thiết kế lò nung thanh lăn để nung tấm kelamic công suất 2,1 triệu m2/năm

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 m2 / năm

Kích thớc tấm :

500  500  8 mm Đờng cong nung 55 phút Dùng nguyên liệu khí Tiền Hải Thái Bình

*************************************

Phần I : Giới thiệu

Trong những năm vừa qua nền kinh tế không ngừng tăng trởng và phát triển về mọimặt Cùng với sự tăng trởng chung của đất nớc , Ngành công nghệ vật liệu xây dựng nóichung 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 loạivật 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 đòihỏi chúng ta phải có những dây truyền sản xuất đồng bộ tiên tiến từ khâu đầu đến khâucuối

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 nhữngkhâu 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 đợcchứa cào các hầm khuấy , sau đó đợc khuấy đều đảm bảo độ đồng nhất tạo thành huyềnphù 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 đ-

ợc 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 phápnung 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  500  8 mm

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

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 400o C đến 800o C , vùng làm nguội nhanh đợc xây dựng bằng cácvật liệu có chất lợng cao , trọng lợng nhẹ hệ số dẫn nhiệt thấp ,khả năng chống sốc nhiệtcao , 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  230  65 ( mm )

Hệ số dẫn nhiệt :  = 0,6 Kcal/m.o C.giờ

Nhiệt độ làm việc dới tải trọng : to

lv = 1400o C +) Lớp vật liệu chịu nhiệt : Samốt B có các tiêu chuẩn sau

Kích thớc : 113  230  65 ( mm )

Hệ số dẫn nhiệt :  = 0,42 Kcal/m.o C.giờ

Nhiệt độ làm việc dới tải trọng : to

lv = 1250o C +) Lớp vật liệu cách nhiệt : Bông thuỷ tinh ( Bông khoáng )

Kích thớc : 2000  600  20

Hệ số dẫn nhiệt :  = 0,04 Kcal/m.o C.giờ

Nhiệt độ làm việc dới tải trọng : to

lv = 1150o 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 gạchnung và kiểm soát vòi đốt , có cửa để là sạch van lò và quét đi những phần cặn men cóthể 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 ( gạchsamốt 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 nơinày sau khi đã hoà trộn thêm không khí để đạt đợc nhiệt độ thích hợp rồi lại hút ra Khikhí thải ra khỏi lò có nhiệt độ là 150o 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 thảinung 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 :

Cấu tạo vùng làm nguội ở tạ vùng này do phải làm nguội sản phẩm chậm và nhiệt độthấp do đó ta chỉ thiết kết tại vùng naỳ chỉ có ha 3 lớp đó là vật liệu chịu nhiệt ( gạchsamốt B ) , lớp vật liệu cách nhiệt ( bông thuỷ tinh ( Bông khoáng ) ) Không khí đợcthổi vào vật liệu nung qua các ống chịu nhiệt nằm ở phía trên và dới con lăn Không khícủa vùng làm nguội nhanh đợc lấy từ không khí của vùng làm nguội chậm và vùng làmnguôị cuối cùng bằng đờng ống , tính từ ống khói qua quạt hút đẩy vào vùng làm nguộinhanh 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 khôngkhí vùng làm nguội nhanh sẽ bị hút ra

*) Vùng làm nguội cuối cùng không khí lạnh thổi vào rồi lại hút ra một lần nữavật nung lại đợc làm nguội xuống rất nhiều cho tới khi đạt đợc nhiệt độ ra lò mà khônggây 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 đợcnối 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 )

Thiết bị nung của ta ở đây là thiết bị nung làm việc liên tục nên ta có thể chọn chế độlàm việc nh sau

Để tính đợc quỹ thời gian hoạt động của lò ta có công thức sau

Tlv = Tn - ( x + y + z + t ) 24 (h)Trong đó

Tlv : Quỹ thòi gian để lò hoạt động

Tn : 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 thểlàm 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 trìnhlàm việc của lò )

Vậy ta có quỹ thời gian làm việc là

Tlv = 365 24 – ( 7 + 0 + 15 + 0 ) 24

Tlv = 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 m2 thực tế cần sản xuất là

2100000 + 2100000

100

2 , 1

= 2125200 ( m2 )

Vậy ta có năng xuất của lò làm việc trong một giờ là

t1 : là thời gian con lăn đi đợc quãng đờng là x = 5 cm

R : Bán kính con lăn R = 0,034 (m)

v : Vận tốc con lăn

 (1)Mặt khác ta có

346 0,5 = t2 v 2  R

55 60

55 5 , 0 346

v R

Thời gian con lăn không tiếp xúc với gạch trong 55 phút là

55 - t2 = 55 -



2 60

55 5 , 0 346

v R

Gọi thời gian t3 giữa 2 hàng gạch khi chuyển động

t3 = ( 55 -



2 60

55 5 , 0 346

v

1 60

55 346

 = ( 55 -



2 60

55 5 , 0 346

v

60

55 346

L1 = 1 0 , 05

55

85 , 4 2 , 317 55

85 , 4 5 , 0 2 , 317

85 , 4 5 , 0 2 , 317

17 , 8 5 , 0 2 , 317

16 , 3 5 , 0 2 , 317

85 , 12 5 , 0 2 , 317

85 , 4 5 , 0 2 , 317



L6 = 15,3842 (m)

g) Độ dài vùng làm nguội chậm từ 600o C đến 500o C có thời gian là t = 6,48 phút theohình 1 ( Đờng cong gia công nhiệt )

55

48 , 6 2 , 317 55

48 , 6 5 , 0 2 , 317

79 , 9 5 , 0 2 , 317

10,02352 (m)

40,7602 (m)

15,3842 (m)

20,55456 (m)

31,05388 (m)

Trong đó

ltn : Kích thớc sản phẩm trớc khi nung

lsp : Kích thớc sản phẩm trớc khi nung

Cn : §é co khi nung Cn = 2%

VËy ta cã kÝch thíc cña s¶n phÈm tríc khi nung lµ

*) ChiÒu dµi cña s¶n phÈm

ltn =500

2 100

tmt : Nhiệt độ môi trờng

 : Chiều dày của lớp vỏ

q = 450 Kcal/ m2 h+) Ta chọn chiều dày của lớp chịu lửa ( lớp gạch sa mốt A) là  = 0,113 (m)

Vây ta có nhiệt độ của lớp tiếp xúc

Mật độ dòng nhiệt là

q = 50 +

2 800

q = 450 Kcal/ m2 hThay vào công thức (1) ta có

 =  

450

42 , 0 350

700 

 = 0,32 ( m )

 = 32( cm )

Vậy chọn chiều dày lớp chịu nhiệt là  = 32 cm

+) Chiều dày của lớp chịu nhiệt ( Lớp bông khoáng )

Mật độ dòng nhiệt là

q = 50 +

2 800

q = 450 Kcal/ m2 hThay vào công thức (1) ta có

 =  

450

04 , 0 40

350 

 = 0,027 ( m )

 = 2,7( cm )

Vậy chọn chiều dày lớp chịu nhiệt là  = 3 cm

Vậy tổng chiều dày của vùng đốt trớc là

 = 3 + 32 + 11,3 = 46,3 ( cm )+) Kiểm tra lợng nhiệt mất mát qua vùng đốt trớc

q =

2 1

1 1

(2)

Trong đó

q : Lợng nhiệt mất mát

tcl : Nhiệt độ vùng chịu lửa tcl = 800o C

tmt : Nhiệt độ mặt ngoài của lò tmt = 60o C

2 : Lợng nhiệt mất mát từ vỏ lò ra môi trờng xung quanh

kk mt

t t

t t

kk mt

t t

t t

kk mt

t t

t t

03 , 0 42 , 0

32 , 0 6 , 0

113 , 0 825 , 6 1

60 800

o o

Vậy lợng nhiệt thực tế mất qua vỏ lò là q = 400,7 Kcal/ m2.h < qdm = 450 Kcal/ m2 h Chiều dày kết cấu vùng đốt trớc là hợp lý

q = 600 Kcal/ m2 h+) Ta chọn chiều dày của lớp chịu lửa ( lớp gạch sa mốt A) là  = 0,113 (m)

Vây ta có nhiệt độ của lớp tiếp xúc

q = 600 Kcal/ m2 hThay vào công thức (1) ta có

 =  

600

42 , 0 350

967 

 = 0,432 ( m )

 = 43,2( cm )

Vậy chọn chiều dày lớp chịu nhiệt là  = 43,2 cm

+) Chiều dày của lớp cách nhiệt ( Lớp bông khoáng)

Mật độ dòng nhiệt là

q = 50 +

2 1100

q = 600 Kcal/ m2 hThay vào công thức (1) ta có

 =  

600

04 , 0 40

350 

 = 0,0206 ( m )

 = 2,06( cm )

Vậy chọn chiều dày lớp chịu nhiệt là  = 2,06 cm

Ta có tổng chiều dày của vùng nung là

 = 2,06 + 43,2 + 11,3 = 56,56 ( cm )

+) Kiểm tra lợng nhiệt mất mát qua vùng đốt trớc

q =

2 1

1 1

(3)

Trong đó

q : Lợng nhiệt mất mát

tcl : Nhiệt độ vùng chịu lửa tcl = 1100o C

tmt : Nhiệt độ mặt ngoài của lò tmt = 60o C

2 : Lợng nhiệt mất mát từ vỏ lò ra môi trờng xung quanh

kk mt

t t

t t

kk mt

t t

t t

kk mt

t t

t t

2 = 3,9 Kcal/ m2 oC.h

Ta lấy giá trị 2 lớn nhất

Thay vào ( 3 ) ta có

02 , 0 42 , 0

43 , 0 6 , 0

113 , 0 825 , 6 1

60 1100

Nhiệt độ làm việc lớn nhất ở vùng này là 600o C

Tại vùng này có nhiệt độ lớn nhất là 600o C

Mật độ dòng nhiệt là

q = 50 +

2 600

q = 350 Kcal/ m2 h+) Ta chọn chiều dày của lớp chịu lửa ( lớp gạch sa mốt A) là  = 0,113 (m)

Vây ta có nhiệt độ của lớp tiếp xúc

q = 350 Kcal/ m2 hThay vào công thức (1) ta có

 =

350

42 , 0 ).

350 522 ( 

 = 0,2064 ( m )

 = 20,64( cm )

Vậy chọn chiều dày lớp chịu nhiệt là  = 20,64 cm

+) Chiều dày của lớp cách nhiệt ( Lớp bông khoáng)

Mật độ dòng nhiệt là

q = 50 +

2 600

q = 350 Kcal/ m2 hThay vào công thức (1) ta có

 =

350

04 , 0 ).

40 350 ( 

 = 0,0354 ( m )

 = 3,54( cm )

Vậy chọn chiều dày lớp chịu nhiệt là  = 3,54 cm

Ta có tổng chiều dày của vùng nung là

 = 3,54 + 20,64 + 11,3 = 35,48 ( cm )+) Kiểm tra lợng nhiệt mất mát qua vùng đốt trớc

q =

2 1

1 1

(3)

Trong đó

q : Lợng nhiệt mất mát

tcl : Nhiệt độ vùng chịu lửa tcl = 1100o C

tmt : Nhiệt độ mặt ngoài của lò tmt = 60o C

2 : Lợng nhiệt mất mát từ vỏ lò ra môi trờng xung quanh

kk mt

t t

t t

kk mt

t t

t t

2 = 5,365 Kcal/ m2 oC.h

*) Mật độ mất mát dới đáy lò

kk mt

t t

t t

0354 , 0 42 , 0

2064 , 0 6 , 0

113 , 0 825 , 6 1

60 600

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 caohữu dụng của lò là 0,6 m và chiều cao lò là 1,5 m

6) Tính nhiệt trị của nguyên liệu

1- Tính cháy nguyên liệu ( Nhiệt trị nguyên liệu khí )

Nhiên liệu dùng để nung sản phẩm nhiệt độ tMAX = 1100o C có hệ số tác dụng  = 0.7

Nhiệt độ lý thuyết phải bằng tlt o = 11000,7 = 1571o C

Nhiệt dung của khói lò ở 1571o C là 0,33 Kcal / m3

Từ công thức tlt o =

kl

lv t

C V

Q

.

 = 1571

Vậy ta có V = 08104,33.1571,47 = 15,63 m3C/ m3C

Vậy ta có hệ số d của không khí là

 =

kl o V

H N

o RO

V

V V

V

V 2 1 , 25 2 0 , 804 2 1 , 43 2.

969 , 1

V

V 2

RO2 = 152,,91409

2

43 , 1 25

, 1

964 , 1

804 , 0

O N

RO

O H

V V

lv t

V

I V I

Inl = to nl Cnl

Trong đó

Cnl : Tỷ nhiệt của nhiên liệu Cnl = 0,4 Kcal / m3C

tnl o : Nhiệt độ của nhiên liệu tnl o = 25 o C

25 , 8 5 , 8 68 , 1 10 47 , 8104 7 ,

Ikl MAX = 364,5 Kcal / m3C

Tơng ứng nhiệt lớn nhất trong buồng đốt

KK

o KK

o nl

o nl

lv t

V C

t C V t

C Q

o nl

lv t

V

q q I V I

V

q q

np tt

V C

q q

np tt

V C

q q

= tMAX kl - ttt kl = 1361 - 1300 = 61 Kcal / m3C

thay vào (1) ta có

Ikl tt = Ikl MAX - 61.0,38

Ikl tt = 364,5 – 23,18

Ikl tt = 341,32 Kcal / m3C

12 ) Tổn thất nhiệt qua từng vùng của vỏ lò

Để tính lợng nhiệt tổn thất qua vỏ lò ta có công thức sau

Qtt = q F tTrong đó

q : lợng nhiệt truyền qua 1 m2 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 l ợng nhiệt tổn thất qua nóc lò

a-1 ) Nhiệt mất mát qua vùng sấy đốt trớc ( 12 mođun )

1 

F1 = 151,632 ( m2 )

Vậy ta có Q1tt = 559,5 151,632

1 

F1 = 84,24 ( m2 )

Vậy ta có Qtt = 315,5 84,24

Qtt = 26577,72Kcal / m2

b) Tính l ợng nhiệt tổn thất qua 2 bên t ờng lò

b-1 ) Nhiệt mất mát qua vùng sấy đốt trớc ( 12 mođun )

0  

F1 = 37,7806 ( m2 )

Vậy ta có Qtt = 315,5 37,7806

Qtt = 11919,8Kcal / m2

c) Tính l ợng nhiệt tổn thất qua đáy lò

c-1 ) Nhiệt mất mát qua vùng sấy đốt trớc ( 12 mođun )

c-3 ) Nhiệt mất mát tại vùng làm nguội ( 20 mođun )

A- Ph ơng trình cân bằng nhiệt cho vùng đốt tr ớc , vùng nung , vùng sấy

I – Phần nhiệt cung cấp

Lò con lăn dựa trên nguyên tắc làm việc liên tục dựa vào sơ đò khí động học ta có ph

-ơng trình cân bằng nhiệt sau

1) Nhiệt hoá của nhiên liệu

Q1cc = B Qt lvTrong đó

Qt lv : Nhiệt trị nhiên liệu

B : Lợng nhiệt cần cung cấp trong một giờ

Q1cc : Lợng nhiệt hoá của nhiên liệu

Q1cc = 8104,4 B

2) Nhiệt lý của nhiên liệu mang vào

Q2cc = B Cnl tnl oTrong đó

Cnl : Tỷ nhiệt của nhiên liệu Cnl = 0,4 Kcal / m3C

tnl o : Nhiệt độ của nhiên liệu tnl o = 25 o C

Q2cc: Nhiệt liệu của nhiên liệu mang vào

Q2cc = 10 B

3) Nhiệt lý của không khí rò rỉ vào lò qua các khe hở

Q3cc = ( y -  ) Ckk tkk oTrong đó

Q3cc : Nhiệt lý của không khí rò rỉ qua các khe hở

4) Nhiệt toả ra từ các phản ứng toả nhiệt

Do nhiên liệu có chứa các thành phần hoá là Al2 O3 , SiO2 , Na2 O trong lò nenkhông xảy ra các phản ứng toả nhiệt