Chương 1: QUÁ TRÌNH NUNG Chương 2: LÒ NUNG Chương 3: QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU Chương 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA LÒ CON LĂN Chương 5: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT Chương 6: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ
ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang MỤC LỤC Trang Chương 1: QUÁ TRÌNH NUNG I MỘT SỐ KHÁI NIỆM II BIẾN ĐỔI HÓA LÝ KHI NUNG III ĐƯỜNG CONG NUNG IV NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH NUNG Chương 2: LÒ NUNG .10 I GIỚI THIỆU CHUNG 10 II PHÂN LOẠI 10 Lò đứng 10 Lò nằm 10 Lò bầu – lò lửa đảo 11 Lò vòng 11 Lò tunnel 11 III THUYẾT MINH SỰ LỰA CHỌN LÒ CON LĂN 11 IV LÒ CON LĂN 12 Xây dựng lò .12 Cấu tạo .12 Thành phần lò nung 13 Chương 3: QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU 17 I CƠ SỞ LÝ THUYẾT .17 SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lò lăn II GVHD: Lê Tấn Vang TÍNH TỐN 17 Tính q trình cháy nhiên liệu .17 Thành phần sản phẩm cháy 18 Xác định nhiệt độ cháy 19 Chương 4: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA LÒ CON LĂN 20 I THIẾT KẾ LÒ NUNG 20 II TÍNH PHÂN BỐ NHIỆT .23 Đối với tường lò 26 Đối với vòm lò 27 Đối với lò 28 Chương 5: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT 29 I CÂN BẰNG NHIỆT CHO ZONE SẤY, ĐỐT NÓNG, NUNG 29 Nhiệt cung cấp 29 Nhiệt tiêu tốn 30 II CÂN BẰNG NHIỆT CHO ZONE LÀM NGUỘI NHANH 33 Nhiệt cung cấp 33 Nhiệt tiêu tốn 33 III CÂN BẰNG NHIỆT CHO ZONE LÀM NGUỘI CHẬM 34 Nhiệt cung cấp 34 Nhiệt tiêu tốn 34 IV CÂN BẰNG NHIỆT CHO ZONE LÀM NGUỘI CUỐI CÙNG 35 Nhiệt cung cấp 35 SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Nhiệt tiêu tốn 36 Chương 6: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 38 I TÍNH QUẠT 38 Tính quạt hút khí thải vùng sấy, đốt nóng, nung 38 Tính quạt đẩy cấp khơng khí cho vùng làm nguội .39 Tính quạt đẩy cấp khơng khí cho vùng nung .41 Tính quạt hút cấp khí hồi lưu từ vùng làm nguội nhanh 42 II TÍNH ỐNG KHĨI 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Chương : QUÁ TRÌNH NUNG I MỘT SỐ KHÁI NIỆM Thế nung? Nung toàn trình gia nhiệt cho sản phẩm gốm sứ với chế độ thích hợp: từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ cao sau làm nguội mơi trường nung cần thiết Nhờ vật liệu nung trở nên rắn chắc, khơng bị biến dạng có tính chất cần thiết khác phù hợp yêu cầu sử dụng Các biến đổi hoá lý xảy nung chủ yếu trạng thái rắn ( có pha lỏng ) đồng thời xảy kết khối Những tính chất hố lý quan trọng sản phẩm ( độ bền cơ, độ hút nước, mật độ, khối lượng riêng…… ) có kết q trình nung Trong cơng nghệ gốm sứ q trình nung trình quan trọng, tuỳ vào mục đích sử dụng mà ta có u cầu mức độ nung khác Thành phần pha trước sau nung thay đổi phần thay đổi hồn tồn, q trình nung có biến đổi hoá lý xảy đặc biệt xảy pha rắn, đơi có mặt pha lỏng, điểm đặc trưng công nghệ gốm sứ Quá trình nung : Là q trình nâng nhiệt độ lị lên, giữ nhiệt sau hạ nhiệt Chế độ nung Nhiệt độ nung: nhiệt độ cao cần thiết cho trình phản ứng kết khối đạt mức cần thiết mà sản phẩm không bị biến dạng.Với trình nhiệt độ cao, danh từ nung hiểu trình gia nhiệt mà biến đổi chủ yếu pha rắn cịn q trình biến đổi xảy pha lỏng thường người ta gọi nấu Nhiệt độ lò nung sản phẩm gốm sứ thường khoảng: - 950 – 1150oC : Nung sản phẩm gốm thơ như; gạch, ngói xây dựng, số gốm vệ sinh hay gạch ốp lát……… - 1200 – 1250oC: nung số sản phẩm bán sứ, sứ dân dụng…… - 1280 – 1350oC: nung sản phẩm sứ mền, samốt… - 1400 – 1450oC: nung sản phẩm sứ cứng, sứ điện, sứ kỹ thuật cao cấp … - 1500 – 1700oC: nhiệt độ tương đối cao nên u cầu lị có kết cấu riêng Thường nung loại gốm từ ơxít tinh khiết corund,zircon, VLCL cao cấp… Thời gian nung ( chu kỳ nung ): Là toàn thời gian cần thiết chu trình nung, kể từ bắt đầu nâng nhiệt độ lấy thành phẩm Tuỳ theo mục đích sử dụng sản phẩm mà thời gian nung khác nhau, từ vài hàng chục giờ, chí nhiều ngày Tuy nhiên ta xét hiệu kinh tế để tiết kiệm lượng tăng suất , chu kỳ nung ngắn tốt Trong kỹ thuật nung ta cần tính đến tốc độ tăng hay giảm nhiệt độ cách hợp lý để q trình hố lý xảy tốt sản phẩm không bị biến dạng Môi trường nung: Tức môi trường không gian lị, mơi trường ơxy hố mơi trường dư khơng khí, mơi trường trung tính nghĩa khơng khí cháy vừa đủ, ngược lại mơi trường khử mơi SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lị lăn GVHD: Lê Tấn Vang trường thiếu ơxy Ngồi cịn có u cầu đặc biệt khác nung mơi trường khí nitơ, nung chân khơng khí trơ…… Chế độ nung bao gồm trình : - Nâng nhiệt độ với tốc cần thiết - Thời gian lưu đủ lớn nhiệt độ cao - Quá trình giãm nhiệt độ với tốc độ phù hợp Trong giai đoạn ta cần ý đến môi trường nung cho phù hợp loại sản phẩm ( chủ yếu màu sắc ) Nâng nhiệt độ : trình nâng dần nhiệt độ từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ nung Khi tăng nhiệt độ mộc xuất ứng suất nhiệt gây nên nứt sản phẩm Trong giai đoạn đồng thời xảy q trình hố lý khử nước hố học , phân huỷ muối cacbonat, biến đổi thụ hình, xuất pha lỏng …… làm biến đổi thể tích riêng Chính điều ta cần hạn chế tốc độ tăng nhiệt độ Thời gian lưu nhiệt độ cao : Quá trình phản ứng kết khối chủ yếu diển nhiệt độ cao Thời gian lưu động lực phản ứng định Nếu ta tăng nhiệt độ để rút ngắn thời gian nung mộc sinh nhiều pha lỏng sản phẩm dể bị biến dạng, ta lưu nhiệt độ thấp thời gian lưu ngắn q trình kết khối mộc khơng tốt Vì ta cần ý đến thời gian nhiệt độ lưu cho phù hợp Giai đoạn giãm nhiệt độ : Giai đoạn gây nên ứng suất nhiệt mộc kết khối nên khó nứt II BIẾN ĐỔI HÓA LÝ KHI NUNG Nguyên liệu chủ yếu để làm gốm sứ thơng thường đất sét, để xét biến đổi hoá lý nung mộc gốm sứ ta xem xét biến đổi hố lý đất sét nung Q trình nung vật liệu trải qua giai đoạn sau : - Giai đoạn sấy - Giai đoạn đốt nóng - Giai đoạn nước hóa học - Giai đoạn nung - Giai đoạn làm nguội Giai đoạn sấy ( 25 – 105oC ) : Quá trình nước lý học xảy ra, nước xen kẽ vật liệu nung thoát ngoài, làm mộc co lại Giai đoạn đốt nóng ( 105 – 400oC ): Trong giai đoạn trình nước lý học tiếp tục xảy nước liên kết hoá học bắt đầu bị tách Giai đoạn nước hoá học ( 400 – 600 oC ) : Quá trình nước hóa học xảy tạo metacaolanhit Al2O3.2SiO2.2H2O > Al2O3.2SiO2 + 2H2O Ngoài chất hữu có mộc bị cháy, đặc biệt ta cần ý biến đổi β α thù hình từ -quắc sang -quắc nhiệt độ 573oC , tượng làm tăng thể tích dể dẫn đến nứt sản phẩm Giai đoạn thu nhiệt lớn Giai đoạn nung (600 – 1300oC ) : Mất nước hoá học tiếp tuc xảy ra, giai đoạn nhiệt độ tương đối cao nên phản ứng pha rắn xảy chủ yếu - Ở khoảng 900oC có phân huỷ muối cacbonát SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang CaCO3 > CaO + CO2 - Ở 950oC metacaolanhit tạo thành spinel Al2O3.2SiO2 -> 2Al2O3.3SiO2 + SiO2* - Ở 1150oC spinel tạo thành mulít nguyên sinh 2Al2O3.3SiO2 > 3Al2O3.2SiO2 + SiO2* - Ở 1250oC mulít nguyên sinh chuyển thành mulít thứ sinh dạng hình hạt kim Nhiệt độ 1300oC tinh thể critobalit hình thành Giai đoạn làm nguội: Trong giai đoạn đôi lúc ta làm nguội nhanh đôi lúc ta làm nguội chậm - Giai đoạn làm nguội nhanh tới 700 oC, giai đoạn khơng có biến đổi lớn nên ta làm nguội nhanh - Giai đoạn làm nguội chậm từ 700 trở xuống, Tại nhiệt độ 573 oC có biến đổi thụ β α hình -quắc sang -quắc Sự biến đổi gây nên ứng suất nội sản phẩm III ĐƯỜNG CONG NUNG Đường cong nung: Là đường biểu diển trình tăng nhiệt độ, lưu nhiệt hạ nhiệt độ chu kỳ nung Hay đường biểu diển mối quan hệ nhiệt độ với thời gian nhiệt độ với chiều dài lị lưu nhiệt âng na ie nh ät H nh ie ät thời gian(h) Đồ thị minh hoạ cho đường cong nung theo thời gian Cơ sở lý thuyết xây dựng đường cong nung Để thiết lập chế độ nung lò lăn cho sản phẩm cần nung cần thiết phải xác định vận tốc nâng nhiệt làm nguội lớn cho phép, thời gian bảo lưu nhiệt độ cao phù hợp cho sản phẩm SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang - Vận tốc làm nguội nâng nhiệt lớn cho phép khoảng nhiệt độ dựa sở ứng suất nhiệt suất cấu kiện nung điều kiện phịng thí nghiệm trực tiếp lò sản xuất - Trong công nghệ nung gạch lát ta nên chia chế độ nung thành giai đoạn xem đặc trưng để tính tốn tốc độ nâng hạ nhiệt thời gian lưu cho phù hợp, giai đoạn chia sau: + Giai đoạn từ 25-500oC : giai đoạn vật liệu nở, bề mặt xuất ứng suất nén, bên ứng suất kéo Qua biến đổi cân ứng suất nhiệt ta rút khoảng chênh lệch nhiệt độ bên tâm vật liệu bên bề mặt ngồi lớn cho phép xác định theo cơng thức : ∆tc ph a 3σ (1 − µ ) θ c ph = ∆tc ph = K d tr 0,5.S αE Từ ta tính tốc độ nâng nhiệt tối đa cho phép là: + Giai đoạn từ 500-700oC : Giai đoạn tượng ngược lại vật liệu bị co, ta cân ứng suất nhiệt ta rút cơng thức tính tốn sau : ∆tc ph a 3σ (1 − µ ) θ c ph = ∆tc ph = K d tr 0,5.S αE Tuy nhiên công thức cho q trình khơng co thu hay toả nhiệt Nhưng giai đoạn nhiệt độ có q trình thu nhiệt vật liệu có biến đổi thù hình đất sét nên kết tính tốn ta cần giảm vận tốc nâng nhiệt cho phép 1.4 – 1.5 lần Trong giai đoạn xảy hiệu ứng thu nhiệt nước hoá hoc biến đổi α thù hình -quắc Để đánh giá biến dổi xảy giai đoạn ta xem xét đường cong phân tích nhiệt vi sai (DTA) đường TG - Trên đường DTA ta xác định khoảng nhiệt độ xảy hiệu ứng, đường TG ta xác định khối lượng vật chất giảm ( ∆m ∆m ∆T ) hiệu ứng gây Từ ta tính lượng nhiệt thu vào hiệu ứng: Q = c - Trong q trình phân tích DTA ta theo dõi để xác định thời gian bắt đầu thời gian kết thúc trình xảy hiệu ứng Như ta xác định thời gian để hiệu ứng xảy hoàn toàn Theo thực nghiệm , người ta mối quan hệ lượng nhiệt hiệu ứng t M a ∆H = ∫ ∆T dt = ∆S g λ1 t2 diện tích vùng xảy hiệu ứng sau: Trong : Ma khối lượng phần tham gia phản ứng λ1 g: số : hệ số dẫn nhiệt ∆T = T2-T1 – chênh lệch nhiệt độ mẫu nghiên cứu mẫu chuẩn t1, t2 –thời gian bắt đầu kết thúc hiệu ứng SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lị lăn GVHD: Lê Tấn Vang Từ tính tốn tốc độ đốt nóng để đảm bảo cho trình biến đổi thù hình tốt + Giai đoạn 700-1180oC : Vùng nhiệt độ bắt đầu xuất pha lỏng coi vùng đàn hồi dẻo nhớt Ta rút cơng thức tính toán sau : ∆tc ph a 3ε (1 − µ ) θ c ph = ∆tc ph = K d tr 0, 5.S 2α + Giai đoạn làm nguội nhanh 1180-700oC : Giai đoạn ta tính giống giai đoạn nâng nhiệt độ, lúc có mặt pha lỏng nên ta hạ với tốc dộ nhanh khoảng 1.2-1.4 lần + Giai đoạn làm nguội chậm 700-500 oC :Để tránh biến đổi thù hình quắc làm hư sản phẩm giai đoạn ta nên hạ nhiệt độ từ từ tăng nhiệt độ Tuy nhiên cơng thức tính tốn phịng thí nghiệm, điều kiện lý tưởng, cịn thực tế giá trị vận tốc đốt nóng, làm nguội cho phép lớn bé giá trị thu trên, mối quan hệ biểu : thinghiem ∆tcthucte ph = 0.65∆tc ph thinghiem θ cthucte ph = 0.5θ c ph σ Các đại lượng biểu thức: - cường độ giới hạn theo bề mặt, MPa xác định theo giới hạn bền uốn E- môđun đàn hồi, MPa α - biến dạng lớn cho phép phối liệu mẫu nung vùng đàn hồi dẻo nhớt, mm/mm µ - hệ số nén theo thiết diện ngang, vùng đàn hồi =0.3, vùng dẻo nhớt =0.5 S- chiều dày cấu kiện, m a- hệ số dẫn nhiệt độ, m2/h Kd.tr- hệ số dự trữ = 1.2 Để xây dựng đường cong nung trước tiên ta cần biết đặc điểm vật liệu nung, biến đổi hoá lý nung … Các bước xây dựng đường cong nung : - Xác định phạm vi nung sản phẩm: Cơ sở việc xác định dựa vào độ hút nước sản phẩm Độ hút nước tỷ lệ khối lượng nước ngấm đầy mẫu thử khối lượng mẫu khơ, tính % Cách xác định độ hút nước sản phẩm: nung mẫu nhiệt độ khác nhau, sau cho mẫu vào bể nước để mẫu hút nước, lấy mẫu đêm cân để xác định độ hút nước, tới khoảng nhiệt độ độ hút nước sản phẩm khơng Khoảng nhiệt độ khoảng nung tốt sản phẩm - Xác định chế độ nâng nhiệt : Dựa sở đường phân tích nhiệt vi sai (DTA), TG yếu tố khác Trên đường DTA, TG cho ta thấy biến đổi nung SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang vị trí toả thu nhiệt, trình phản ứng, phân huỷ nhiệt độ khác nhau, vào ta có chế độ nâng nhiệt thích hợp Trong giai đoạn nâng nhiệt ta cần ý tốc độ nâng nhiệt khoảng nhiệt độ 500 oC – 600oC vị trí nhiệt độ có biến đổi thù hình quắc làm thay đổi thể tích, đồng thời q trình nước hố học xảy lớn nên gây nên nứt sản phẩm, ta nâng nhiệt chậm vị trí - Xác định chế đô hạ nhiệt : Sau thời gian lưu nhiệt, mộc có mặt pha lỏng nên ta giãm nhiệt với tốc độ nhanh, đến vị trí nhiệt độ 573 oC tinh thể quắc biến đổi thù hình ngược lại, ta cần hạ nhiệt độ chậm vị trí IV NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH NUNG Bản chất vật liệu nung: Những khống có phối liệu định đến chế độ nung sản phẩm Hình dáng, kích thước sản phẩm: Đối với sản phẩm có hình dáng kích thước tạp ta cần ý tăng giãm nhiệt độ phù hợp để tránh xuất ứng suất nhiệt Cơng nghệ sản xuất: Có sản phẩm ta nung lần, có sản phẩm ta nung hai lần: lần nung thứ tạo độ bền cho sản phẩm, lần nung thứ hai sau tráng men Môi trường nung: Trong trình nung có lúc ta phải nung mơi trường ơxy hóa, có ta phải nung mơi trường khử trung tính Phân bố nhiệt khơng gian lị: Trong lị cần có phân bố nhiệt cho thích hợp để tránh chênh lệch nhiệt độ lò Cách nạp cách bố trí vật liệu nung: Vật liệu vào lị xếp nhiều lớp lớp SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Chương : LÒ NUNG GIỚI THIỆU CHUNG : I Trong công nghệ silicát nói chung cơng nghệ gốm sứ nói riêng lị thiết bị quan trọng khơng thể thiếu Nếu công nghệ sản xuất thuỷ tinh có lị bể, lị nồi để nấu phối liệu chảy lỏng sau tạo hình sản phẩm, cơng nghệ sản xuất xi măng có lị quay, lị đứng để nung phối liệu tạo clinker, cịn cơng nghệ sản xuất gốm sứ lò dùng để nung vật liệu sau tạo hình mà ta gọi mộc Đây điểm khác biệt lị cơng nghệ gốm sứ so với cơng nghệ lị thuỷ tinh cơng nghệ lị xi măng Lị gốm sứ thiết bị nung vật liệu tạo hình nhằm làm rắn mộc tạo nên sản phẩm có độ bền cần thiết, thông số kỹ thuật ( độ hút nước, độ xốp……… ) đạt yêu cầu mục đích sử dụng Lị gốm sứ có nhiều loại: lò gián đoạn ( lò đầy, lò phòng lửa đảo…), lò liên tục ( lò tunel, lò lăn, lị rịng…) Lị gốm sứ sử dụng nhiên liệu dạng rắn : than, củi , dạng lỏng: dầu, dạng khí lượng điện Lị nơi làm việc nhiệt độ cao nên vật liệu dùng để xây lò vật liệu chịu lửa Tuỳ theo đặc thù kích thước hình dáng sản phẩm nung mà ta có kết cấu lị khác II PHÂN LOẠI Có nhiều cách phân loại lị nung Phân loại theo chế độ nung : lò liên tục, lò gián đoạn Phân loại theo nhiên liệu sử dụng : nhiên liệu rắn, lỏng, khí, điện Phân loại theo vật liệu nung : lò gốm, lò sứ, lò gạch … Phân loại theo chiều hướng lửa :lửa thẳng lửa đảo lửa ngang SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 10 ĐAMH: Thiết kế lò lăn Csp = - GVHD: Lê Tấn Vang (100 − 2) × 0.23 + ×1 = 0.245 ( Kcal / kg 0C ) 100 - Gsp: Khối lượng sản phẩm zone sấy, zone đốt nóng zone nung 1h Gsp= ( số module*số gạch module*khối lượng viên gạch*60)/thời gian qua module Vậy Gsp=(23*48*1.68*60)/26=4280.12 (Kg/h) Q4 = 4280.12*0.245*30 = 31459 (Kcal/h) Nhiệt lý khơng khí rị rỉ mang vào qua khe hở vùng áp suất âm: - Q5 = x.V0.(αr – α).Ckk.tkk - Với αr hệ số dư khơng khí thải lị từ 2.5÷4 Chọn αr = 2.5 Q5 = x*29.91*(2.5 – 1.08)*0.306*30 = 389.89x (Kcal/h) Nhiệt tận dụng từ zone làm nguội nhanh: Q6 = Vlnn.Clnn.tlnn = Vlnn*0.321*650 = 208.65Vlnn (Kcal/h) Tổng nhiệt cung cấp: Qcc = 27063.58x + 31459 + 208.65Vlnn (Kcal/h) Nhiệt tiêu tốn: - Nhiệt tiêu tốn để bốc nước đốt nóng nước đến nhiệt độ khói thải Q1 = Gn(r + Cntkl) Với: Cn = 0.47 Kcal/kg0C : Tỉ nhiệt nước R = 596 Kcal/kg nước: nhiệt hóa ẩm nước 00C Tkl= 1500C: nhiệt độ khói khí thải Gn: lượng nước có sản phẩm Gn= 0.02Gsp = 0.02*4280.12 = 85.6 (Kg/h) Q1 = 85.6*(596 + 0.47*150) = 57052 (Kcal/h) - Nhiệt phản ứng hóa học nung: Q2 = 0.01m*0.01n*q*Gsp Với: M=72% Hàm lượng đất sét, cao lanh phối liệu N= 15.15% Hàm lượng Al2O3 phối liệu Q: nhiệt tách nước hóa học tính theo Al2O3 500 kcalo/kgAl2O3 Q2= 0.01*72*0.01*15.15*500*4280.12 = 233437.75 (Kcal/h) Nhiệt lý khói lị mang theo ống khói: SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 32 ĐAMH: Thiết kế lò lăn - GVHD: Lê Tấn Vang Q3 = x*Vkkl*Ckl*tkl Với Vkkl = α*Vk = 2.5*36.9458 = 92.3645 (m3/m3) Ckl=0.331 Kcal/m3 0C : Tỉ nhiệt khói lị 1500C Q3 = x*92.3645*0.331*150 = 4585.9x (Kcal/h) - Nhiệt đốt nóng sản phẩm : Q4= Gsp*C2*(t2 - tsp) Với: t2=1160: nhiệt độ nung sản phẩm cuối Tsp=300C : nhiệt độ sản phẩm vào lò C2 = 0.26 Kcal/kg0C: Tỉ nhiệt sản phẩm nhiệt độ t2 Q4 = 4280.12*0.98*0.26*(1160 – 30) = 1232343.5 (Kcal/h) Nhiệt tiêu tốn môi trường xung quanh: Qua tường Khoảng nhiệt độ (0C) 30-400 400-650 650-800 800-1100 1100-1160 1160-1160 TỔNG Dài (m) 8.4 11.2 25.2 8.4 5.6 5.6 Cường độ Rộng Diện nhiệt (m) tích (m) (Kcal/m2h) 1.1 9.24 24 1.1 12.32 103.4 1.1 27.72 137.56 1.1 9.24 219.79 1.1 6.16 298.9 1.1 6.16 313.24 Dài (m) 8.4 11.2 25.2 8.4 5.6 5.6 Cường độ Rộng Diện nhiệt (m) tích (m) (Kcal/m2h) 2.2 18.48 24.02 2.2 24.64 103.49 2.2 55.44 137.62 2.2 18.48 219.94 2.2 12.32 299.02 2.2 12.32 313.36 Nhiệt tổn thất Q (kcal/h) 221.73 1273.94 3813.21 2030.85 1841.21 1929.56 11110.51 Qua vòm Khoảng nhiệt độ (0C) 30-400 400-650 650-800 800-1100 1100-1160 1160-1160 TỔNG SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Nhiệt tổn thất Q (kcal/h) 443.88 2549.91 7629.60 4064.57 3683.97 3860.59 22232.53 Page 33 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Qua Khoảng nhiệt độ (0C) 30-400 400-650 650-800 800-1100 1100-1160 1160-1160 TỔNG Dài (m) 8.4 11.2 25.2 8.4 5.6 5.6 Rộng (m) 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 Diện tích (m) 18.48 24.64 55.44 18.48 12.32 12.32 Cường độ nhiệt (Kcal/m2h) 53.164 191.4 158.64 243.41 323.01 337.31 Nhiệt tổn thất Q (kcal/h) 982.46 4716.04 8794.85 4498.15 3979.48 4155.70 27126.7 Q5= 2*11110.51 + 22232.53 + 27126.7 = 71580.25 (Kcal/h) Lượng nhiệt tiêu tốn khơng tính = 10%Qtt (Kcal/h) Tổng lượng nhiệt tiêu tốn: Qtt = 1.1*(57052 + 233437.75 + 4585.9x + 1232343.5 + 71580.25) Qtt = 1675116.575 + 5044.6x (Kcal/h) Do tổng lượng nhiệt cung cấp tổng lượng nhiệt tiêu tốn: Qtt = Qcc 1675116.575 + 5044.6x = 27063.58x + 31459 + 208.65Vlnn 1643657.575 = 22019x + 208.65Vlnn (*) II CÂN BẰNG NHIỆT CHO ZONE LÀM NGUỘI NHANH Nhiệt cung cấp: Nhiệt sản phẩm từ vùng nung sang Q1= Qđốt nóng = 1232343.5 Kcal/h Nhiệt khơng khí mang vào: - Q2 = Vlnn.Ckk.tkk Với: SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 34 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Vlnn: Lượng khơng khí làm nguội nhanh sản phẩm (m3/h) Ckk=0.306 Kcal/m3 0C: tỉ nhiệt khơng khí Q2 = 0.306*30*Vlnn = 9.18Vlnn (Kcal/h) Nhiệt tiêu tốn - Nhiệt sản phẩm mang ra: Q1= Gsp.Csp.tsp Với: G’sp=(3*48*1.68*60)/3.65=3976.77 Kg/h Gsp = lượng sản phẩm khỏi lò 1h = 3976.76*0.98 = 3897.23 kg/h Csp = 0.235 Kcal/kg 0C : tỉ nhiệt sản phẩm 6500C Q1 = 3897.23*0.235*650 = 595301.88 (Kcal/h) Nhiệt lấy hồi lưu: Q2 = 208.65Vlnn (Kcal/h) Nhiệt tổn thất môi trường xung quanh: Qua tường: Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 1160-650 8.4 Rộng (m) 1.1 Diện tích (m) 9.24 Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 201.88 1865.37826 Rộng (m) 2.2 Diện tích (m) 18.48 Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 202.02 3733.33 Rộng (m) 2.2 Diện tích (m) 18.48 Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 225.14 4160.58315 Qua vòm: Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 1160-650 8.4 Qua nền: Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 1160-650 8.4 SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 35 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Q2 = 2*1865.38 + 3733.33 + 4160.58 = 11624.67 (Kcal/h) Lượng nhiệt tiêu tốn khơng tính = 10%Qtt (Kcal/h) Nhiệt tiêu tốn nhiệt cung cấp: (595301.88 + 11624.67 + 208.65Vlnn)*1.1 = 1232343.5 + 9.18Vlnn Vlnn = 2563 (m3/h) III TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO ZONE LÀM NGUỘI CHẬM Nhiệt cung cấp: Nhiệt sản phẩm từ zone làm nguội nhanh truyền qua: Q1 = 595301.88 ( Kcal/h ) Nhiệt khơng khí đưa vào: Q3 = Vlnc*Ckk*tkk = Vkk*0.306*30 = 9.18Vlnc (Kcal/h) Nhiệt tiêu tốn: Nhiệt sản phẩm mang ra: Gsp=(4*48*1.68*60)/4.86=3982.22 Kg/h Q1 = Gsp.Csp.tsp = 3982.22*0.24*200 = 191146.67 Kcal/h Nhiệt lấy sấy đứng: Q3= Vlnc.Clnc.tlnc = Vlnc*0.315*650 = 204.75Vlnc (Kcal/h) Nhiệt tổn thất môi trường xung quanh: Qua tường: Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 400-200 11.2 Rộng (m) 1.1 Diện tích (m) 12.32 SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 40.92 504.14 Page 36 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Qua vòm: Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 400-200 11.2 Rộng (m) 2.2 Diện tích (m) 24.64 Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 40.95 1009.15 Rộng (m) 2.2 Diện tích (m) 24.64 Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 84.95 2093.07 Qua Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 400-200 11.2 Q4 = 2*504.14 + 1009.15 + 2093.07 = 5110.5 (Kcal.h) Nhiệt tiêu tốn khơng tính = 10%Qtt Nhiệt tiêu tốn nhiệt cung cấp: 595301.88 + 9.18Vlnc = 1.1*(196257.17 + 204.75Vlnc) Vlnc = 1756.2 (m3/h) IV CÂN BẰNG NHIỆT ZONE LÀM NGUỘI CUỐI CÙNG Nhiệt cung cấp: Nhiệt sản phẩm từ zone làm nguội chậm truyền qua: Q1 = 191146.67 (Kcal/h) Nhiệt khơng khí từ ngồi đưa vào: Q2 = Vlncc.Ckk.tkk = Vllcc*0.306*30 = 9.18Vlncc (Kcal/h) Nhiệt tiêu tốn: Nhiệt sản phẩm mang ra: Gsp=(7*48*1.68*60)/8.51=3980 (Kg/h) SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 37 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Q1 = Gsp.Csp.tsp = 3980*0.25*70 = 69650 (Kcal/h) Nhiệt tổn thất môi trường xung quanh: Qua tường: Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 200-70 8.4 Rộng (m) 1.1 Diện tích (m) 9.24 Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 11.44 105.73 Rộng (m) 2.2 Diện tích (m) 18.48 Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 11.45 211.66 Rộng (m) 2.2 Diện tích (m) 18.48 Cường độ nhiệt Nhiệt tổn thất (Kcal/m2h) Q (kcal/h) 27.47 507.74 Qua vòm: Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 200-70 8.4 Qua nền: Khoảng nhiệt độ Dài (0C) (m) 200-70 8.4 Q3 = 2*105.73 + 211.66 + 507.74 = 930.86 (Kcal/h) Nhiệt lấy sử dụng mục đích khác Q4 = Vk.Ckl.tkl = 0.331*150*Vk = 49.65Vk Nhiệt tiêu tốn khơng tính = 10%Qtt Tổng nhiệt tiêu tốn nhiệt cung cấp: 191146.67 + 9.18Vlncc = 1.1*(70580.86 + 49.65Vk) 113507.724 = 54.615Vk - 9.18Vlncc (Vk = Vlncc) Vlncc = 2498.24 (m3/h) SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 38 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Từ (*): 1643657.575 = 22019x + 208.65Vlnn Vlnn = (2563 m3/h) x = 50.48 (m3/h) Khối lượng riêng khí: ρ = 0.3*ρC3H8 + 0.7*ρC4H10 = 0.3*1.86 + 0.7*2.45 = 2.273 (Kg/m3) Suy khối lượng nhiên liệu cung cấp 1h: 2.273*50.48 = 114.74 (Kg/h) Lượng nhiên liệu cung cấp năm: 114.74*300*24 = 826128 (kg/năm) Lượng nhiên liệu tiêu tốn trung bình cho sản phẩm gạch ( 30x30x8 ) : 0.048 (kg/sp) SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 39 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Chương 6: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ I TÍNH QUẠT Tính quạt hút khí thải vùng sấy đốt nóng, nung Tính tổng trở lực: Trở lực ma sát: Tổn thất ma sát lò: L ω2 t + 273 hms = β ms ρ d 273 Diện tích mặt cắt ngang module lị: F = 2.2*1.1 = 2.42 (m2) Chu vi mặt cắt module lò: C = 2*(2.2 + 1.1) = 6.6 (m2) Đường kính thủy lực d = 4F/C = 4*2.42/6.6 = 1.47 (m) Khối lượng riêng khí thải ρ = 1.26 (kg/m3) Lưu lượng khí thải cần hút: V = lượng nhiên liệu cung cấp * lượng sản phẩm cháy tạo thành + lượng khí thải hồi lưu từ vùng làm nguội nhanh = 50.48*36.9458 + 2563 = 4428 (m3/h) Tốc độ chuyển động lò: ω = V/(3600F) = 4428/(3600*2.42) = 0.51 (m/s) Chiều dài vùng sấy đốt nóng: L = 44.8 m Nhiệt độ trung bình vùng sấy, đốt nóng : 4000C Hệ số trở lực ma sát: 0.05 Suy tổn thất ma sát lò: hms = 0.61 Trở lực cục bộ: Từ vùng nung đến vùng sấy đốt nóng ta bố trí: Tấm ngăn vùng với ngăn cách dãy lăn 50 mm Tra bảng ta có hệ số trở lực cục βcb = 2*16.7 = 33.4 SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 40 ĐAMH: Thiết kế lò lăn hcb = β cb - GVHD: Lê Tấn Vang ω2 t + 273 0.512 400 + 273 ρ = 33.4* *1.26* = 13.49 N / m 2 273 273 cửa vào ống cạnh sắc: vcb=0.5 ngoặt 900: v=1 hcb.ong = (0.5 + 2*1) * 0.512 400 + 273 *1.27 * = 1.01N / m 2 273 Vậy tổng trở lực cục = 13.49 + 1.01 = 14.5 (N/m2) Tổn thất vùng ( kể 10% tổn thất dự phòng) : h = 1.1*(hcb + hms) = 1.1*( 14.5 + 0.61) = 15.11 N/m2 Dựa vào thông số trên, ta chọn quạt có thơng số sau: - Áp suất quạt: 15.11N/m2 Lưu lượng: 4428 m3/h Hiệu suất quạt: 0.55 Hệ số truyền: 0.95 N= Công suất động cơ: V *H 4428*15.11 = = 0.35(kW ) 3600*102*0.55*0.95 3600*102*0.55*0.95 Công suất thực tế: Ntt = 1.5N = 1.5*0.35 = 0.525 (kW) Tính quạt đẩy cấp khơng khí vùng làm nguội Tính quạt đẩy cấp khơng khí cho vùng làm nguội nhanh - Chiều dài ống làm nguội nhanh: 8m Đường kính ống : 0.5m Lượng khơng khí cần cho q trình làm nguội nhanh 2563 m3/h ω= - 4V 4* 2563 = = 3.6(m / s ) 3600* d * π 3600*0.52 * π Tốc độ chuyển động khí ống: Cho nhiệt độ khí khơng đổi: tkk= 300C, ρkk=1.29 (kg/m3) Tổn áp ma sát ống: SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 41 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang hms.ong = 0.03* - 3.62 30 + 273 * *1.29* = 4.45 N / m 0.5 273 Tổn thất cục bộ: cửa vào ống cạnh sắc: vcb=0.5 ngoặt 900: v=1.1 hcb.ong = (0.5 + 2*1.1)* 3.62 30 + 273 *1.29* = 25.05 N / m 2 273 Tổn thất vùng ( kể 10% tổn thất dự phòng) : h = 1.1*( hcb + hms) = 1.1*( 25.05 + 4.45) = 32.45 (N/m2) Dựa vào thông số trên, ta chọn quạt có thơng số sau: - Áp suất quạt: 32.45N/m2 Lưu lượng: 2563 m3/h Hiệu suất quạt: 0.55 Hệ số truyền: 0.95 N= Công suất động cơ: V *H 2563*32.45 = = 0.43(kW ) 3600*102*0.55*0.95 3600*102*0.55*0.95 Công suất thực tế: Ntt = 1.5N = 1.5*0.43 = 0.645 (kW) - Tính quạt đẩy cấp khơng khí cho vùng làm nguội chậm cuối cùng: Chiều dài ống làm nguội chậm cuối cùng: 45 m Đường kính trung bình ống : (0.3 + 0.4)/2= 0.35 m Lượng khơng khí cần cho q trình làm nguội chậm cuối 4255 m3/h ω= - 4V 4* 4255 = = 12.28(m / s ) 3600* d * π 3600*0.352 * π Tốc độ chuyển động khí ống: Cho nhiệt độ khí khơng đổi: tkk= 300C, ρkk=1.29 (kg/m3) Tổn áp ma sát ống: hms.ong 45 12.282 30 + 273 = 0.03* * *1.29* = 416.4( N / m2 ) 0.35 273 SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 42 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang Tổn thất cục bộ: - cửa vào ống cạnh sắc: vcb=0.5 ngoặt 900: v=1.1 hcb.ong = (0.5 + 2*1.1)* 12.282 30 + 273 *1.29* = 291.47 N / m2 273 Tổn thất vùng ( kể 10% tổn thất dự phòng) : h = 1.1*( hcb + hms) = 1.1*( 291.47 + 416.4) = 778.657 (N/m2) Dựa vào thông số trên, ta chọn quạt có thơng số sau: - Áp suất quạt: 778.657N/m2 Lưu lượng: 4255 m3/h Hiệu suất quạt: 0.55 Hệ số truyền: 0.95 N= Công suất động cơ: V *H 4255*778.657 = = 17.27( kW ) 3600*102*0.55*0.95 3600*102*0.55*0.95 Công suất thực tế: Ntt = 1.5N = 1.5*17.27 = 25.9 (kW) - Tính quạt đẩy cấp khơng khí cho vùng nung Chiều dài ống cấp khơng khí nung: 45 m Đường kính trung bình ống : 0.55 m Lượng khơng khí cần cho q trình nung 3230 m3/h ω= - 4V 4*3230 = = 3.78(m / s ) 3600* d * π 3600*0.552 * π Tốc độ chuyển động khí ống: Cho nhiệt độ khí khơng đổi: tkk= 300C, ρkk=1.29 (kg/m3) Tổn áp ma sát ống: hms.ong = 0.03* 45 3.782 30 + 273 * *1.29* = 25.1( N / m ) 0.55 273 Tổn thất cục bộ: - cửa vào ống cạnh sắc: vcb=0.5 ngoặt 900: v=6.6 SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 43 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang hcb.ong = (0.5 + 6*1.1)* 3.782 30 + 273 *1.29* = 72.62( N / m ) 273 Tổn thất vùng ( kể 10% tổn thất dự phòng) : h = 1.1*( hcb + hms) = 1.1*( 72.62 + 25.1) = 107.5 (N/m2) Dựa vào thông số trên, ta chọn quạt có thơng số sau: - Áp suất quạt: 107.5 N/m2 Lưu lượng: 3230 m3/h Hiệu suất quạt: 0.55 Hệ số truyền: 0.95 N= Công suất động cơ: V *H 3230*107.5 = = 1.81(kW ) 3600*102*0.55*0.95 3600*102*0.55*0.95 Công suất thực tế: Ntt = 1.5N = 1.5*1.81 = 2.715 (kW) - Tính quạt hút khí hồi lưu từ zone làm nguội nhanh Chiều dài ống cấp khí hồi lưu: 45 m Đường kính trung bình ống : 0.5 m Lượng khí hồi lưu 2563 m3/h ω= - 4V 4* 2563 = = 3.63(m / s ) 3600* d * π 3600*0.52 * π Tốc độ chuyển động khí ống: Cho nhiệt độ khí khơng đổi: tkk= 300C, ρkk=1.29 (kg/m3) Tổn áp ma sát ống: hms.ong = 0.03* 45 3.632 30 + 273 * *1.29* = 25.47( N / m ) 0.5 273 Tổn thất cục bộ: - cửa vào ống cạnh sắc: vcb=0.5 ngoặt 900: v=6.6 hcb.ong = (0.5 + 6*1.1)* 3.632 30 + 273 *1.29* = 66.97( N / m ) 273 Tổn thất vùng ( kể 10% tổn thất dự phòng) : SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 44 ĐAMH: Thiết kế lò lăn GVHD: Lê Tấn Vang h = 1.1*( hcb + hms) = 1.1*( 66.97 + 25.47) = 92.44 (N/m2) Dựa vào thông số trên, ta chọn quạt có thơng số sau: - Áp suất quạt: 92.44 N/m2 Lưu lượng: 2563 m3/h Hiệu suất quạt: 0.55 Hệ số truyền: 0.95 N= Công suất động cơ: V *H 2563*92.44 = = 1.23( kW ) 3600*102*0.55*0.95 3600*102*0.55*0.95 Công suất thực tế: Ntt = 1.5N = 1.5*1.23 = 1.845 (kW) TÍNH ỐNG KHĨI II Tính ống khói cho vùng sấy, đốt nóng Tổng trở lực từ vùng sấy đốt nóng đến chân ống khói là: 15.11 N/m Chọn vật liệu làm ống khói thép inox => ∆t = (0C/m) Chọn nhiệt độ trung bình khí thải 1500C 150 = (tn + 100)/2 => tn = 2000C Tm: Nhiệt độ miệng ống: tm = 200 – h*4 = 100 => h = 25 (m) Khối lượng riêng khơng khí nhiệt độ mơi trường: ρ kk = 1.29* 273 = 1.16kg / m3 273 + 30 Khối lượng riêng khí thải nhiệt độ mơi trường: ρ k = 1.26* 273 = 0.72kg / m3 273 + 200 Chọn đường kính miệng ống khói 0.8 m Dm = SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương 4V = 0.8 3600πω Page 45 ĐAMH: Thiết kế lò lăn ω= GVHD: Lê Tấn Vang 4V 4* 4428 = = 2.45(m / s ) 3600* π *0.8 3600* π *0.82 Đường kính chân ống khói: Dc = 1.5Dm = 1.2 m SVTH: Nguyễn Ngọc Minh Phương Page 46