Розрахунок обертової печі для виготовлення керамзиту

Зміст

Введення

1. Технологічна частина

1.1 Сировинні матеріали для виробництва керамзитового гравію

1.2 Процеси, що відбуваються при сушінні

1.3 Процеси, що відбуваються при випалюванні

1.4 Зони, що існують у печі

1.5 Способи виробництва керамзитового гравію

2. Розрахунок теплового балансу обертової печі

2.1 Пристрій обертової печі для випалення керамзитового гравію

2.2 Сировина для виробництва керамзитового гравію

2.3 Методика складання теплового балансу обертової печі

2.4 Розрахунок теплового балансу обертової печі

3. Конструктивна частина

3.1 Пристрій і принцип дії обертової печі

3.2 Пристрій і принцип дії приводу печі

3.3 Можливі несправності в роботі печі і способи їх усунення

Список використаних джерел

Введення

Керамзитовий гравій - штучний пористий матеріал пористого будови з переважним вмістом закритих пір, отриманих шляхом спучування глинистих порід при прискореному випаленні.

Характерною особливістю керамзитового гравію є його відносно висока міцність при малій об'ємній вазі.

Процес виготовлення керамзиту складається з наступних основних операцій:

• Видобутку глинистої сировини, його складування і доставка до місця виробництва;

• Переробки сировини і приготування вихідного напівфабрикату, придатного для випалу зі спучуванням;

• Випалу та охолодження керамзиту;

• Сортування і при необхідності домола заповнювача;

• Складування і видачі готового продукту.

Основне обладнання керамзитових підприємств - обладнання для випалу. В даний час найбільш поширений метод випалу керамзитового гравію в одно-і двобарабанних обертових печах. Так само для випалу сипучих матеріалів застосовують такі установки як печі киплячого шару.

Гідність обертових печей - можливість отримувати заповнювач, зерновий склад якого в основному відповідає нормативним вимогам. Тому після випалу керамзит лише сортують і в окремих випадках коректують зерновий склад заповнювача. Тим самим у більшості випадків зберігається форма зерен і залишається недоторканою дробленням їх спечена шорстка поверхнева кірка, що відрізняється більш високою міцністю, ніж спучена маса всередині. Це в значній мірі підвищує будівельні якості заповнювача і відрізняє його від аглопориту, і керамзитового щебеню, одержуваного при випалюванні глинистої сировини на спікальних гратах з подальшим подрібненням спеченого «пирога» на щебінь.

Інше важливе достоїнство обертових печей полягає в тому, що зерна матеріалу в них спучуються у вільному обсязі, що не обмежується стінками або нерухомої масою таких же зерен.

Керамзит застосовується як заповнювач для виготовлення несучих будівельних конструкцій з бетону та залізобетону, на теплоізоляційні засипки і на інші цілі.

1. Технологічна частина

1.1 Сировинні матеріали для виробництва керамзитового гравію

Практика виробництва показує, що для виготовлення керамзиту найбільш придатні легкоплавкі глинисті породи, що характеризуються здатністю спучуватися при випалюванні з урахуванням добавок, що вводяться і утворювати матеріали комірчастої структури: глина, аргіліт і глинистий, в тому числі шунгітсодержащій, сланець і в першу чергу глинисті породи морського. Озерного та озерно-болотного походження з переважним вмістом глинистих мінералів групи монтморилоніту, Ілліт, хлориту. Глинисті породи повинні відповідати таким основним вимогам:

• Спучуватися при температурі нижче 1250 ⁰ С при інтервалі спучування не менш 50 ⁰ С;

• Містити не більше 30% піщаних і пилуватих частинок. А окремі оксиди у таких межах: SiO ₂ - 50-55%, Al ₂ O ₃ - 15-25%, CaO - до 3%, MgO - до 4%, Fe ₂ O ₃ + FeO - 6,5 - 10% , Na ₂ O + K ₂ O - 3,5-5%;

• Не містити частинок карбонатів кальцію і магнію більше 0,2 мм і гіпсу;

• Утримувати тонкодисперсні органічні домішки в межах 1-2%, проте в деяких випадках недолік їх може бути заповнений відповідними добавками (нафтові продукти і відходи).

Розрізняючись в умовах прискореної термічної обробки, легкоплавкі глинисті породи спучуються за рахунок тиску зсередини газоподібних продуктів, що виділяються в обпалюваний глинистої масі, і утворюють склоподібний матеріал з комірчастою структурою, що складається з склоподібною і кристалічної фаз.

1.2 Процеси, що відбуваються при сушінні

А. Значення процесу сушіння

Сушінням називається процес видалення вологи з матеріалів шляхом її випаровування з подальшим видаленням утворилися пари в навколишнє середовище.

Процес сушіння можливий лише в тому випадку, якщо парціальний тиск водяної пари у поверхні висушуваного матеріалу більше парціального тиску водяної пари навколишнього середовища, тобто Р _м> Р _ос.

Тиск водяної пари в висушуємо матеріалі залежить від вологості матеріалу, температури і характеру зв'язку вологи з матеріалом. Зі збільшенням вологості і температури матеріалу Р _м зростає, а з посиленням зв'язку вологи з матеріалом Р _м зменшується.

Для випаровування вологи з матеріалу необхідне підведення певної кількості тепла, рівний теоретичній витраті на випаровування і на компенсацію теплових втрат, величина яких залежить від способу сушіння, конструкції сушарки, форми зв'язку вологи з матеріалом.

Сушіння матеріалів та виробів може бути природною і штучною. Природна сушка протікає на відкритому повітрі, при цьому сушильним агентом є атмосферне повітря. Штучна сушка проводиться нагрітим повітрям або димовими газами в сушарках. Тепло до висушуваного матеріалу в сушарках може підводитися трьома методами передачі тепла:

● конвекцією - шляхом омивання матеріалу гарячим повітрям або димовими газами;

● теплопровідністю - за рахунок зіткнення матеріалу з нагрітими поверхнями сушарки;

● випромінюванням - за рахунок опромінення матеріалу інфрачервоними променями від електричних або газових пальників.

Режимом сушіння називаються параметри сушильного агента за часом процесу: температура, відносна вологість і швидкість його проходження близько матеріалу. Від правильного вибору режиму залежать якість і економічність сушіння. Наприклад, для піску швидка сушка димовими газами при початкових температурах 700 ... 900 ^о С цілком допустима, а для керамічних виробів складного профілю, виготовлених з високочутливих глин, потрібно уповільнений процес при початкових температурах не вище 50 ^о С. При цьому, щоб уникнути запарювання необхідно швидко видаляти з поверхні виробу випаровування вологи, що забезпечується їх обдуванням відносно сухим влагоносітелем - повітрям або димовими газами.

Б. Зв'язок вологи з матеріалом

Всі матеріали, які піддаються тепловій обробці при виробництві будівельних виробів, являють собою неоднорідні (гетерогенні) системи, в яких поєднані три фази агрегатного стану. Тверда фаза - скелет матеріалу, рідка - волога і газоподібна - повітря, пари води і гази. Тверда фаза матеріалу за рахунок вільної поверхневої енергії має велику адсорбційну здатність поглинати вологу. Ця волога зв'язується матеріалом і може їм утримуватися.

Вологі матеріали в залежності від їх властивостей ділять на три види. Перший вид називають колоїдними тілами. Вони характеризуються еластичними властивостями, що зберігаються навіть при видаленні вологи. Це тіла типу желатину - в будівельній індустрії практично не застосовуються. Другий вид представлений капілярно - пористими тілами, при видаленні вологи з них вони набувають крихкість і можуть бути перетворені в порошок (кварцовий пісок). Третій вид називають капілярно-пористими колоїдними тілами. При зволоженні вони збільшуються в розмірах - набухають. Видалення вологи з таких тіл супроводжується усадкою. Причому, видалення вологи пов'язано з порушенням зв'язку вологи з матеріалом, і на це порушення необхідно витрачати певну енергію.

Саме енергія порушення зв'язку вологи з матеріалом була покладена академіком А.П. Ребиндером в класифікацію форм зв'язку з енергетичного принципом. За цією класифікацією всі форми зв'язку діляться на три групи. До першої групи відносять хімічний зв'язок вологи з матеріалом. Друга представлена ​​фізико-хімічним зв'язком і третя фізико-механічним зв'язком.

Хімічна зв'язок найбільш міцна, оскільки міститься в матеріалі волога є кристалізаційної, яка входить до складу кристалічної решітки матеріалу. Вона міститься в суворо визначених кількісних співвідношеннях. Така волога видаляється з матеріалу тільки при руйнуванні кристалічної решітки матеріалу при високих температурах, а саме прожарюванні або випаленні. Поглинання матеріалом рідини, яка хімічно пов'язана з матеріалом, супроводжується контракцією (стисненням, стяганням) системи. Сутність цього явища пояснюється тим, що тіло, поглинаючи рідина, хоч і збільшується в розмірах, але обсяг набряклого тіла менше суми початкових обсягів тіла і поглиненої вологи. Явище контракції проявляється при заутворі невеликою кількістю води цементу, гіпсу, глини. При введенні більшої кількості води явище контракції не зникає, але стає менш помітним. Волога, пов'язана з матеріалом фізико-хімічним способом ділиться на адсорбційно зв'язану і осмотично пов'язану. Під адсорбційно - пов'язаної розуміють таку вологу, які адсорбовані на зовнішній поверхні під дією силового поля колоїдних частинок - міцел. Ця волога з поверхні міцел може частково проникати всередину міцели і утворювати в ній інтраміцеллярний шар.

Осмотично пов'язаної називають таку вологу, яка проникає в скелет колоїдного тіла шляхом дифузії за рахунок сил осмотичного тиску. Цю вологу ще називають вологою набухання. Для руйнування адсорбційних і осмотичних зв'язків також потрібна велика енергія, проте вона значно менше, ніж для розриву хімічних зв'язків. Така волога може віддалятися при температурах не перевищують 100 ^про С.

При фізико-механічної формі зв'язку волога утримується в мікро - і макрокапіллярах (відкритих порах) матеріалу за рахунок капілярного тиску і поверхневого натягу. До макрокапіллярам відносяться капіляри, які мають радіус більше 10 ^-5 см. Ці капіляри не збирають вологу з повітря, а заповнюються нею тільки при безпосередньому контакті. Мікрокапіляри з радіусом менше 10 ^-5 см при дії сил капілярного тиску можуть заповнюватися вологою за рахунок її сорбції з повітря, а також при її конденсації на поверхні матеріалу. Волога змочування зв'язується з матеріалом тільки при прямому зіткненні. Цей зв'язок сама нетривка і порушується навіть при повітряному зберіганні матеріалу з-за різниці парціальних тисків водяної пари на поверхні матеріалу і в навколишньому середовищі. При виробництві будівельних виробів застосовують терміни «вільна волога» і «що волога». Під вільної вологою розуміють вологу, удаляемую з матеріалу до рівноважного стану з навколишнім середовищем, тобто до рівності парціальних тисків водяної пари на поверхні матеріалу і в навколишньому середовищі. Зв'язана волога це адсорбційна, осмотична і заповнює мікрокапіляри. Матеріал, що зберігається на повітрі, за своїм вологовмісту знаходиться в нестійкій рівновазі. При збільшенні вмісту вологи в атмосфері він набирає вологу, а при зниженні - віддає.

В. Стан матеріалу в процесі сушіння

У процесі сушіння з матеріалу видаляють фізико-механічну і фізико-хімічну вологу, пов'язану з ним. Отже, при сушінні порушуються тільки зв'язку змочування, капілярні, структурні, осмотичні та адсорбційні.

Розглянемо вологий матеріал у процесі сушіння як систему, що складається з сухого матеріалу та води.

G _вм = G _см + W,

де G _вм - маса вологого матеріалу; G _см - маса сухого матеріалу; W - маса фізико-хімічного та фізико-механічної зв'язаної вологи. Примітка: тільки для процесу сушіння під абсолютно сухим матеріалом розуміють той стан, коли маса висушеного матеріалу буде складатися з маси сухого матеріалу і маси фізико-хімічної вологи .

Розрізняють три стану матеріалу по відношенню до навколишнього середовища: вологе, рівноважний і гігроскопічне. 1. Під вологим розуміють таке, при якому парціальний тиск водяної пари на поверхні матеріалу вище, ніж парціальний тиск водяної пари у навколишньому середовищі. При цих умовах матеріал віддає вологу. Повітря, що оточує матеріал, асимілює вологу і поступово насичується нею. 2. Рівноважний стан відповідає рівності парціальних тисків водяної пари на поверхні матеріалу і в навколишньому середовищі. У цьому випадку сушіння не відбувається. 3 Гігроскопічні стан матеріалу, при якому парціальних тисків водяної пари на поверхні матеріалу менше, ніж парціальних тисків водяної пари у навколишньому середовищі, не характерний і може бути отримано штучно. У цьому випадку матеріал починає сорбувати вологу з навколишнього середовища і поступово переходити в рівноважний стан.

Для того щоб мати уявлення про вологому стані матеріалу і його взаємодії з навколишнім середовищем розглянемо необмежену пластину, вирізану з вологого вироби.

Крива розподілу вологи в матеріалі

По осі Х відкладена ширина пластини, рівна 2Х, а по осі У - вологовміст U. Початкове вологовміст пластини U n ₀ постійно по всьому поперечному перерізу пластини і показано пунктиром. Пластина поміщена в умови, в яких парціальний тисків водяної пари менше, ніж на її поверхні. З поверхні пластини, дотичної з навколишнім середовищем, починається випаровування вологи W (показано стрілками); ця волога буде асимілюватися навколишнім середовищем. Випаровування вологи з поверхонь пластини супроводжується зменшенням їх вмісту вологи. З'являється перепад вологовмісту між центром і поверхнями, показаний як D U n _1. Тому до моменту часу t ₁ волога в матеріалі розподілиться по параболі U n _1. Виниклий перепад вологовмісту представляє собою градієнт потенціалу переносу вологи Ñ U, який змушує вологу просуватися до поверхні. Оскільки швидкість випаровування вище швидкості дифузії вологи до поверхні, то обов'язково виникає перепад вологовмісту. Зі збільшенням швидкості випаровування вологи з поверхні виробу збільшується і перепад вологовмісту всередині виробу і, навпаки, зменшення швидкості випаровування вологи веде до зниження перепаду вологовмісту.

Г. Кінетика сушіння матеріалів

Процес сушіння вологих матеріалів залежить від форми зв'язку вологи з матеріалом і режиму сушіння або умов випаровування вологи з поверхні матеріалу. Швидкість сушіння змінюється зі зміною вологості матеріалу.

Якщо процес вологовіддачі зобразити графічно в координатах вологість матеріалу - час сушки, то отримаємо криву віддачі вологи, показану на рис. 1 А.

При внесенні матеріалу в сушарку з вологістю W ₁ в початковий невеликий період часу t ₁ майже всі підводиться тепло Q витрачається на прогрівання матеріалу. У точці В температура поверхні матеріалу t _пм досягає точки роси = температурі сушильного агента по мокрому термометру, тобто (Q »t _пм). Період зростаючою вологовіддачі з одночасним нагріванням матеріалу до точки В, де (Q »t _пм) називають першим періодом сушіння. Він дуже короткочасний і за часом дорівнює значенню t _1. Від точки В вологовміст починає зменшуватися з однаковою швидкістю до точки С, при цьому температура матеріалу не змінюється, що пояснюється випаровуванням вологи з поверхні матеріалу, а такий процес йде з витратою теплоти на пароутворення. У цей період температура в центрі матеріалу поступово підвищується до температури поверхні. Ділянка ЗС є другим періодом, який називають періодом постійної швидкості сушіння. Точка С, характеризує закінчення періоду постійної швидкості сушіння відповідає критичного вологовмісту матеріалу, тобто в матеріалі припиняється усадка і завершуються процеси структуроутворення. За часом цей період відповідає значенню t _2.

Від точки С до точки D процес видалення вологи з матеріалу сповільнюється і крива на графіку наближається до значення U _р - рівноважного вологовмісту (на графіку пунктирна лінія). Ділянка СD відноситься до третього періоду - періоду падаючої швидкості сушки. Він найтриваліший і за часом дорівнює значенню t _3. Точка D на графіку відповідає середньому кінцевому вологовмісту матеріалу U _к. Зазвичай сушку не ведуть до стану U _до і вивантажують матеріал з установки раніше, ніж закінчиться третій період. Видають з установки матеріал при середньому вологовмісту U _в, коли температура поверхні матеріалу дорівнює температурі центру матеріалу, тобто t _пм = t _цм.

Швидкість сушіння dw / dτ, показана на рис. 1 Б, визначається методом графічного диференціювання як tg кута нахилу a дотичної в будь-якій точці вологовіддачі.

Максимальне значення швидкості сушіння спостерігається у другому періоді, коли кут a найбільший. При рівноважної вологості U _р кут a = 0, а отже, і швидкість сушіння теж дорівнює 0.

Розкриємо сутність поняття критичне вологовміст матеріалу. Як було зазначено раніше, в цей момент припиняється усадка, і завершуються процеси структуроутворення. У матеріалі утворюються пори і капіляри. Усадка йде тільки до якогось певного вмісту вологи. Тому встановлювали вологовміст, при якому усадка в матеріалі закінчувалася. Це вологовміст для кожного матеріалу своє і називається критичним. Існує думка, що після досягнення критичного вологовмісту матеріал можна сушити як завгодно швидко. Але практика показала, що в деяких випадках він все-таки розтріскується. Причина такої поведінки матеріалу пояснюється тим, що критичне вологовміст для одного і того ж матеріалу мінливо і залежить від режимів сушіння. Наприклад, приймемо за початкове критичне вологовміст значення U _кр, отримане дослідним шляхом. При більш швидкій сушці критичне вологовміст вже буде іншим U _кр ^*, стане вище, тобто U _кр ^*> U _кр. При більш повільній сушці критичне вологовміст для цього ж матеріалу U _кр ^** стане менше U _кр, тобто U _кр ^** <U _кр. Цю залежність необхідно враховувати, призначаючи режими сушіння виробів.

Усадка й деформації, що виникають в процесі сушіння

При сушінні керамічних і деяких теплоізоляційних матеріалів відбувається видалення вологи, частки матеріалу зближуються, і загальні розміри вироби скорочуються. Для багатьох матеріалів об'ємна усадка підпорядковується лінійному закону. Залежність між обсягом тіла V і його вологовмістом U виражається формулою

V = V ₀ (1 + b _V U), (1)

де b _V = d V / V ₀ dU - коефіцієнт об'ємної усадки.

У капілярно-пористих колоїдних тілах лінійна усадка підпорядковується лінійному закону

L = L ₀ (1 + b _L U), (2)

де b _L = d L / L ₀ dU - коефіцієнт лінійної усадки, що характеризує інтенсивність зміни лінійних розмірів матеріалу.

Усадка залежить від молекулярної структури речовини і від видів зв'язку вологи з матеріалом. Зважаючи на різного вологовмісту по перерізу усадка в матеріалі буде різною, що призводить до розвитку об'ємно-напруженого стану і до розтріскування. Для пояснення механізму виникнення об'ємно-напруженого стану розглянемо сушку вироби у вигляді пластини довжиною L ₀

Нехай сушка пластини відбувається тільки з двох сторін, інші поверхні пластини влагоізоліровани.

Припустимо, що в якийсь момент сушіння перепад вологовмісту складає в пластині D U. Уявімо, що пластина складається з окремих нескінченно тонких смужок, які можуть скорочуватися самостійно. Тоді довжина кожної смужки, згідно з формулою (2), повинна бути пропорційна вологовмісту. Однак пластина в реальності ціла і не складається з окремих смужок, і усадка її закінчується при довжині L _до, що відповідає середньому вологовмісту. Значить, поверхневі шари пластини скоротилися до L _к, а повинні були б бути значно коротшим. Центральні шари, які скоротилися теж до L _к, повинні бути довшим. Отже, в реальному пластині поверхневі шари розтягнуті, а центральні - стислі.

Ці напруги на малюнку позначені знаками (+) і (-). Тільки два шари (НП) - нейтральна площину зменшилися в розмірах пропорційно вологовмісту і напружений стан у них відсутня. Сили розтягування і стиснення намагаються зрушити окремі шари відносно один одного. При цьому виникають тангенціальні напруги, які, як тільки вони перевищать міцність матеріалу, призведуть до утворення тріщин і руйнування структури виробу.

У процесі сушіння через перепади температур на поверхні і в центрі вироби так само виникає об'ємно-напружений стан. Для представлення про напружений стан розглянемо аналогічну пластину довжиною L _0, піддану нагріву.

Якби пластина складалася з окремих нескінченно тонких смужок, які могли б збільшуватися й скорочуватися самостоят6ельно, то довжина кожної смужки могла бути визначена за формулою

L _t = L ₀ (1 + a _L D t), (3)

де a _L - коефіцієнт лінійного розширення.

Розрахувавши довжину кожної зі смужок за формулою (3) і відклавши половину на рис.3 (показано пунктиром; розміри відкладаються від середини пластини), отримаємо реальну форму виробу L _t = f (t), яку повинна була б придбати пластина при нагріванні. Однак загальне подовження пластини виявилося меншим, і довжина її стала рівною L _п = f (t _ср).

Отже, поверхневі шари повинні були подовжитися на D L _п, а подовжилися менше і відчувають стискаючі напруги, а центральні шари подовжилися більше ніж належить і відчувають напруження розтягу. Ці напруги показані на малюнку знаками (+) і (-). Умовними позначеннями (НП) зафіксовані нейтральні площині, в яких напруження не виникли.

Напружені стани, що розвиваються від різниці вологовмісту і температур, мають протилежні знаки. При складанні з більшого значення віднімемо менше. Оскільки напружений стан від різниці вологовмісту майже в 10 разів більше ніж від різниці температур, то сумарне напружений стан буде трохи меншим.

Механізм появи тріщин у виробах, а можливо і їхнє руйнування пояснюється тим, що напружений стан діє на шари пластини, намагаючись зрушити один шар щодо іншого, викликаючи тангенціальні напруги, які у разі перевищення міцності матеріалу призводять до його розтріскування або руйнування.

При сушінні, як і при ТВО, у внутрішніх шарах вироби виникає надлишковий тиск. Перепад тиску між шарами є прикладену силу, яка не подовжує шари матеріалу, а намагається зрушити їх відносно один одного, тобто з-за перепадів тиску також створюються тангенціальні напруги.

1.3 Процеси, що відбуваються при випалюванні

Створення пористої структури керамзиту досягається спученням розм'якшеного при термічній обробці глинистої сировини газами (СО, СО _2, Н ₂ О, SO _2, О _2, N _2, CH _4, Н _2), що виділяються в процесі нагрівання. Найкращий керамзит отримують при оптимальному співвідношенні в'язкості і зв'язності сировини в нагрітому стані за умови достатнього газовиділення. Це співвідношення має витримуватися протягом усього періоду газовиділення.

Порізация глинистих гранул (зерен) при отриманні керамзиту зазвичай здійснюється випаленням їх в обертових барабанних печах.

Середня тривалість перебування глинистих гранул в печі дорівнює 35-40 хвилин, при цьому протягом перших 18-20 хвилин гранули нагріваються до температури 600 ° С, а протягом наступних 2-4 хвилини температура їх доводиться до 1200-1250 ° С, при цій температурі вони протягом 10-12 хвилин обпікаються, а потім 2-3 хвилини охолоджуються до температури 900-1000 ° С. Під впливом високих температур відбувається дегідратація, аморфізація і освіту певної кількості рідкої фази в глинистому речовині.

За час термічної обробки сирцевих гранул (10-12 хвилин) в піропластіческій розплав практично повністю переходять тільки найдрібніші частинки глинистих мінералів (розміром менше 10 хвилин). Пилуваті ж і піщані частинки глини (зерна кварцу, польові шпати, піроксени, амфіболи та інші породи) залишаються інертними і практично не взаємодіють з розплавом і зменшують ступінь спучування.

Включення доломіту і кальциту при нагріванні до температури 850-1150 ° С декарбанізуются, переходять в тонкодисперсні оксиди кальцію та магнію і частково (на товщину 0,01-0,04 мм) засвоюються розплавом.

Частинки карбанатних порід розміром більше 0,06-0,1 мм не повністю асимілюються розплавом, в їх центрах залишаються вільні СаО і MgО, здатні гідрат зі значним збільшенням об'єму при попаданні у вологе середовище. Щоб уникнути злипання гранул між собою і їх налипання на поверхню футеровки печі температурний інтервал спучування повинен становити не менше 50-70 ° С, максимальна температура спучування не повинна перевищувати 1250-1275 ° С.

Отримання керамзиту з найкращими показниками пов'язане з характером газового середовища всередині гранул і в пічному агрегаті, також з режимом сушіння і випалу сирцю і охолодженні випалених гранул.

Характер газового середовища при термічній обробці сирцевих гранул під обертової печі обумовлюється:

• складом продуктів згоряння палива;

• коефіцієнтом надлишку повітря;

• складом газів, що виділяються органічними домішками глинистої породи (летючих і при окисленні коксового залишку), карбонатами і продуктами реакцій, що залежать від хімічного складу породи;

• складом пароподібних продуктів, що утворюються при видаленні хімічно зв'язаної води різних глинистих мінералів, також одержуваних при випаровуванні вологи сирцевих гранул, що завантажуються в піч.

Продукти згоряння палива і надлишкове повітря, що подаються в піч під тиском, спрямовуються в основному по осі печі. Пароподібні і газоподібні продукти, що виділяються вихідною сировиною при його нагріванні і випалюванні, відмивають гранули і потім перемішуються і видаляються з продуктом згоряння палива.

Процес спучування складається з двох стадій: перша - спікання з утворенням закритої пори і друга - власне спучування під тиском газів, що виділяються всередині закритої пори. Сума таких елементарних актів у кожному осередку глиняного гранули і зумовлює загальний процес спучування всій гранули.

Розглядаючи процес спучування всій гранули, необхідно мати на увазі, що за своєю товщі вона нагрівається нерівномірно: з поверхні нагрівається швидше, ніж у центрі. Тому поверхня гранули ще до того, як вся її маса набуває піропластіческое стан, покривається щільною спеченої газонепроникної оболонкою, що запобігає витік газів з гранули навіть у тому випадку, якщо під тиском газів окремі перегородки пір виявляться прорваними.

Основною умовою, що забезпечує спучування глинистих порід при їх нагріванні, є суміщення в часі піропластіческого стану глини з інтенсивним газовиділенням всередині випалювального матеріалу.

В даний час можна вважати встановленим, що джерелами газовиділення в глинах є реакції розкладу і відновлення оксидів заліза при їх взаємодії з органічними домішками або добавками у глині, а також хімічно зв'язана вода глинистих мінералів. Схема відновних реакцій може бути представлена ​​наступними рівняннями:

;

;

;

;

.

1.4 Зони, що існують у печі

Під обертової печі гранули та продукти згоряння рухаються за принципом протитечії: вихідні ві гранули зустрічаються з газами, що печі при різних температурних умовах і зазнають ряд змін. У залежності від температури, вологості, розміру, втрат маси при прожарюванні та об'ємної насипної маси матеріалу під обертової печі умовно розрізняють такі зони:

1. Зона сушіння або випаровування вологи з граничними температурами газів 720 - 930 ° С і матеріалу 40 - 240 ° С. Тут гази, що йдуть наповнюються пароподібними продуктами випаровування фізично зв'язаної оди глини. Довжина зони сушіння від 25 до 36% загальної довжини печі і залежить від вологості і ступеня пористості сирцевих гранул і часу, необхідного для їх спучування;

2. Зона підігріву і хімічних реакцій, що примикає до зони I, з граничними температурами газів 930 - 1100 ° С і з матеріалу 240 - 880 ° С. Підігрів матеріалу відбувається внаслідок тепловіддачі від продуктів згоряння палива, в тій чи іншій мірі розбавлених надмірною повітрям. Довжина цієї зони повинна бути можливо більш малої і зазвичай становить 8 - 15 м. по мірі підігріву гранул і підвищення їх температури з глини виділяються газоподібні продукти дисоціації карбонатів, вагонетки і окислення органічних речовин і пароподібні продукти водних мінералів.

3. Зона температурного розм'якшення і спучування гранул з граничними температурами газів 1100 - 1170 ° С і матеріалу 880 -1160 ° С. Вона співпадає із зоною самої високою температурою горіння форсуночного палива. Кількістю продуктів згоряння палива та надлишків повітря, необхідного для повного згоряння. Обпалюваний матеріал продовжує при цьому виділяти гази, спучується гранули. При швидкості нагріву глинистої породи близько 50 ° С / хв і більше виділення газів з гранул зміщується в зону спучування, що призводить до зменшення об'ємної маси керамзиту. Довжина зони спучування близько 15 - 20% загальної довжини печі;

4. Зона попереднього охолодження випалених гранул, в якій відбувається їх тужавіння, збігається із зоною надходження вторинного повітря в піч. У цій зоні внаслідок що відбуваються на поверхні гранул процесів окислення різних форм заліза гранули набувають коричнево - червоне забарвлення. Довжина зони зазвичай не перевищує 5% загальної довжини печі. Обпалені гранули охолоджуються тут до 1000 - 1050 ° С.

Швидкість термічної обробки гранул в зазначених зонах і особливо в зоні спучування має за інших рівних умовах першорядне значення. Поступовий нагрів гранул, як правило, призводить до отримання не спученого матеріалу. Лише за прискореною термічній обробці відбувається задовільний спучування глинистих гранул. Пояснюється це тим, що в цьому випадку реакції дегідратації, декарбонізації, окислення органічних речовин, як було зазначено, протікає при більш високих температурах, а відновні реакції - більш тривалі в часі. При цьому виділяються гази утримуються в гранулі до температури спучування. Оптимальний режим випалу гранул під обертової печі передбачає поступовий їх нагрівання до 200 - 600 ° С (у залежності від властивостей сировини) і швидкий підйом температури до 1200 - 1250 ° С, тобто до температури спучування.

1.5 Способи виробництва керамзитового гравію

Процес виготовлення керамзиту складається з наступних основних операцій:

• видобутку глинистої сировини, його складування та доставки до місця виробництва;

• переробки сировини і приготування вихідного напівфабрикату - сирцю, придатного для випалу зі спучуванням;

• випалу та охолодження керамзиту;

• сортування і при необхідності домола заповнювача;

• складування і видачі готового продукту.

Основним обладнанням керамзитових підприємств є обладнання для випалу. В даний час найбільшого поширення набув метод випалу керамзитового гравію в одно-і двобарабанних обертових печах; крім того, освоюється промислове виробництво керамзитового гравію і піску в печах киплячого шару.

Перевагою обертових печей як апаратів для спучування глинистих порід є те, що вони дозволяють отримувати заповнювач, зерновий склад якого в основному відповідає вимогам до заповнювача при виготовленні легких бетонів. Тому після випалу, як правило, керамзит лише сортують і в окремих випадках коректують зерновий склад заповнювача. Тим самим у більшості випадків зберігається форма зерен і залишається незачепленою дробленням їх спечена шорстка поверхнева кірка, що відрізняється більш високою міцністю, ніж спучена маса всередині. Це в значній мірі підвищує будівельні якості заповнювача і вигідно відрізняє його від аглопориту, а також керамзитового щебеню, одержуваного при випалюванні глинистої сировини на спікальних гратах з подальшим подрібненням спеченого «пирога» на щебінь.

Інше важливе достоїнство обертових печей полягає в тому, що зерна матеріалу в них спучуються у вільному обсязі, що не обмежується стінками або нерухомої масою таких же зерен. Тому процес може досягати найвищої інтенсивності, що дозволяє отримувати вельми ефективні заповнювачі з об'ємною вагою 200-500 кг / м ³ при коефіцієнті виходу 2-3, у той час як на спікальних решітках важко отримати заповнювач з об'ємною вагою в шматку менше 600 кг / м ^3.

До недоліків обертових печей крім їх низької теплової економічності відноситься труднощі випалювання в них глинистих порід, що володіють слабкою, а іноді і середньої схильністю до спучування, а також порід з малим інтервалом спучування. Такі породи схильні до злипання й утворення великих спеклися, а іноді сплавлені конгломератів матеріалу. Навпаки, спекательні решітки дозволяють вести поризації різноманітних глинистих порід, які в обертових печах практично не спучуються. У той же час на спікальних решітках важко обпалювати добре спучуються глини внаслідок різкого зменшення при спученні міжзернових порожнин, що служать для прососа повітря.

Тому для випалу на спікальних решітках зазвичай рекомендується використовувати сировину з коефіцієнтом спучування не вище 2-2,5, а для випалу в обертових печах-не нижче 2-2,5. Таким чином, обидва ці методу випалу не стільки конкурують, скільки доповнюють один одного, дозволяючи використовувати для виготовлення керамзитових заповнювачів найрізноманітніші за властивостями глинисті породи.

При випалюванні керамзитового гравію в обертових печах найважливішою ознакою для типізації керамзитового виробництва служать застосовувані способи переробки сировини і приготування напівфабрикату. Досвід показав, що будь-якого універсального методу переробки глин і їх грануляції в напівфабрикат, придатний для спучування, не існує. Більш того, способи виготовлення напівфабрикату, його розміри, форма, вологість та інші параметри можуть і повинні змінюватися залежно від властивостей вживаного сировини.

Вирішальне значення при виборі способів виготовлення напівфабрикату мають фізичні, головним чином структурно-механічні властивості глинистих порід: щільність, однорідність, вологість, пластичність, структура і т. п. Природні ж різновиду глинистої сировини володіють самими різними властивостями. Так, наприклад, глини різних родовищ в природному стані можуть бути розпушені і зволожені; мати щільне будова і бути пластичними і також зволоженими; представляти собою скам'янілу, майже суху породу, з крупноструктурних будовою; бути каменеподібні з мелкочешуйчатая пелюстковій сланцеватой структурою зі схильністю до розпаду на найдрібніші частинки; бути перезволоженими і хиткими і т. д.

Очевидно, що будь-яке однотипне рішення при виборі способів, а також виготовляє устаткування для переробки сировини і приготування гранульованого напівфабрикату із зазначених глинистих порід буде нераціональним і практично нежиттєвим. Так, наприклад, якщо скам'яніла глиниста порода, роздрібнена на крихту відповідних розмірів, задовільно спучується без будь-якої попередньої переробки, то, природно, відпадає потреба в операціях розмелювання, замочування, грануляції або інших прийомах переробки. Багато однорідні за складом пластичні добре спучуються глини після розпушення на кар'єрі при видобутку також можуть подаватися безпосередньо на випал у обертову піч, живильником якої служить простий гранулюючих механізм типу дірчастих вальців. З іншого боку, зволожені глини з строкатим неоднорідним складом і будовою вимагають більш складної переробки, що полягає в руйнуванні природної структури, гомогенізації і подальшої їх грануляції.

Нарешті, при використанні перезволожених глин цілком доцільно готувати з них відповідної густоти шлам і піддавати його випалу в обертових печах, де відбувається мимовільне формування гранул.

Зі сказаного слід зробити висновок не тільки про можливості, але і техніко-економічної доцільності зміни прийомів переробки глин в залежності від властивостей споживаного сировини. У залежності від технологічних прийомів переробки глинистих порід і приготування гранульованого напівфабрикату розрізняють три способи виробництва керамзиту: сухий, пластичний і мокрий.

Ефективне використання різноманітних за властивостями і особливостям глинистих порід досягається як правильним вибором способів виготовлення керамзиту, так і застосуванням у межах обраного способу мінімального за кількістю і надійного в роботі устаткування, що враховує якісну специфіку вихідної сировини.

Технологічні схеми виробництва керамзиту, включаючи рекомендації по обладнанню, вибирають на підставі попередніх дослідів і випробування сировини в лабораторних і заводських умовах.

Пластичний спосіб

Технологічна схема виробництва керамзиту по пластичному способу включає наступні виробничі операції: видобуток глинистої породи; пластичну переробку зволоженого глинистої сировини і приготування напівфабрикату, придатного для випалу зі спучуванням; випал напівфабрикату на керамзит; охолодження керамзиту; сортування і коригування зернового складу керамзиту, складування і видачу готового , продукту.

Пластичний спосіб підготовки сировини і приготування напівфабрикату застосовують при використанні зволожених пластичних і пухких глинистих порід як однорідного, так і неоднорідного складу. При пластичному способі виробництва керамзиту в глиняну масу можуть вводитися добавки, що підвищують схильність до спучування вихідної сировини, тоді як при сухому способі, коли напівфабрикат отримують безпосередньо з природного породи, це виключається.

Переробка спучуються однорідних глинистих порід по пластичному способу має на меті їх грануляцію в напівфабрикат певної форми розміром 7-25 мм у поперечнику. Більш ретельної переробки такого сировини не потрібно, тому що воно вже самою природою гомогенізувати, і хіміко-мінералогічні складові в ньому розподілені рівномірно. Ця обставина значно спрощує виготовлення гранульованого матеріалу з подібної сировини.

Таким чином, технологія обробки однорідних глин зводиться до їх грануляції на спрощених механізмах типу дірчастих і пресуючих вальців. При цьому шматки матеріалу можна спрямовувати безпосередньо у обертову піч на випалювання або спочатку сушити в окремих сушильних установках. Слід, однак, мати на увазі, що однорідне керамзитова сировина зустрічається вкрай рідко. Переробка неоднорідних за складом глинистих порід по пластичному способу має на меті руйнування природної структури сировини, його гомогенізацію і виготовлення напівфабрикату з розміром зерен не більше приблизно 7-20 мм у поперечнику, придатного для випалу зі спучуванням в обертових печах.

Механізми і устаткування для переробки і грануляції сировини визначають у кожному окремому випадку залежно від схильності до спучування та фізико-механічних властивостей вихідної сировини: вологості, щільності, в'язкості, пластичності, однорідності складу і т. п.

При цьому необхідно враховувати, що основним завданням переробки неоднорідного глинистої сировини по пластичному способу є ретельна його гомогенізація з метою руйнування природної структури, рівномірного розподілу по всій масі хімічних і мінералогічних складових, вологи, а також твердих і рідких добавок, застосовуваних для інтенсифікації процесів утворення керамзиту та покращення його якості.

Практикою виробництва керамзиту встановлено, що ступінь переробки глинистої сировини робить винятково великий вплив на якісні показники заповнювача - його об'ємна вага, міцність, водопоглинання, морозостійкість і т. п.. Чим однорідніше глиниста маса і рівномірніше розподілені в ній складові, волога та добавки, тим інтенсивніше протікають фізико-хімічні процеси при випалюванні, рівномірніше Порізация матеріалу, дрібніше утворюються пори, нижче об'ємна вага й вище міцність керамзиту, менше розкид якісних показників готового продукту. Досвід показує, що поліпшенням переробки глинистої сировини можна досягти зниження об'ємної ваги керамзиту, одержуваного з ряду неоднорідних за складом, особливо важко, переробляються, ущільнених, погано розмокає глин, в 1,5-2 рази і настільки ж підвищити його відносну міцність.

Переробка глинистої сировини є комплексним заходом. Вона починається ще на кар'єрі при видобутку і закінчується при формуванні гранульованого сирцю.

Прототипом спрощеного спеціального обладнання для переробки і грануляції різнотипних глинистих порід по пластичному способу є переробні та формующие дірчасті вальці, вальці тонкого помолу з відстанню між валками до 1 мм і гліномешалкі. Більш складними і металомістких є бігуни і кірпічеделательние преси.

Комплект устаткування для переробки та приготування гранульованого напівфабрикату може в основному полягати: для неоднорідного за складом пластичного, пухкого сировини з ящикового подавача, вальців грубого помелу, гліномешалкі, кірпічеделательного преса або дірчастих вальців, для неоднорідного в'язкого пластичної сировини - з ящикового подавача, вальців грубого помелу , вальців тонкого помелу, гліномешалкі, кірпічеделательного преса або дірчастих вальців. Якщо глинисту сировину з-за неоднорідності складу, високої в'язкості, щільності і поганий розмокання вимагає більш ретельної переробки, гомогенізації, то додатково застосовують переробні дірчасті вальці або бігуни мокрого помелу.

2. Розрахунок теплового балансу обертової печі

2.1 Пристрій обертової печі для випалення керамзитового гравію

Керамзитовий гравій у більшості випадків обпалюють в однобарабанній обертових печах. Корпус печі виконаний у вигляді циліндра з листового металу, який встановлений на роликових опорах під певним кутом до горизонту. Зсередини корпус печі футерований вогнетривкими матеріалами. В обертальний рух піч наводиться за допомогою електродвигуна і редуктора за допомогою пари шестерень, подвенцовой і венцової, остання з яких насаджена на корпус печі.

Пекти має завантажувальні і розвантажувальні пристрої. Вона завантажується сирцем через завантажувальний лоток, який змонтовано на корпусі осаджувальної камери разом з механізмом очищення. Розвантажувальна частина печі має спеціальну відсувні головку, призначену для ущільнення вихідного торця печі і для установки форсунки або пальники, а також прийому готового матеріалу. Охолодження обпаленої керамзиту здійснюється в холодильнику до температури 60-80 ° С, який з'єднується з відкатної головкою печі.

2.2 Сировина для виробництва керамзитового гравію

У виробництві керамзиту використовують легкоплавкі глинисті породи, які здатні при швидкому випалюванні спучуватися. Зміст окремих оксидів у добре спучується глинистій сировині знаходиться в наступних межах,%:

SiO ₂ 50 ... 55; Аl ₂ О ₃ 15 ... 25; Fe ₂ 0 ₃ + FeO 6,5 ... 10; СаО до 3; MgO до 4; Na ₂ 0 + K ₂ 0 3,5 ... 5.

Температура спучування повинна бути не більше 1250 ° С, а інтервал спучування - не менше 50 ° С.

2.3 Методика складання теплового балансу обертової печі

Тепловий баланс обертової печі для випалу керамзиту складають за такою схемою.

Прибуткові статті балансу:

1.Теплота від горіння палива.

2.Фізіческая теплота, що вноситься паливом.

З. Теплота, що вноситься сирцем.

4.Фізичні теплота первинного повітря, що подається до топлівосжігающему пристрою.

5.Фізіческая теплота вторинного повітря, що надходить в піч з холодильника.

6.Фізіческая теплота повітря, підсмоктується через нещільність головки печі.

Витратні статті балансу

1.Расход тепла на випаровування вологи.

2.Расход тепла на хімічні реакції.

З. Втрати тепла з керамзитом на виході з печі.

4Лотері тепла в навколишнє середовище.

5.Потері тепла з газами, що відходять.

6.Потері тепла з хімічним недожогом.

Кінцевою метою розрахунку теплового балансу є визначення витрат палива, що спалюється за 1 годину роботи печі, і його питомої витрати на 1 кг отриманого керамзитового гравію. Для цього на підставі статей надходження і витрат тепла складають загальне рівняння теплового балансу, з якого знаходять шукані величини.

2.4 Розрахунок теплового балансу обертової печі

Перш ніж приступити до розрахунку теплового балансу печі, необхідно провести додаткові обчислення, результати яких знадобляться надалі. В якості палива для печей можуть використовуватися мазут, природний або попутний газ. При розрахунку процесів горіння визначають кількість повітря, необхідного для повного спалювання палива і кількість які виникають продуктів горіння. Процес горіння розраховують незалежно від кількості палива, що спалюється, тому кількість повітря, необхідне для горіння, і об'єм димових газів, що утворюються в результаті спалювання палива, визначають на одиницю маси рідкого палива і на одиницю об'єму газоподібного палива, тобто виражають у нм ³ / кг або нм ³ / нм ³ палива. Розглянемо приклади розрахунку рідкого палива-мазуту.

Розрахунок горіння мазуту

Завдання. Визначити теплопровідність, об'єм повітря і кількість які виникають продуктів горіння при спалюванні мазуту в тунельних печах для випалу цегли. Мазут має горючу масу такого складу,%:

Вміст золи A ^r = 0,1%, вміст вологи W ^r = 2%.

Зробимо перерахунок горючої маси палива на робочу:

;

і т. д.;

S ^p = 0,49; N ^p = 0,39; O ^p = 0,19.

Склад робочого палива,% за масою:

Теплоту згоряння палива визначаємо за формулою (1):

Теоретично необхідну для горіння кількість сухого повітря при коефіцієнті надлишку визначається за формулою:

Де С ^р, Н ^р, О ^р, S ^р - вміст у робочому паливі відповідних елементів,%.

Атмосферне повітря містить деяку кількість вологи, яку можна виразити вологовмістом d г / кг сухого повітря. Тому обсяг вологого атмосферного повітря буде більше, ніж розрахований вище. Для підрахунку кількості вологого атмосферного повітря зі значенням d = 10 г / кг сухого повітря скористаємося формулою:

Справжнє кількість повітря при коефіцієнті надлишку в корені факела :

Сухого повітря

;

Атмосферного повітря

Кількість і склад продуктів повного горіння при коефіцієнті знаходимо за формулами:

Всього сухих газів:

Загальна кількість продуктів горіння при :

Процентний склад продуктів горіння при :

;

;

;

;

.

Сума продуктів горіння 100%.

Таблиця 1 - Матеріальний баланс процесу горіння мазуту

Вихідні дані

Довжина печі 40 м, діаметр 2,5 м; паливо-мазут марки 20, продуктивність печі , Формувальна вологість глини W = 22%, вологість гранул на виході з сушильного барабана W _c = 7,5%, температура сирцю при завантаженні в піч t _c = 66 ◦ С, температура керамзиту на виході з печі t _до = 830 ◦ С, температура відхідних газів t _ог = 430 ◦ С, температура повітря, що подається на горіння t _в = 200 ◦ С, насипна щільність керамзиту 450кг / м ^3, маса сирцю, що завантажується в піч Gc = 6562,94 кг / год, хімічний склад глини, %: СаО-0,93; MgO-4; ППП-7, 7.

Прихід тепла

1. Від горіння палива:

кДж,

де В-годинну витрату палива, м ³ або кг.

2. Тепло, що вноситься паливом:

кДж,

де С _т - питома теплоємність палива, кДж / кг * К; t _T - температура палива, що надходить на горіння, ◦ С; t _T = 75 ◦ С.

Питома теплоємність визначається за формулою:

для мазуту

З _т = 4,2 (0,415 +0,0006 t _T) = 4,2 (0,415 +0,0006 75) = 1,932, кДж / кг * К.

3. Тепло, що вноситься сирцем:

кДж,

Де G _C - маса сирцю:

кДж;

кг / м ^3;

З _С - питома теплоємність сирцю, кДж / кг * К:

кДж / кг * К.

4. Фізична теплота повітря, що подається на горіння:

кДж,

де С _В - питома теплоємність повітря, що дорівнює 1,344 кДж / м ³ * К;

_- Теоретичний об'єм повітря, необхідний для горіння 1м ³ або 1 кг палива. Прийнято з розрахунку горіння палива для ; T _В - температура повітря, що подається на горіння. Прийнята t _У = 200 ◦ С.

5. Фізична теплота повітря, підсмоктується через нещільність головки печі:

кДж,

Де '- Коефіцієнт надлишку повітря з боку вивантаження печі, зазвичай беруть 1,4 ... 1,5.

6. Фізична теплота вторинного повітря, що надходить в піч з холодильника:

кДж,

Де - Температура повітря, що виходить з холодильника, рівна 150 ... 180 ^о С.

Витрата тепла

1. На випаровування вологи з сирцю

кДж,

Де 2499 - прихована теплота пароутворення води при 0 ^о С, кДж / кг; - Годинна продуктивність печі за обпаленої керамзиту, кг; - Об'єм води, що виділяється при випалюванні сирцю, що припадає на 1 кг керамзиту, кг.

Визначаємо . При насипної щільності керамзиту = 450 кг / м ³ та продуктивності печі 12,66 м ³ / год

= 450 12,66 = 5697 кг / год,

= ,

Де - Витрата абсолютно сухої глини на 1 кг обпаленого керамзиту.

кг / кг.

Витрата сирцю на 1 кг обпаленого керамзиту

кг / кг,

Тоді = 1,17-1,083 = 0,087 кг / кг керамзиту.

2. На хімічні реакції:

2.1. На розкладання СаСО _3.

кДж,

Де 1587,6 - ендотермічний ефект декарбонізації СаСО _3, кДж / кг.

; ,

Де СаО-вміст оксиду кальцію в глині,%;

100 міль СаСО _3; СаО-56.

.

2. Розкладання MgCO _3:

кДж,

Де 1318,8 - ендотермічний ефект декарбонізації MgCO _3, кДж / кг.

; ,

Де MgО-вміст оксиду кальцію в глині,%;

84,32 - міль MgCO _3, 40,32 - міль MgO.

.

2. Дегідратація глинистих матеріалів:

кДж,

Де 6720 - ендотермічний ефект дегідратації глинистих матеріалів, кДж / кг; - Витрата тепла на дегідратацію глинистих матеріалів.

,

Де

2. Плавлення силікатної маси:

кДж,

Де 315 кДж-питома витрата теплоти на освіту склоподібної фази, віднесеної до 1 кг обпаленого керамзиту.

Загальна витрата тепла на хімічні реакції

кДж.

3. Втрати тепла з керамзитом на виході з печі:

кДж,

Де t _K - температура керамзиту на виході з печі, ^о С, Ск-питома теплоємність обпаленої керамзиту при температурі t _K, кДж / кг * К, обчислюється за формулою

кДж / кг * К.

4. Втрати тепла в навколишнє середовище

кДж.

Втрати тепла в навколишнє середовище можна приймати в розмірі 20% від теплоти горіння палива.

5. Втрати тепла з газами, що відходять.

5.1. З фізичної теплотою продуктів горіння

кДж,

Де - Обсяг продуктів горіння на 1 м ³ або 1 кг палива при приймають з розрахунку горіння палива;

З _ог - питома теплоємність газів, що відходять при їх температурі на виході з печі. Визначають за формулою:

кДж / куб.м * К.

5.2. З фізичної теплотою водяних парів гігроскопічної і хімічно зв'язаної вологи:

кДж,

Де - Питома теплоємність водяної пари при температурі газів, що відходять приймаємо з табл. Програми.

5.3. З фізичної теплотою:

кДж,

Де - Витрата тепла з летючими органічними речовинами. Визначається за формулою:

Де - Питома теплоємність метану при температурі газів, що відходять.

5.4. З фізичної теплотою СО _2, що утворився при розкладанні карбонатів:

кДж,

Де - Питома теплоємність вуглекислого газу при температурі газів, що відходять.

Загальні втрати тепла з газами, що відходять:

6. Втрати тепла з хімічним недожогом палива:

кДж,

Де Х-втрати тепла з хімічним недожогом палива.

Загальне рівняння теплового балансу обертової печі за 1 год роботи:

40726,77 У +144,9 У +506357,07 +3398,44 У +130,7 У +650,64 В = 1238601,86 + +3704588,41 +5257630,27 +8145,35 У +7952,99 У +1545060,51 +407 , 26В;

28545,85 В = 11239523,98;

Звідки годинну витрату газу В = 393,74 м ^3.

Знайдене значення витрати палива підставляємо в ті рівняння, де ця величина була невідомою і перераховуємо їх. Потім складаємо зведену таблицю теплового балансу, з якої знаходимо питома витрата тепла на випал 1 кг керамзитового гравію (табл.2).

кДж.

кДж.

кДж.

кДж.

кДж.

кДж.

кДж.

кДж.

Таблиця 2. Зведений тепловий баланс

Невязка балансу 18244914,99-18244796,28 = 118,71 кДж.

Питома витрата теплоти на випал 1 кг керамзиту становить 3296,02 кДж.

3. Конструктивна частина

3.1 Пристрій і принцип дії обертової печі

Обертова піч 2,5 × 40.

Застосовується на заводах продуктивністю 100 тис.м ³ керамзиту на рік.

Корпус 7 печі зварений з листового металу товщиною 18 і 30 мм. Каркас печі складається з секцій, зварених між собою встик. Секції корпусу, розташовані близько опор на довжині 2000мм мають сталеві листи товщиною 30 мм з урахуванням того, що максимальна напруга корпус відчуває в цих перетинах.

Бандажі 4 кріпляться в посиленою частини корпусу спеціальними башмаками, прибріхує до обичайки. Між башмаками бандажі лежать вільно з компенсаційним зазором. Положення опорної поверхні бандажа по відношенню до корпусу печі регулюються башмаками.

Внутрішня частина печі футерована. Футеровка покладена рівно по всій довжині внутрішньої поверхні корпусу за винятком вхідних його частини. На вході футеровка має бурт, який зменшує вхідний отвір корпусу і попереджає прокидання матеріалу і пилеосадітельную камеру під час його завантаження в піч.

При роботі печі борт, а також частина футеровки при розвантажувальному кінці печі піддаються найбільшому зношування. Щоб уберегти цю частину футеровки від руйнування, на вхідному кінці печі приварена торцева шайба. Ця шайба використовується також для пристрою ущільнення між торцем пилеосадітельной камери. Ущільнення створюється лабіринтом, що утворюється між концентрично розташованими обичайками, привареними до пилеосадітельной камері. Вихідний кінець печі закінчується торцевої конічної шайбою. Внутрішній діаметр шайби відповідає вихідному діаметру печі. Завдяки цьому матеріал, що рухається по футеровці, виходячи з печі, стирає металеву шайбу, термін служби якої значно вище, ніж футеровки.

На кінцях корпусу печі встановлені ущільнення, що оберігають навколишнє атмосферу від забруднень газами і поліпшують теплової процес всередині печі. Ущільнення між піччю і пилеосадітельной камерою складається з двох частин. Одна з них по влаштуванню аналогічна, описаної конструкції торцевої шайби, інша являє собою гумову прокладку, притиснуту до корпусу печі по всьому колу. Ущільнення 3 між корпусом і відкатної головкою складається з чотирьох концентрично розташованих циліндричних обичайок. Дві обичайки приварені до корпусу печі, дві інші до корпусу відкатної голівки.

Обичайки відрізняються одна від одної діаметром, що дозволяє як би всунути одну в іншу. Всунути обичайки утворюють лабіринт, що перешкоджає проходженню газів.

Піч спирається на дві опори, що складаються з двох опорних роликів 11. Крім опорних роликів, на одній з опор встановлені два завзятих ролика,

утримують піч від осьового переміщення. Кожен ролик спирається на два спарених конічних роликових підшипника, встановлених у корпусі.

Корпуси підшипників кріпляться на рамі, що лежить на фундаментній опорі. Для фіксації правильного положення опорних роликів на рамі є регулювальні гвинти. Ролики регулюються під час монтажу печі аж до пуску її в гарячому стані.

У середній частині печі, близько наполегливо-опорної роликової опори змонтована венцових шестерня 6 і привід печі 10. Основним елементом кріплення венцової шестерні є опора, що представляє собою зварний кронштейн, нижня площина якого приварена до корпусу печі, а верхня служить для кріплення пластини венцової шестерні. Опори встановлюються на печі в два ряди по колу, а пластини лежать на опорах паралельно подовжньої осі корпусу. Між опорою і пластиною встановлюються регулювальні прокладки, якими вивіряється положення венцової шестерні по відношенню до осі обертання барабана. Биття венцової шестерні не повинно перевищувати 3 мм. Венцових шестерня закривається кожухом 5.

Піч обертається від спеціального приводу 10, встановленого під венцової шестернею. Привід складається з двох самостійних систем: пускової і робітник. Пускова або допоміжна система приводу має двигун 1,7 кВт або так редуктора, з'єднаних муфтами. Загальне передавальне число пускової системи становить 1020 без урахування передавального числа відкритої ширяючи шестерень, а з урахуванням останньої - приблизно 14000. Такий пристрій пусковий системи дозволяє розвинути досить великий крутний момент, необхідний при пуску печі. Після того як піч отримала від пускового електродвигуна початкове обертання, включається електродвигун робочої системи. Цей електродвигун прискорює обертання печі та забезпечує робочий режим швидкостей. Пусковий електродвигун в цей час відключається. При включенні електродвигуна робочої системи частота обертання редуктора буде поступово збільшуватися, і перевищувати швидкість, яку повідомив йому пусковий електродвигун. При цьому редуктор з електродвигуном пускової системи будуть гальмувати розгін робочої системи приводу. щоб цього не сталося, між редукторами встановлено храпове пристрій, що забезпечує робочої системі свободу обертання незалежно від пусковий. Храпове пристрій змонтовано заодно ціле з гальмівним шківом. У ньому застосований колодкове гальмо.

По кінцях печі встановлені завантажувальні і розвантажувальні пристрої. Завантажується піч гранулами керамзиту через завантажувальний лоток 9. Завантажувальний лоток монтується на корпусі осаджувальної камери разом з механізмом очищення 8. Матеріал надходить на випалювання через циліндричну лійку і по тічці направляється в піч. У середній частині тічки, трохи вище воронки, приварений кронштейн, яким завантажувальний пристрій кріпиться до пилеосадітельной камері. Воронка приварена до лотка так, щоб по всій довжині лоток можна було переглядати і прочищати.

Розвантажувальний кінець обертової печі закінчується спеціальної відкатної головкою 2, що служить для ущільнення вихідного торця печі, а також для встановлення форсунок і приймання готового матеріалу. Корпус головки зварений з листової сталі і має округлу форму, що переходила внизу в прямокутну. Стінка, звернена до печі, має округле вікно, діаметр якого дорівнює зовнішньому діаметру печі. На зовнішній поверхні цієї стінки кріпиться лабіринтове ущільнення 3. Каркас головки встановлений на візку. У середній частині візка передбачений люк, через який вивантажується готовий матеріал з печі. Головка встановлена ​​на чотирьох колесах.

На передній стінці головки є кілька люків. Через них оператор спостерігає за роботою форсунки. В отвір, розташоване по осі печі, встановлюється форсунка 1. Для обслуговування вигрузочного отвору є спеціальний люк. За потреби цей люк можна відкрити і розбити спечений матеріал або проштовхнути його, якщо він застряг на стінці люка. Відсувні головка забезпечує періодичне обслуговування печі в перервах його роботи. За допомогою відкатної головки обслуговуючий персонал здійснює роботи з ремонту і відновлення футеровки, перевіряє і чистить паливну форсунку.

Технологічна характеристика обертової печі 2,5 × 40

Продуктивність, м ³ / рік ... ... ... ... .100000

Розміри довжина ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 40

Діаметр ... ... ... ... ... ... ... .. 2,5

частота обертання, об / хв ... ... ... ... .. 0,6 ... 3

кут нахилу,% ... ... ... ... ... ... ... .. ... .3,5

потужність електродвигуна

основного приводу, кВт ... ... ... ... .. ... 45

2. Пристрій і принцип дії приводу печі

Привід печі, рис. 5, складається з відкритої зубчастої передачі (зубчастий вінець 6 і подвенцовая шестерня 5), еластичної муфти 4, головного редуктора 3, головного двигуна 1 і допоміжного приводу, що складається з редуктора 8 та електродвигуна 11. З'єднання допоміжного редуктора 8 з головним редуктором 3 здійснюється через кулачкову муфту вільного ходу 7. На швидкохідному валу допоміжного редуктора 8 встановлено гальмо. Гальмо призначений для зупинки печі в необхідному положенні при ремонтах, футеровочних, монтажних і інших роботах. Гальмування і зупинка печі може бути зроблена як з головного приводу, так і з допоміжного.

Гальмо постійно загальмований, розгальмовування його здійснюється за допомогою електрогідравлічного штовхача.

При робочому режимі печі обертання від головного електродвигуна 1 передається через головний редуктор 3, муфту 4, відкриту зубчасту передачу на піч.

При цьому муфта кулачкова 7 вільно провертається.

При виключенні головного двигуна 1 піч під дією неврівноваженості (через наявність у ній палючого матеріалу, що знаходиться в момент зупинки під кутом природного укосу), прагне повернутися в бік, протилежний робочого обертанню і загальмовується гальмом 9 допоміжного приводу.

Для опускання печі в урівноважений стан допоміжний двигун 11 включається на реверс з одночасним включенням гальма.

Після опускання печі в урівноважений стан, коли матеріал в печі розташовується в нижній частині, двигун і гальмо вимикаються.

Повільне обертання печі допоміжним приводом здійснюється від двигуна 11 при включеному гальмі 9, через допоміжний редуктор 8, кулачкову муфту 7, головний редуктор 3, еластичну муфту 4 і далі через відкриту зубчасту передачу на піч.

При зупинці печі з фіксуванням її положення допоміжний двигун 11 вимикається, вимикається гальмо 9.

Завдяки наявності кулачковою муфти вільного ходу представляється можливість легкого запуску печі на швидке робоче обертання від допоміжного приводу.

При зупинці печі існує тертя спокою, яке більше тертя руху.

За допомогою допоміжного приводу здійснюється «зрив» печі (особливо після тривалої зупинки печі в зимовий час), тертя зменшується, після чого включається головний двигун. Після запуску головного двигуна допоміжний вимикається.

2. Можливі несправності в роботі печі і способи їх усунення

Список використаних джерел

1. С.П. Онадскій «Виробництво керамзиту», М: Видавництво літератури з будівництва, 1971р.

2. Будівельні машини. Довідник, під ред. В.А. Баумана, 3 вид., М., 1965.