thiết kế lò nung thanh lăn để nung tấm kelamic công suất 2,1 triệu m2/năm
Thuyết minh đồ án thiết bị nhiệt Đề tài : Thiết kế lò nung thanh lăn để nung tấm kelamic công suất 2,1 triệu m 2 / năm Kích thớc tấm : 500 ì 500 ì 8 mm Đờng cong nung 55 phút . Dùng nguyên liệu khí Tiền Hải Thái Bình ************************************* Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 1 Phần I : Giới thiệu Trong những năm vừa qua nền kinh tế không ngừng tăng trởng và phát triển về mọi mặt . Cùng với sự tăng trởng chung của đất nớc , Ngành công nghệ vật liệu xây dựng nói chung và ngành sản xuất tấm gạch men , tấn ốp lát nói riêng phát triển cả về chiều rộng và chiều sâu . Để đáp ứng đợc nhu cầu về gạch men , tấm kelamít đợc ngời tiêu dùng đánh giá là loại vật liệu tấm ốp có chất lợng cao có độ bền , bóng có đọ chính xác cao có sự đa dạng về hình dáng , kích thớc , màu sắc . Muốn có những sản phẩm đật đợc tiêu chuẩn thì đòi hỏi chúng ta phải có những dây truyền sản xuất đồng bộ tiên tiến từ khâu đầu đến khâu cuối . 1) Một số công nghệ Ph ơng pháp gia công - Bớc chuẩn bị nguyên vật liệu phục vụ sản xuất tấm ốp lát kelamíc là một trong những khâu quan trọng quyết định chất lợng sản phẩm . Vật liệu đợc xác định thành phần hoá lý sao cho đạt đợc những chỉ tiêu kỹ thuật đã quy định . Sau đó đợc tuyển chọn kỹ càng đợc nghiền sơ bộ , rồi nghiền tinh ( Phơng pháp nghiền bi , nghiền ớt tạo hồ rồi đợc chứa cào các hầm khuấy , sau đó đợc khuấy đều đảm bảo độ đồng nhất tạo thành huyền phù . Qua quá trình sấy phun đợc vật kiệu dạng bột mịn. Sau khi đợc dạng bột , vật liệu đợc chứa trong các xilô . Bớc tiếp theo vật liệu đợc cấp phối một cách hợp lý rồi tạo hình bằng phơng pháp ép bán khô . sau khi tạo hình đợc đa qua công đoạn tráng men bề mạt và đợc đa vàp lò nung . Lò nung con lăn sản xuất theo công nghệ nung một lần . Sản xuất gạch theo phơng pháp nung một lần tiết kiệm đợc nhiên liệu , rút ngắn đợc thời gian gia công nhiệt . Chế độ nung áp dụng cho tấm ốp kích thớc 500 ì 500 ì 8 mm . 2) Quá trình nung +) Quá trình đốt trớc : Nhiệt độ từ 25 o C đến 800 o C thời gian T dt = 9,7 phút Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 2 1100 800 600 500 9,7 17,87 21,03 33,88 38,73 45,21 55 t o c t (Phút) 400 4,85 30 +) Quá trình nung : Nhiệt độ từ 800 o C đến 1100 o C thời gian T n = 24,18 phút +) Quá trình làm nguội : - Làm nguội nhanh : Nhiệt độ từ 1100 o C đến 600 o C thời gian làm nguội nhanh T nln = 4,85 phút - Làm nguội chậm : Nhiệt độ từ 600 o C đến 500 o C thời gian làm nguội nhanh T cln = 6,48 phút - Làm nguội cuối cùng : Nhiệt độ từ 500 o C đến 40 o C thời gian làm nguội nhanh T ccln = 9,79 phút Sau đây là sơ đồ đ ờng cong gia công nhiệt ( Đờng cong gia công niệt nung 55 phút ) H.1 Lò thanh lăn của ta ở đây sử dụng loại khí đốt Tiền Hải Thái Bình do đó ta có bảng thành phần nhiên liệu khí đốt nh sau Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 3 CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 H 2 N 2 CO 2 Thành phần khác 89,02% 3,386% 0,736% 0,57% 1,734% 3,658% 0% 3) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của lò : a) Cấu tạo các modun lò: Lò đợc xây dựng từ các modun dài cho các vùng tăng nhiệt , vùng nung , làm nguội nhanh , vùng làm nguội chậm , vùng làm nguội cuối cùng . Chiều dài các modun đợc thiết kế sẵn giúp cho việc vận chuyển lắp ráp dễ dàng cũng nh đảm bảo độ kín khít của lò . Vỏ lò là các khung thép làm bằng các ống vuông và các tấm kim loại phủ bên ngoài . Những tấm kim loại này đợc gắn khít với khung hình ống . Sự ổn định của vỏ lò nhằm đảm bảo về kết cấu cũng nh quá trình thoá nhiệt của lò trong suốt quá trình nung sản phẩm b) Cấu tạo : Vùng nung sơ bộ từ 400 o C đến 800 o C , vùng làm nguội nhanh đợc xây dựng bằng các vật liệu có chất lợng cao , trọng lợng nhẹ hệ số dẫn nhiệt thấp ,khả năng chống sốc nhiệt cao , bề mặt đợc mài nhẵn và có khr năng chống mài mòn . Vỏ lò của ta đợc cấu tạo gồm 4 lớp : +) Lớp vật liệu chịu lửa : Samốt A có các tiêu chuẩn sau Kích thớc : 113 ì 230 ì 65 ( mm ) Hệ số dẫn nhiệt : = 0,6 Kcal/m. o C.giờ Nhiệt độ làm việc dới tải trọng : t o lv = 1400 o C +) Lớp vật liệu chịu nhiệt : Samốt B có các tiêu chuẩn sau Kích thớc : 113 ì 230 ì 65 ( mm ) Hệ số dẫn nhiệt : = 0,42 Kcal/m. o C.giờ Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 4 Nhiệt độ làm việc dới tải trọng : t o lv = 1250 o C +) Lớp vật liệu cách nhiệt : Bông thuỷ tinh ( Bông khoáng ) Kích thớc : 2000 ì 600 ì 20 Hệ số dẫn nhiệt : = 0,04 Kcal/m. o C.giờ Nhiệt độ làm việc dới tải trọng : t o lv = 1150 o C +) Lớp vỏ thép : Không kể đến (Lớp bảo vệ) Tờng lò ta có thể bố trí cả hai bên tờng lò là các khe quan sát sự dịch chuyển của gạch nung và kiểm soát vòi đốt , có cửa để là sạch van lò và quét đi những phần cặn men có thể suất hiện trên trần của kênh nung .Trần lò cũng đợc trang bị vật liệu nh tờng lò gồm 4 lớp vật liệu đó là lớp vật liệu chịu lửa ( gạch samốt A ) , lớp vật liệu chịu nhiệt ( gạch samốt B ) , lớp vật liệu cách nhiệt ( bông thuỷ tinh ( Bông khoáng ) ) +) Vùng đốt trớc : Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc dùng khí thải có thể khí thải nóng đợc đa vào nơi này sau khi đã hoà trộn thêm không khí để đạt đợc nhiệt độ thích hợp rồi lại hút ra . Khi khí thải ra khỏi lò có nhiệt độ là 150 o C nh thế là vật liệu nung đã đợc nung sơ bộ ở 150 o C. Việc thết kế vùng trớc nung ta có hai cái lợi một là có thể sử dụng lợng khí thải nung và thứ hai là vật liệu nung có một nhiệt độ lớn ngay từ đầu dẫn đến vật liệu nung xẽ ít biến dạng khi chuẩn bị đi vào vùng nung +) Vùng nung : Cấu tạo nh những vùng khác cũng gồm 4 lớp đó là lớp vật liệu chịu lửa ( gạch samốt A ) , lớp vật liệu chịu nhiệt ( gạch samốt B ) , lớp vật liệu cách nhiệt ( bông thuỷ tinh ( Bông khoáng ) ) +) Hệ thống vùng làm nguội : Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 5 Cấu tạo vùng làm nguội ở tạ vùng này do phải làm nguội sản phẩm chậm và nhiệt độ thấp do đó ta chỉ thiết kết tại vùng naỳ chỉ có ha 3 lớp đó là vật liệu chịu nhiệt ( gạch samốt B ) , lớp vật liệu cách nhiệt ( bông thuỷ tinh ( Bông khoáng ) ) . Không khí đợc thổi vào vật liệu nung qua các ống chịu nhiệt nằm ở phía trên và dới con lăn .Không khí của vùng làm nguội nhanh đợc lấy từ không khí của vùng làm nguội chậm và vùng làm nguôị cuối cùng bằng đờng ống , tính từ ống khói qua quạt hút đẩy vào vùng làm nguội nhanh với lu lợng lớn có thể hoà trộn thêm không khí lạnh . *) Sau khi làm nguội nhanh , vật nung sẽ qua vùng làm nguội chậm ở đậy không khí vùng làm nguội nhanh sẽ bị hút ra . *) Vùng làm nguội cuối cùng không khí lạnh thổi vào rồi lại hút ra một lần nữa vật nung lại đợc làm nguội xuống rất nhiều cho tới khi đạt đợc nhiệt độ ra lò mà không gây nên ứng xuất do nhiệt gây ra làm biến dang nứt vỡ sản phẩm . c) Các thiết bị an toàn . Trong trờng hợp xảy ra sự cố thì hệ thống cấp khí đốt sẽ đợc ngắt tự động , các động cơ dự bị luôn có thể đi vào hoạt động luôn. d) Hệ thống vận hành và con lăn . Các con lăn đợc dẫn động bằng các khớp bánh răng , nằm cùng một phía . Mô tơ đợc nối với phần dẫn động dây đai có thể vận hành ngợc trong từng trờng hợp. e) Hệ thống điều tiết và khiểm tra . f) Điều tiết nhiệt độ . g) Điều tiết áp lực . h) Điều tiết áp lực khí đốt . Phần II : Tính toán 1 Tính quỹ thời gian ( Chế độ làm việc ) Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 6 Thiết bị nung của ta ở đây là thiết bị nung làm việc liên tục nên ta có thể chọn chế độ làm việc nh sau. Để tính đợc quỹ thời gian hoạt động của lò ta có công thức sau . T lv = T n - ( x + y + z + t ) . 24 (h) Trong đó T lv : Quỹ thòi gian để lò hoạt động T n : Thời gian làm việc trong một năm (h) x : Số ngày nghỉ tết hoặc ngày lễ x = 7 ngày y : Số ngày chủ nhật trong một năm ( do làm việc liên tục nên công nhân có thể làm việc liên tục ) y = 0 z : Số ngày ngừng sửa chữa trong một năm z = 15 ngày t : Thời gia giao ca t = 0 ( Vì tiết kiệm thời gian không ảnh hởng đến quá trình làm việc của lò ) Vậy ta có quỹ thời gian làm việc là T lv = 365 . 24 ( 7 + 0 + 15 + 0 ) . 24 T lv = 8232 (h) 2 Tính tốc độ quay của con lăn Ta có công xuất của lò là 2,1 triệu tấn /năm mặt khác ta gọi số lợng phế phẩm là 1,2 % do đó ta có số m 2 thực tế cần sản xuất là. 2100000 + 2100000 . 100 2,1 = 2125200 ( m 2 ) Vậy ta có năng xuất của lò làm việc trong một giờ là . Q ns = lv T 2125200 Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 7 Q ns = 8232 2125200 Q ns = 259 m 2 / h Ta chọn mật độ hàng ngang là 3 viên vậy ta có diện tích của một hàng là. k = 0,5 . 0,5 . 3 k = 0,75 m 2 / hàng Tính số hàng gạch trong một giờ ta có công thức sau. n = k Q ns Trong đó n : Số hàng gạch trong một giờ Q ns : Năng suất của lò k : Diện tích của một hàng gạch Thay vào công thức trên ta có n = 0,75 259 n = 345,3 hàng / h Ta lấy n = 346 hàng / h Chọn khoảng cách giữa hai hàng dọc là x = 5 cm vậy ta có 0,05 = v . 2 . . R . t 1 Trong đó t 1 : là thời gian con lăn đi đợc quãng đờng là x = 5 cm R : Bán kính con lăn R = 0,034 (m) Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 8 v : Vận tốc con lăn ta có t 1 = Rv 2. 05,0 (1) Mặt khác ta có 346 . 0,5 = t 2 . v . 2 . . R . 55 60 Trong đó t 2 : Thời gian con lăn tiếp xúc với gạch (con lăn chạy liên tục trong 55 phút ) R : Bán kính con lăn R = 0,034 (m) v : Vận tốc con lăn vậy ta có t 2 = 2 60 55.5,0.346 vR Thời gian con lăn không tiếp xúc với gạch trong 55 phút là 55 - t 2 = 55 - 2 60 55.5,0.346 vR Gọi thời gian t 3 giữa 2 hàng gạch khi chuyển động t 3 = ( 55 - 2 60 55.5,0.346 vR ) . 1 60 55 .346 1 (2) mặt khác ta có t 3 = t 1 Thay (1) vào (2) ta có Rv 2. 05,0 = ( 55 - 2 60 55.5,0.346 vR ) . 1 60 55 .346 1 Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 9 ta có v = 14,85 vòng / phút 3 Tính độ dài cụ thể từng vùng a) Độ dài vùng đạt từ 20 o C đễn 400 o C có thời gian là t = 4,85 phút theo hình 1 ( Đờng cong gia công nhiệt ) L1 = 05,0.1 55 85,4.2,317 55 85,4.5,0.2,317 + L1 = 15,3342 (m) b) Độ dài vùng đạt từ 400 o C đến 800 o C có thời gian là t = 4,85 phút theo hình 1 ( Đờng cong gia công nhiệt ) L2 = 05,0 55 85,4.2,317 . 55 85,4.5,0.2,317 + L2 = 15,3842 (m) c) Độ dài vùng hằng nhiệt 800 o C có thời gian là t = 8,17 phút theo hình 1 ( Đờng cong gia công nhiệt ) L3 = 05,0 55 17,8.2,317 . 55 17,8.5,0.2,317 + L3 = 25,91524 (m) d) Độ dài vùng nung từ 800 o C đến 1100 o C có thời gian là t = 3,16 phút theo hình 1 ( Đ- ờng cong gia công nhiệt ) L4 = 05,0 55 16,3.2,317 . 55 16,3.5,0.2,317 + L4 = 10,02352 (m) e) Độ dài vùng hằng nhiệt 1100 o C có thời gian là t = 12,85 phút theo hình 1 ( Đờng cong gia công nhiệt ) L5 = 05,0 55 85,12.2,317 . 55 85,12.5,0.2,317 + Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 10 [...]... C 11,3 3,54 20,64 +) Chiều rộng của lò Chiều rộng hữu ích của lò b = 3 510,2 + 2 50 + 2.100 = 1830,6 mm Chiều rộng của lò B = 1830,6 + 2 ( 113 + 432 + 20,6 ) B = 2961,8 mm +) Chiều cao của lò Đối với lò con lăn hoạt động liên tục sản xuất tấm kelamíc thì ta chọn chiều cao hữu dụng của lò là 0,6 m và chiều cao lò là 1,5 m 6) Tính nhiệt trị của nguyên liệu Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44... 23,18 I kl tt = 341,32 Kcal / m 3 C 12 ) Tổn thất nhiệt qua từng vùng của vỏ lò Để tính lợng nhiệt tổn thất qua vỏ lò ta có công thức sau Q tt = q F t Trong đó q : lợng nhiệt truyền qua 1 m 2 tờng lò trong một giờ F : diện tích vỏ lò mà dòng nhiệt đi qua t : Độ chênh nhiệt gữa hai lớp vỏ lò a) Tính lợng nhiệt tổn thất qua nóc lò a-1 ) Nhiệt mất mát qua vùng sấy đốt trớc ( 12 mođun ) Ta có F1 = Ft +... trớc khi nung 510,2 ì 510,2 ì 8,2 ( mm ) Trọng lợng khô của vật liệu sau khi co ( trong một giờ sản xuất) mặt khác ta có năng xuất làm việc trong 1 giờ là Q ns = 259 m 2 / h G o = Q ns 0,008 G o = 259 0,008 2050 G o = 4247,6 Kg/h Trọng lợng của vật liệu ban đầu trớc khi co G = Go 100 100 2 G = 4334,29 Kg / h 5) Xác định chiều dày các kết cấu vỏ lò Để tính các lớp kết cấu vỏ lò ta có công thức... 317,2.9,79 + 0,05 55 55 L8 = 31,05388 (m) Vậy ta có tổng chiều dài của lò là L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 L = 15,3342 + 15,3842 + 25,91524 + 10,02352 + 40,7602 + 15,3842 + 20,55456 + 31,05388 L = 174,41 ( m ) +) Tính chọn mođun của lò Ta chọn mỗt mođun của lò là 2,6 m Vậy ta có số mođun cần thiết để xây lò là Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 11 n= 174,41 2,6 n = 67,08 Vậy... 3 ) Ta có công thức tính kích thớc trớc khi nung là l tn = l sp 100 100 C n Trong đó l tn : Kích thớc sản phẩm trớc khi nung l sp : Kích thớc sản phẩm trớc khi nung C n : Độ co khi nung C n = 2% Vậy ta có kích thớc của sản phẩm trớc khi nung là *) Chiều dài của sản phẩm l tn =500 100 100 2 l tn = 510,2 ( mm ) *) Chiều rộng của sản phẩm l tn =500 100 100 2 l tn = 510,2 ( mm ) Đồ án thiết bị nhiệt... mt : Nhiệt độ mặt ngoài của lò t mt = 60 o C 2 : Lợng nhiệt mất mát từ vỏ lò ra môi trờng xung quanh t kk : Nhiệt độ không khí t kk = 25 o C *) Mật độ mất mát qua nóc lò đi lên 4 4 2 = 2,8 4 t mt + t kk +4 2 = 6,825 Kcal/ m 2 o 4 4 t mt t kk 100 100 t mt t kk C.h *) Mật độ mất mát qua vỏ lò đi ngang 2 = 2,2 4 t mt + t kk +4 2 = 5,365 Kcal/ m 2 Đồ án thiết bị nhiệt o t mt t kk... m 2 3 8) Dung trọng khói lò o = = 1,969.V RO2 + 1,25.V N 2 + 0,804.V H 2O + 1,43.VO2 V kl 1,969.1,032 +1,25.11,447 + 0,804.2,09 +1,43.1,245 15,914 = 1,25 Kg/ m 3 C 9) áp suất riêng phần +) áp suất riêng phần của RO 2 : RO = 2 RO = 2 V RO2 V kl 1,032 15,914 RO = 6,5 % 2 +) áp suất riêng phần của H 2 O: RO = 2 RO = 2 V H 2O V kl 2,09 15,914 RO = 13,13 % 2 Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc... mất mát dới đáy lò 4 2 = 1,6 4 t mt + t kk 2 = 3,9 Kcal/ m 2 +4 o t mt t kk 100 100 t mt t kk 4 C.h Ta lấy giá trị 2 lớn nhất Thay vào ( 3 ) ta có q= 1100 60 1 0,113 0,43 0,02 + + + 6,825 0,6 0,42 0,04 q = 559,5 Kcal/ m 2 h Vậy lợng nhiệt thực tế mất qua vỏ lò là q = 559,5 Kcal/ m 2 h < q dm = 600 Kcal/ m 2 h Chiều dày kết cấu vùng nung là hợp lý Bảng tổng hợp vùng nung: STT Lớp vật... cl t mt q = 1 + + 1 (2) 1 2 Trong đó q : Lợng nhiệt mất mát Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 17 t cl : Nhiệt độ vùng chịu lửa t cl = 800 o C t mt : Nhiệt độ mặt ngoài của lò t mt = 60 o C 2 : Lợng nhiệt mất mát từ vỏ lò ra môi trờng xung quanh t kk : Nhiệt độ không khí t kk = 25 o C *) Mật độ mất mát qua nóc lò đi lên 4 4 4 t mt + t kk +4 2 = 6,825 Kcal/ m 2 o 4 4 2 = 2,8 4 4... RO 2 Đồ án thiết bị nhiệt Nguyễn Ngọc Tùng 44 VL Tr 27 + ) V H o = 0,01 [H 2 S + H 2 + 2 CH 4 + o 2 m 2 C n H m + 0,0016 d o V o ] o V H o = 1,92 m 3 C / m 3 C 2 + ) V kl = 6,76 + 1,032 + 1,92 o V kl = 9,712 m 3 C / m 3 C o Nhiên liệu dùng để nung sản phẩm nhiệt độ t MAX = 1100 o C có hệ số tác dụng = 0.7 Nhiệt độ lý thuyết phải bằng t lt o = 1100 0,7 = 1571 o C Nhiệt dung của khói lò ở 1571 . Thuyết minh đồ án thiết bị nhiệt Đề tài : Thiết kế lò nung thanh lăn để nung tấm kelamic công suất 2,1 triệu m 2 / năm Kích thớc tấm : 500 ì 500. đa qua công đoạn tráng men bề mạt và đợc đa vàp lò nung . Lò nung con lăn sản xuất theo công nghệ nung một lần . Sản xuất gạch theo phơng pháp nung một