Расчет тепловой установки периодического действия

     МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 

     КУРСОВАЯ  РАБОТА

     По  дисциплине: «Тепловые  установки»

     Тема: «Расчет тепловой установки периодического действия» 
 
 
 
 

Выполнил:

Студент 3 курса

Строительного факультета

Специальность ПСиК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Москва

     2010 

     Запроектировать установку для термовлажностной обработки железобетонных  изделий  в   ямно-пропарочных  камерах.  Для цеха, выпускающего железобетонные изделия агрегатно-поточной технологии производительностью 50000 м³/год.

     Исходные  данные:

     Объем одной панели составляет 6 м³ , плотность бетона составляет 2 470 кг/м3, влажность бетона 7 %, расход цемента М400 составляет 67 кг/м³ бетона, водоцементное отношение составляет 0,4, удельная теплоемкость бетона составляет 0,9 кДж/кг*К, масса металла (поддоны арматура) загружаемая в камеру составляет 3 т, теплоемкость форм составляет 2 т/м³, удельная теплоемкость металла составляет 0,48 кДж/кг*К, продолжительность подъема температуры 2ч., продолжительность термической выдержки 5ч., продолжительность охлаждения 2ч. (Прериод теплообработки = еще один час на загрузку и выгрузку).

     Пар из паропровода поступает с давлением 0,2 МПа и влажностью 15%, температура пропаривания составляет 373 К (100^о С), давление обработки пара 0,7 МПа, средняя температура поверхности наружной камеры 313 К (40^оС), температура конденсата составляет 353 К, температура воздуха в цехе 293 К, режим цеха двусменный - по 8 часов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕШЕНИЕ: 

          1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ:

     Согласно  нормам ОНТП - 7 - 85 принимаем 262 - 7 суток на плановые остановки (255 суток), тогда количество рабочих часов составляет 4080 часов, часовая производительность цеха составляет: 

     G_ч= =12,3 м³ бетона в часах.

     Типы  камер: по справочной таблице выбираем тип камер. Принимаем камеры типа 1 с четырьмя камерами в блоке. Из таблицы объем бетона составляет 6,7 - 9,2 м³.

     Масса одной формы составляет 12 т, общая  масса металла в камере составляет Ме=G_ф+G_вал+G_арм = 12 + 3)=15

     Вместительность блока камер V = 6,7 4 = 26,8 м³.

     n =G_ч Z/V = 12,3 10/26,8 = 4,5 5 блоков (учтено время погрузки и выгрузки - по 30 минут). 

     ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ:

     Составляем  тепловой баланс на период теплообработки одной камеры блока с целью определения расхода пара.

     1. ПРИХОД ТЕПЛОТЫ

     а) приход теплоты с паром (формула 6.1), но сначала определяем энтальпию пара со степенью сухости пара Q₁.

     х= 1 -0,15 = 0,85

     i_п = i + rх

     i - энтальпия жидкости

     r - теплота парообразования (находим по табл.-давление 0,2 МПа).

     i_n = 504 + 2202 0,85 = 2376 кДж/кг

     Q₁ = Д 2,376 кДж/период.

     б) приход теплоты от экзотермической реакции цемента (формула 6.3)

     Тепловыделения  цемента М 400

     Q_Э28 ⁼ 418 кДж/кг

     средняя температура бетона в одной камере

       Т_ср.б. =(20+100)0,5= 60°С

     q _{экз. цем.} = 0,0023 *418*0,668* 60 * 7 = 270 кДж/период

     (7- z - термовлажностная обработка, охлаждение не учитывается)

  При расходе цемента 460 кг/м³, тепловыделение бетона за период (Q2):

     Q₂ = 270 * 460 * 6 = 745200 кДж/период

     Общий приход тепла:

     Q₁+Q₂ = 2,376 * Д + 745200 кДж/период.

     2. РАСХОД И ПОТЕРИ  ТЕПЛОТЫ:

а) расход на нагрев сухой части бетона от 293 К до 373 К по формуле 6.5:

масса одного изделия составляет G_бет=ρ=114800

Q’₁ = 14800 * 0,9 (373 - 293) = 1065600 кДж/период 

б) расход теплоты на нагрев арматуры (формула 6.6)

Q’₂ = 15000 * 0,48 * (373 - 293) = 5,76 * 10⁵ кДж/период 

в) расход теплоты на нагрев влаги в бетоне (формула 6.7)

Q’₃ = 14800 * 7/100 * 4,18 * (373 -293) = 346438кДж/период 

г) расход теплоты на испарение влаги (формула 6.8). Остаточную влажность принимаем по практическим данным равным 4,8 %, а теплоту парообразования по таблице

Q4=14800*22,98*()=736152 кДж/период 

д) расход теплоты на нагрев конструкций установки

     Стена ограждения блока камеры сделана  из кирпича. Толщина стен составляет 0,5 м.

     Размеры ограждений камеры из таблицы. Размеры  ограждений камеры: 9 * 13 * 3,5 = 409,5 м.

     Объем стен составит: 2 * (9 * 3,5 + 13 * 3,5) * 0,5 = 77 м³.

Плотность кирпича ρ=1700 кг/м , тогда масса стен составит

G_CT = ρ* V=1700130900кг

Теплоемкость  кирпича: С_кир = 0,92 кДж/кг*К

Перекрытия - бетонные плиты, толщиной 0,1 м

Объем перекрытий составит: V=9*13*0,1=11,7 м³.

ρ_перег= 1800 кг/м³ С₆ = 0,9 кДж/кг*К 
 

Тогда масса перекрытий составит: G_oгp=ρ*V=1800*11,7=21060 кг  

Согласно  формуле 6.9

Q = (С_стен * С_кир + G_пep * С_б) * (t_к - t_н) =

= (30900 * 0,92 + 21060 * 0,6) * (313 - 293) = 2787640 кДж/период 

На одну камеру в среднем приходится 1/4 этой теплоты, тогда:    

        Q'₅ = 2787640/4 = 696910 кДж/период.  

         е) потери теплоты во внешнюю среду через ограждения (формула 6.10) найдем площадь поверхностей стен камеры по таблице: 

F_K = (2 * 7,6 - 2 * 11,5) * 3,5 = 133,7 м².

Ширина 11,5 м, высота 3,5 м.

Поскольку в блоке 4 камеры, то F= 133,7/4 = 33,43 м².

Суммарный коэффициент теплоотдачи камеры принимаем α_сум=11,6Вт/м*К, тогда  

Q’₆= α_сум(Т_ст – Т_вн)_огрτ11,6*(313 - 293)*33,43*7*3,6 = 188032 кДж/период 

     ж) потери теплоты с конденсатом, 
сначала определяем свой объем камеры 
V_k=7*3,5*2,5=61,25м³ 
V_{cb к} = 61,25 -6 = 55,25 м³

     ρ_пара=1,13 - находим по паровым таблицам

     Коэффициент утечки пара принимаем 0,05, тогда по формуле 6.11

     Q₇=Д-(0,05Д+55,25*1,13)*4,18*80= 318 Д-20877 кДж/период 

     з) потери теплоты с утечкой пара через неплотности по (формуле 6.12) при остаточном давлении пара 0,1 МПа

i_x = 2675 кДж/кг ( по паровым таблицам)

 Q₈ = Д * 0,05 * i_х = Д * 0,05 * 2675 = 134 Д кДж/период 

       и) потери теплоты с паром заполняющим свободный объем камеры при остаточном давлении 0,1 МПа находим плотность пара по таблице ρ_пара = 0,5896 кг/м³

     Q₉ =V_CB* ρ_пара*i_х = 55,25 * 0,5896 * 2675 = 87139 кДж/период  

∑Q= 1065600 + (5,76 * 10⁵) + 346438 + 736152 + 696910 + 18803: 134Д + (318Д - 20877) + 87139- 452 Д + 3675394 кДж/период 

     Расход  пара находим из уравнения теплового  баланса

     Q_прих =Q_расх

     Q1 + Q2 = 2,376 * Д + 745200 = 452 Д + 3675394

1924 Д = 2930194 Д =1523кг/период

Рассчитаем  удельный расход пара d=1523/6 = 254 кг/м³.

 

      
 

     СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ЯМНО-ПРОПАРОЧНОЙ КАМЕРЫ

      
 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основы проектирования тепловых установок. Под редакцией Павлова. 1987
2. Теплотехника, Лариков Н.Н.