Рециркуляционная ямная пропарочная камера

Ограждение камеры выполнено из улучшенной теплоизоляции. Толщина стенсоставляет 303 мм, толщинапола153мм выполненного из бетона. Теплотехнический расчет.Тепловой баланс камер ТВО бетона основан на законах сохранения энергии и позволяет определить максимальный расход тепла на камеру, удельный расход тепла на единицу объема изделий, часовой расход теплоносителя и другие показатели. На основе теплового расчета подбирают диаметр труб для подвода пара или продуктов сгорания, дроссельные диафрагмы, регуляторы давления и температур, элементы автоматики. Количества тепла, расходуемого на тепловую обработку в любой установке ускоренного твердения бетона можно найти как сумму отдельных статей теплового расхода. Q=Qбет+Qформ+Qстен+Qогр+Qн рВ этом выражении: Qбеттепло, идущее на нагрев бетона, Qформтепло, идущее на нагрев бетонных форм, Qстентепло, идущее на нагрев стенок, пола и крышки камеры, Qогртепло, идущее на покрытие теплопотерь ограждающими конструкциями, Qн рнеучтенные теплопотери. Неучтенные теплопотери обычно выражаются в долях от известных статей расхода тепла, поэтому дляQможем записать, Qн р мы учли введя поправочный коэффициент µ.(обычно в расчетах пологают µ= 0,15−0,2)Q= (1+µ)(Qбет+Qформ+Qстен+Qогр), µ<1.Расчет различных составляющих в результирующий расход тепла проводится с помощью полуэмпирических, опытных формул и детально описан в [5,6]. Запишем формулы, которые мы будем использовать для наших расчетов. Qбет = Mбет · Сбет · (tкон- tнач), где Mбетобщая масса бетонной смеси, находящейся в камере в кг; сСбет — удельная теплоемкость бетонной смеси, tкон и tначсоответственно конечная и начальная теммпературы бетонной смеси. Qформ=Мформ

С форм (tкон- tнач)= ζ Мбет

Сформ (tкон- tнач)=θQбет.ζ - это весовая доля форм в загрузке камеры, θ=ζСформ//Сбет. Обычно для металлических форм выбирают θ≈1.4Сформ//Сбет=1,4 *О, 47/0,92=0,72. В [5] приведены другие выражения, учитывающие не стационарность процессов теплопередачи. Для тепла аккумулированного стенками и полом камеры Q1стен в[5] предложены следующие эмпирические формулы. Q1стен=0,85(tкамеры-tо. ср.- 35)(λст

Сстγстτцикла)

0,5(2LH +2BH+ LB) Рассчитанное значение подучается в килокалориях; tкамеры — температура камеры в градусах;tок.ср — температра окружающей среды в градсах; λ сттеплопроводность стенок и пола камеры выраженная в ккал/час метр град; Сстудельная теплоемкость материала стенок и пола камеры выраженная в ккал/ кгград;γ -удельный вес материала стенок и пол в кг/м3;τцикла время цикла в часах; L, H, B линейные размеры камеры в метрах. Для тепла, идущего на нагрев металлической крышки камеры с утеплителем имеем формулу[5]. Q 2стен=(tкамеры-tо. ср.)(0,115Ммет+0,6Сут.Мут) Значение Q2стен задается в килокалориях. Мметвес металлической крышки, Сут удельная теплоемкость в ккал / кг град, .Мутвес утеплителя.

Коэффициент 0,6 учитывает что температура перед утеплителем меньше tкамеры. Мощность потерь тепла ограждающими конструкциями можно определить по формуле δQогр/δτ=α(BL +Sогр)(tпов — tо. ср) В этом выражении: BLповерхность крышки, Sогрбоковая поверхность стен камеры, выступающих над уровнем пола, tповтемпература поверхности ограждающих конструкций, которую можно считать равнойв первом приближение порядка 45 С0, α- коэффициент теплопередачи с учетом излучения, имеющий размерность ккал/ час м2 град, вычисляется по формуле α= Ф (tпов — tо. ср) 0,25 +[С/(tпов — tо.

ср)]{[(273+ tпов -)/100]4-[(273+ tо с)-/100]4]Ф=2,6 для верхней горизонтальной поверхности, Ф=1,8 для вертикальной поверхности, Ф=2,6 для нижней горизонтальной поверхности, С=4,6 излучательная способность серого тела. Для случая многослойной изоляциирасчет необходимо делать в следующем порядке. Произвольно задаемся температурой наружной поверхности ограждения t0пов и определяют коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в окружающую среду по вышеприведенному выражению. Вычисляем коэффициент теплопередачи через ограждение К = 1 / (1 /α1 + ∑δi / λi + 1 / α2), где δi, λi- соответственно толщина в метрах и коэффициент теплопроводности i-го слоя ограждения;α1, α2 — соответственно коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности и коэффициент теплоотдачи наружной поверхности пропарочной камеры. Так как α1~104 вт/ м2С0, то этим членом можно пренебречь в расчетах.

Из условия стационарности, тепловой поток через все слои ограждения одинаков, можно определитьследующий порядок приближения для t1пов. tiпов=tкамеры-qi-1∑ δi / λi, qi= [1/ (1 /α1 + ∑δi / λi + 1 / αi2)] (tкамерыtо. ср), Итерация проводится до тех пор пока tiпов-ti-1пов/tiпов<0,01.Потери тепла в единицу времени ограждающими конструкциями заглубленные в землю определяются по формуле δQзогр/δτ=[1/(∑ δi / λi)] Sзогр (tкамеры-tз. ср), Sзогрплощадь камеры, заглубленная в землю, tз.

срсредняя температура земли. Для случая многослойной изоляции, учитывая, что на каждом слое теплоизоляции падение температуры линейное, тепло расходуемое на их нагрев будет следующимQстен= ∑[СiρiδiSi (tкамеры-tо. ср-Δti/2)В этом выражении

СiρiδiSiΔtiудельна теплоемкость, плотность, толщина, площадь, падение температуры наiслое ограждения соответственно. В расход тепла при обработке бетона продуктами сгорания дают вклад и процессы парообразования воды впрыснутой в рабочий объем. Проведем теплотехнический расчет ямной рециркуляционной камеры работающей на продуктах сгорания, имеющее размеры L=5,15 м; B=3,75 м.H =2,8 м., имеющей коэффициент загрузки 0,141, ограждающие конструкции которой везде трехслойные (металл δ1=0,003 м С1= 470 дж/кг

С0ρ1=7900кг/м3λ1 =47 вт/мС0- фенольный пенопластδ2 =0,1 м С2= 1680 дж/кг

С0ρ2=100кг/м3λ2 =0,047 вт/мС0-бетонδ3=0,2 м С3= 840 дж/кг

С0ρ3=2500кг/м3λ3 =1,51 вт/мС0). Температура окружающего воздуха 20 С0 средняя температура земли20С0, с девятичасовым циклом (3 часанагрев, 2 часаизотермическая выдержка, 2- часа остывание, 2 часаразгрузка, выгрузка). Камера заглублена в землю на 2 м. Изотермическая температура 80С0. Рассмотрим подробнее период нагрева. Qбет+Qформ = (1+θ)Mбет · Сбет · (tкон- tнач)=1,72*0,141*5,15*3,75*2,8*2500*840*60=1,656*108 дж. Положим t0пов=22,7С0α = Ф (tпов — tо. ср)0,25 +[С/(tпов — tо. ср)]{[(273+ tпов -)/100]4-[(273+ tо с)-/100]4]=2,6*2,7025 +(4,6/2,7)*(2,9574- 2934)=8,02ккал/ час м2 град=9,36 вт/м2С0qв=9,36*2,7=25,26вт/м2t1пов=80−25,26*2,26=22,9С0t1пов=22,8С02,6*2,8025 +(4,6/2,8)*(2,9584- 2934)=8,058ккал/ час м2 град=9,40 вт/м2С0qв=9,40*2,8=26,32вт/м2 t1пов=80−26,32*2,26= 20,5С0Наиболее близкий ответ получается при tпов=22,7С0.Определим поток тепла в нижней части камерыqн (поток тепла отводится в землю) qн=[1/(∑ δi / λi)](tкамеры -tз. ср)= 60/([0,1/0,047 + 0,2/1,51]=26,55вт/м2.Температуры ограждений в верхнее и нижней части будут следующиеtвм ≈80С0, tвфп≈80С0, tвбет=26,26С0, tвпов=22,8С0tнм ≈80С0, tнфп≈80С0, tнбет=23,31С0, tвпов=20С0Так как температуры в верхней и нижней части мало отличаються друг от друга, то можем для Qстен получитьQстен= Sкамеры (3*10−3*60*7900*470+0,1*1680*100*32,5+0,2*840*2500*2.5)= 22,64 *105 дж/ м2Sкамеры=200,3*106джSкамеры=(2BL +2LH +2BH)=2*[5,15*3,75+2,8(5,15+3,75)]=88,46 м2Аналогично для Qогр имеем δQогр /δτ≈Sкамеры*(qв+qн)/2=88,46*(26,65+25,26)/2=2295,98 вт,.Запишем окончательно тепловой бал периода нагрева и анс рециркуляционной ямной пропарочной камеры отдельно для периода нагрева и изотермической выдержки. Период нагрева

Нагрев бетонной смеси и форм Qбет+Qформ = 1,656*108 дж. Аккумуляция тепла ограждающими конструкциями включающие нагрев пола, стен, крыши камеры Qстен=2,003*108дж.Потери тепла через огражденияQогр =δQогр /δτ*τ=2,295 *103вт* 3*3600сек=0,241*108 дж

Расход тепла на испарение воды из бетонаQисп вод = Мбет · Δ W · i /100=19 061*540/100=102 929 ккал=4,323*108 джΔ W — величина влагопотерь бетона за период нагрева, % (для тяжелого бетона = 0,5−1%); i — скрытая теплота парообразования. Потери теплоты в теплогенератореQпот тепген = 0,1 · Qтоп · X · τ = 0,1 · 8500 · X · 3=2550 X ккал=0,1071*108X дж Qтоп — теплотворная способность топлива (для природного газа = 8500 ккал/м3); τ - продолжительность периода нагрева; X — часовой расход топлива в период нагрева. Потери теплоты с отходящими газамиQот газ = α · Vn. c · С n. c · tn. c · X · τ =1,05 · 10 · 1,34 · 80 · X · 3= 3377X дж α - коэффициент избытка воздуха, равный 1,05−1,2; Vn. c — объем продуктов сгорания 1 м³ природного газа при коэффициенте избытка воздухаα=1; С n. c, tn. c — соответственно теплоемкость и температура отходящих из камеры ПСПГ; X — часовой расход топлива. Температура отходящих из камеры продуктов сгорания tn. c равна температуре среды в камере. При сжигании 1 м³ газа приα=1 образуется 10−11м3 продуктов сгорания (около 1 м³ CO2, около 2 м³ H2O и около 8 м³ N2), т. е. Vn. c = 10−11м3.Неучтенные потери теплоты Qн пот= μ · (Qбет+Qформ+Qстен+Qогр+Qпот тепген + Qисп вод+Qот газ)μ - коэффициент неучтенных потерь (= 0,05−0,1).Общий расход теплоты за период нагрева Qобщнагр = 1,1(8,224+ 0,1074X)*108дж

Теплота экзотермических реакций цемента Q1экз = 2,89 *108 дж

Известно, что процесс твердения бетона сопровождается выделением теплоты, связанным с гидратацией цемента. Поэтому часть расхода теплоты компенсируется за счет внутреннего источника теплоты — экзотермических реакций цемента. Теплота, подводимая в установку с теплоносителем — ПСПГ Qт сг' = Qнр· τ · X=8500· 3· 4.2X=X* 1,07*108дж.Qнр — теплопроводная способность топлива; τ - продолжительность работы теплогенератора во время периода нагрева. X — часовой расход топлива, м3/ч.Для общего прихода тепла имеемQприх тепла= (2,89+1,07 X)*108 дж

По условию теплового баланса, который основывается на законе сохранения энергии, сумма статей расхода теплоты должна быть равна сумме статей прихода теплоты, т. е.:Qобщнагр = 1,1(8,224+ 0,1074X)*108дж=Qприх тепла =(2,89+1,07 X)*108 дж

Решая это уравнение, определим искомую величину часового расхода топлива (природного газа), а так жеобщий расход топлива и удельный расход топливаза период нагрева. X=6,47м3/час, Xобщ.

расх=19.4м3, Xуд рас=2,54м3газа/м3бетона

Методика составления теплового баланса для периода изотермической выдержки аналогична для периода нагрева. Нагрев бетонной смеси и форм отсутствует. Аккумуляция тепла ограждающими конструкциями включающие нагрев пола, стен, крыши камеры отсутствует. Потери тепла через огражденияQогр =δQогр /δτ*τ=2,295 *103вт* 2*3600сек=0,165*108 дж

Расход тепла на испарение воды из бетонаQисп вод = Мбет · Δ W · i /100=1,519 061*540/100=154 393 ккал=6,48*108 джΔ W — величина влагопотерь бетона дляизотермического периода, % (для тяжелого бетона = 1−1,5%); i — скрытая теплота парообразования. Потери теплоты в теплогенератореQпот тепген = 0,1 · Qтоп · X · τ = 0,1 · 8500· X · 2=2550 X ккал=0,0714*108X дж

Потери теплоты с отходящими газамиQот газ = α · Vn. c · С n. c · tn. c · X · τ =1,05 · 10 · 1,34 · 80 · X · 2= 2251X дж

Неучтенные потери теплоты Qн пот= μ · (Qбет+Qформ+Qстен+Qогр+Qпот тепген + Qисп вод+Qот газ) (μ = 0,05−0,1).Общий расход теплоты за период нагрева Qобщнагр = 1,1(6,48+ 0,0716X)*108дж

Теплота экзотермических реакций цемента Q2'экз= 3.38 *108 дж

Теплота, подводимая в установку с теплоносителем — ПСПГ Qт сг' = Qнр· τ · X=8500· 2· 4.2X=X* 0,713*108дж.Тогда из баланса следуетX=5,84 м3/час, Xобщ.

расх=11.68м3, Xуд рас=1,54м3газа/м3бетона

ВыводТаким образом, из приведенных расчетов следует:

Применение трехслойного ограждения камеры позволяет значительно снизить непроизводственные теплопотери в окружающую среду. Высокое термическое сопротивление теплопередаче ограждений камеры позволяет применить термосный режим пропаривания, который по расходу энергозатрат более экономичен, по сравнению с традиционными режимами. Применение в качестве основного теплоизолирующего материала фенольного пенопласта позволяет повысить эффективность теплоизоляции ограждений.

Литература

[1]С.А. Миронова, Л. А. Малинина Ускорение твердения бетона М 1964 с.349[2] Н. Б. Марьянов Тепловая обработка изделий на заводах сборного жедезобетона М., 1970 с.272[3]Ф.Ф. Цветков, Р. В. Керимов, В. И. Величко Задачник по теплообмену

М. 1997 с. 136 [4]Пособие по тепловой обработке железобетонных изделий продуктами сгорания природного газа. (к СНиП 3.

09.01−85) М. 1988[5] Пособие по тепловой обработке сборных железобетонныхконструкций и изделий.(к СНиП 3.

09.01−85) М. 1989[6] Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии строительных изделий Часть 2 Из-во МГАКХиС 2012 с89