đầu có những tinh thể mulít rất mịn hình thành ,, tinh thể mulít
dần phát triển thành dạng hình kim trong pha lỏng khi pha lỏng xuất hiện nhiều.Từ 1300°C trở lên thì tinh thể mới hình thành rõ rệt hơn Ta quan tâm nhiều đến tinh
thể mulit là vì mulit có những tính chất có lợi : độ bển cơ, độ bền hóa , độ bền
nhiệt cao Tuy nhiên, trong thực tế khả năng hình thành mulit là rất khó khăn vì các
sản phẩm của chúng ta không thực sự đạt đến nhiệt độ cao Sự kết khối của vật liệu xảy ra chủ yếu nhờ sự có mặt của pha lỏng Nhưng nếu pha lỏng quá nhiều
Trang 5Thực chất giản đồ pha chỉ là công cu cho phép chúng ta dự đoán và ước lượng nhiệt độ nóng chảy của vật liệu và lượng pha lỏng tạo thành Từ đó , ta có thể giới hạn các thí nghiệm để tìm ra chính xác nhiệt độ nung thích hợp.Bởi vì các quá trình trên
giản đồ pha là các quá trình kết tinh của các oxít tinh khiết và đó là các quá trình thuận nghịch, Thực tế thì bản thân thành phần của 3 cấu tử
không tinh khiết trên không thể đánh gia hết thành phần của phối liệu đặc biệt là
FeaOa
Vì yêu cầu về độ bển cơ và 1 số yếu tố kĩ thuật khác của sản phẩm gạch ngói
không quá cao nên để giảm nhiệt độ nung cho sản phẩm ta sử dụng những loại đất
sét có hàm lượng chất chảy cao, đặc biệt là oxit sắt FezOa
Từ thực nghiệm thực tế thì nhiệt độ nung khả thi cho sản phẩm gạch ngói là 950 -
1050°C
Ở khoảng nhiệt độ này , vớinhững loại đất sét có nhiều chất chảy ,đặc biệt là FezOs thì lượng pha lỏng tạo ra đủ lớn để làm rắn chắc khối vật liệu
Qua trình , chế độ nung phụ thuộc vào đường cong nung của phối liệu Ta sử dụng các kết quả của quá trình phân tích nhiệt vi sai DTA , DG để xác định nhiệt độ xảy ra các quá trình hóa lí bên trong phối liệu và cùng kết hợp với các quá trình thực
nghiệm để xây dựng đường cong nung cho phối liệu
Trong đất sét có rất nhiều khoáng, nhưng khi mất nước có những tính chất biến đổi
vì nhiệt tương tự như khoáng caolinhit nên các đường cong DTA chỉ sai lệch nhau
chút ít về nhiệt độ và mức độ xảy ra các hiệu ứng nhiệt.Do đó ta có thể phân tích đường cong DTA của khoáng Caolinhit làm đại diện đặc trưng cho đất sét
+ 100-200°C :giai đoạn sấy.Các dạng nước liên kết lí học tách ra khỏi phối
liệu.Sản phẩm co ngót mạnh ,cần lượng không khí dư lớn giúp tách ẩm
+ 200-400°C :cháy hết các chất hữu cơ có lẫn trong đất sét Phân hủy sunfit(đáng kể nhất là pyrit sắt FeS).Cacbon lẫn trong đất sét cháy, có thể tạo ra khí CO; gây
nr
nở sản phẩm
Trang 6+ 700-900°C :phân hủy cacbonat canxi Pha khí CO; bay hơi, pha rắn còn lại rất hoạt hóa , có khả năng phản ứng với các khoáng của đất sét
Gạch kết khối nhờ pha lỏng xuất hiện (850-900) nếu nguyên liệu chứa nhiều tạp
chất dễ chảy, nhất là FeO.FeO dễ chảy hơn Fe;Os rất nhiều.Trong đất sét , FeO chỉ tạo thành trong môi trường khử, trưòng hợp này gạch có màu hơi xanh
+ 900-1050°C :phá hủy cấu trúc nhóm mica có lẫn trong đất sét Hình thành mulít
nguyên sinh từ spinel và cristobalit theo phản ứng
3(Al;Oa 31O›) 3 Al;Oa.2S1O;› + S10,
Như vậy, thành phần khoáng của gạch gồm các khoáng chính trong hệ SiO; và
trong hệ CaO-AlzOs-SiO›.Nhưng cường độ gạch có được chủ yếu là nhờ pha lỏng Trên hình vẽ , hiệu ứng nhiệt thứ nhất (thu nhiệt) ở khoảng nhiệt độ 500 trên
đường cong DTA tương ứng với sự mất nước liên kết hóa học , đồng thời caolinhit
chuyển thành dạng mêta caolinhit với cấu trúc tinh thể không rõ ràng.Sự mất nước
được khẳng định rõ hơn nhờ sự thể hiện tổn thất trọng lượng trên đường cong GTA
Hiệu ứng nhiệt thứ 2 (tổa nhiệt) ở khoảng nhiệt độ 950°C tương ứng với quá trình phân hủy meta caolinhit thành các oxít hoặc mulít nguyên sinh
Từ 1100-1200 ,mulít thứ sinh hình thành cùng với sự tạo thành các khoáng
cristobalit, với xác suất như nhau
IV.Lựa chọn kiểu lò:
Nung là một trong những giai đoạn quan trọng nhất để sản phẩm đạt được các yêu cầu kĩ thuật Để nung sản phẩm, ta có thể sử dụng nhiều loại lònhư :lò lửa đảo , lò
vong , lo Tunnel
Lò lửa đảo và lò vòng có nhược điểm là :tốn nhiều năng lượng , cho năng suất thấp
,cho chất lượng sản phẩm không đồng đều.Ngoài ra, đối với cả 2 loại lò trên thì
khó áp dụng các hê thống tự động hóa ,không thể nâng cao năng suất.Do đó đứng
Trang 7Lò Tunnel nung các khối đá gốm
Lò Tunnel nung sứ vệ sinh
Trang 8Chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao trong lò giảm so với các loại lò khác nên cho
sản phẩm có hình dạng đều ,ổn định Năng suất cao , chất lượng sản phẩm tốt
Dễ dàng thực hiện các quá trình tự động hóa để nâng cao năng suất
2.Nhược điểm của lò Tunnel: Chí phí đầu tư lớn
Chiếm diện tích mặt bằng
Khó thay đổi chế độ nhiệt, do đó chỉ có thể nung tốt một loại sản phẩm 3.Nguyên lí hoạt động của lò:
Lò Tunnel là thiết bị nung hoạt động liên tục ,vật liệu chuyển động ngược chiều
với khói lò theo chiều dài lò Theo chế độ nhiệt ,lò Tunnel được chia làm ba vùng: vùng sấy đốt nóng, vùng nung , vùng làm nguội
Lò có thể được đốt bằng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như: dầu mazút, than, gas Thời gian cho 1 chu kì nung được tính từ lúc xe goòng vào lò đến khi ra lò Nhiên liệu Xe goòng
Trang 9lạnh dần dần được đốt nóng lên sau khi làm nguội sản phẩm và được chuyển sang vùng nung tham gia vào quá trình cháy Ở vùng nung nhiên liệu được cung cấp thông qua các bét phun ở 2 bên tường GC vùng nung, nhiệt độ của vật liệu đạt giá trị cao nhất Sản phẩm cháy được chuyển sang vùng đốt nóng gặp các xe goòng chứa mộc đang đi vào lòvà đốt nóng dần lên trước khi các xe goòng đi vào vùng
nung Khói lò được thải ra ngoài qua quạt hút dẫn vào ống khói V.Thuyét minh va lựa chọn nhiên liệu:
Ta có thể sử dụng các loại nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí để đốt lò nw ne “A “A g 2 Rn ` Đối với nhiên liệu rắn, ta có thể dùng than, nx Zs nA “A z n ` z ˆ x , z Đối với nhiên liệu lỏng ,ta có thể dùng các loại dầu ,khí hóa lỏng ^“ Ae “A "A + z n `
Đối với nhiên liệu khí ,ta có thể dùng gaz
Ta không sử dụng các nhiên liệu khí vì chi phí rất cao , không phù hợp cho công
nghệ sản xuất gạch ngói
Sử dụng các loại nhiên liệu rắn cụ thể là than thì cũng rất phù hợp nhưng quá trình
vận chuyển khó, dễ thất thoát Hơn nữa, cơ cấu lò đốt than khá phức tạp và ô
nhiễm môi trường cũng là một khuyết điểm của nhiên liệu than
Một vấn đề nữa đối với than là than dễ bị oxi hóa ở nhiệt độ thường, sinh ra các khí tích tụ trong than dễ gây cháy
Trang 10CHƯƠNG III : PHẦN TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH — on 4 ° ° I.Đặc điểm của các giai đoạn nung : 1200 ¬ ở Z \ 400 WA \ 200 A NX 0 T T T T T T T T T T 1 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 thoi gian(h) nhiet do Dựa vào đường cong nung, ta chia thành các vùng gia nhiệt như sau : 1.Gial đoạn 1 ( 30 —200°C): Thời gian nâng nhiệt là 5,5h Tốc độ nâng nhiệt là 31°C/h
Trang 11Đây là giai đoạn tách nước hóa học và đốt cháy các tap chất hữu cơ Đất sét có hàm lượng chất hữu cơ đáng kể, do đó khi cháy sẽ để lại các lỗ xốp trong sản
phẩm gây nên sự co, nứt sản phẩm 3.Giai đoạn 3 ( 400 —-600°C):
Thời gian nâng nhiệt là 5h
Tốc độ nâng nhiệt là 25°C/h
Ở khoảng nhiệt độ 550-600% có sự biến đổ thù hình của SiO;
8 -quartz > a-quartz ,kém theo đó là sự biến đổi thể tích đột ngột gây biến dạng ,nứt vỡ sản phẩm ,do đó ta cần khống chế nhiệt độ tăng từ từ
4.Giai đoạn 4 ( 600 —800°C):
Thời gian nâng nhiệt là 4,5h
Tốc độ nâng nhiệt là 22,2°C/h
Ở giai đoạn này pha lỏng bắt đầu xuất hiện
5.Giai đoạn 5 ( 800 —980°C) và giai đoạn 6 ( 980 —800°C): Thời gian nâng nhiệt là 7h
Tốc độ nâng nhiệt là 25,7°C/h
Đây là giai đoạn lưu nhiệt ,ở giai đoạn này pha lỏng xuất hiện nhiều để thực hiện
quá trình kết khối có mặt pha lỏng Giai đoạn này cần tốc độ nâng nhiệt và do đó chiều dài của giai đoạn này là dài nhất để tạo khoảng thời gian lựu nhiệt cần thiết cho quá trình kết khối và để tránh gây biến dạng sản phẩm vì lúc này pha lỏng sinh ra nhiều
Trang 12Đây là giai đoạn làm nguội nhanh để ổn định các khoáng và pha thủy tính trong
sản phẩm, tạo cho sản phẩm có độ bền cơ nhất định
7.Gial đoạn 8 ( 400-200°C): Thời gian hạ nhiệt là 9h
Tốc độ hạ nhiệt là 22,2°C/h
II.Xác định các kích thước cơ bản của lò:
1.Chọn cấu tạo xe goòng :
Xe goòng được cấu tạo bởi 2 phần :
+ Phần khung bằng thép hợp kim chịu nhiệt tốt , phía dưới là cơ cấu chuyển động bằng bánh xe trên đường ray
+ Phần lớp gạch chịu lửa và cách nhiệt để sắp xếp sản phẩm lên trên xe và cách
nhiệt cho khung xe goòng phía dưới, giúp xe làm việc an toàn
Chiều dài xe goòng : 2,4 m
Chiều rộng xe goòng : 3 m
Chiều cao xe goòng :0,8m
Trang 13
Chiều dày của lớp vật liệu nền xe :130+195+130 = 355mm Chiều cao xếp gạch : 1,35 m
Thể tích chứa của xe goòng V, = 2,4 x 3 x 1,35 = 9,72 mỶ
Mật độ xếp gạch p = 0,8 T/mỶ, suy ra sức chứa của mỗi xe goong 7,8 T/ m*
2.Sức chứa của lò :
Năng suất 20 tr viên/năm
1 viên gạch 4 lỗ có khối lượng 1,5 Kg
Khối lượng gạch ra lò hàng năm ( khối lượng khô) 1,5 x 2.10” = 30.10” Kg/ năm 1 năm lò làm việc 350 ngày = 8400 h, do đó trong 1 chu kì nung khối lượng gạch ra lò là : 30.10" *46 _ 1 64986 Ke/lo 8400 Độ ẩm vào lò : 4% , do đó khối lượng của vật liệu ẩm là mự =_%_— = 171131 Kg/ồ (ew Lượng mất khi nung của phối liệu 6,5% , khối lượng của phối liệu khi chưa nung m,= _ ” — = 183028 Kg/lò (—0,065)
Phế phẩm 4% , khối lượng thực của vật liệu khi vào lò
G = m,(140,04) = 190349 Kg/lò (Can bing vat chat)
Tham khảo diéu kiện sản xuất thực tế ,ta chọn mật độ xếp gach p = 0,8 T/m’, suy
ra thể tích làm việc của lò Vị = G/p = 237,94 mỶ
Số xe goòng chứa trong lò : N, = V/V, = 24,5 xe Ta chon 25 xe
2.Cách bố trí sản phẩm trên xe goòng :
Khối sản phẩm xếp trên xe goòng cần phải vững để khi các xe goòng di chuyển
sản phẩm không bị đổ bể Mật độ xếp đối với gạch ngói từ 170-220 viên/m” Phân trên theo tiết diện lò xếp chặt, phần dưới có rãnh thưa hơn để tránh hiện tượng phân lớp khí trong lò , giúp nhiệt độ phân bố đồng đều hơn Khi xếp gạch, nên tạo
ra ở giữa lò một rãnh có chiều rộng 1 viên gạch dọc theo lò Song song với rãnh lớn
Trang 14
` x nw z ~ z z “zr A “A n 445 ˆ n nN
nay can xếp tạo ra các ranh khac co chiéu rong % vién gach dé khí lò di chuyển tốt theo chiêu đài lò
3.Kích thước lò:
Sự tiếp xúc giữa xe goòng và 2 bên tường lò phải đảm bảo 1 khoảnh cách hợp lí
để xe goòng không va chạm với tường và cũng không lớn quá tránh nhiệt truyền xuống dưới nền lò Ta chọn khoảng cách giữa xe goòng và vách lò là 25 mm, do đó chiều rộng bên trong của lò B, = 3000+25x2=3050 mm
Dựa vào kết cấu thực tế của khung xe goòng , khả năng chịu tải khi làm việc của
xe mà ta tính toán áp lực đặt lên xe goòng hợp lí Theo thực tế, ta chọn chiều cao
xếp gạch là 1,35m
Chọn khoảng cách từ sản phẩm đến chân vòm 100 mm, thì chiểu cao từ nền xe
goòng đến chân vòm là H¡ = 800 + 1350 + 100 = 2250 mm
Để nền lò được cách nhiệt tốt thì các xe goòng phải được bố trí liên tục , tiếp xúc
giữa các xe goòng phải đảm bảo ăn khớp nhau , nhưng cũng cần tránh va chạm Ta chọn khoảng cách giữa 2 xe goòng 20 mm
Chiều dài của lò Lị = 2400x25 + 20x24 = 60480mm
Tính thêm các chiều dài cho cửa lò , buồng chờ ta chọn chiều dài lò 63m
4.Tốc độ chuyển động trung bình của xe goòng :
Vự, = L/T = 63/46 = 1,37 m/h
Số xe goòng ra lò trong 1h
N„= 1,37/2,4 =0,566
Số xe goòng ra lò trong 1 ngày : 0,53x46 = 27,4 xe goòng
Các xe goòng được đẩy bằng hệ thống pitông nằm dưới đường ray theo cơ chế
pián đoạn
Chiều dài một lần đẩy là chiều dài của xe goòng 2,4 m
Thời gian giữa 2 lần đẩy :£= ly/ Vụẹ=1,75h =105 phút
Trang 15
Bang phan chia các giai đoạn nung theo chiều dài lò : Giai đoạn | Khoảng nhiệt độ | Z(h) L(m) 1 30-200 5,5 7,54 2 200-400 4 5,48 3 400-600 5 6,85 4 600-800 4,5 6,16 5 800-980 7 9,57 6 980-800 6 8,22 7 800-400 5 6,85 8 400-60 9 12,33 HI.Cấu tạo lò : 1.Tường lò: Gồm 3 lớp a.Lớp trong cùng: Ta sử dụng gạch chịu lửa Samốt loại A theo TCVN vì có những ưu điểm sau: -Có độ chịu lửa lớn -Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao 1300°C -Độ xốp lớn nên cách nhiệt tốt
-Tương đối rẻ so với các loại vật liệu chịu lửa khác
Trang 16b.Lớp gạch xốp cách nhiệt: Ta sử dụng loại gạch Samốt xốp Ta chọn chiều dày lớp gạch cách nhiệt Cho vùng nung là 460mm Cho vùng sấy , đốt nóng 230 Cho vùng làm nguội! là 345mm Các đặc điểm chính: -Hệ số dẫn nhiệt : À = 0,24 + 20.10 7t kcal/mh°C -Tỉ nhiệt C = 0,21 kcal/kg°C -Khối lượng riêng y = 0,95 T/m” -Độ chịu lửa 1300- 1400°C -Nhiệt độ biến dạng dưới tải 850-970°C c.Lớp gạch xây dựng:
Lớp gạch xây dựng nằm ở ngoài cùng có mục đích là để gia cố cho tường lò thêm vững chắc và giảm thất thoát nhiệt ra môi trường xung quanh
Ta chọn chiều dày cho lớp gạch xây dựng là 230mm cho cả 3 vùng Các đặc điểm chính: -Hệ số dẫn nhiệt : ^ = 0,4 + 44.10 ”t kcal/mh°C -Tỉ nhiệt C = 0,21 kcal/kg°C -Khối lượng riêng y = 1,6 T/mÏ -Độ chịu lửa 500-600°C
-Nhiệt độ biến dạng dưới tải 300°C
Có 1 điều cần lưu ý là khi xây lò ta cần xác định mạch nhiệt của các loại gạch Chẳng hạn đối với gạch Samốt giá trị trung bình của mạch nhiệt là 5-6mm/1m
gạch.Do đó khi xây tường ta phải chừa mạch nhiệt cho tường để tránh gây ứng
suất, dễ bị nứt vỡ
Khi xây tường ,để lớp trong và lớp ngoài liên kết nhau tốt thì theo chiều cao tường ,
ctf 5-8 m hàng gạch lớp trong phải xây chìa ra ngoài 1⁄2 viên gạch để tạo liên kết
với lớp ngoài tốt hơn
Trang 17
2.Vòm Lò:
Phần lớn các lò nung các sản phẩm gốm sứ thường dùng lò có vòm vòng cung
Trong quá trình làm việc cố sự dao động nhiệt lớn gây ra hiện tượng co dãn , vòm
vòng cung có độ cong nhất định nên vẫn đảm bảo cho nóc lò vững chắc
Vật liệu thường sử dụng cho vòm lò nung gốm sứ là vật liệu chịu lửa Đinat Bởi vì
gạch Đinát có đặc tính rất ưu việt là hệ số dãn nở nhiệt rất thấp.Do đó trong quá
trình làm việc , vòm lò không phải chịu các ứng suất do sự dãn nở thể tích của gach
Tuy nhiên, đối với lò đang thiết kế, ta sử dụng vật liệu xây vòm là vật liệu Samốt
chịu lửa vì nhiệt độ làm việc của lò không cao lắm (980) lúc này lớp gạch chịu lửa
chưa hầu như có biến dạng , hơn nữa lò làm việc liên tục nên ít bị sốc nhiệt
Lớp trong cùng là lớp vật liệu Samốt chịu lửa
Lớp tiếp theo là Samốt xốp cách nhiệt
Bên trên là lớp gạch xây dựng cùng vơi lớp bê tông chịu nhiệt để giữ cho vòm lò
vững chắc
Trước khi xây gạch , cần phải chuẩn bị mái khuôn làm bằng gỗ.Vòm xây được
dùng nhiều ở các lò có khích thước không lớn lắm, nhiệt độ làm việc không cao,
cấu trúc đơn giản Để giữ cho vòm được chắc, mỗi vòng gạch đều có một viên gạch
khóa ở đỉnh vòm Ta sử dụng loại gạch búa để xây vòm, 2 bên tường sử dụng gạch
chân vòm để tạo thế vững chắc cho vòm 3.Nền lò:
Với sự cách nhiệt tốt để đảm bảo độ bền cho khung xe goòng và đường ray thi
nhiệt độ dưới nền xe goòng không cao lắm Do đó , vật liệu làm nền lò không đòi
hỏi cao về kĩ thuật, ở đây ta sử dụng bê tông chịu chiệt
IV Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu
Thành phần hóa của dầu mazút(FO) theo bẳng tra:
86,5%C ; 10,5%H ; 0,3%O ; O,3%N; 0,3%5 ; 1,8%W ; 0,3%A 1.Nhiệt trị thấp của nhiên liệu :
Trang 18
Q được tính theo công thức sau
Q,=81%C + 246%H — 26(S — O) = 9589,5 kcal/kg
2.Lượng không khí lí thuyết cần cho quá trình cháy :
Ls được tính theo công thức :
L,= 0,0889%C + 0,265%H + 0,033(S - O) = 10,42 m/Kg
Vì nhiệt độ của không khí trong lò lớn nên ta bỏ qua hàm ẩm của không khí
3.Lượng không khí tiêu tốn thực tế :
Nếu dùng lượng không khí lí thuyết để đốt nhiên liệu thì quá trình cháy xảy ra
khơng hồn tồn Do đó ta dùng thêm I lượng khí dư, lượng khí dư được đánh giá
bằng hệ số không khí dư œ
Hệ số không khí dư œ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố :bản chất nhiên liệu, bét
phun, cấu tạo lò , ống dẫn khí
Nếu ơ lớn thì giúp cho quá trình cháy triệt để, tiết kiệm được nhiên liệu Làm
giảm nồng độ khí độc
Nhưng nếu œ quá lớn thì làm cho quá trình cháy bị mất nhiệt, giảm bức xạ nhiệt.Ngoài ra phải tiêu tốn nhiều năng lượng để đốt nóng không khí dư
Trang 19Vis =Veo, +Vs0,+ Vito + Vo, tVy, =12,709 m’/Kg,
Thanh phan khi thai:
Thành phần khí thải được tính theo công thức: %ÿ, =-'L100% V, kt %CO; =12,71% %5O; = 0,165% %O; =1,729% %N; =71,626% %H,0 =13,77%
5.Nhiét d6 chay cua nhién liệu:
is : hàm nhiệt tổng của sản phẩm cháy ,KCal/m”
i _ 9 Cufa Cu, KCal/m?
av, V, ,
Trang 20theo kết quả trên thì 1¡<iy<i;
Từ công thức nội suy ta tính được nhiệt độ Kalo i-i r (t,-t,) = 1898 °C ˆ I t= + hh Với nhiệt độ cần thiết cho quá trình cháy thực tế khoảng 980°C thì hệ số pyromet nạ = 9580/1898 = 0,52
Ta thấy rằng hệ số pyromet nạ dùng để đánh giá hiệu suất của nhiệt độ đạt được
trong quá trình cháy Hệ số rậ càng cao thì nhiệt độ càng khó đạt tới do các quá
trình tổn thất nhiệt trong quá trình cháy Với rị = 0,52 tương đối thấp thì nhiệt độ thực tế trong lò có thể đạt được 1 cách dễ dàng
6.Nhiệt độ đốt nóng sơ bộ của không khí: Nhiệt độ cần đốt nóng cho không khí : tir kk = = Q, -9,
L, Cự
Với Qạọ = VyC¿t, =12,709.0,3976.980 = 4952 kcal/kg < Q,
Do đó với nhiệt độ nung của lò không cao (980°C ) ta có thể không cần đốt nóng
không khí trước khi thực hiện quá trình cháy mà vẫn đảm bảo được nhiệt độ cần
thiết cho lò1 cách dễ dàng
V.Tinh phân bố nhiệt cho tường lò :
1.Muc dich:
Mục đích của việc tính phân bố nhiệt là tính nhiệt tổn thất ra khỏi lò trong quá trình
làm việc và tìm nhiệt độ lớp ngoài cùng của lòthích hợp để đảm bảo điều kiện làm
việc an toàn
2.Tìm phân bố nhiệt qua tường lò ( bằng phương pháp thử & sai)
Nhiệt độ trong lò rất cao , do đó ta có thể coi như ty = tị
Trang 21K = 3,26 khi cap nhiệt lên K = 1,63 khi c4p nhiệt xuống
Chọn độ đen của tường lò e, = 0,85
Chọn nhiệt độ lớp ngoài cùng t¿, tính q =ơœ¿(ta — ty)
Với chế độ nhiệt ổn định, ta tính lại nhiệt độ phân bố ở các lớp th, ts, ty So sánh kết quả tính được với kết quả ban đầu, với sai số Au < 1°C
Bảng vật liệu xây tường
Giai Khoảng Chiều Chiêu dày lớp vật liệu xây tường(mm)
Trang 22Bảng vật liệu xây vòm lò
Trang 23Các lớp vật liệu sử dụng cho xe goòng: Lớp Chiều dày(mm) Gạch Samôt 130 Gạch xốp 195 Gạch đỏ 130 Bảng phân bố nhiệt độ tại các lớp tiếp xúc nền xe goòng Giai | t, ty to ts ty thx R Ols q doan (m*h°C/Kcal) Kceal/m*h I |115 |115 |113 |105 |102 |100 1,29 10,84 | 10,84 I |300 |300 | 275 |160 |113 | 100 1,117 13,21 | 167,73 I |500 | 500 | 453 | 224 | 125 | 100 1,034 14,44 | 362,37 IV | 700 | 700 | 633 | 292 | 138 | 100 0,972 15,45 | 582,49 Vv |890 |890 | 805 |358 | 150 | 100 0,911 16,34 | 817,25 VI | 890 | 890 | 805 | 358 | 150 | 100 0,911 16,34 | 817,25 VII | 600 | 600 | 543 | 257 | 131 | 100 0,997 14,96 | 469,79 VIII | 230 | 230 | 214 | 138 | 108 | 100 1,15 12,64 | 106,24
Nhận xét : Với cách chon chiều dày của các lớp gạch xây tường, ta thấy nhiệt độ phân bố ở lớp ngoài cùng là hợp lí, nhiệt độ lớp ngoài cùng tối đa của tường ở vùng nung là 66°C , đảm bảo điều kiện làm việc an toàn
VI.Cân bằng nhiệt:
Mục đích của quá trình cân bằng nhiệt là xác định lượng nhiên liệu tiêu tốn trong 1 đơn vị thời gian, lượng nhiên liệu này dùng để cung cấp năng lượng cần thiết để
đốt nóng vật liệu theo đương cong nung
Gọi B(kg/") là lượng nhiên liệu tiêu tốn cho quá trình đốt nóng và nung
1.Lượng nhiệt thu :
1.1.Nhiệt cháy của nhiên liệu:
Trang 24
QO, = BQ, kcal/h Q.: nhiệt trị thấp của nhiên liệu Q, =9589,5 kcal/kg QO” =9589,5.B kcal/h 1.2.Nhiệt lý học của nhiên liệu: Q; = B.C rà
C„¡ : tỉ nhiệt trung bình của nhiên liệu tại nhiệt độ ban đầu của nhiên liệu
8 ty =30 °C ,Cại = 0,45 kcal/kg°C (tra bang) OF = 0,45.30.B =13,5B kcal/h 1.3.Nhiét do mộc đưa vào: 0% =G.C 4, G„ :khối lugng méc vao 16 G,, =4138kg/h Cm= 0,22 00M ho kcal/m”°C 100 = 0,2512 kcal/m?°C QO; = 88354,6 kcal/h 1.4.Nhiệt lí học của lương không khí cần cho quá trình cháy: O; =B.L,.C„+„ kcal⁄h
L„ :lượng không khí thực tế cần cho quá trình cháy 1 =11,52 m”/kg
Trang 25Vụi =0,5 L„= 5,76 m”/kg
Tp :nhiệt độ không khí hồi lưu đưa vào vùng đốt nóng ty =600°C
Cụ :tỉ nhiệt của không khí ở nhiệt độ 600°C , Cụ =0,3214 kcal/m”°C
Q; =1110,7 kcal/h
1.6.Nhiệt của không khí lọt vào zone đốt nóng va zone nung:
Ó; = Lạ(œ„ —œ)C„f„ kcal⁄/h
Trang 262.Lượng nhiệt chi:
2.1.Nhiệt bốc hơi nước : Q”’ =595G, kcal/h Độ ẩm vào lò W=4% G, :khối lượng ẩm đưa vào 16 kg/h, Gạ=G„x0,04 =4138156x0,04=165,5kg/h Q’ = ~~ 165, 5 = 984,8 kcal/h 2.2.Nhiệt nung nóng hơi nước đến nhiệt độ khí thải: QO} =0,4714,.G, kcal/h Chon nhiét d6 khi thai t,, = 200°C QO} = 15558,9 kcal/h 2.3.Nhiệt dùng cho phan ứng hoá học trong đất sét nung: b = —_ , G,, m n k kcal/h 2: = F509 100" Gs * =3571 kg/h
n: ham lugng Al,0; trong phéi liéu 17,9%
Trang 27
O; = Gi, (C;„f;„„ 4 om tis) +0,566|G., (C;¿„fz„¡ 4 Crate )+ G, (C;„f;, 4 Cuts ) + Gy (Cy tre 4 C )|
Lép Nhiệt d6 tb | Chu ki vao /h | C(kcal/kg °C) | G=pxV(kg) Gach Samôt 835 0,566 0,2 +63.10°% | 1872 Gạch xốp 519 0,566 0,21 889 Gạch đỏ 162 0,566 0,2 1498
C¿„t¿: tỉ nhiệt và nhiệt độ nung cuối cùng
C¡, tị: tỉ nhiệt và nhiệt độ nung ở đầu chu kì nung
Cosp= Cisp =0,26 kcal/kg °C C›.¡=0,2+63.10.t=0,2+63.10 °x980=0,262 kcal/kg °C Cj, =0,24+63.10°x85 = 0,205 kcal/kg °C C¿„ = C¡„=0,21 kcal/kg °C Co, =Ci,=0,2 kcal/kg °C Ø? = 3571.0,2512(980 — 85) +0,566L872(0,262.835 — 0,205.85)+ 889.0,21(519 — 85) + 1489.0,2(162 — 85)] = 1075098 kcal⁄h 2.6.Tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy khơng hồn tồn: OQ? = 0,01HBQ, H: tổn thất do cháy hóa học không hoàn toàn Đối với dầu mazút H = 1-2%, ta chọn H = 2% Q, =9589,5 kcal/kg QO? = 191,8B kcal/h 2.7.Tổn thất nhiệt ra môi tường xung quanh: Qi = Fx qi
F; : diện tích mà lượng nhiệt tổ thất truyền qua (tường lo,vòm, nền xe goòng) tại
mỗi vùng gia nhiệt khác nhau theo chiều dài lò
q¡: nhiệt lượng truyền qua theo tính toán phân bố nhiệt
Tính tổn thất nhiệt qua tường lò:
Trang 29
8 230 108 | 12,33 106,24 36,99 3929,8
Tổng nhiệt tổn thất ra môi trường :
3 Q2u ưng + 3 Quận +2 Quản = 2.19746,4 + 45180,5 + 78414,4 = 163087,7 kcal/h
Trang 30CHUONG IV: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ I.Xác định chiều cao ống khói:
Dựa vào các tài liệu , ta chọn trở lực của đường đi của khí trong lò là h„=200N/m”
Nhiệt độ tại chân ống khói 200°C
Lưu lượng sản phẩm cháy đã tính Vị = 0,594m”/s
Trang 31Chọn độ giảm nhiệt độ của ống khói At = 3°C/m Ta tính được các thông số sau :
miệng = [nên — HAI = 82,4 °C => tp=141,2 °C
Chọn tốc độ tại miệng ống khói w; =3m/s (1)
Trang 33[1] Đỗ Quang Minh
Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ-Nhà xuất bản Đại Học quốc gia Tp.HCM
[2] Hoang Kim Co
Lò công nghiệp
[3]: Nhà xuất bản Khoa Học và Kĩ Thuật
Thiết bị nhiệt trong sản xuất vật liệu xây dựng
[4] Nhà xuất bản xây dựng
Máy sản xuất vật liệu và cấu kiện xây dựng
[5] Hoàng Minh Nam
Cơ học vật liệu rời —- Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM
[8] Dinh Cong Sat
Vẽ kĩ thuật cơ khí