ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 1 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT TRONG SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỀ TÀI : THÀNH PHẦN NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN Mỏ Thành phần khí, % theo thể tích CO 2 CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 C 5 H 12 N 2 4 0,3 93,4 2,1 0,8 0,4 0,3 2,7 XÁC NHẬN GVHD “Thiết kế lò nung tuynel sản phẩm sứ vệ sinh công suất 600.000 chiếc/năm, nhiệt độ nung 1250 0 C. Thời gian nung 14 giờ. Cơ cấu sản phẩm : 40% xí bệt không phụ kiện, 60% chậu rửa mặt. Nhiên liệu khí đốt (4). Thành phần hóa phối liệu tự chọn”. HÀ NỘI - 2013 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 PHẦN I . TỔNG QUAN 6 1.1. Tổng quan lò nung tuynel 6 1.1.1. Lịch sử phát minh và cải tiến lò nung tuynel 6 1.1.2. Đặc điểm vận hành của lò nung tuynel 7 1.1.3. Sơ đồ công nghệ lò nung tuynel 8 1.1.4. Một số kết cấu lò nung tuynel 8 1.1.4.1. Đặc điểm kích thước của lò nung tuynel 8 1.1.4.2. Vagông và cách xếp sản phẩm 9 1.1.5. Ưu điểm của lò nung tuynel 10 1.1.6 Cung cấp lò nung tuynel do hãng SACMI sản xuất 10 1.2. Tổng quan sản phẩm xí bệt và chậu rửa mặt 10 1.2.1. Tiêu chuẩn của sản phẩm xí bệt và chậu rửa mặt 10 1.2.2. Hiệu quả kinh tế của sản phẩm xí bệt và chậu rửa mặt 12 1.3.1. Nguyên liệu sản xuất sản phẩm xí bệt và chậu rửa mặt 13 1.3.2. Dây chuyền công nghệ 14 PHẦN II . TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL 17 2.1. Tính cháy nhiên liệu(Tham khảo [2] ) 17 2.1.1. Chuyển các thành phần hóa nhiên liệu về thành phần làm việc 17 2.1.3. Tính lượng không khí lý thuyết 17 2.1.4. Tính thành phần lý thuyết của sản phẩm cháy ( khói lò ).(Tham khảo [2])18 2.1.5. Lượng không khí dư trong khói lò 18 2.1.6. Dung trọng của khói lò 19 2.1.7. Hàm ẩm của khói lò 19 2.1.8. Áp suất riêng phần của RO2 và H2O trong khói lò 19 2.1.9. Tính hàm nhiệt khói lò 19 2.2. Tính chọn kết cấu vagông và kết cấu lò nung 20 2.2.1. Tính chọn kết cấu vagông 20 2.2.2. Tính kích thước cơ bản của lò nung 21 2.2.3. Chế độ gia công nhiệt và đường cong nung 21 2.3. Tính cân bằng vật chất 22 2.3.1. Chọn chế độ làm việc của lò nung sứ vệ sinh 22 2.3.2. Tính cân bằng vật chất 23 2.4. Tính cân bằng nhiệt cho toàn lò 25 2.4.1. Phần cung cấp (tham khảo [2]) 25 2.4.2. Phần tiêu tốn 27 2.5. Tính kết cấu vagông và kết cấu lò 29 2.5.1. Tính kết cấu vagông 29 2.5.2. Tính kết cấu lò 32 NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 2 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH PHẦN III. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 40 PHẦN IV. KẾT LUẬN 41 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO : 42 NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 3 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH LỜI MỞ ĐẦU ****** Trong những năm gần đây, Ngành sản xuất sứ vệ sinh trong xây dựng tại VN và trên thế giới phát triển tương đối mạnh. Nhu cầu về những sản phẩm này liên tục tăng, theo nghiên cứu của Hiệp hội gốm sứ VN, trong 2 năm 2007-2009 nhu cầu tiêu thụ của thị trường đã tăng lên mức 20%. Mức tiêu thụ sản phẩm sứ vệ sinh trong năm 2009 của thị trường nội địa đạt khoảng hơn 9 triệu sản phẩm, tăng hơn 500,000 sản phẩm. Những thành tựu, tiến bộ của khoa học kĩ thuật đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực sản xuất sứ vệ sinh trong xây dựng. Các thiết bị sứ vệ sinh ngày càng hiện đại, tiện dụng và giá thành đa dạng, Những thiết bị này được thiết kế thẩm mĩ, không những chỉ có tác dụng làm thiết bị vệ sinh chúng còn có tác dụng trang trí cho công trình. Ngày nay, những thiết bị này còn được ứng dụng nhiều công nghệ như : công nghệ phủ men nano giúp sản phẩm có lớp men mịn; công nghệ chống bám bẩn giúp sản phẩm luôn sạch; công nghệ xả nước tự động. Trong quá trình sản xuất, các sản phẩm sứ vệ sinh này đều trải qua quá trình gia công nhiệt, nung là một công đoạn quan trọng trong quá trình này. Thiết bị quan trọng nhất của công đoạn nung là lò nung, lò nung có nhiều kiểu nhưng phổ biến nhất hiện nay là lò nung tuynel. Lò tuynel là kiểu lò nung có chế độ làm việc liên tục với buồng đốt cố định, có dạng hầm. Với ưu điểm : nhiên liệu đa dạng, khả năng tự động hóa cao, chất lượng sản phẩm sau nung có độ đồng đều về chất lượng, tỉ lệ sản phẩm khuyết tật thấp, dễ điều chỉnh nhiệt độ trong lò và hạn chế ô nhiễm môi trường so với các lò thủ công khác. Việc thiết kế được lò nung tuynel sản phẩm sứ vệ sinh đặc biệt quan trọng với kĩ sư vật liệu. Chính vì những lí do trên, sinh viên lớp 2010VL, trường đại học Kiến Trúc Hà Nội đã được nhận đồ án thiết bị nhiệt trong sản xuất vật liệu xây dựng với đề tài: “Thiết kế lò nung tuynel sản phẩm sứ vệ sinh công suất 600.000 chiếc/năm, nhiệt độ nung 1250 o C . Thời gian nung là 14 giờ. Cơ cấu sản phẩm: 40% xí bệt không phụ kiện, 60% chậu rửa mặt. Nhiên liệu khí đốt (4). Thành phần hóa phối liệu tự chọn”. Việc thực hiện đồ án này rất có ích cho sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã học môn học “ Thiết bị nhiệt trong sản xuất vật liệu xây dựng”. NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 4 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH Trên cơ sở lượng kiến thức đó và lượng kiến thức của một số môn khoa học liên quan, mỗi nhóm sinh viên sẽ tự thiết kế thiết bị lò nung tuynel đáp ứng yêu cầu của đề tài. Trong quá trình làm đồ án có đề tài trên, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng những kiến thức quy định trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày, kĩ năng hoạt động nhóm và giải quyết vấn đề một cách khoa học và nhìn nhận có hệ thống về một vấn đề. Nhưng do kiến thức và sự tiếp xúc thực tế của chúng em còn hạn chế nên rất mong các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là thầy ThS. Nguyễn Xuân Quý tận tình hướng dẫn để chúng em hoàn thành với kết quả tốt nhất. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. NGUYỄN XUÂN QUÝ và các thầy, cô trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn và giúp chúng em hoàn thành đồ án này! Sinh viên thực hiện NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 5 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH PHẦN I . TỔNG QUAN Ngày nay, sứ vệ sinh là sản phẩm không thể thiếu trong xây dựng. các sản phẩm này được chế tạo từ các nguyên liệu chính như : đất sét, vật liều gầy, phụ gia cháy ,phụ gia tăng dẻo, phụ gia hạ nhiệt độ nung và men. Các nguyên liệu này trải qua các quá trình nhào trộn nguyên liệu, tạo hình sản phẩm, sấy, phun men và nung sẽ tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh. Sản phẩm được tạo thành sau quá trình trên có những đặc điểm cơ, lý, hóa hoàn toàn khác so với sản phẩm mộc ( sản phẩm hoàn chỉnh có những đặc điểm : cường độ cao, độ đặc lớn, cấu trúc hạt bé, khả năng chống thấm cao, chống ăn mòn tốt và chịu được tác dụng của axit). Các sản phẩm sứ vệ sinh có men phải phủ đều khắp trên mặt chính, bề mặt làm việc của sản phẩm, men láng bóng, có màu trắng hoặc màu theo mẫu. Những chỗ không phủ men theo bề mặt kín hoặc bề mặt lắp ráp quy định riêng theo từng dạng sản phẩm. Kiểu dáng, kích thước cơ bản và các yêu cầu kĩ thuật chủ yếu của sản phẩm sứ vệ sinh được quy định theo TCVN 6073:1995. 1.1. Tổng quan lò nung tuynel 1.1.1. Lịch sử phát minh và cải tiến lò nung tuynel Lò nung tuynel do R.A.IORD thiết kế vào năm 1840 và được xây dựng lần đầu tiên tại Đan Mạch năm 1953 dùng để nung gạch đỏ xếp trực tiếp lên các xe nung, nhưng ban đầu lò nung tuynel không được ứng dụng rộng rãi do chưa khắc phục được hiện tượng khói lò tràn xuống phần dưới của xe nung từ vùng tiếp giáp giữa các xe nung và xe nung với thành lò. Đến năm 1877, Bốc đã sáng chế ra hệ thống van cát bố trí dọc hai bên tường lò và thành xe nung. Vì vậy lò nung tuynel được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất gạch xây dựng, gạch chịu lửa, gốm tinh và sứ cách điện,… Sơ đồ cấu tạo lò nung tuynel dạng cổ truyền đơn giản : hầm tuynel thẳng, vật liệu xếp trên xe nung chuyển động trên đường ray, ngược chiều với dòng khói. Không khí lạnh khi vào lò làm nguội sản phẩm được đốt nóng lên từ từ và được chuyển sang vùng nung tham gia vào quá trình cháy nhiên liệu rắn được trộn lẫn vào nguyên liệu sản xuất mộc hoặc nạp vào qua ống đổ than hay vòi phun nhiên liệu lỏng. Ở vùng nung, nhiệt độ của vật liệu đạt giá trị cao nhất. Sản phẩm cháy ( khói lò ) được chuyển sang vùng đốt nóng gặp các xe nung với bán thành phẩm mộc tươi sấy khô chúng và đốt nóng dần chúng lên trước khi chúng sang vùng nung. Khói lò được thải ra ngoài qua quạt hút. Như vậy ở trong lò nung tuynel chủ yếu sử dụng nhiệt của khói lò từ vùng nung để đốt nóng vật liệu đưa vào lò nung đồng thời sản phẩm cần làm nguội trao đổi nhiệt cấp để đốt nóng không khí cung cấp cho quá trình cháy nhiên liệu. Nhược điểm của sơ đồ này là lượng không khí cung cấp cho quá trình cháy nhiên liệu luôn luôn bằng lượng không khí cung cấp cho quá trình làm nguội sản phẩm nên đường cong nung không điều chỉnh được. Trao đổi nhiệt giữa vật liệu và khói lò không NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 6 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH tương xứng với lượng nhiệt trong thực tế cần, có hiện tượng phân tầng khói không đồng đều theo tiết diện. Để khắc phục những nhược điển trên, hiện nay lò tuynel làm việc theo sơ đồ cải tiến. Tùy thuộc vào tính chất sản phẩm và yêu cầu của công nghệ có thể điều chỉnh đường cong nung dễ dàng và linh hoạt do áp dụng những phương pháp sau : • Tập trung hoặc phân tán quá trình cung cấp không khí vào vùng làm nguội; • Lấy một phần khói nóng từ vùng làm nguội cung cấp cho vùng nung từ một hoặc nhiều vị trí khác nhau; • Bố trí ở vùng nung một số vòi phun dự trữ để thay đổi nhiệt độ của khói và thiết bị lắp đặt ở đoạn nhiệt nung cao nhất; • Áp dụng sơ đồ thu khói thải - khói lò từ vùng sấy và đốt nóng bằng nhiều vị trí phân tán; • Cấp thêm một lượng không khí vào vùng sấy và đốt nóng để tăng lưu lượng chất tải nhiệt, chất tải ẩm, tăng quá trình trao đổi nhiệt và ẩm trong vùng; • Sử dụng hồi lưu khói thải và khói nóng. Đặt các kênh khói hồi lưu ở dọc hai thành lò; • Sử dụng hệ thống quạt di động; • Sử dụng hệ thống quạt gió phụ để giải quyết sự chênh lệch áp suất ở hai phía đáy vagông. 1.1.2. Đặc điểm vận hành của lò nung tuynel • Nhiên liệu : đa dạng ( rắn, lỏng và khí); • Sản phẩm di chuyển, nhiệt độ cố định, dòng khói chuyển động ngược chiều sản phẩm; • Kiểm tra nhiệt độ của lò bằng can nhiệt, có thể cài đặt theo yêu cầu; • Chế độ làm việc liên tục; • Khí thoát ra qua ống khói nhờ quạt hút; NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 7 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH 1.1.3. Sơ đồ công nghệ lò nung tuynel 1.1.4. Một số kết cấu lò nung tuynel 1.1.4.1. Đặc điểm kích thước của lò nung tuynel Chiều rộng của lò nung tuynel : từ 1,7 đến 3m. Đối với lò nung vật liệu xếp trên tầng của xe nung cần khống chế bề rộng(B) bằng tầm với được của người xếp sản phẩm trong khoảng 1-1,3m. Chiều cao lò nung tuynel được tính bằng khoảng cách từ mặt xe nung đến khóa vòm. Đối với lò nung gạch, đá gốm chọn H = 1,4 – 1,8 m. Chiều dài lò nung tuynel(L) theo chế độ nung cần thiết của sản phẩm , cần đảm bảo để thời gian vật liệu lưu trong lò chọn : L = v.ʈ CK , m Trong đó : v : vận tốc hoặc bước nhảy xe nung; ʈ CK : Thời gian lưu vật liệu, cấu kiện trong lò, giờ. Chiều dài lò nung tuylen trong khoảng 50-100m. Móng lò được xây từ đá hộc hoặc từ các tấm bê tông đá dăm đặt trên nền cát. Tường lò và vòm lò : Ở vùng nhiệt độ dưới 600 0 C tường lò được xây bằng gạch đỏ chiều dày lớn hơn 510mm. Vòm được cấu tạo từ lớp gạch samốt dày 230mm hoặc lớp gạch đỏ dày 230mm, có lớp trát thông thường dày 50mm hoặc lớp trát đất sét chịu lửa 15mm và trên cùng là lớp xỉ dày 200-250mm hoặc cách nhiệt dày 100-120mm. Ở vùng nung ( nhiệt độ 1000 0 C ) tường gồm lớp gạch samốt dày 230mm, gạch chịu nhiệt NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 8 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH nhẹ dày 250mm. Vòm gồm lớp gạch samốt dày 230mm, lớp lót vữa thường 50mm hoặc đất sét chịu lửa 15mm. Sau đó là lớp gạch nhẹ chịu nhiệt 65mm và trên cùng đổ một lớp xỉ, trên đó có lát gạch đè lên để đảm bảo độ kín cho lò. Xu hướng chung trong kĩ thuật lò sử dụng các kết cấu lắp ghép có kích thước lớn hơn được sản xuất từ bê tông nhẹ chịu nhiệt. 1.1.4.2. Vagông và cách xếp sản phẩm Vagông có cấu trúc từ hai phần : Phần khung bằng kim loại, nhiệt độ làm việc của phần khung không được vượt quá 200 0 C và phần lót cách nhiệt, chịu lửa chiều dày từ 250-700mm phụ thuộc vào nhiệt độ cao nhất của vùng nung. Giữa phần khung và phần lót có một lớp vải axbết, tiếp theo là một lớp samốt nhẹ. Khối đường bao bốn góc xây bằng gạch chịu lửa có gờ thích hợp. Phần còn lại xây bằng bê tông chịu nhiệt. Để đảm bảo độ kín khoảng không làm việc của lò và khoảng không dưới vagông dọc hai bên tường lò có kết cấu máng cát( thường gọi là van cát), ở vagông dọc hai bên có hàn tấm thép chịu nhiệt ( dao vagông), giữa các vagông có kết cấu khớp nối có rãnh. Lớp lót vagông bằng gốm và gạch cách nhiệt. Ngoài kết cấu mối nối giữa các vagông và hệ thống van cát dọc hai bên lò nung giúp cho lò làm việc với độ kín khí cao, trong thiết kế lò còn có hệ thống cửa ở hai đầu lò, buồng kín khói ở một đầu( đầu vào của lò) hoặc ở cả hai đầu. Buồng này có cửa đóng và mở phù hợp với chế độ làm việc của kích đẩy theo một chương trình điều khiển tự động lập trình sẵn. Khối xếp sản phẩm trên vagông cần phải vững để khi các vagông dịch chuyển bán thành phẩm không bị đổ. Các bán thành phẩm được xếp trên các vagông theo một số cách như hình dưới đây : NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 9 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH 1.1.5. Ưu điểm của lò nung tuynel Lò nung tuynel từ khi được thiết kế vào năm 1840, đã liên tục được cải tiến để hoàn thiện dần và có những ưu điểm sau đây : • Nhiên liệu : đa dạng, có thể dùng nhiên liệu rắn( than), nhiên liệu lỏng(dầu) hoặc nhiên liệu khí; • Có thể gia công nhiệt nhiều loại sản phẩm khác nhau( gốm dân dụng, gốm kĩ thuật, sứ vệ sinh,…); • Hiệu suất của lò cao do sử dụng tốt lượng nhiệt trong phần nung sang dùng cho phần sấy, hạn chế sự thất thoát nhiệt lượng; • Là thiết bị nhiệt hoạt động liên tục và có khả năng tự động hóa, cơ giới hóa cao làm giảm nhẹ sức lao động của con người trong các khâu xếp và bốc dỡ sản phẩm lên vagông được thực hiện ngoài lò; • Quy trình điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng ; • Hạn chế gây ô nhiễm môi trường. 1.1.6 Cung cấp lò nung tuynel do hãng SACMI sản xuất Thông số lò Loại XLNt 340 Loại XLNt 400 Chiều rộng bên trong lò 3450mm 4000mm Chiều rộng hữu ích của vagông 3235mm 3845mm Chiều dài hữu ích của vagông 1400mm 1400mm Chiều cao hữu ích của sản phẩm xếp lên vagông 800-1100mm 800-1100mm Diện tích hữu ích của vagông 4,48m 2 5,32m 2 Số vagông trung bình trong một chu kì 26 vagông 30 vagông Nhiệt độ tối đa của cấu trúc 1350 o C 1350 o C Nhiệt độ làm việc tối đa 1250 o C 1250 o C Thời gian nung sản phẩm(chu kì nung) 10-14h 10-14h Nhiệt lượng cần dùng 1100-13300 kcal/kg 1100-1300 kcal/kg Chiều dài lò 60-110m 90-120m Các thông số trên có thể được SACMI thay đổi để phù hợp với cơ sở bốtrí, yêu cầu của khách hàng. 1.2. Tổng quan sản phẩm xí bệt và chậu rửa mặt 1.2.1. Tiêu chuẩn của sản phẩm xí bệt và chậu rửa mặt Các sản phẩm sứ vệ sinh được sản xuất tại Việt Nam phải tuân thủ theo TCVN 6073:1995 của Việt Nam. Cụ thể các chỉ tiêu của TCVN 6073:1995 mà sản phẩm sứ NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 10 [...]... Điều chỉnh mật độ hồ Bể cấp phối liệu Bơm 1 Thiết bị đúc rót tự động Khuôn đã sấy Đúc rót hồ thừa Buồng làm cứng xuơng sửa chữa, hoàn thiện bề mặt Hoàn thiện sp, hong phơi Kho dự trữ mộc 2 NHểM 5 GVHD : Th.S NGUYN XUN QUí 15 N THIT B NHIT THIT K Lề NUNG TUYNEL SN PHM S V SINH 2 Vagông Sấy tuynen mộc Vagông Kho chứa mộc sau sấy Làm sạch bán thành phẩm Tráng men, hong sơ bộ Va gông Nung tuynen Vagông . ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 1 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT TRONG SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỀ. 4 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG TUYNEL SẢN PHẨM SỨ VỆ SINH Trên cơ sở lượng kiến thức đó và lượng kiến thức của một số môn khoa học liên quan, mỗi nhóm sinh viên sẽ tự thiết kế thiết bị. 200-250mm hoặc cách nhiệt dày 100-120mm. Ở vùng nung ( nhiệt độ 1000 0 C ) tường gồm lớp gạch samốt dày 230mm, gạch chịu nhiệt NHÓM 5 GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 8 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT THIẾT KẾ LÒ NUNG