4.6. Технологический расчет тепловой установки

Целью технологического расчета является конструкция тепловой установки, схемы ее загрузки и требуемого количества тепловых установок для обеспечения требуемой производительности.

Толщина стен (крышек, пола и т.д.) установки определяется исходя принципиальной конструкции, максимальной температуры внутри и требований к температуре на поверхности установки. Исходя из требований к технике безопасности и экономии теплоносителя, температура на поверхности установки не должна превышать 40 ^оС. Для упрощения расчета, его проводят, допуская, что условия теплообмена стационарные. Для автоклава допускается использовать формулу для плоской многослойной стенки.

Определение основных геометрических размеров установки производится на основе нормативных данных или известных по литературным источникам удельных съемов продукции с 1 м² рабочей площади или 1 м³ рабочего объема установки. Для установок, имеющих стандартные размеры или выпускаемых промышленностью в готовом виде, расчет объема рабочего пространства делается на основе показателей степени заполнения установки продукцией.

При самостоятельной разработке схемы загрузки следует стремиться к максимальному коэффициенту загрузки. Заполнение рабочего пространства установки изделиями производится с учетом специфических требований, предъявляемых тепловым и аэродинамическим режимами (устойчивость, плотность, равномерная газопроницаемость, условия интенсификации движения теплоносителя и т.д.). Определив количество материала или изделий, одновременно загружаемых в установку, и продолжительность тепловой обработки подсчитывается требуемый объем рабочего пространства установки для обеспечения заданной производительности. Зная объем рабочего пространства установки, известные соотношения геометрических параметров (высота-диаметр для шахтных печей, диаметр-длина для вращающихся печей и сушильных барабанов, длина-ширина-высота для туннелей и т.д.), стандартизированные размеры некоторых тепловых установок (автоклав, вращающаяся печь, сушильный барабан), требуемые технологические зазоры, определяют размеры тепловой установки.

После проработки этих вопросов строится эскиз заполнения рабочего пространства установки изделиями с учетом форм, при их наличии.

Количество тепловых агрегатов определяется на основании знания основных размеров.

Для установок по обжигу вяжущих веществ составляется материальный баланс и рассчитывается количество обжигаемого материала по зонам с учетом закона действующих масс.

Полученные размеры установки сравнивают с размерами существующих тепловых агрегатов по удельной производительности.

Выбранный тип тепловой установки и ее геометрические размеры определяют ход дальнейшего проектирования, поэтому студент обязан согласовать их с руководителем курсового проектирования и только после утверждения данных продолжать дальнейшую работу.

4.7. Теплотехнический расчет установки. Определение количества топлива или теплоносителя на тепловую обработку

Теплотехнический расчет является основным и одним из наиболее трудоемких разделов проекта. Основой для составления теплотехнического расчета является компоновочная схема и технологический расчет.

Основной задачей теплотехнического расчета является определение расхода теплоносителя в установке для тепловой обработки материала или изделия. Определение расхода теплоносителя производится при составлении теплового баланса установки. Прежде чем приступить к составлению теплового баланса, необходимо выбрать контур составления теплового баланса, оговорить базу теплового баланса и начальные условия составления теплового баланса. Все принятые решения согласовываются с руководителем курсового проектирования.

Общепринятая методика составления теплового баланса для различных видов и типов установок приводится в соответствующей литературе, дающей сведения об основах, анализе схем производства, конструкции и методы расчета тепловых установок в промышленности строительных материалов и изделий. При этом следует учитывать специфические особенности, характерные для конкретной установки.

С целью облегчения теплотехнического расчета и производства сравнительной оценки работы запроектированной установки с существующими рекомендуется тепловой баланс установок непрерывного действия составлять на единицу времени работы установки или на единицу массы перерабатываемого материала, для установок периодического действия – по периодам работы и на весь цикл работы.

Уравнение теплового баланса установки является частным случаем энергетического баланса и записывается в виде

Q = 0. (1)

Чаще уравнение теплового баланса принято записывать в форме

Q_п = Q_р, (2)

где Q_п=Q_iпр – сумма теплоты, введенной в установку. Она включает: теплоту загружаемого материала, в том числе теплоту сухой части материала и теплоту влаги, теплоту металлических закладных деталей и арматуры, при их наличии, теплоту транспортных устройств и приспособлений, теплоту форм, теплоту воздуха, поступающего в установку на горение топлива, теплоту воздуха в виде подсосов через неплотности, теплоту вносимую теплоносителем, теплоту, выделяющееся при экзотермических реакциях в обрабатываемом материале, теплоту аккумуляции установки и т.п.

Q_р=Q_iр – сумма расходных статей теплоты, включающая теплоту уносимую готовым изделием или материалом, теплоту, удаляемую из установки формами и транспортными устройствами, теплоту, расходуемую на протекание эндотермических реакций, теплоту на испарение части воды и нагрев водяных паров, теплоту отходящего воздуха и дымовых газов, потери тепла с химическим и механическим недожёгом топлива, теплоту, отводимую с отработанным теплоносителем, теплоту, аккумулированную ограждающими конструкциями, теплоту, теряющуюся через ограждающие конструкции в окружающуюся среду.

На основании решения уравнения теплового баланса находят необходимый расход теплоты

Q= Q_р – Q_п (3)

и далее теплоносителя (G) или топлива (B).

Затем определяют удельные расходы теплоты, теплоносителя или топлива на единицу продукции или в единицу времени.

Приведенная методика является общей для всех тепловых установок и ею следует руководствоваться при составлении теплового баланса, учитывая в каждом конкретном случае определенные изменения и дополнения.

Тепловой баланс составляют как на определенные участки установки непрерывного действия или определенные периоды установки периодического действия, так и на всю установку в целом, и сводят в таблицу по форме 1.

Примеры расчетов автоклава, ямной и туннельной пропарочных камер приведены в приложениях 5, 6 и 7 соответственно.

Таблица 1

№ статьи	Обозначение статьи	Наименование статьи и расчетная формула	Количество тепла по статье
			ед. тепла	ед. тепла на единицу продукции	%	для существующих установок, %
1-1 И т.д.	Q1-1	Приход тепла Тепло сухой части изделий Q1-1=Cс cс t1
И т о г о в приходе					100	100
2-1 И т.д.	Q2-1	Расход тепла Тепло сухой части изделий Q2-1=Cс cс t2
И т о г о в расходе					100	100