Tài liệu Nghiên cứu chế tạo microsilica từ tro trấu thay thế muội ôxit silic trong bê tông chất lượng cao

  • Số trang: 45 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 308 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Nghiên cứu chế tạo microsilica từ tro trấu thay thế muội ôxit silic trong bê tông chất lượng cao
Nghiên cứu chế tạo microsilica từ tro trấu thay thế muội ôxit silic trong bê tông chất lượng cao MỤC LỤC Nội dung.............................................................................................................2 I. Tình hình nghiên cứu lò đốt trấu trong và ngoài nước.........................................................................2 I.1. Giới thiệu về trấu và tro trấu [1]....................................................................................................2 I.2. Các loại lò đốt trấu trên thế giới [1]...............................................................................................3 II. Các chỉ tiêu cơ bản của lò đốt trấu công nghiệp do nước ngoài thiết kế và chế tạo ..........................8 III. Nghiên cứu tối ưu hoá kết cấu chịu nhiệt cách nhiệt lò đốt trấu công nghiệp cấp nhiệt cho hầm sấy tuynen công suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm và tận dụng tro trấu làm phụ gia khoáng cho bê tông.......................................................................................................................................................10 III.1.Tớnh cách nhiệt, nhiệt trị và cường độ dòng nhiệt theo thể tích của nguyên mẫu lò đốt trấu .......................................................................................................................................................10 III.1.1. Tính cách nhiệt ...........................................................................................................10 a. Phần lò đốt ........................................................................................................................10 b. Phần trên lò đốt ...............................................................................................................11 c. Phần ống dẫn khí nóng......................................................................................................12 III.1.2. Nhiệt trị thấp làm việc của trấu ......................................................................................12 III.1.3. Cường độ dòng nhiệt theo thể tích ................................................................................12 III.2. Tính lượng nhiệt yêu cầu cho quá trình sấy gạch mộc công suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm....................................................................................................................................13 III.2.1. Các số liệu về lò nung Tuynen .......................................................................................13 III.2.2. Các số liệu về hầm sấy Tuynen .......................................................................................31 III.3. Thiết kế mẫu lò đốt trấu đáp ứng cho nhu cầu sấy gạch mộc công suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm ............................................................................................................................39 III.3.1.Trường hợp tối thiểu ......................................................................................................39 III.3.2. Trường hợp tối đa ........................................................................................................40 III.3.3. Trường hợp trung gian ...................................................................................................41 IV. Mô hình bố trí lò đốt trấu công nghiệp cấp nhiệt cho hầm sấy tuynen công suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm và tận dụng tro trấu làm phụ gia khoáng cho bê tông ...................................42 IV.1. Mô tả mô hình...................................................................................................................42 IV.2. Yêu cầu đối với tro trấu sử dụng làm phụ gia khoáng cho bê tông [1]...............................42 IV.2.1. Tính năng kỹ thuật của tro và trấu..................................................................................42 b.Thành phần khoáng ...........................................................................................................44 Trấu là một thải phẩm nông nghiệp có khối lượng lớn. Khi gia công trấu trong những điều kiện thích hợp sẽ thu được tro trấu có nhiều tính chất tương 1 tự silica fume, như có hàm lượng ụxit silic vô định hình và tỷ diện tích bề mặt lớn. .........................................................................................................................44 V. Kết luận ......................................................................................................44 VI. Tài liệu tham khảo ..................................................................................45 Nội dung I. Tình hình nghiên cứu lò đốt trấu trong và ngoài nước I.1. Giới thiệu về trấu và tro trấu [1] Trấu là phần vỏ ngoài bao quanh hạt thóc, khi xay xát nó được tách ra dưới dạng thải phẩm. Do trấu có khối lượng thể tích nhỏ (khoảng 0,1 tấn/m 3) nên cần phải tốn 2 khá nhiều diện tích để chứa loại phế thải này. Đối với các cơ sở xay xát gạo tập trung, có công suất lớn thì việc xử lý lượng trấu thải ra hàng ngày là một vấn đề cấp bách. Một trong các phương pháp xử lý là đốt trấu để giảm khối lượng và thể tích của nó, đồng thời có thể tận dụng được lượng nhiệt toả ra trong quá trình đốt trấu. Khi đốt trấu tạo thành một lượng tro khoảng 20% khối lượng trấu ban đầu và toả ra nhiệt lượng khoảng 13200-16200 kJ/kg. Hàm lượng trấu trong thóc chiếm khoảng 20%, như vậy cứ xay xát 1 tấn thúc thỡ sẽ thải ra 200 kg trấu, mà khi đốt sẽ cho khoảng 40 kg tro. Tuy nhiên đây là số liệu trung bình vì hàm lượng trấu trong thóc và hàm lượng tro trong trấu dao động trong một phạm vi khá lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống lúa, chất đất, phân bón, thời vụ, khí hậu, v.v. Theo tài liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Thế giới (FAO) thì sản lượng thóc năm 2003 trên thế giới là 588,56 triệu tấn, trong đó Việt Nam chiếm 34,51 triệu tấn. Nếu sử dụng các số liệu trung bình về hàm lượng trấu, tro và nhiệt lượng nêu trên để tính toán thì lượng tro và lượng nhiệt có thể thu được khi đốt lượng trấu thải ra trong năm 2003 trên thế giới là 23,54 triệu tấn và 153x10 10191x1010 MJ. Còn ở Việt Nam lượng trấu và tro trấu tiềm năng thu được trong năm 2003 sẽ tương ứng là 6,9 triệu tấn và 1,38 triệu tấn; còn lượng nhiệt toả ra khi đốt trấu là 1,8x1010-2,2x1010 MJ, tương đương với nhiệt lượng của khoảng 716.000 – 875.000 tấn than đá. Song trên thực tế, do thóc là sản phẩm nông nghiệp được sản xuất rải rác trờn cỏc vựng lãnh thổ rộng lớn, nên khó có thể thu hồi được toàn bộ số trấu để xử lý nhằm thu được số tro và nhiệt lượng như số liệu thống kê trên. Do tro trấu có hàm lượng ụxit silic rất lớn và nếu được gia công trong điều kiện thích hợp thỡ cú độ hoạt tính puzơlan rất cao, nên có thể sử dụng nó làm phụ gia khoáng hoạt tính trong xi măng và bê tông. Cook ước tính có thể thu hồi được một phần ba số trấu thải ra hàng năm và đốt thành tro để sử dụng làm phụ gia puzơlan thay thế một phần xi măng. Lượng puzơlan này có tiềm năng rất lớn, đặc biệt là ở một số nước trồng nhiều lúa như Trung Quốc, ấn Độ, Inđụnờxia, Việt Nam, Thái Lan, v.v. I.2. Các loại lò đốt trấu trên thế giới [1] Mục đích của việc đốt trấu là tận dụng nhiệt lượng của trấu và lấy tro. Tuy nhiên tro trấu thu được sẽ có tính chất khác nhau, tuỳ thuộc vào phương pháp đốt trấu. Tuỳ theo mục đích đốt trấu mà thiết bị đốt trấu được thiết kế khác nhau. Nếu mục đích đốt trấu là tận dụng triệt để nhiệt lượng của trấu, mà không quan tâm tới chất lượng của tro tạo thành, thỡ lũ đốt trấu được thiết kế sao cho quá trình cháy xảy ra triệt để, có nhiệt độ đốt cao. Nhiệt độ đốt trấu trong loại lò này không được khống chế chặt chẽ. Nếu mục đích của việc đốt trấu là để thu được tro có hoạt tính puzơlan thỡ lũ đốt trấu được thiết kế sao cho có thể khống chế được chế độ gia công nhiệt. 3 Một loại lò đốt trấu điển hình có tính chất công nghiệp, sử dụng trấu như một dạng nhiên liệu là lò đốt tầng sôi. Trong loại lò này, trấu được đốt ở trạng thái tầng sôi. Khí nóng thổi qua ghi lò với vận tốc lớn làm cho lớp trấu trên ghi chuyển động lên, xuống tương tự như nước đang sôi. Sự trao đổi nhiệt giữa trấu và khí nóng rất mạnh nên quá trình cháy xảy ra nhanh và triệt để. Nhiệt độ đốt khoảng 1100oC1200oC, thời gian trấu lưu ở nhiệt độ này khoảng vài phút. Trong điều kiện đốt trấu như vậy, ụxit silic trong tro phần lớn chuyển sang trạng thái tinh thể nên tro hầu như không có hoạt tính puzơlan. Lò đốt này thường được bố trí cùng với nồi hơi để tạo hơi nước. Sơ đồ của lò đốt tầng sụi dựng để chạy máy phát điện của hãng Takuma, Nhật Bản, được thể hiện trờn Hỡnh 1. Hình 1: Lò đốt tầng sôi sử dụng trấu làm nhiên liệu [1] 1 = Bun ke trấu; 2 = Lò đốt tầng sôi; 3 = Nồi hơi; 4 = Tuốc bin; 5 = Máy phát điện; 6 = Lọc bụi; 7 = Bunke chứa trấu Trên cơ sở nghiên cứu của Mehta về độ hoạt tính puzơlan của tro trấu, Pitt đã thiết kế một loại lò kiểu xyclon, đốt trấu trong trạng thái lơ lửng, cho phép vừa tạo ra năng lượng điện đồng thời thu được tro trấu có hoạt tính cao . Sơ đồ cấu tạo của lò đốt kiểu xyclon được mô tả trờn Hỡnh 2. Lò gồm một buồng đốt hình trụ với phần đỉnh có dạng hình nón cụt (1), hệ thống xyclon lọc bụi để thu hồi tro trấu (2, 3), bunke nạp trấu (4), quạt và ống khói 6. Trấu từ bunke (4) được thổi vào buồng đốt với vận tốc lớn qua đường ống (5) theo phương tiếp tuyến với thành buồng đốt, và được đốt cháy trong môi trường ô xy hoá ở nhiệt độ 676-954oC. Nhờ lực ly tâm và khí nóng, trấu chuyển động lên phần trên của buồng đốt theo hỡnh xoỏy ốc và bốc cháy. Khi lên đến đỉnh buồng đốt các hạt trấu được đốt cháy hoàn toàn và rơi xuống phía dưới rồi theo khí thải ra khỏi buồng đốt tới hệ thống xyclon lọc bụi (2, 3). Tro trấu thu được có cấu trúc vô định hình và với hàm lượng than chưa cháy từ 8-12%. 4 Hình 2: Lò đốt trấu kiểu xyclon [1] 1 = Buồng đốt; 2-3 = Xyclon lọc bụi; 4 = Bun ke trấu;5= Đường ống dẫn khí phun trấu vào lò; 6 = Quạt ống khói; 7 = Lỗ tháo tro. 5 Hình 3: Hệ thống lò đốt xyclon và nồi hơi [1] Dựa trên loại lò đốt này năm 1975 một nhà máy điện thử nghiệm công suất 7 tấn trấu/giờ đã được xây dựng ở Stuttgart bang Arkansas, Mỹ. Sơ đồ hệ thống lò đốt trấu và nồi hơi của nhà máy được mô tả trờn Hỡnh 3 [1]. Hội đồng Khoa học và Nghiên cứu công nghiệp Pakistan (Pakistani Coulcil for Scientific and Industrial Research - PCSIR) đã thiết kế một loại lò đốt thủ công cho phép thu được tro trấu có hoạt tính cao, nhưng có công suất nhỏ và không tận dụng được nhiệt lượng của trấu (xem Hình 4) [1]. Lò gồm 2 giỏ lưới thép hình trụ lồng vào nhau đặt trong vỏ làm bằng thùng phuy cũ, bên trên có chụp đậy và ống khói. Các giỏ lưới thép được liên kết với nhau bằng các thanh thép nhỏ. Ghi lò được làm bằng các thanh thép φ10mm, trên mặt có trải lưới thép. Ngay phía trên mặt ghi lũ cú trổ 1 cửa tháo tro. Giữa thành trong vỏ lò và giỏ lưới thép ngoài có khe hở để thông khí. Không khí cho quá trình chỏy cũn được cung cấp qua khoảng trống của giỏ thép trong. Chụp ống khói và ống khói có tác dụng tạo sức hút tự nhiên trong lò, đẩy mạnh quá trình cháy. Khi đốt, khoảng không giữa hai giỏ lưới thép hình trụ được đổ đầy trấu. Lửa được mồi từ dưới ghi lò bằng cách đốt một vài tờ báo cũ. Sau khi bén lửa, trấu sẽ tự cháy ở nhiệt độ tương đối thấp và khá ổn định. Tro trấu thu được có cấu trúc vô định hình và hàm lượng than chưa cháy tương đối thấp, ổn định trong khoảng 4-6%. Hình 4: Lò kiểu giỏ lưới thép PCSIR [1] 6 Viện nghiên cứu xi măng Ấn Độ CRI (Cement Research Institute of India) đã thiết kế một lò đốt trấu xây bằng gạch có nguyên tắc hoạt động tương tự lò giỏ lưới thép PCSIR (xem Hình 5) [1]. Lũ cú dung tích 1,02x1,02x1,1m, mặt xung quanh thành lò có nhiều hàng lỗ thông gió. Lò được ngăn làm 2 phần bằng 2 vách ngăn lưới thép đặt cách nhau 20cm. Khoảng trống giữa hai vách ngăn làm tăng mức độ thông gió giữa lò. Xung quanh mặt trong tường lò và trên mặt ghi lò cũng có lưới thép để ngăn không cho trấu rơi ra khỏi buồng đốt. Cửa tháo tro và cửa để nhúm lũ được bố trí sát ngay mặt trên và mặt dưới ghi lũ. Lũ được đậy bằng chụp ống khói để chống mưa và tạo sức hút gió tự nhiờn. Hình 5: Lò đốt trấu xây bằng gạch CRI [1] Trấu được nạp vào lò qua 2 cửa nạp bố trí trên chụp ống khói. Công suất của lò khoảng 0,5 tấn trấu/ngày. Tro thu được khi đốt trấu trong loại lò này có chất lượng tương đương tro từ lò kiểu giỏ lưới thép PCSIR. 7 Hình 6: Hệ thống cỏc lũ đốt trấu CRI [1] Để tăng công suất, có thể xây nhiều lò cạnh nhau kết hợp thành từng cụm như trong hình 6 . Tuy nhiên đõy cũng là loại lò thủ công có công suất nhỏ và không tận dụng được nhiệt lượng toả ra khi đốt trấu. II. Các chỉ tiêu cơ bản của lò đốt trấu công nghiệp do nước ngoài thiết kế và chế tạo Thiết kế chi tiết của mẫu lò đốt đã có sẵn trong Sh(1997). Nó bao gồm 1 buồng đốt, 1 hệ thống cấp trấu, hệ thống cấp khí, hệ thống điều khiển và quạt gió. Buồng đốt được làm bằng thép, tạo dáng hình trụ với đường kính trong và đường kính ngoài là 1.37 m và 1.76 m, chiều cao là 2.75 m. Các vật liệu bên trong lò đốt tại phần dưới của tháp buồng đốt từ lớp trong ra lớp ngoài là : gạch chịu lửa, thép, sợi thủy tinh và thép bao che. Buồng đốt được lắp đặt trên dầm thép chữ I. Mẫu này có ghi lò với đường kính 1.37 m, độ dày 9.5 m ( 583 lỗ /m 2, đường kính lỗ 0.0127 m) và lỗ dỡ tro kích thước 50x50 mm, độ dài 1.1 m ở vách dưới của buồng đốt. Ống dẫn khí một được nối với phần trên của buồng đốt theo phương tiếp tuyến. Ở phần trên của buồng đốt, ống thép hình trụ được lắp đặt với đường kính trong 0.8 m, độ cao 1.6 m. Nó được cách nhiệt dày 0.06 m bởi xi măng. Ống dẫn khí thứ 2 được nối với ống hình trụ theo phương tiếp tuyến nhằm làm sạch khúi lũ. Tro được thải ra khỏi buồng đốt bởi lỗ dỡ tro bằng 1 thiết bị vận chuyển kiểu vít lắp đặt dưới buồng đốt. Ống dẫn khí thứ 3 được nối với phần đáy của buồng đốt để hỗ trợ hoàn thành quá trình đốt. Hệ thống tiếp trấu bao gồm : thùng chứa trấu hình chữ nhật với 1vít lắp đặt phớa đỏy và chạy bởi 1 mô tơ công suất 0.37 kW, ống dẫn khí thứ nhất đường kính 0.152 m dùng cấp trấu bằng khí nén và quạt nạp. Ống dẫn khí thứ 2 có đường kính 0.102 m. Ống dẫn khí thứ 3 có đường kính 0.076 m tách ra từ ống dẫn khí thứ 2 và sau đó được chia thành 4 ống bởi thiết bị phân phối ở đáy buồng đốt dưới ghi lò. Hệ thống hỳt khớ bao gồm 1 quạt gió 15 kW, 1 ống với đường kính 8 0.254 m và 1 van điều chỉnh lượng không khí sạch cần hòa trộn vào trong buồng đốt. Các thiết bị đo sử dụng trong thí nghiệm như sau : máy đọc dữ liệu được nối với đầu đo nhiệt độ loại K ( độ chính xác ± 1 oC ), dụng cụ kẹp, áp kế với thang đo 0 – 200 mmH2O ( độ chính xác ± 0.1 mmH 2O ), ẩm kế thang đo 0 – 100% ( độ chính xác ± 1%), cõn đũn thang đo 0 – 50 kg ( độ chính xác ± 200 g ), máy phân tích khúi lũ đốt cho O2, CO, NO2 và SO2 với thang đo 0 – 600 oC ( độ chính xác ± 3 oC đối với nhiệt độ, ± 20 phần triệu đối với CO, ± 0.3% đối với O2 ). Trên hình số 7 là sơ đồ của lò đốt trấu. Bắt đầu thí nghiệm, lưu lượng khí đi vào ống thứ nhất, thứ 2 và thứ 3 được thiết lập. 1 mẫu trấu được đưa vào để phân tích thành phần. Trấu được cân và đẩy vào lò đốt tới khi nó đạt chiều cao yêu cầu, sau đó nó được đốt bởi dầu mồi cháy và giấy. 2 quạt ( số 4 và 10 ) được bật lên để hỗ trợ quá trình đốt. Sau 10-15 phút, quạt thứ 3 ( số 3 hình 7) và hệ thống điều khiển cấp trấu và ống dỡ tro cũng được bật lên. Hình 7: Sơ đồ của lò đốt trấu Nhiệt độ được giữ ở 325oC. Nhiệt độ được đo 3 phút 1 lần và khí được phân tích 10 phút 1 lần. Độ ẩm tương đối được đo bởi ẩm kế. Nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt của không khí bao quanh cũng được đo. Khi thí nghiệm kết thúc, hệ thống cấp trấu và 2 quạt ( 3 và 4) được tắt đi trong khi quạt thứ 3 ( số 10 ) vẫn để bật nhằm mục đích hút khí nóng từ lò sấy. Cuối cùng, quạt này cũng được tắt và các mẫu tro được đem đi phân tích thành phần. 9 III. Nghiên cứu tối ưu hoá kết cấu chịu nhiệt cách nhiệt lò đốt trấu công nghiệp cấp nhiệt cho hầm sấy tuynen công suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm và tận dụng tro trấu làm phụ gia khoáng cho bê tông III.1.Tớnh cách nhiệt, nhiệt trị và cường độ dòng nhiệt theo thể tích của nguyên mẫu lò đốt trấu III.1.1. Tính cách nhiệt a. Phần lò đốt Lò gồm bốn lớp là: Gạch chịu lửa ( gạch samốt ), lớp cách nhiệt ( bụng khoáng ), lớp thép chịu lực và lớp thép bao che. Khi tính cách nhiệt cho lò chỉ cần tính cho hai lớp là lớp gạch chịu lửa và lớp cách nhiệt (do thộp cú hệ số dẫn nhiệt λ lớn không cần tính đến ). Các thông số tính toán: - Nhiệt độ mặt trong của lò tm.tr = 690oC. - Nhiệt độ mặt ngoài của lò tm.ng = 50 oC. - Nhiệt độ giữa 2 lớp tiếp xúc là tx. - Mật độ dòng nhiệt: q = 50 + t m.tr 690 = 50 + = 395 ( kcal/m2.h 2 2 ). a.1. Tính cho lớp gạch Samốt * Phương án 1. Xây gạch Samốt theo kiểu quấn vòng quanh. δ sm = 0,23 (m). q.δ sm Nhiệt độ mặt ngoài của lớp Samốt : Tx = 690 − λ sm  −4 Trong đó: λsm = 0,7 + 6,4.10 .  690 + Tx  .0,86 2  0,86: hệ số chuyển đổi đơn vị Tx = 690 − 395.0,23  −4 690 + Tx  0,7 + 6,4.10 . .0,86 2   ⇔ ( 690 − Tx ).( 0,9208 + 3,2.10 −4.Tx ) = 105,64 ⇔ 3,2.10 −4.Tx2 + 0,7.Tx − 529,7 = 0 ⇒ Tx = 595 oC Chọn và Tx = −2782 oC (loại). Tx = 595 oC * Phương án 2. Xây gạch Samốt theo kiểu nửa mụđun δsm Tính tương tự như trên ta đươc = 0,114 m. Tx = 644 oC. 10 a.2. Tính cho lớp bụng khoỏng * Phương án 1. Với lớp chịu nhiệt gạch Samốt xây quấn vòng quanh. Chọn bụng khoỏng cao nhôm ở 700oC, có λb.k = 0,18 (Kcal/m.h.oC). Bề dầy lớp bụng khoỏng là: δb.k = λb.k . Tx −Tm.ng q = 0,18.( 595 −50 ) = 0,25 m. 395 * Phương án 2. Với lớp chịu nhiệt gạch Samốt xây theo kiểu mụđun. Chọn bụng khoỏng cao nhôm ở 700oC, có λb.k = 0,18 (Kcal/m.h.oC). Bề dầy lớp bụng khoỏng là: δb.k = λb.k . Tx −Tm.ng q = 0,18.( 644 −50 ) = 0,271 m. 395 b. Phần trên lò đốt Các thông số tính toán : - Nhiệt độ mặt trong: tm.tr = 590oC. - Nhiệt độ mặt ngoài: tm.ng = 200oC. - Nhiệt độ giữa hai lớp: ttx - Mật độ dòng nhiệt: q = 50 + t m.tr 590 = 50 + = 345 (Kcal/m2.h). 2 2 b.1. Tính cho lớp gạch Samốt Chọn δsm = 0,114 m. Tính nhiệt độ mặt ngoài của lớp samốt: Tx = 590 − q.δ sm λsm  −4 Trong đó: λsm = 0,7 + 6,4.10 .  Tx = 590 − ⇔ ⇔ ⇒ 590 + Tx  .0,86 2  345.0,114  −4 590 + Tx  0,7 + 6,4.10 . .0,86 2   ( 590 − Tx ).( 0,7644 + 2,752.10 −4.Tx ) = 39,33 Chọn 2,752.10 −4.Tx2 + 0,6.Tx − 411,67 = 0 Tx = 548 oC Tx = 548 oC và Tx = −2728 oC (loại). b.2. Tính cho lớp bụng khoáng 11 Chọn bụng khoỏng cao nhôm ở 700oC có λbk = 0,18 ( kcal/m.h.oC ). Bề dầy lớp bụng khoỏng: T −Tm.ng 0,18.( 548 − 200 ) δb.k = λb.k . x = = 0,182 m q 345 Kết luận : Chiều dày cách nhiệt của phần trên buồng đốt: δ = δ sm + δ bk = 0,114 + 0,182 = 0,296 m c. Phần ống dẫn khí nóng Các thông số tính toán : - Nhiệt độ mặt trong: tm.tr = 330oC. - Nhiệt độ mặt ngoài: tm.ng = 50oC. - Mật độ dòng nhiệt: q = 50 + Tính lớp bụng khoáng: λsm q= ⇔ ⇔ ⇔ t m.tr − t m.ng d 1 . ln 2 2λ.π d1 ln ⇒ = 0,18 ( ln d 2 2.3,14.0,18.( 330 − 50 ) = = 1,47 d1 215 d2 = e1, 47 = 4,36 d1 d 2 = 4,36.d1 = 4,36.25,4 = 110 Vách phẳng ⇒ kcal/m.h.oC ). d 2 2λ.π (t m.tr − t m.ng ) = d1 q Chiều dày lớp bụng khoỏng là: q= t m.tr 330 = 50 + = 215 ( kcal/m2.h ). 2 2 t m.tr − t m.ng δ λ ⇒ δ= 0,18.( 330 − 50 ) = 0,23 m 215 cm d 2−d1 = 42,3 cm 2 λ.(t m.tr − t m.ng ) q = 23 cm. III.1.2. Nhiệt trị thấp làm việc của trấu Qclv = 81C lv + 300 H lv − 26(O lv − S lv ) = 81.39 + 300.5,4 − 26.( 43,3 − 0,04 ) Qclv = 3732 (kcal/kg). Qthlv = Qclv − 6.( 9 H lv + W lv ) = 3732 − 6( 9.5,4 + 8,1) Qthlv = 3392 (kcal/kg). III.1.3. Cường độ dòng nhiệt theo thể tích 12 III.2. Tính lượng nhiệt yêu cầu cho quá trình sấy gạch mộc công suất 20 triệu viên gạch tiêu chuẩn/năm III.2.1. Các số liệu về lò nung Tuynen Lò nung Tuynel dài 94m. Trong đó: - Chiều dài vùng sấy và đốt nóng là 35 m. - Chiều dài vùng nung là 24 m. - Chiều dài vùng làm nguội là 35 m. Chiều rộng: 2,5 m Chiều cao tính tổn thất nhiệt là: 2,41- 0,885 = 1,525 m Đường cong nung được thể hiện trong bảng 1 Chiều dài của cỏc vựng nhận theo nhiệt độ khoảng không trong lò nhận theo bảng 1. Bề rộng bề mặt lò trong vùng sấy- đốt nóng, vùng nung và làm nguội lần lượt là: Ls, đn,ln = 4,340m; Lnung = 4,780m. = Độ cong vòm lò: Lc 2πR.α 2.3,14.2,5.60 = = 2,616 m 360 360 Chiều dài tính toán của độ cung vũm lũ (trung bình nhân): Lp = Ls ,dn ,ln .Lc Vùng nung: LPnung = Lnung .Lc = 4,780.2,616 = 3,536m Vùng sấy và làm nguội: LPs ,dn ,ln = Ls ,dn ,ln .Lc = 4,340.2,616 =3,369m Diện tích cỏc vựng của là tính tổn thất nhiệt: - Vùng sấy: Fs - Vùng nung: Fn - Vùng làm nguội: Flng Bảng 1: Kích thước cỏc vựng công nghệ của lò. STT Vùng công nghệ Khoảng nhiệt độ(0C) Bề dầy tường(mm) Chiều dài(m) 1. Vùng sấy 25 – 200 Gạch đỏ 445 6,3 2. Vùng đốt nóng 200 – 700 Gạch samốt 230 25,8 13 Gạch đỏ nhiều lỗ rỗng 250 Gạch đặc 2 x 220 3. Vùng nung và 700 – 1050 Gạch samốt 230+130 hằng nhiệt Xỉ lò cao 340 17 Gạch đỏ 2 x 220 4. Vùng làm nguội 1050 – 700 Gạch samốt 230+130 nhanh Xỉ lò cao 340 8 Gạch đỏ 2 x 220 5. Vùng làm nguội 700 – 300 dần Gạch samốt 230+130 27 Xỉ lò cao 340 Gạch đỏ 2 x 220 6. Vùng làm nguội 300 – 80 cuối cùng Gạch samốt 230+130 7,6 Xỉ lò cao 340 Gạch đỏ 2 x 220 7. Vùng làm nguội 8. Tổng chiều dài 80 – 50 Gạch đỏ 445 3,0 94,7 Bảng 2: Diện tích bề mặt trao nhiệt. STT Vùng công nghệ Diện tích vòm (m2) Diện tích tường(m2) 1. Vùng sấy Fs 0,5 x (2,369+2,5)x 6,3 2 x 6,3 x 1,525 = 19,22 = 18,45 2. Vùng đốt nóng 25,8 x 3,369 = 86,92 Fdn 2 x 25,8 x 1,525 = 78,69 3. Vùng nung và 17 x 3,563 = 60,11 hằng nhiệt Fn 2 x 17 x 1,525 = 51,85 4. Vùng nguội Flngn 2 x 8 x 1,525 = 24,4 làm 8 x 3,563 = 28,29 nhanh 14 5. Vùng làm 27 x 3,563 = 95,47 nguội dần Flngd 2 x 27 x 1,525 = 82,35 6. Vùng làm 7,6 x 3,369 = 25,60 nguội cuối cùng Flngcc 2 x 7,6 x 1,525 = 23,18 7. Vùng làm 3 x 0,5 (3.369 + 2,5) nguội Flng = 8,8 2 x 3 x 1,525 = 9,15 Nhiệt trao đổi qua tường và vũm lũ vào môi trường xung quanh trong 1h theo công thức: Q1 =3,6.K .F .(t tr −t ng ) Trong đó; Q1 lượng nhiệt tổn thất. F diện tích bề mặt (KJ/h). ttr nhiệt độ trung bình tương(oC). tng nhiệt độ môi trường xung quanh, tng = 25oC. K hệ số trao nhiệt(W/m2.oC). K= 1 δ δ1 δ 2 1 + + ...... + n + λ1 λ2 λn α 2 Với; δ1 , δ2 ,......δn là bề dầy các lớp tính từ trong ra ngoài. λ1 , λ2 ,....., λn là hệ số dẫn nhiệt từ trong ra ngoài(W/m.oC). α2 α2 = A t mng − t ng 4 là hệ số trao nhiệt của tường ngoài ra môi trường xung quanh. 4 + t mng − t ng  Tmng   100 4   Tng   −     100  4  .  Với: A = 2,8 đối với vòm A = 2,2 đối với tường tng : nhiờt độ mặt tường ngoài. ( Nhiệt độ vùng sấy là 35oC, nhiệt độ vùng nung là 55 oC, nhiệt độ vùng làm nguội là 45oC ). 15 tng : nhiệt độ trung bình môi trường xung quanh(tng = 25 oC). Vùng sấy : 4 α2vom . say = 2,8. 35 − 25 +  35 + 273 4  25 + 273 4  4  −   = 9,43  35 − 25   100   100    4 α2tuong . say = 2,2. 35 − 25n +  35 + 273 4  25 + 273 4  4  −   = 8,36  35 − 25   100   100    Vùng nung : 4 α2vom .nung = 2,8. 55 − 25 +  55 + 273 4  25 + 273 4  4  −   =11,48  55 − 25   100    100   4 α2tuong . nung = 2,2. 55 − 25 +  55 + 273 4  25 + 273 4  4  −   =10,07  55 − 25   100   100    Vùng làm nguội : Vòm : Tường : Tường và vòm của lò có nhiều lớp với các hệ số dẫn nhiệt khác nhau : - Gạch Samốt : λsm = 1,155 W/m0C - Gạch đỏ : γ0gđ = 1500 kg/m3 , λgđ = 0,63 W/m0C - Gạch nhiều lỗ rỗng : γ0gr = 1200 kg/m3 , λgr = 0,5 W/m0C - Xỉ lò cao : λx = 0,1508 W/m0C Hệ số trao nhiệt K (W/m2 0C) của từng vùng cho trong bảng 3. Bảng 3: Kết quả hệ số trao nhiệt cho từng vùng. STT Vùng công nghệ Vòm Tường 1. Vùng sấy ( Ks) 1,231 1,211 2. Vùng đốt nóng ( Kđn ) 0,662 0,6562 3. Vùng nung và hằng nhiệt ( Kn) 0,2973 0,2986 16 4. Vùng làm nguội nhanh ( Klngnh) 5. Vùng làm nguội cuối cùng ( Klng.cc ) 0,6672 0,6615 1,24 1,2291 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh từ tường ra vòm ( Bảng 4). Bảng 4: Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh ( kJ/h ). STT Vùng công nghệ 1. Vùng sấy ( Qc1 ) 2. Vòm Tường Tổng 9 248,2 9 426,5 18 674,7 Vùng đốt nóng ( Qc2 ) 93 216,5 83 650,9 176 867,4 3. Nung và hằng nhiệt ( Q05 ) 56 292,8 48 796,9 105 089,7 4. Làm nguội nhanh ( Qox.1 ) 26 493,4 22 950,4 49 443,8 5. Làm nguội dần ( Qox.2) 114 655,6 98 054,1 212 709,7 6. Làm nguội cuối cùng ( Qox.3 ) 11 682,9 10 488,2 22 171,1 7. Làm nguội ( Qox.4 ) 2 140,4 2 226,8 4 367,2 313 729,8 275 593,8 589 323,6 Tổng * Tính toán đốt nóng và làm nguội vỏ của vagụng ( gạch chịu lửa ) : Tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn, coi nhiệt độ trong thiết diện của tường đang tính toán ở 1 thời điểm, thời gian bằng nhiệt độ các thiết diện lân cận đó, cộng lại chia đôi. • Cấu tạo vagụng : - Khung thép : - Gạch 2 lỗ rỗng : δ = 220 mm = 1,6 (m3) .1,2 ( T/m3 ) = 1,92 ( tấn ) - Gạch Samốt : δ = 130 mm = 0,89 (m3) . 2,3 ( T/m3 ) = 2,05 ( tấn ) - Lớp bê tông chịu nhiệt : δ = 150 mm = 0,81 (m3) . 1,9 ( T/m3 ) = 1,34 ( tấn ) - Khối lượng 1 vagụng không có cấu kiện : 6,61 tấn Để đơn giản tính toán, coi lớp gạch samốt và bê tông chịu nhiệt có đặc tính nhiệt lý giống nhau ( coi là 1 loại vật liệu ). - Bề dày tương đương : 0,28m - Khối lượng : 3,59 tấn - Khối lượng riêng : 2,0 T/m3 λtương đương = 1,155 ( W/m0C ) Nhiệt dung riêng C tđ = 0,9 ( kJ/kg 0C ) 17 Lớp gạch đỏ : bề dày δ = 0,22m γ0 = 1,2 ( T/m3 ) , λ = 0,5 ( W/m0C ) C = 0,92 ( kJ/kg 0C ) Phần kết cấu thép không tính toán nhiệt. • Tính toán hệ số dẫn nhiệt : Samốt : Gạch đỏ : Chia Samốt ra làm 4 lớp : Tính Lớp Samốt : Bề dày tương đương của gạch đỏ theo Samốt : Cần chia gạch đỏ ra 4 lớp, to ban đầu của vagụng và môi trường xung quanh là 25oC. Bảng 5: Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh qua mặt dưới vagụng. STT Giờ tlò t1 t2 t3 t4 tx t’1 t’2 t’3 t’4 tmtxq 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 0 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 18 1 0,94 106 25 25 2 1,88 160 65 25 25 3 2,82 205 92 45 25 25 4 3,76 253 125 58 35 25 25 5 4,7 293 155 80 41 30 28 25 6 5,64 346 186 98 55 35 32 26 25 7 6,58 386 222 120 66 43 38 28 25 8 7,52 440 253 144 81 52 45 31 26 25 9 8,46 480 292 167 98 63 53 35 28 25 25 10 9,4 546 324 195 115 76 64 40 30 26 25 11 10,3 4 600 370 219 135 89 74 47 33 27 25 12 11,2 8 666 409 252 154 104 86 53 37 29 26 13 12,2 2 720 459 281 178 120 99 61 41 31 26 14 13,1 6 786 500 318 200 138 114 70 46 33 28 15 14,1 826 552 350 228 157 130 80 51 37 29 16 15,0 4 880 588 390 253 179 149 90 58 40 31 17 15,9 8 946 635 420 284 201 167 103 65 44 32 18 16,9 2 102 0 683 459 310 225 187 116 73 48 34 19 17,8 6 102 0 739 496 342 248 207 130 82 53 36 20 18,8 826 758 540 372 274 229 144 91 59 39 21 19,7 762 683 565 407 300 251 160 101 69 42 22 20,6 666 663 545 432 329 276 176 114 71 47 19 8 23 21,6 2 586 605 548 437 354 299 195 123 80 48 24 22,5 6 580 567 521 451 368 313 211 137 85 52 25 23,5 560 550 509 445 382 328 225 148 94 55 26 24,4 4 493 534 497 446 386 335 238 159 101 59 27 25,3 8 453 495 490 441 390 340 247 169 109 63 28 26,3 2 413 471 468 440 391 343 254 178 116 67 29 27,2 6 373 440 455 429 392 346 260 185 122 70 30 28,2 333 414 435 423 387 345 265 191 127 73 31 29,1 4 306 384 418 411 384 344 268 196 132 76 32 30,0 8 266 362 397 401 377 340 270 200 136 78 33 31,0 2 240 332 381 387 370 335 270 203 139 80 34 31,9 6 200 311 359 376 361 329 269 204 142 82 35 32,9 160 280 343 360 352 322 266 205 143 83 36 33,8 4 120 252 320 348 341 314 263 204 144 84 37 34,7 8 93 220 300 330 331 306 259 203 144 84 38 36 80 196 275 315 318 296 254 201 144 84 25 Nhiệt độ trung bình các lớp khác nhau của vagụng : Khi vào vùng làm nguội ( τlng = 17,86h ) 20
- Xem thêm -