ĐỒ ÁN THIẾT BỊ NHIỆT TRONG SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỀ TÀI : “Thiết kế lò nung tuynel sản phẩm sứ vệ sinh công suất 600.000 chiếc/năm, nhiệt độ nung 12500C Thời gian nung 14 Cơ cấu sản phẩm : 40% xí không phụ kiện, 60% chậu rửa mặt Nhiên liệu khí đốt (4) Thành phần hóa phối liệu tự chọn” THÀNH PHẦN NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN Mỏ CO2 0,3 CH4 93,4 Thành phần khí, % theo thể tích C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 2,1 0,8 0,4 0,3 N2 2,7 XÁC NHẬN GVHD HÀ NỘI - 2013 NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lò nung tuynel 1.1.1 Lịch sử phát minh cải tiến lò nung tuynel 1.1.2 Đặc điểm vận hành lò nung tuynel .7 1.1.3 Sơ đồ công nghệ lò nung tuynel 1.1.4 Một số kết cấu lò nung tuynel .8 1.1.4.1 Đặc điểm kích thước lò nung tuynel .8 1.1.4.2 Vagông cách xếp sản phẩm .9 1.1.5 Ưu điểm lò nung tuynel 10 1.1.6 Cung cấp lò nung tuynel hãng SACMI sản xuất 10 1.2 Tổng quan sản phẩm xí chậu rửa mặt 10 1.2.1 Tiêu chuẩn sản phẩm xí chậu rửa mặt .10 1.2.2 Hiệu kinh tế sản phẩm xí chậu rửa mặt .12 1.3.1 Nguyên liệu sản xuất sản phẩm xí 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 thành phần hóa nhiên liệu thành phần làm việc .17 2.1.3 Tính lượng không khí lý thuyết 17 2.1.4 Tính thành phần lý thuyết sản phẩm cháy ( khói lò ).(Tham khảo [2])18 2.1.5 Lượng không khí dư khói lò 18 2.1.6 Dung trọng khói lò 19 2.1.7 Hàm ẩm khói lò 19 2.1.8 Áp suất riêng phần RO2 H2O khói lò 19 2.1.9 Tính hàm nhiệt khói lò .19 2.2 Tính chọn kết cấu vagông kết cấu lò nung 20 2.2.1 Tính chọn kết cấu vagông 20 2.2.2 Tính kích thước lò nung 21 2.2.3 Chế độ gia công nhiệt đường cong nung 21 2.3 Tính cân vật chất .22 2.3.1 Chọn chế độ làm việc lò nung sứ vệ sinh 22 2.3.2 Tính cân vật chất .23 2.4 Tính cân 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 kết cấu lò 29 2.5.1 Tính kết cấu vagông 29 2.5.2 Tính kết cấu lò 32 NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ PHẦN III TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ .40 PHẦN IV KẾT LUẬN 41 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO : 42 NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ LỜI MỞ ĐẦU ****** Trong năm gần đây, Ngành sản xuất sứ vệ sinh xây dựng VN giới phát triển tương đối mạnh Nhu cầu sản phẩm liên tục tăng, theo nghiên cứu Hiệp hội gốm sứ VN, năm 2007-2009 nhu cầu tiêu thụ thị trường tăng lên mức 20% Mức tiêu thụ sản phẩm sứ vệ sinh năm 2009 thị trường nội địa đạt khoảng triệu sản phẩm, tăng 500,000 sản phẩm Những thành tựu, tiến khoa học kĩ thuật ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất sứ vệ sinh xây dựng Các thiết bị sứ vệ sinh ngày đại, tiện dụng giá thành đa dạng, Những thiết bị thiết kế thẩm mĩ, có tác dụng làm thiết bị vệ sinh chúng có tác dụng trang trí cho công trình Ngày nay, thiết bị ứng dụng nhiều công nghệ : công nghệ phủ men nano giúp sản phẩm có lớp men mịn; công nghệ chống bám bẩn giúp sản phẩm sạch; công nghệ xả nước tự động Trong trình sản xuất, sản phẩm sứ vệ sinh trải qua trình gia công nhiệt, nung công đoạn quan trọng trình Thiết bị quan trọng công đoạn nung lò nung, lò nung có nhiều kiểu phổ biến lò nung tuynel Lò tuynel 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 tự động hóa cao, chất lượng sản phẩm sau nung có độ đồng chất lượng, tỉ lệ sản phẩm khuyết tật thấp, dễ điều chỉnh nhiệt độ lò hạn chế ô nhiễm môi trường so với lò thủ công khác Việc thiết kế lò nung tuynel sản phẩm sứ vệ sinh đặc biệt quan trọng với kĩ sư vật liệu Chính lí trên, sinh viên lớp 2010VL, trường đại học Kiến Trúc Hà Nội nhận đồ án thiết bị nhiệt 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 oC Thời gian nung 14 Cơ cấu sản phẩm: 40% xí không phụ kiện, 60% chậu rửa mặt Nhiên liệu khí đốt (4) Thành phần hóa phối liệu tự chọn” Việc thực đồ án có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau học môn học “ Thiết bị nhiệt sản xuất vật liệu xây dựng” NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ Trên sở lượng kiến thức lượng kiến thức số môn khoa học liên quan, nhóm sinh viên tự thiết kế thiết bị lò nung tuynel đáp ứng yêu cầu đề tài Trong trình làm đồ án có đề tài trên, sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu việc tra cứu, vận dụng kiến thức quy định tính toán thiết kế, tự nâng cao kĩ trình bày, kĩ hoạt động nhóm giải vấn đề cách khoa học nhìn nhận có hệ thống vấn đề Nhưng kiến thức tiếp xúc thực tế chúng em hạn chế nên mong thầy cô môn, đặc biệt thầy ThS Nguyễn Xuân Quý tận tình hướng dẫn để chúng em hoàn thành với kết tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS NGUYỄN XUÂN QUÝ thầy, cô môn tận tình hướng dẫn giúp chúng em hoàn thành đồ án này! Sinh viên thực NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ PHẦN I TỔNG QUAN Ngày nay, sứ vệ sinh sản phẩm thiếu xây dựng sản phẩm chế tạo từ nguyên liệu : đất sét, vật liều gầy, phụ gia cháy ,phụ gia tăng dẻo, phụ gia hạ nhiệt độ nung men Các nguyên liệu trải qua trình nhào trộn nguyên liệu, tạo hình sản phẩm, sấy, phun men nung tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh Sản phẩm tạo thành sau trình có đặc điểm cơ, lý, hóa hoàn toàn khác so với sản phẩm mộc ( sản phẩm hoàn chỉnh có đặc điểm : cường độ cao, độ đặc lớn, cấu trúc hạt bé, khả chống thấm cao, chống ăn mòn tốt chịu tác dụng axit) Các sản phẩm sứ vệ sinh có men phải phủ khắp mặt chính, bề mặt làm việc sản phẩm, men láng bóng, có màu trắng màu theo mẫu Những chỗ không phủ men theo bề mặt kín bề mặt lắp ráp quy định riêng theo dạng sản phẩm Kiểu dáng, kích thước yêu cầu kĩ thuật chủ yếu sản phẩm sứ vệ sinh quy định theo TCVN 6073:1995 1.1 Tổng quan lò nung tuynel 1.1.1 Lịch sử phát minh cải tiến lò nung tuynel Lò nung tuynel R.A.IORD thiết kế vào năm 1840 xây dựng lần Đan Mạch năm 1953 dùng để nung gạch đỏ xếp trực tiếp lên xe nung, ban đầu lò nung tuynel không ứng dụng rộng rãi chưa khắc phục tượng khói lò tràn xuống phần xe nung từ vùng tiếp giáp xe nung xe nung với thành lò Đến năm 1877, Bốc sáng chế hệ thống van cát bố trí dọc hai bên tường lò thành xe nung Vì lò nung tuynel ứng dụng rộng rãi sản xuất gạch xây dựng, gạch chịu lửa, gốm tinh sứ cách điện,… Sơ đồ cấu tạo lò nung tuynel dạng cổ truyền đơn giản : hầm tuynel thẳng, vật liệu xếp xe nung chuyển động đường ray, ngược chiều với dòng khói Không khí lạnh vào lò làm nguội sản phẩm đốt nóng lên từ từ chuyển sang vùng nung tham gia vào trình cháy nhiên liệu rắn trộn lẫn vào nguyên liệu sản xuất mộc nạp vào qua ống đổ than hay vòi phun nhiên liệu lỏng Ở vùng nung, nhiệt độ vật liệu đạt giá trị cao Sản phẩm cháy ( khói lò ) chuyển sang vùng đốt nóng gặp xe nung với bán thành phẩm mộc tươi sấy khô chúng đốt nóng dần chúng lên trước chúng sang vùng nung Khói lò thải qua quạt hút Như lò nung tuynel chủ yếu sử dụng nhiệt 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 trình cháy nhiên liệu Nhược điểm sơ đồ lượng không khí cung cấp cho trình cháy nhiên liệu luôn lượng không khí cung cấp cho trình làm nguội sản phẩm nên đường cong nung không điều chỉnh Trao đổi nhiệt vật liệu khói lò không NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ tương xứng với lượng nhiệt thực tế cần, có tượng phân tầng khói không đồng theo tiết diện Để khắc phục nhược điển trên, lò tuynel làm việc theo sơ đồ cải tiến Tùy thuộc vào tính chất sản phẩm yêu cầu công nghệ điều chỉnh đường cong nung dễ dàng linh hoạt áp dụng phương pháp sau : • Tập trung phân tán trình cung cấp không khí vào vùng làm nguội; • Lấy phần khói nóng từ vùng làm nguội cung cấp cho vùng nung từ nhiều vị trí khác nhau; • Bố trí vùng nung số vòi phun dự trữ để thay đổi nhiệt độ khói thiết bị lắp đặt đoạn nhiệt nung cao nhất; • Áp dụng sơ đồ thu khói thải - khói lò từ vùng sấy đốt nóng nhiều vị trí phân tán; • Cấp thêm lượng không khí vào vùng sấy đốt nóng để tăng lưu lượng chất tải nhiệt, chất tải ẩm, tăng trình trao đổi nhiệt ẩm vùng; • Sử dụng hồi lưu khói thải khói nóng Đặt kênh khói hồi lưu dọc hai thành lò; • Sử dụng hệ thống quạt di động; • Sử dụng hệ thống quạt gió phụ để giải chênh lệch áp suất hai phía đáy vagông 1.1.2 Đặc điểm vận hành lò nung tuynel • Nhiên liệu : đa dạng ( rắn, lỏng khí); • Sản phẩm di chuyển, nhiệt độ cố định, dòng khói chuyển động ngược chiều sản phẩm; • Kiểm tra nhiệt độ lò can nhiệt, cài đặt theo yêu cầu; • Chế độ làm việc liên tục; • Khí thoát qua ống khói nhờ quạt hút; NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 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 lò nung tuynel Chiều rộng lò nung tuynel : từ 1,7 đến 3m Đối với lò nung vật liệu xếp tầng xe nung cần khống chế bề rộng(B) tầm với người xếp sản phẩm khoảng 1-1,3m Chiều cao lò nung tuynel tính 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 sản phẩm , cần đảm bảo để thời gian vật liệu lưu lò chọn : L = v.ʈCK, m Trong : v : vận tốc bước nhảy xe nung; ʈCK : Thời gian lưu vật liệu, cấu kiện lò, Chiều dài lò nung tuylen khoảng 50-100m Móng lò xây từ đá hộc từ bê tông đá dăm đặt cát Tường lò vòm lò : Ở vùng nhiệt độ 600 0C tường lò xây gạch đỏ chiều dày lớn 510mm Vòm cấu tạo từ lớp gạch samốt dày 230mm lớp gạch đỏ dày 230mm, có lớp trát thông thường dày 50mm lớp trát đất sét chịu lửa 15mm lớp xỉ dày 200-250mm cách nhiệt dày 100-120mm Ở vùng nung ( nhiệt độ 10000C ) tường gồm lớp gạch samốt dày 230mm, gạch chịu nhiệt NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ nhẹ dày 250mm Vòm gồm lớp gạch samốt dày 230mm, lớp lót vữa thường 50mm đất sét chịu lửa 15mm Sau lớp gạch nhẹ chịu nhiệt 65mm đổ lớp xỉ, có lát gạch đè lên để đảm bảo độ kín cho lò Xu hướng chung kĩ thuật lò sử dụng kết cấu lắp ghép có kích thước lớn sản xuất từ bê tông nhẹ chịu nhiệt 1.1.4.2 Vagông cách xếp sản phẩm Vagông có cấu trúc từ hai phần : Phần khung kim loại, nhiệt độ làm việc phần khung không vượt 200 0C phần lót cách nhiệt, chịu lửa chiều dày từ 250-700mm phụ thuộc vào nhiệt độ cao vùng nung Giữa phần khung phần lót có lớp vải axbết, lớp samốt nhẹ Khối đường bao bốn góc xây gạch chịu lửa có gờ thích hợp Phần lại xây bê tông chịu nhiệt Để đảm bảo độ kín khoảng không làm việc lò khoảng không vagông dọc hai bên tường lò có kết cấu máng cát( thường gọi van cát), vagông dọc hai bên có hàn thép chịu nhiệt ( dao vagông), vagông có kết cấu khớp nối có rãnh Lớp lót vagông gốm gạch cách nhiệt Ngoài kết cấu mối nối vagông hệ thống van cát dọc hai bên lò nung giúp cho lò làm việc với độ kín khí cao, thiết kế lò có hệ thống cửa hai đầu lò, buồng kín khói đầu( đầu vào lò) hai đầu Buồng có cửa đóng mở phù hợp với chế độ làm việc kích đẩy theo chương trình điều khiển tự động lập trình sẵn Khối xếp sản phẩm vagông cần phải vững để vagông dịch chuyển bán thành phẩm không bị đổ Các bán thành phẩm xếp vagông theo số cách hình : NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 1.1.5 Ưu điểm lò nung tuynel Lò nung tuynel từ thiết kế vào năm 1840, liên tục cải tiến để hoàn thiện dần có ưu điểm sau : • Nhiên liệu : đa dạng, dùng nhiên liệu rắn( than), nhiên liệu lỏng(dầu) 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 lò cao sử dụng tốt lượng nhiệt phần nung sang dùng cho phần sấy, hạn chế thất thoát nhiệt lượng; • Là thiết bị nhiệt hoạt động liên tục có khả tự động hóa, giới hóa cao làm giảm nhẹ sức lao động người khâu xếp bốc dỡ sản phẩm lên vagông thực lò; • Quy trình điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng ; • Hạn chế gây ô nhiễm môi trường 1.1.6 Cung cấp lò nung tuynel hãng SACMI sản xuất Thông số lò Chiều rộng bên lò Chiều rộng hữu ích vagông Chiều dài hữu ích vagông Chiều cao hữu ích sản phẩm xếp lên vagông Diện tích hữu ích vagông Số vagông trung bình chu kì Nhiệt độ tối đa cấu trúc Nhiệt độ làm việc tối đa Thời gian nung sản phẩm(chu kì nung) Nhiệt lượng cần dùng Chiều dài lò Loại XLNt 340 3450mm 3235mm 1400mm Loại XLNt 400 4000mm 3845mm 1400mm 800-1100mm 800-1100mm 4,48m2 5,32m2 26 vagông 30 vagông 1350oC 1250oC 1350oC 1250oC 10-14h 10-14h 1100-13300 kcal/kg 60-110m 1100-1300 kcal/kg 90-120m Các thông số SACMI thay đổi để phù hợp với sở bốtrí, yêu cầu khách hàng 1.2 Tổng quan sản phẩm xí chậu rửa mặt 1.2.1 Tiêu chuẩn sản phẩm xí chậu rửa mặt Các sản phẩm sứ vệ sinh sản xuất Việt Nam phải tuân thủ theo TCVN 6073:1995 Việt Nam Cụ thể tiêu TCVN 6073:1995 mà sản phẩm sứ NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 10 → X Qtlv 245, 021.8673, 02 = = 3035,817 m3/h 700 700 • Tiêu thụ nhiên liệu chuẩn : X y = • Tiêu thụ nhiên liệu chuẩn riêng phần theo sản phẩm : x= Xy G cc = 3035,817 = 3, 323 m3/kg 913,536 G = G = 913,536 kg/h cc W VL • Nhiệt tiêu thụ riêng phần theo sản phẩm : X Qtlv 245, 031.8573, 02 q= = = 2299, 477 kcal/kg G cc 913,536 • Công suất nhiệt thiết bị : 0 Q = X (Qtlv + Cnl tnl + Vα0 C K t kk ) kcal/h Q = 245, 031.(8573, 02 + 0,36.27 +1, 2.8,892.0, 33.27) = 2.126.333, 262 kcal/h 2.5 Tính kết cấu vagông kết cấu lò 2.5.1 Tính kết cấu vagông Nhiệt độ lớn mà vagông phải nhận nhiệt độ lớn khí nóng lò (1350oC) Nhiệt độ vagông vào lò 27°C Nhiệt độ cho phép gầm vagông 200°C Hình ảnh: kết cấu va gông Chọn cấu tạo vagông gồm lớp gạch: • Lớp cùng: lớp gạch chịu nhiệt bê tông chịu nhiệt chất độn samốt, đinát có nhiệt độ sử dụng 1710o C • Lớp giữa: lớp cách nhiệt, sử dụng samốt A có nhiệt độ sử dụng 1770oC– 2000oC • Lớp cùng: lớp gạch đỏ nằm khung thép cấu tạo nên vagông NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 29 Xác định chiều dày lớp cho vagông: • Lớp chịu nhiệt sử dụng bê tông chịu nhiệt: Chiều dày d1(mm) Hệ số dẫn nhiệt λ1= 0,41 - 0,000456t1(W/m.độ) Dự kiến nhiệt độ trung bình lớn mà lớp vật liệu phải làm việc t1 = 800°C  λ = 0,41 - 0,000456.800 = 0,0456(W/m.độ) Nhiệt dung riêng vật liệu là: C1 = 0,835 (kJ/kg.độ) Khối lượng thể tích: γ1 = 1850 kg/m3 • Lớp cách nhiệt sử dụng gạch samốtA: Chiều dày d2 (mm) Hệ số dẫn nhiệt λ2=0,88 + 0,00023t2(W/m.độ) Nhiệt độ mà lớp vật liệu phải chịu giả thiết t2 = 270°C  λ2 = 0,88 + 0,00023.270 = 0,942 (W/m.độ) Nhiệt dung riêng: C2 = 0,865 + 0,00021t2 (kJ/kg.độ) Khối lượng thể tích: γ2 = 1900 kg/m3 • Lớp lót gạch đỏ: Chiều dày d3 = 120(mm) Nhiệt độ làm việc lớp vật liệu không 200°C, chọn t = 200°C Khối lượng thể tích: γ3 Sự truyền nhiệt qua vagông biểu diễn theo sơ đồ: Tkn t1 t2 t3 tkk Mật độ dòng nhiệt tính theo công thức sau: q= Giá trị t kl − t 1350 − 200 = δ d1 0,226 ( KJ/m2) +∑ + + α1 λ α 0,0456 0,942 nhỏ nên bỏ qua, mật độ dòng nhiệt tính là: α1 q= 1350 − 200 d1 0,226 (KJ/m2.h) + 0,0456 0,942 NHÓM GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 30 Mật độ dòng nhiệt tổn thất định mức: q dm o t mtr 1350 = 50 + = 50 + = 725 (Kcal/m2h) 2  qđm = 725(Kcal/m2h) = 725.4,186 = 3034,85(KJ/m2h) = 3034,85 = 843,01(W/m2) 3,6 Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường vagông mật độ dòng nhiệt: qđm ≥ q  843,01≥ q= 1350 − 200 d1 1350 − 200 0,226 d1 0,226  ≥ −  d1 ≥ 0,058m + 0,0456 843,01 0,942 0,0456 0,942 Chọn giá trị d1 = 0,1 m = 100 mm Xác định nhiệt độ thực bề mặt lớp vật liệu Tính mật độ dòng nhiệt truyền qua kết cấu vagông: q= 1350 − 200 0,1 0,226 =468,59 (W/m2) + 0,0456 0,942 Xác định nhiệt độ làm việc lớp vật liệu: • Nhiệt độ làm việc bề mặt lớp bê tông chịu nhiệt t1 t1 = t kn − q × ( °C ) α1 λ1 – Hệ số trao đối nhiệt khói lò với mặt vagông Giá trị nhỏ nên bỏ qua α1 Do vậy: t1 = tkn = 1350oC +Nhiệt độ bề mặt lớp samốt t2 t = t1 − q × • Nhiệt độ bề mặt lớp khung thép t3 t3 = t − q × • • d1 0,1 = 1350 – 468,95 = 313 oC λ1 0,0456 d2 0,226 = 313 – 648,95 = 200oC λ2 0,942 Do nhiệt độ làm việc lớp samốt A là: Nhiệt độ mặt tt = 313 oC Nhiệt độ làm việc lớp là: td = 200 oC Nhiệt độ làm việc trung bình vagông là: tTB = NHÓM 313 + 200 = 256 oC GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN QUÝ 31 • Kiểm tra chênh lệch nhiệt độ ?Δt? = 270 – 256 = 44 oC ∆t 44 × 100% = × 100% = 4,9% (