2. Технологическая часть

2.1 Характеристика теплоносителя и его параметры.

В качестве теплоносителя при тепловлажностной обработке изделий широкое распространение получили пар и паровоздушная смесь. Давление теплоносителя приближено к атмосферному.

В качестве теплоносителя в проектируемой установке используется водяной пар с параметрами:

• Температура t₁ = 104 С^о

• Энтальпия h^’’=2683 кДж/кг

• Плотность ρ = 0,6992 кг/м³

• Удельный объем V^” = 1,430 м³/кг

- Давление P = 1,2 бар (0,12мПа)

2.2 Режим работы тепловой установки.

Режимом тепловлажностной обработки называют совокупность условий окружающей среды, то есть температура, влажность и давление, воздействующих на изделие в течение определённого времени и обуславливающих оптимальную для данного изделия скорость набора прочности.

Теплофизические свойства бетона при тепловлажностной обработке изменяются в зависимости от условий окружающей среды. Чтобы не нарушать структуру бетона, необходимо назначить скорость подъёма и снижения температуры так, чтобы строго соблюдался установленный для данного бетона режим тепловлажностной обработки.

T₁ - Продолжительность подъёма температуры – 4 часа.

T₂ - Продолжительность изотермической выдержки – 3 часа.

T₃ - Охлаждение изделий – 3 часа.

В соответствии с нормами технологического проектирования предприятие сборного железобетона для определения режима работы установки периодического действия принял:

Количество рабочих суток за 1 год - 253 дней.

Количество рабочих смен в сутки - 3 смены.

Продолжительность смены - 8 часов.

Годовой фонд времени работы тепловой установки, ч.

T= 253 · 3 · 8 = 6072 часа.

2.3 Исходные данные

Производительность цеха, тыс.м³/год - 25000

Тип изделия -плиты перекрытия

Габаритные размеры изделия, мм - 5960 x 2960 x 300

Объём бетона в изделии (Vизд.), м³ - 1,07

Расход арматуры, (m_а), кг/изделие - 90

Марка цемента, (R₂₈) - 400

Водоцементное отношение, (В/ц) -0,488

Расход цемента, кг/м³ - 260

Расход воды, (В), кг/м³ - 127

Плотность бетона, (ρ), кг/м³ - 2200

Расход форм, (m_а), кг/м³ - 2400

Начальная температура бетона, (t₁)^оC - 20

Конечная температура нагрева бетона (t₂)^оC - 100

Источник тепла - водяной пар

Режим тепловой обработки:

- подъем температуры (Т₁)– 4 часа.

- изотермическая выдержка (Т₂) – 3 часа.

- охлаждение (Т₃) – 3 часа.

3. Расчетная часть

3.1 Расчет процесса горения топлива.

Топливо: уголь донецкий марки “T”

Состав (в %): С^г = 89; Н^г = 4,2; N^г = 1,5; О^г = 2,2; S^г_л = 3,1; А^с = 17; W^p = 4,5.

Переводим состав топлива на рабочую массу:

А^р = А^с · (100 - W^p)/100

А^р = 17 · (100 – 4,5)/100 = 16,2%

Балласт топлива:

Б = А^р + W^p

Б = 16,2 + 4,4 = 20,7%

Переводим состав топлива с условно горючей массы в рабочую:

М^р = M^г · (100 - Б)/100;

где М^г – процентное содержание элемента по горючей массе

С^р = 89 · (100 – 20,7)/100 = 70,58%

H^p = 4,2 · (100 –20,7)/100 = 3,33%

N^p = 1,5 · (100 –20,7)/100 = 1,18%

О^р = 2,2 · (100 –20,7)/100 = 1,75%

S^p = 3,1 · (100 –20,7)/100 = 2,46%

Проверка правильности пересчета:

С^р + H^p + N^p + О^р + S^p + А^р + W^p = 100%

70,58 + 3,33 + 1,18 + 1,75 + 2,26 + 16,2 + 4,5 = 100%

Уравнения реакций горения:

С + О₂ = СО₂

12кг С + 32кг О₂ = 44кг СО₂

На один кг С потребуется 32/12 кг О₂ и выделится 44/12 кг СО₂,

т.е. 1кг С + 2,67кг О₂ = 3,67кг СО₂

Аналогично:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О

2кг Н₂ + 16кг О₂ = 18кг Н₂О

Н₂ + 8О₂ = 9Н₂О

S + О₂ = SO₂

32кг S + 32кг О₂ = 64кг SO₂

S + О₂ = 2SO₂

Теоретический расход воздуха на горение 1кг топлива, определяем, считая, что воздух по массе состоит из 77%N₂ и 23%О₂

L_теор = (2,67С^р + 8Н^р + S^р – О^р)/23 , кг/кг

Где С^р, Н^р, S^р, О^р – процентное содержание этих элементов в рабочей массе топлива:

L_теор = (2,67 · 70,58 + 8 · 3,33 + 2,46 – 1,75)/23 = 9,4 кг/кг

Действительное количество воздуха:

L_д = α · L_теор ,

где α – коэффициент избытка воздуха,

L_д = 1,5 · 9,4 = 14,1 кг/кг

Состав продуктов сгорания:

m_co2 = 3,67 · C^p/100

m_со2 = 3,67 · 70,58/100 = 2,59 кг/кг

m_н2о = 9· H^p/100 + W^p/100

m_н2о = 9· 3,33/100 + 4,5/100 = 0,35 кг/кг

m_N2 = N^p/100 + 0,77 L_д

m_N2 = 1,18/100 + 0,77 · 14,1 = 10,86 кг/кг

m_02изд = 0,23(L_д - L_теор)

m_02изд = 0,23(14,1 – 9,4) = 1,081 кг/кг

m_so2 = 2· 2,46/100 = 0,049 кг/кг

Материальный баланс процесса горения сводится в таблицу 1.

Таблица 1

Приходные статьи	количество		Расходные статьи	количество
	кг	%		кг	%
Топливо Воздух	1 14,1	6,6 93,4	Продукты горения СО2 Н2О SO2 N2 O2 изд зола	2,59 0,35 0,049 1,081 10,86 0,162	17,18 2,31 0,32 7,15 71,97 1,07
Итого:	15,1	100	Итого:	15,1	100

Расчет температуры горения топлива производится методом интерполяции на основании уравнения теплового баланса:

Q_н^р = m_n.2 · c_n.2 · t_x

где Q_н^р – низшая рабочая теплота сгорания топлива, кДж/кг

m_n.2 – масса продуктов горения, кг

c_n.2 – теплоемкость продуктов горения, кДж/кг·К

t_x - теоретическая температура горения топлива

Теплота сгорания топлива Q_н^р определяется по уравнению Менделеева:

Q_н^р = 339С^р + 1030Н^р – 109(О^р - S^р) – 25W^р, кДж/кг·К

Q_н^р = 339· 70,58 + 1030· 3,3 – 109(1,75 – 2,46) – 25· 4,5 = 27320 кДж/кг

Подбираем температуры:

Задаемся температурой t₁ = 1600^оС, выписываем для этой температуры значения массовой теплоемкости и определяем какому количеству тепла соответствует эта температура

Q₁ = 1600 (2,59 * 1,1995+0,35*2,3346+10,868*1,1564+1,081*1,0773) = = 28249 кДж

Задаемся температурой t₂ = 1500^оС, выписываем для этой температуры значения массовой теплоемкости и определяем какому количеству тепла соответствует эта температура

Q₂ = 1500 (2,59 * 1,1895+0,35*2,3048+10,868*1,1497+1,081*1,0714) =

= 26310 кДж

Выполняется неравенство: Q₂ < Q_н^р < Q₁

Тогда: t₂ < t_x < t₁

Значит t_x= t₁ + (Q_н^р – Q₂)/(Q₁ – Q₂) · (t₁ – t₂)с

t_x= 1500 + (27320- 26310)/( 28249-26310) · (1600 - 1500) =

= 1552 ^оС

Действительная температура горения:

t_д = η · t_x,

где η – пирометрический коэффициент

t_д = 0,7 · 1552= 1086,3 ^оС