cuptor tunel cu role

Cuptor tunel cu role

I. Elemente introductiveI.1. Cuptoare cu funcionare continuTendina de reducere a consumului de combustibil a fcut ca tot mai multe cuptoare cu funcionare intermitent s se nlocuiasc cu cuptoare cu funcionare continu. Aceast nlocuire a dus la reducerea consumului specific de cldur cu aproximativ 40% iar prin mbuntirile care s-au adus s-au obinut distribuii uniforme i controlate a temperaturilor, ceea ce a permis mrirea considerabil a vitezei de ardere i a calitii produselor obinute. Tehnologia actual este orientat spre linii complet automatizate n care cuptoarele sunt integrate perfect n fluxul tehnologic. Cuptoarele tunel sunt cuptoarele cele mai utilizate n arderea produselor ceramice datorit avantajelor pe care le prezint fa de alte tipuri de cuptoare: posibilitatea de meninere constant n spaiul de lucru a regimului termic stabilit, automatizarea uoar a procesului termotehnologic. Principalul dezavantaj const n costul prea ridicat al investiiei datorit sistemului de antrenare a produselor n cuptor. Cuptorul tunel cu deplasare linear a produselor este constituit dintr-un canal a crui lungime atinge uneori i 150 m. Este construit din crmizi refractare i termoizolante fiind acoperit cu o bolt n arc sau cu bolt plan suspendat. Cuptorul tunel pentru productiviti mari poate avea mai multe canale dispuse n paralel sau suprapuse. Produsele supuse procesului termotehnologic parcurg cuptorul de la un capt la cellalt, iar aerul i gazele de ardere se deplaseaz n sens invers. Printr-un control adecvat al parametrilor de funcionare se poate reproduce cu mult exactitate curba de ardere stabilit. Canalul de ardere poate fi prevzut pe ntreaga lungime sau numai pe anumite zone, cu mufe, pentru a proteja produsele de contactul direct cu flacr i gazele de ardere. Rcirea produselor se poate face direct printr-un curent de aer sau indirect prin intermediul unor suprafee de radiaie, rcite cu ajutorul unui curent de aer sau de ap. n timpul trecerii prin cuptorul tunel, materialele parcurg succesiv urmtoarele trei zone distincte: zona de prenclzire a produselor crude, zona de ardere, zona de rcire a produselor arse.

tiina i ingineria materialelor oxidice

1

08.04.2012

Cuptor tunel cu roleZon prenclzire Zon ardere Zon rcire

GAZE

AER SECUNDAR

AER

MATERIALCOMBUSTIBIL I AER PRIMAR

PRODUS

AER RECIRCULAT

Fig. 1. Circulaia materialului i gazelor n cuptorul tunel

I.1.1. Zona de prenclzire a cuptorului tunel trebuie s asigure nclzirea produselor n contracurent, n mod uniform, la gradieni termici ct mai mici posibili pe ntreaga seciune transversal a canalului i cu respectarea vitezei de nclzire prescrise prin diagrama de ardere. Procesul de prenclzire se realizeaz prin utilizarea entalpiei gazelor de ardere care provin din zona de ardere. Uniformizarea temperaturii pe ntreaga seciune transversal a canalului reprezint problema cea maiimportant i cea mai dificil de realizat. n acest scop se urmrete folosirea unui volum ct se poate de mare de gaze care s asigure umplerea cu gaze a ntregii seciuni transversale a canalului. Viteza de deplasare a gazelor n zona de nclzire este cuprins ntre 2,5 i 5 metri/secund. Din cauza forei ascensionale gazele fierbini au tendina de a se ridica, fapt care poate produce o neuniformitate a temperaturii pe seciune. Din acest motiv n zona de prenclzire se monteaz un numr mare de ventilatoare care creaz o circulaie transversal a gazelor n seciunea cabalului. Gazele de ardere cu temperatur mai ridicat sunt preluate de sub bolt i sunt introduse la baza canalului. Pentru un volum mai mare de gaze se pot folosi n zona de nclzire arztoare de tip ISO-jet care sunt arztoare de mare vitez care ajut la uniformizarea temperaturilor. I.1.2. Zona de ardere este n continuarea zonei de prenclzire i n aceast zon temperatura produselor se ridic pn la valorile maxime prevzute n diagrama de ardere. nclzirea se poate face cu flacr direct, cu gazele de ardere provenite din arderea combustibilului sau electric. n cazul nclzirii cu combustibil, debitul necesar se repartizeaz pe un numr ct mai mare de arztoare dispuse de ambele pri ale zonei de ardere pe unui sau dou niveluri. n cazul n care se folosete sistemul arderii combustibilului n camere separate, aceasta sunt desprite de canalul cuptorului printr-un perete. Arztoarele care satisfic att cerinele uniformizrii temperaturilor ct i cele referitoare la o eficacitate maxim a transferului de cldur sunt arztoarele de mare vitez. Aceasta au un domeniu foarte larg de reglare i se pot acorda perfect cu particularitile materialului supus arderii.


2

08.04.2012


I.1.3. Zona de rcire este ultima etap important a procesului termotehnologic. Rcirea se face cu aer din care o parte se utilizeaz la arderea combustibilului, iar restul se extrage din zona de rcire i se recircul n zona de prenclzire. Rcirea se realizeaz direct prin curentul de aer care trece peste produse, schimbul de cldur fcndu-se prin convecie. Pentru a asigura micarea gazelor prin cuptor cu viteze bine stabilite trebuie s se realizeze diferenele de presiune necesare. n zona de ardere presiunea trebuie s fie ct mai aproape de presiunea mediului nconjurtor. n zona de prenclzire i rcire pot aprea depresiuni i suprapresiuni, dar mrimea lor s nu depeasc n general 50-60 N/m2. Transportul produselor prin cuptor se va face pe role produsele fiind aezate pe plci refractare uoare ce nainteaz prin cuptor pe role acionate printr-un sistem de lanuri i roi dinate. Rolele sunt piese ceramice speciale cu miez din oel refractar. Gazele de ardere circul tt deasupra produselor ct i sub role astfel nct transferul termic se realizeaz pe o suprafa mai mare a produsului. Alegerea acestui tip de transport asigur economisire de spaiu n comparaie cu sistemul cu vagonei i se reduce i consumul de combustibil.

II. Calculul mineralogic a masei crude


3

08.04.2012


II.1. Compoziia mineralogic a masei crude:Se poate calcula plecnd de la compoziia oxidic a masei crude: Caolin Aghire = 21,49% Caolin Zettlitz = 26,36% Nisip = 21,70% Feldspat = 30,45% Total = 100% Productivitatea este 7000 t/an (20 t/zi). Din bilanul de material se constata c la operaia de ardere se introduce M=23,90 t/zi. Materialul ieit este N=22,22 t/zi. Pierderi la calcinare: p2=6,55%; pierderi de umiditate: U1=0,005M

Glazura L L=0,05L uL=40%

L uL=0,5%GLAZURARE

M U1ARDERE

uM=0,5% PC=6,55% uN=0,1% P=10%

NSORTARE

Materialul anhidru: M=(1-0,005)=0,995M Pierderi la calcinare: p2=( p2/100) M=0,995(6,55/100)M=0,0652M Bilan general de operaie: M=N+ U1+ p2=22,22+0,005M+0,0652M 0,9298M=22,22 M= 23,90 t/zi 23900kg/zi p2=1,55828 t/zi M=13,586 t/zi U1=0,1195 t/zi L= 22,762 t/zi L=1,138 t/zi Ms=material solid


4

08.04.2012

Cuptor tunel cu role Ms = L L 0,5 0,5 = 22,762 22,762 = 22,648 100 100 t / zi

Apa coninut de materiile prime:AM s = 22,648 L' = 1,138 0,5 = 0,1132 100 t / zi

t / zi

III. Proiectarea cuptorului tunel cu roleProiectarea cuptorului tunel presupune determinarea dimensiunilor spaiului de lucru util al cuptorului, realizarea bilanului termic i determinarea consumului de combustibil pentru un anumit tip de produs. Pentru aceasta sunt necesare date referitoare asupra produsului: tipul de produs ceramic, compoziia mineralogic, forma i dimensiunile precum i tratamentul termic necesar.

III.1. PredimensionareaAre scopul de a determina dimensiunile spaiului de lucru al cuptorului. Valorile obinute vor fi definitive numai dup verificarea termotehnologic. Volumul util al cuptorului se determin cu relaia:Vc = P 100 G a (100 m ) (m 3 )

III.1.

n care:Vc - volumul util al cuptorului P - producia anual a cuptorului (t/an) - durata ciclului de ardere (ore) a - indicele extensive de funcionare al cuptorului (ore/an)G - densitatea de aezare a ncrcturii n cuptor (t/m3) m - cantitatea de rebuturi n timpul arderii (%)

Volumul util al cuptorului se poate exprima prin relaia:Vc = L l h (m 3 )

III.2.

unde: L lungimea cuptorului (m) l limea cuptorului (m) h nlimea cuptorului (m)


5

08.04.2012


De obicei, limea i nlimea cuptoarelor tunnel se stabilesc n funcie de destinaia lor, respective de tipul i dimensiumile produsului supus arderii. Se adopt: l=1,2m; h=0,56m Productivitatea cuptorului se stabilete prin bilanul de materiale. Din bilanul de materiale rezult c pentru operaia de ardere se impune o productivitate de 20t/zi produs finit ceea ce reprezint:P = 20 350 = 7000 t an

- durata ciclului de ardere este de 12 ore conform diagramei de ardere a - indicele extensive de utilizare al cuptorului reprezint numrul total de ore de

funcionare al cuptorului ntr-un an. a = 350 24 = 8400 ore an

G densitatea de aezare a ncrcturii se determin calculnd greutatea materialului aflat ntr-un m3 volum util al cuptorului. Semifabricatele se introduc la ardere aezate pe plci din material refractar de dimensiuni 0,5 1 m, numrul de piese pe o plac fiind de 128, aezate n 8 rnduri a cte 16 buci fiecare.G= Gp Vp (t )

m3

III.3.

Gp Vp

- greutatea produselor de pe o plac (t) - volumul cuptorului afferent unei plci (m3)

0,250 10 3 128 32 10 3 G= = = 95,24 10 3 t 3 m 0,5 1,2 0,56 0,336

n cazul de fa, cantitatea de rebuturi m=0 deoarece rebuturile n urma arderii se evideniaz prin operaia de sortare, care la ntocmirea bilanului de materiale s-a calculate separate. Din relaia III.1., prin nlocuirea valorilor, se obine:Vc = 7000 12 100 = 104,99 95,24 10 3 8400(100 0 ) m3

Lungimea cuptorului:


6

08.04.2012

Cuptor tunel cu role L= Vc l h (m)

L=

104,99 = 156,24 1,2 0,56 (m)

n urma calculului de predimensionare s-au stabilit urmtoarele dimensiuni pentru spaiul de lucru. Din cauza lungimii a cuptorului, considerm, c arderea are loc n dou cuptoare, i din cauza aceasta, lungimea cuptorului va fi jumtatea. L= 78,12m; l=1,20m; h=0,56m.

III.2. Proces tehnologic i compoziieIII.2.1. Procesul tehnologic cuprinde: depozitarea si pregtirea materiilor prime prepararea masei ca barbotin obinerea pudrei de presare nsilozare pudr fasonarea semifabricatului crud (presare) uscarea glazurarea arderea produsului sortarea produselor ambalarea, depozitzarea i expedierea

III.2.2. Compoziii oxidiceTabel 2.2.1.Compoziia oxidic a materiilor prime (% masice): Materii SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cao MgO prime Caolin 53,15 29,70 2,25 0,33 0,66 0,22 Aghire Caolin 44,14 36,82 1,17 urme 2,05 0,98 Zettlitz Nisip 96,97 0,90 0,50 0,53 0,20 0,11 Feldspat 68,81 18,89 0,34 urme 1,37 0,21 Compoziia molar adoptat (formula SEGER): Na2O-0,4186 Al2O3-2,7311 SiO2 -13,6722 K2O -0,2040 Fe2O3-0,0778 TiO2 -0,0291 MgO -0,1203 CaO-0,2571 Ex. Na2O: 0,4186*61,98=25,94 Na2O 0,39 0,25 0,15 6,29 K2O 1,07 0,81 0,35 3,39 PC 12,23 13,78 0,29 0,70


7

08.04.2012

Cuptor tunel cu role Tabel 2.2.2. Compoziia oxidic a produsului: Oxizi g % SiO2 821,56 69,67 Al2O3 278,46 23,61 Fe2O3 12,42 1,06 TiO2 2,32 0,20 CaO 14,41 1,22 MgO 4,85 0,41 Na2O 25,94 2,20 K2O 19,21 1,63 1179,20 100

x-fracia masic de caolin Aghire y-fracia masic de caolin Zettlitz z-fracia masic de nisip v-fracia masic de feldspat SiO2 din produs n proporie de 69,67% este adus de cele trei materii astfel: SiO2 : 69,67=53,15x + 44,14z + 96,97z + 68,91v Al2O3: 23,61=29,70x +36,82y + 0,90z + 18,89v Fe2O3:1,06=2,25x + 1,17y + 0,50z + 0,34v Na2O: 2,20=0,39x + 0,25y + 0,15z + 6,29v x=0,2311 y=0,2835 z=0,2334 v=0,3275 x + y +z + v=1,0755 1,0755 pri amestec conine....................................0,2311 pri caolin Aghire 100 pri amestec conine.........................................x =21,49% y =26,36% z =21,70% v =30,45% Total: 100% Tabel 2.2.3. Compoziia oxidic real: Materii prime Caolin Aghire Caolin Zettlitz Nisip Feldspat Mas uscat % n mas 21,49 26,36 21,70 30,45 100 SiO2 11,43 11,63 21,05 20,96 65,05 Al2O3 6,38 9,72 0,21 5,75 22,06 Fe2O3 0,48 0,30 0,11 0,10 0,99 TiO2 0,07 0,11 0,18 CaO 0,14 0,54 0,04 0,42 1,14 MgO 0,05 0,25 0,02 0,06 0,38 Na2O 0,08 0,06 0,03 1,91 2,08 K2O 0,22 0,21 0,07 1,03 1,53 PC 2,64 3,63 0,06 0,22 6,55

Tabel 2.2.4.Compoziia oxidic a masei (%): Compoziie Masa conf. reetei Masa ars dat SiO2 69,65 69,67 Al2O3 23,60 23,61 Fe2O3 1,06 1,06 TiO2 0,20 0,20 CaO 1,22 1,22 MgO 0,41 0,41 Na2O 2,23 2,20 K2O 1,63 1,63

IV. Bilan de materiale


8

08.04.2012


IV.1. Bilanuri de materiale pe operaiile fluxului tehnologicBilan de materiale DEPOZITARE PRODUS 20 t/zi DEPOZITARE Bilan de materiale-AMBALARE 20 t/zi 20 t/zi Bilan de materiale-SORTARE ( P=10% ) 22,2 t/zi P=2,2 SORTARE Bilan de materiale-ARDERE ( PC=6,55% ) u=0,5% u=0,1% 23,90 t/zi PC=1,55 t/zi 22,2 t/zi U1=0,1195 t/zi

AMBALARE

t/zi 20 t/zi

ARDERE

Bilan de materiale-GLAZURARE Glazura=1,138 t/zi 22,762 t/zi u=0,5% GLAZURARE 23,90 t/zi u=0,5%

Bilan de materiale USCARE ( P=2%) 25,0077 t/zi u=7% U2=1,63673 t/zi P=0,5 t/zi USCARE 22,762 t/zi u=0,5% Bilan de materiale25,5 PRESARE ( P=2%) 18 t/zi u=7% P=0,51 t/zi PRESARE 25,0077 t/zi u=7% Bilan de materialetiina i ingineria materialelor oxidice DEPOZITARE 9 08.04.2012


25,518 t/zi DEPOZITARE 25,518 t/zi Bilan de materialeATOMIZARE ( P=5%) 43,15 t/zi u=40% ATOMIZARE 25,518 t/zi u=7% P=2,16 t/zi U3=14,239 t/zi

Bilan de materiale-SITARE BARBOTIN ( P=2%) 44,03 P=0,88 t/zi u=40% 06 t/zi u=40%

SITARE BARBOTIN 43,148%

Bilan de materiale-OMOGENIZARE BARBOTIN 19,92 t/zi u=40% 44,03 t/zi OMOGENIZARE BARBOTIN Bilan de materiale-SITARE 44,03 t/zi u=40% DEFERIZARE- PLASTICE ( P=0,5%) 20,02 t/zi SITARE 19,92 t/zi u=40% P=0,10 t/zi 24,11 t/zi u=40% u=40% 19,92 t/zi plastice 24,11 t/zi degresani

u=40%

Bilan de materiale- SITARE DEFERIZARE -DEGRESANI ( P=0,5%) 24,23 t/zi u=40% P=0,12 t/zi 24,11 t/zi u=40%

SITARE


10

08.04.2012


Bilan de materiale-DELEIERE ( P=8%) u=5% 6,74 t/zi u=8% 7,21 t/zi 8,704 t/zi 22,76 t/zi u=40% DELEIERE 20,02 t/zi u=40% P=1,74 t/zi P Bilan de materiale-CONCASARE ( P=2%) 6,88 t/zi CONCASARE 6,74 t/zi P=0,1375 t/zi 8,704 t/zi ap 7,21 t/zi caolin Z.umed 6,74 t/zi caolin A. umed

Bilan de materiale-MCINARE umed ( P=2%) 8,05 t/zi u=3% 6,06 t/zi u=3% 0,744 t/zi u=5% 9,43 24,73 t/zi t/zi u=40% P=0,5 t/zi

7,96 t/zi caolinZ umed 9,43 t/zi ap de diluare 6,06 t/zi nisip umed 8,05 t/zi feldspat umed

MCINARE

24 ,23 t/zi u=40%

Bilan general de materiale pe ntregul flux tehnologictiina i ingineria materialelor oxidice 11 08.04.2012

Cuptor tunel cu role Pentru productivitatea liniei tehnologice luat n studiu P=20 t/zi ceramic tehnic, se consum: 6,88 t/zi caolin Aghire umed 7,96 t/zi caolin Zettlitz umed 6,06 t/zi nisip umed 8,05 t/zi feldspat umed 18,134 t/zi ap 47,23 t/zi + 1,138 t/zi glazur

Total: 48,37 t/ziPierderile totale P=Pi+PC +U

P=10,378 t/zi Pierderi+Productivitate=58,75 t/zi

V. Calculul compoziiei mineralogice a amestecului de materialeV.1. Compoziia mineralogic a masei crude Din bilanul de materiale pe operaii se constat c la operaia de ardere se introduce M=23,90 t/zi.

Glazura L L=0,05L uL=40%

L uL=0,5%GLAZURARE

M U1ARDERE

uM=0,5% PC=6,55% uN=0,1% P=10%

NSORTARE


12

08.04.2012


OM=23,90 t/zi=23900 kg/zi L=22,762 t/zi Ms-material solid Ms=L-L0,5/100=22,648 t/zi Apa din materiile prime AMs=0,1132 t/zi L=1,138 t/zi Glazura G G=L-L40/100=0,6828 t/zi Apa de glazur AG AG=L40/100=0,4552 t/zi -MS=22,648 t/zi -glazura G=0,6828 t/zi -apa din -AMS=0,1132 t/zi -AG=0,4552 t/zi =23,90 t/zi Total ap: 0,5684 t/zi Iesiri de la ardere: 22,2 t/zi N 0,5684 t/zi U1 1,1116 t/zi PC =23,90 t/zi Consumul specific pentru operaia de ardere se determin astfel: Consumul de material care intr la ardere: Km=M/N=23,90/22,22=1,075 kg material/kg produs Consumul de material solid: KMS=MS/N=22,64/22,22=1,019 kg material/kg produs Consumul de ap: Kap=ap/N=0,5684/22,22=0,0255 kg ap/ kg produs Consumul de glazur: KG=G/N=0,6828/22,22=0,0307 kg glazur/kg produs Verificare:


13

08.04.2012


Km=KMS + Kap + KG =1,019 + 0,0255 + 0,0307 = 1,0752 kg material/ kg produs MS =22,64 t/zi......................SCA........................SCZ........................SN.............................SF 100%.......................21,49%CA............26,36%CZ..............21,70%N.................30,45%F SCA = 22,6421,49/100 = 4,865 t/zi SCZ = 22,6426,36/100 = 5,968 t/zi SN = 22,6421,70/100 = 4,913 t/zi SF = 22,6430,45/100 = 6,8938 t/zi Consumul specific al fiecrei materii prime: KCA = SCA/N = 0,2189 KCZ = SCZ/N = 0,2685 KN = SN/N = 0,2211 KF = SF /N = 0,31025 =1,0187 kg material solid/ kg produs

V.2. Compoziia mineralogic a materiilor prime

A. Caolin Aghire1. Caolinit AS2H2(Al2O3 2SiO2 2H2O)

- Al2O3

MAS2H2=MAl2O3+MSiO2+MH2O MAS2H2=102+120+36=258 kg/kmol258 kg AS2H2 ...........102 kg Al2O3.................120 kg SiO2...............36 kg H2O

x kg AS2H2............. KCA 29,7/100................y kg SiO2..................z kg H2O 0,218929,7/100=0,065 x=0,1644 kg AS2H2 y=0,0765 kg SiO2 z=0,0229 kg H2O 2. Cuar - SiO2tiina i ingineria materialelor oxidice 14 08.04.2012


53,15/1000,2189-y = 0,0398 kg SiO2 din cuar 3. Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO CaCO3CaO +CO2 MCaCO3=100 kg /kmol100 kg CaCO3.................56 kg CaO....................44 kg CO

x kg CaCO3....................... KCA 0,66/100.............yCO2 0,21890,66/100=0,00144 kg CaO x=0,00258 kg CaCO3 y=0,001135 kg CO2 din CaCO3 4. Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO MgCO3MgO+CO2 MMgCO3=84 kg /kmol84 kg MgCO3.....................40 kg MgO.....................44 kg CO2

x kg MgCO3........................ KCA 0,22/100.................y kg CO2 0,21890,22/100=0,0004816 kg MgO x=0,00101 kg MgCO3 y=0,00053 kg CO2 din MgCO3 5.Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O Na2CO3 Na2O+ CO2 MNa2CO3=106 kg /kmol 106 kg Na2CO3..................62 kg Na2O.......................44 kg CO2 x kg Na2CO3...................... KCA 0,39/100....................y kg CO2 0,21890,39/100=0,000853 kg Na2O x=0,00146 kg Na2CO3 y=0,000606 kg CO2 6. Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O


15

08.04.2012


K2CO3 K2O+ CO2 MK2CO3=138 kg /kmol 138 kg K2CO3..............94 kg K2O...................... 44 kg CO2 x kg K2CO3.................. KCA 1,07/100..................y kg CO2 0,21891,07/100=0,0023422 kg K2O x=0,00344 kg K2CO3 y=0,00161 kg CO2 7. TiO2 0,21890,33/100=0,00072237 kg TiO2 8. H2O z=0,0229 kg H2O 9. Carbonat de fier Fe2(CO3)3 Fe2(CO3)3Fe2O3+3CO2 MFe2(CO3)3=292 kg/kmol 292kg Fe2(CO3)3.....................160 kg Fe2O3..................344 kg CO2 x kg Fe2(CO3)3....................... KCA 2,25/100.................y kg CO2 0,21892,25/100=0,004925 kg Fe2O3 x=0,00899 kg Fe2(CO3)3 y=0,00742 kg CO2 10. CO2 0,00742+ 0,00161 0,000606 0,00053 0,001135 0,011301 kg CO2 PC=0,218912,23/100=0,0267 kg


16

08.04.2012


B. Caolin Zettlitz 1. Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3

258 kg AS2H2...............102 kg Al2O3............120 kg SiO2....................36 kg H2O

x kg AS2H2............. KCZ 36,82/100................y kg SiO2.....................z kg H2O 0,268536,82/100=0,09886 kg Al2O3 x=0,25 kg AS2H2 y=0,1163 kg SiO2 z=0,0349 kg H2O 2. Cuar - SiO2 0,268544,14/100-y=0,1185-0,1163=0,002216 kg SiO2 din cuar 3. Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO CaCO3CaO +CO2 MCaCO3=100 kg /kmol100 kg CaCO3...................56 kg CaO......................44 kg CO2

x kg CaCO3.........................KCZ 2,05/100..................y kg CO2 0,26852,05/100=0,0055 kg CaO x=0,00983 kg CaCO3 y=0,00433 kg CO2 din CaCO3 4. Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO MgCO3MgO+CO2 MMgCO3=84 kg /kmol84 kg MgCO3.....................40 kg MgO.....................44 kg CO2

x kg MgCO3........................ KCZ 0,98/100.................y kg CO2 0,26850,98/100=0,0026313 kg MgO x= 0,00553 kg MgCO3 y= 0,0029 kg CO2 din MgCO3


17

08.04.2012


5. Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O Na2CO3 Na2O+ CO2 MNa2CO3=106 kg /kmol 106 kg Na2CO3..................62 kg Na2O.......................44 kg CO2 x kg Na2CO3...................... KCZ 0,25/100......................y kg CO2 0,26850,25/100=0,00067125 kg Na2O x= 0,00115 kg Na2CO3 y= 0,000476 kg CO2 din Na2CO3 6. Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O K2CO3 K2O+ CO2 MK2CO3=138 kg /kmol 138 kg K2CO3..............94 kg K2O...................... 44 kg CO2 x kg K2CO3.................. KCZ 0,81/100.....................y kg CO2 0,26850,81/100=0,002175 kg K2O x=0,0032 kg K2CO3 y=0,00102 kg CO2 7.TiO2 urme 8. H2O z = 0,0349 kg H2O 9.Carbonat de fier Fe2(CO3)3 Fe2(CO3)3Fe2O3+3CO2 MFe2(CO3)3=292 kg/kmol 292kg Fe2(CO3)3.....................160 kg Fe2O3..................344 kg CO2 x kg Fe2(CO3)3....................... KCZ 1,17/100......................y kg CO2 0,26851,17/100=0,0031415 kg Fe2O3 x=0,00573 kg Fe2(CO3)3


18

08.04.2012


y=0,0026 kg CO2 10. Dioxid de carbon 0,0026+0,00102+0,000476+0,00433+0,0029=0,011326 kg CO2 PC=0,268513,78/100=0,3699 kg C. Nisip 1. Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3

258 kg AS2H2...........102 kg Al2O3.............120 kg SiO2....................36 kg H2O x kg AS2H2............. KN 0,90/100................y kg SiO2.....................z kg H2O 0,22110,90/100=0,002 kg Al2O3 x=0,005033 kg AS2H2 y=0,002341 kg SiO2 z=0,000702 kg H2O

2. Cuar - SiO2 0,221196,97/100-y=0,21206 kg SiO2 din cuar 3. Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO CaCO3CaO +CO2 MCaCO3=100 kg /kmol 100 kg CaCO3...................56 kg CaO......................44 kg CO2 x kg CaCO3.......................KN 0,20/100......................y kg CO2 0,22110,20/100=0,0004422 kg CaO x=0,00079 kg CaCO3 y=0,00035 kg CO2 din CaCO3 4. Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO


19

08.04.2012


MgCO3MgO+CO2 MMgCO3=84 kg /kmol84 kg MgCO3.....................40 kg MgO.....................44 kg CO2

x kg MgCO3........................ KN 0,11/100...................y kg CO2 0,22110,11/100= 0,00024 kg MgO x= 0,00051 kg MgCO3 y= 0,000267 kg CO2 din MgCO3 5. Carbonat de sodiu (Na2CO3) -Na2O Na2CO3 Na2O+ CO2 MNa2CO3=106 kg /kmol 106 kg Na2CO3..................62 kg Na2O.......................44 kg CO2 x kg Na2CO3...................... KN 0,15/100.......................y kg CO2 0,22110,15/100=0,000332 kg Na2O x= 0,000567 kg Na2CO3 y= 0,000235 kg CO2 din Na2CO3 6. Carbonat de potasiu (K2CO3) -K2O K2CO3 K2O+ CO2 MK2CO3=138 kg /kmol 138 kg K2CO3..............94 kg K2O...................... 44 kg CO2 x kg K2CO3.................. KN 0,35/100.......................y kg CO2 0,22110,35/100=0,000774 kg K2O x=0,00114 kg K2CO3 y=0,000362 kg CO2 7.TiO2 0,22110,53/100=0,001172 kg TiO2 8.H2O


20

08.04.2012


z = 0,000702 kg H2O 9. Carbonat de fier Fe2(CO3)3 Fe2(CO3)3Fe2O3+3CO2 MFe2(CO3)3=292 kg/kmol 292kg Fe2(CO3)3.....................160 kg Fe2O3..................344 kg CO2 x kg Fe2(CO3)3....................... KN 0,50/100........................y kg CO2 0,22110,50/100=0,0011 kg Fe2O3 x=0,00202 kg Fe2(CO3)3 y=0,000912 kg CO2 din Fe2(CO3)3 10. Dioxid de carbon 0,000912+0,000362+0,000235+0,000267+0,00035= 0,002126 kg CO2 PC=0,22110,29/100=0,0006412 kg

D. Feldspat1. Feldspat sodic NAS6

M NAS6=524 kg/kmol 524 kg NAS6.................62 kg NaO2................102 kg Al2O3................660 kg SiO2 x kg NAS6......................KF 6,29/100...................y kg Al2O3.....................z kg SiO2 0,31036,29/100=0,0195 kg NaO2 x=0,165 kg NAS6 y=0,0321 kg Al2O3 z=0,1133 kg SiO2 2.Feldspat potasic KAS6 M KAS6=556 kg/kmol


21

08.04.2012


556 kg KAS6..................94 kg K2O..............102 kg Al2O3...............660 kg SiO2 x kg KAS6.......................KF 3,39/100...............y kg Al2O3....................z kg SiO2 0,31033,39/100=0,01052 kg K2O x=0,06221 kg KAS6 y=0,011412 kg Al2O3 z=0,04028 kg SiO2 3. Caolinit (AS2H2 ) -Al2O3

258 kg AS2H2.......................102 kg Al2O3.................120 kg SiO2...........36 kg H2O x kg AS2H2.......... KF 18,89/100 (0,0355+0,0126).......y kg SiO2...........z kg H2O 0,310318,89/100 (0,011412+0,0321)=0,0151 kg Al2O3 x=0,0382 kg AS2H2 y=0,01776 kg SiO2 z=0,00533 kg H2O 4. Cuar - SiO2 0,310368,81/100 - 0,01776 - 0,04028 - 0,1133=0,04214 kg SiO2 5. Carbonat de fier Fe2(CO3)3 Fe2(CO3)3Fe2O3+3CO2 MFe2(CO3)3=292 kg/kmol 292kg Fe2(CO3)3.....................160 kg Fe2O3..................344 kg CO2 x kg Fe2(CO3)3....................... KF 0,34/100........................y kg CO2 0,31030,34/100=0,00105 kg Fe2O3 x=0,00193 kg Fe2(CO3)3 y=0,00087 kg CO2 din Fe2(CO3)3 6. Carbonat de calciu (CaCO3 ) - CaO CaCO3CaO +CO2 MCaCO3=100 kg /kmol 100 kg CaCO3...................56 kg CaO......................44 kg CO2


22

08.04.2012


x kg CaCO3......................KF 1,37/100.......................y kg CO2 0,31031,37/100=0,00425 kg CaO x=0,0076 kg CaCO3 y=0,00334 kg CO2 din CaCO3 7. Carbonat de magneziu (MgCO3 ) - MgO MgCO3MgO+CO2 MMgCO3=84 kg /kmol84 kg MgCO3.....................40 kg MgO.....................44 kg CO2

x kg MgCO3........................ KF 0,21/100....................y kg CO2 0,31030,21/100= 0,00065 kg MgO x= 0,00137 kg MgCO3 y= 0,0007167 kg CO2 din MgCO3 8. TiO2 urme

9. Dioxid de carbon 0,0007167+0,00344+0,00087 =0,00503 kg CO2 10. H2O z=0,00533 kg H2O PC=0,31030,7/100 =0,002172 kg Tabel V.2.1. Compoziie mineralogic:

i Ki AS2H2 SiO2 CaCO3

C.A.0,2189 0,1644 0,0398 0,0026

C.Z.0,2685 0,25 0,002216 0,0098323

N0,2211 0,005033 0,21206 0,00079

F0,3103 0,0382 0,04214 0,0076

Total1,0188 0,4576 0,2962 0,0208208.04.2012



MgCO3 Na2CO3 K2CO3 Fe2(CO3)3 TiO2 KAS6 NAS6 H2O CO2

0,00101 0,0015 0,00344 0,00899 0,00072 0,0229 0,011301

0,00553 0,00115 0,0032 0,00573 0,0349 0,011326

0,00051 0,000567 0,00114 0,00202 0,001172 0,000702 0,002126

0,00137 0,00193 0,06221 0,165 0,00533 0,00503

0,00842 0,003217 0,00778 0,01867 0,001892 0,06221 0,165 0,063832 0,029783

V.3. Calculul auxiliarelor de ardereKax =G plac/G prod. de pe plac= Vplacplac/NprodGprod kg aux./kg produs Kax=10,50,0012800/1280,250=0,04375 kg aux./kg produs

V.4.Calculul aerului necesar combustiei i volumele de gazeKC-consumul specific de combustibil (Nm3 comb./kg produs) Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aer/kg produs) Kaer=Aprimar+Arcire (Nm3/kg produs) Aprimar=20/100ArealKC Arderea se realizeaz concomitent (monoardere), cu aer atmosferic, cu exces de aer =1,15. Aerul folosit pentru combustie este 20% aer primar introdus la 20 C n arztor iar ca aer secundar se folosete aer din zona de rcire. Restul aerului de rcire se va recircula n zona de prenclzire ( se recupereaz cldura). Combustibilul utilizat este combustibil gazos cu urmtoarea compoziie: 96% CH4, 2% C2H6, 1% C3H8, 0,5% N2, 0,5% CO2 , cu puterea calorific inferioar Hi=36620 kJ/m3.tiina i ingineria materialelor oxidice 24 08.04.2012


CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O C2H6 + 7/2O2 2 CO2 + 3H2O C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O Omin=20,96+7/20,02+50,01=2,04 Nm3 O2/ Nm3 comb. Oreal= Omin Oreal =1,152,04=2,346 Nm3 O2/ Nm3 comb. Areal=Oreal+3,76Oreal Areal= Omin+ 3,76Omin=4,76 Omin Areal=4,761,152,04=11,167 Nm3 aer/ Nm3 comb. Ap=20/100 Areal KC=0,211,167KC=2,233KC Nm3/kg prod. Kaer=2,233KC+ Arcire Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2ex VCO2=10,96+20,02+30,01=1,03 Nm3/ Nm3 comb. VH2O=20,96+30,02+40,01=2,02 Nm3/ Nm3 comb. VN2=0,5/100+3,76 Oreal=0,005+3,762,346=8,826 Nm3/ Nm3 comb. VO2ex=Oreal-Omin VO2ex=2,346-2,04=0,306 Nm3/ Nm3 comb. Vg=1,03+2,02+8,826+0,306=12,182 Nm3/ Nm3 comb. 12,182.............1,03 CO2..............2,02 H2O...........8,826 N2.................0,306 O2ex 100%.................x...........................y.........................z............................t x=8,46% y=16,58% z=72,45% t=2,51%

V.4.1.Calculul real de aer de rcire Q cedat produs=Q primit aer Q cedat produs=mCpp=1 kg(Cp12001200-Cp100100) Q primit aer=Vaer(Caer700700- Caer2020) (Cp12001200-Cp100100) =Vaer(Caer700700- Caer2020)


25

08.04.2012


Vaer=(Cp12001200-Cp100100)/ (Caer700700- Caer2020) Vaer=1,1340(1200-100)/(1,3710700-1,297620)=1,336 Nm3/kg Vaer= Arcire Kaer=2,233KC+1,336 Nm3 aer/kg produs

V.5. Cantitatea de combustibile intrateKc =consumul specific de combustibil Nm3 comb./kg produs

V.6. Cantitatea de produs ieit (pentru care se calculeaz bilanul)1 kg produs

V.7. Cantitatea de auxiliare ieiteKax =G plac/G prod. de pe plac= Vplacplac/NprodGprodusului kg aux./kg produs Kax=10,50,0012800/1280,250=0,04375 kg aux./kg produs

V.8. Cantitatea de aer recirculat - VarVar=Vr-Vaer secundar=Vr- 0,8ArealKc Var=1,336-0,811,167 Kc=1,3368,9336Kc Nm3/kg prod

V.9. Cantitatea gazelor de ardereVg=VCO2+VH2O+VN2+VO2 VCO2=10,96+20,02+30,01=1,03 Nm3/ Nm3 comb. VCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=1,03+0,005=1,035 Nm3/ Nm3 comb. VH2O=20,96+30,02+40,01=2,02 Nm3/ Nm3 comb. VN2=0,5/100+3,76 Oreal=0,005+8,821=8,826 Nm3/ Nm3 comb. VN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0,005+8,821=8,826 Nm3/ Nm3 comb. VO2=Oreal-Omin VO2=2,346-2,04=0,306 Nm3/ Nm3 comb. Vg=1,03+2,02+8,826+0,306=12,182 Nm3/ Nm3 comb.


26

08.04.2012


12,182.............1,03 CO2..............2,02 H2O...........8,826 N2.................0,306 O2ex 100%.................x...........................y.........................z............................t x=8,50% CO2 x=0,085 CO2 y=16,57% H2O y=0,165 H2O z=72,42% N2 z=0,724 N2 t=2,51% O2 t=0,025 O2

VI. Bilanul termic al cuptoruluiQintrat=Qieit

VI.1. Calculul cldurilor intrate n cuptor VI.1.1. Cldura intrat cu materialul supus tratamentului termicQ1=mici i kJ/kg prod. , mi-masa fiecrui mineral component i ci-cldura specific a mineralului i, kJ/kgC i-temperaturile cu care se introduc mineralele n cuptor, 20C Q1=[0,45760,918+0,29620,77+0,020820,821+0,008420,921+0,0032170,942+ +(0,01867+0,001892+0,06221+0,165)0,921+0,03070,866+0,02551,5]20= =19,38127 Q1=19,38 kJ/kg produs

VI.1.2. Cldura intrat cu auxiliarele de ardere


27

08.04.2012


Q2=KaxCaxax Kax=Gplac/Nprodgprod Kax=0,00052800/1280,250=0,04375 kg aux./kg produs Cax=0,93+0,0003t=0,936 kJ/kggrad Kax-consumul specific de auxiliare de ardere Cax-reprezint cldura specific a auxiliarelor de ardere Q2=0,043750,93620=0,819 kJ/kg

VI.1.3. Cldura introdus cu combustibilulSursa de cldur folosit pentru nclzirea cuptorului tunel este combustibilului gazos cu urmtoarea compoziie: 96% CH4, 2% C2H6, 1% C3H8, 0,5% N2, 0,5% CO2, exprimat n procente volumice. Q3=KcCcax+KcHi kJ/kg 5 Cc=CiVi=1,985(0,96+0,02+0,01)+1,2950,005+1,6410,005=1,98 kJ/Nm3 i=1 Q3=Kc1,9820+ Kc36620=36659,6 Kc kJ/kg

VI.1.4. Cldura intrat cu aerul de combustieQ4=KaerCaeraer kJ/kg

Kaer- consumul specific de aer (Nm3 aer/kg produs) Kaer=Aprimar+Arcire (Nm3/kg produs) Aprimar=20/100ArealKC Kaer=20/100ArealKC +Arcire Areal=Oreal+3,76Oreal Oreal= Omin Omin=0,962+0,027/2+0,015=2,04 Nm3 O2/ Nm3 comb. Areal= Omin+ 3,76Omin=4,76 Omin Areal=4,761,152,04=11,167 Nm3 aer/ Nm3 comb. Q cedat produs=Q primit aer Q cedat produs=mCpp=1 kg(Cp12001200-Cp100100)tiina i ingineria materialelor oxidice 28 08.04.2012


Q primit aer= Arcire(Caer700700- Caer2020) Arcire =(Cp12001200-Cp100100)/ (Caer700700- Caer2020) Arcire =1,1340(1200-100)/(1,3710700-1,297620)=1,336 Nm3/kg Kaer=2,233KC+1,336 Nm3 aer/kg produs Q4=(2,233KC+1,336)1,297620=57,95KC+34,672 kJ/kg Qi=21,46+0,819+36659,6 Kc +57,95KC+34,672 Qi=36717,55KC+56,95 kJ/kg

VI.2. Calculul cantitilor de cldur ieite din cuptor VI.2.1. Cldura ieit cu produsulQ1=mpCppieire Q1=11,134100=113,4 kJ/kg kJ/kg

VI.2.2. Cldura ieit cu auxiliarele de ardereQ2=KaxCax auxieire Q2=0,043750,9303100=4,07 kJ/kg kJ/kg

VI.2.3. Cldura ieit cu gazele de ardereQ3=Kc Vg C g gieire+Vaer recirculatCaer gieire+Vgaze tehnologiceCggieire Vgaze tehnologice se neglijeaz n acest caz. Vaer recirculat=Vr-0,8Areal Kc Vg=VCO2+VH2O+VN2+VO2


29

08.04.2012


VCO2=10,96+20,02+30,01=1,03 Nm3/ Nm3 comb. VCO2 din combustie - VCO2 din combustibil=1,03+0,005=1,035 Nm3/ Nm3 comb. VH2O=20,96+30,02+40,01=2,02 Nm3/ Nm3 comb. VN2=0,5/100+3,76 Oreal=0,005+8,821=8,826 Nm3/ Nm3 comb. VN2 din combustibil+ VN2 din aerul de combustie=0,005+8,821=8,826 Nm3/ Nm3 comb. VO2=Oreal-Omin VO2=2,346-2,04=0,306 Nm3/ Nm3 comb. Vg=1,03+2,02+8,826+0,306=12,182 Nm3/ Nm3 comb. 12,182.............1,03 CO2..............2,02 H2O...........8,826 N2.................0,306 O2ex 100%.................x...........................y.........................z............................t x=8,50% CO2 x=0,085 CO2 y=16,57% H2O y=0,165 H2O z=72,42% N2 z=0,724 N2 t=2,51% O2 t=0,025 O2

Cg=0,0851,787+0,1651,522+0,7241,3+0,0251,335=1,377 kJ/Nm3 Adoptm o temperatur de ieire a gazelor de ardere de 200 C. Q3=Kc Vg C g gieire+( Vr-0,8Areal Kc ) Caer gieire Q3= Kc 12,1821,377200+(1,336-0,811,167 Kc)1,307200=3354,92 Kc+349,23-2335,24Kc =349,23+1019,68Kc Q3=349,23+1019,68Kc kJ/kg prod.

VI.2.4. Cldura consumat pentru formarea produsului 1. 20-100C -nclzirea materialului

q1=[0,45760,946+0,29620,781+0,020820,841+0,008420,948+0,00321,030+ +0,007780,980+(0,01867+0,0019+0,06221+0,165)0,921+0,02551,513+0,0307 0,901](100-20)= =79,608 kJ/kg prod.

2. 100 C

-evaporarea apei fizice

q2=0,02552258=57,579 kJ/kg prod.


30

08.04.2012


3. 100-450 C

-nclzirea materialului

q3=[0,45761,073+0,29620,9+0,020820,955+0,00841,069+0,00321,163+0,007781,120+(0 ,01867+0,0019+0,06221+0,165)0,931+0,03070,985](450-100)= = 370,946 kJ/kg prod.

4. 450 C

-deshidratarea caolinitului

q4=0,4576933=426,9408 kJ/kg prod.

5. 450-600 C


q5=[0,39381,012+0,29621,036+0,020821,058+0,008421,12+0,0032171,33+ +0,007781,22+(0,01867+0,0019+0,06221+0,165)0,953+0,03071,066](600450)= =152,9216 kJ/kg prod

6. 600 C

-descompunerea MgCO3

q6=0,008421395=11,746 kJ/kg prod

7. 800 C

-descompunerea CaCO3

q8=0,020821395=29,044 kJ/kg prod

8. 600-1050 C


q7=[0,39381,064+0,29621,092+0,011660,882+0,004011,12+0,0032171,43+ +0,007781,30+(0,01867+0,0019+0,06221+0,165)1,006+0,03071,097](1050-600)= =474,7 kJ/kg prod

9. 1050 C

-formarea mulitului

q9=15/1000,3938(-797,32)= 47,1 kJ/kg prod

10. 1050 C

-topirea feldspatului

q10=0,2737383=104,82 kJ/kg prod

11. 1050-1300 C -nclzirea materialului


31

08.04.2012


q11=11,135(13001050)=283,75 kJ/kg prod

12. 1300 C

-topirea glazurii i a altor componente ale masei

q12=0,0307310=9,517 kJ/kg prod q12=0,400525=210 kJ/kg prod

13. 1300-100 C

-rcirea produsului TTotal: 807,2724 kJ/kg prod

q13=11,131(1001300)= 1357,2 kJ/kg prod

Q4=807,2724 kJ/kg prod

VI.2.5. Cldura pierdut n exterior prin perei, bolt i vatrCalculul cantitilor de cldur pierdute n mediul nconjurtor se face cu ajutorul relaiei : Q5=kA(tpita) VI.2.1. kcoeficient total de transmitere a cldurii (W/m2C) Aaria suprafeei peretelui, respectiv a bolii i vetrei, n zona de temperatur constant (m) tpi temperatura la faa interioar a peretelui, respectiv a bolii i vetrei (temperatur egal cu cea a materialului) (C) tatemperatura aerului n hala unde este instalat cuptorul (C) (ta=20 C n zonele de prenclzire i rcire, ta=40 C n zona de ardere) Coeficientul total de transmitere a cldurii k, se calculeaz cu relaia:k= 1

1 + i i

VI.2.2. iconductivitatea termic medie a materialului (W/mgrad)tiina i ingineria materialelor oxidice 32 08.04.2012


igrosimea materialului (m) Coeficientul de transmitere a cldurii prin convecie liber i radiaie , poate fi calculat cu urmtoarele relaii : pentru bolt i vatr (perete orizontal): =9,4+0,057te pentru perei laterali (verticali): =7,1+0,057te tetemperatura exterioar a cuptorului Calculul pierderilor de cldur se face pe zone, corespunztoare intervalelor de temperatur ale materialului. Lungimea zonei se determin cu ajutorul diagramei de ardere Cantitatea de cldur pierdut n W va fi transformat n kJ prin intermediul relaiei W=J/s, respectiv cantitatea de cldur exprimat n kJ va fi raportat la 1kg de produs tiind c pentru fiecare interval de temperatur avem g =12820,25L kg podus. Q5=850,106 kJ/kg prod.


33

08.04.2012

Cuptor tunel cu role Tabel VI.1. Calculul pierderilor de cldur prin perei , bolt i vatr Pereii laterali Intervalul de temp(C)

Bolta i vatra Aria(m2)

Total Cldura pierdut(W) (kj/kg) (kj/kg)

t.med(C)

L(m)

Aria(m2)

k(W/m2C)

tpita(C)

Cldura pierdut(W) (kj/kg)

k(W/m2C)

tpita(C)

20-100 100-450 450-600 600-800 800-1050 1050-1300 1300-800 800-400 400-100

60 275 525 700 925 1175 1050 600 250

1,93 5,423 2,307 3,25 6,187 20,185 13 10,73 15,278

2,1616 6,07 2,584 3,64 6,93 22,607 14,56 12,018 17,11

0,425 0,558 0,565 0,625 0,369 0,525 0,369 0,592 0,542

40 255 505 680 885 1135 1010 580 280

36,75 863,70 737,28 1547 2263,1 13471 5426,37 4126,5 2596,61

0,317 7,463 6,3705 13,367 19,554 116,397 46,887 35,655 22,436

4,632 13,02 5,537 7,8 14,85 48,44 31,2 25,752 36,667

0,457 0,568 0,573 0,635 0,372 0,530 0,372 0,601 0,550

40 255 505 680 885 1135 1010 580 280

84,673 1885,82 1602,21 3368,04 4888,917 29139 11722,5 8976,63 5646,72

0,732 16,295 13,844 29,102 42,243 251,78 101,29 77,563 48,8

1,05 23,758 20,215 42,47 61,797 368,18 148,18 113,22 71,236


34

08.04.2012


VI.2.6.Calculul consumului specific de combustibil Cu valorile calculate pentru cldurile intrate i ieite din cuptor se ntocmete bilanul termic i se determin consumul specific de combustibil. Clduri intrate 1. cu materialul Q1=19,38 kJ/kg 2. cu auxiliarele Q2=0,819 kJ/kg 3. cu combustibilul Q3=36659,6 Kc kJ/kg 4. cu aerul Q4=57,95KC+34,672 kJ/kg Clduri ieite 1. cu produsul Q1=113,4 kJ/kg 2. cu auxiliarele Q2=4,07 kJ/kg 3. cu gazele de ardere Q3=349,23+1019,68Kc kJ/kg prod. 4. cldura consumat pt. trans. m.p. n prod. Q4=807,2724 kJ/kg prod 5. cldura pierdut prin perei, bolt i vatr Q5=850,106 kJ/kg prod. Qi=36717,55Kc+54,871 kJ/kg Qi=Qe Kc=0,06188 Nm3/kg prod. Consumul specific de combustibil real va fi mai mare dect cel calculat deoarece n timpul procesului de ardere exist pierderi de cldur. Considernd randamentul focarului =0,85, consumul specific de combustibil va fi: Kcr= Kc Kcr=0,06188/0,85=0,0728 Nm3/kg prod. KcrHi=0,072836620=2666 kJ/kg prod. Qe=2124,08+1019,68Kc kJ/kg


35

08.04.2012


VII. Verificarea termotehnologicSe realizeaz prin determinarea fluxului de cldur primit de material n fiecare etap a procesului de ardere. Valorile obinute din calculul de transfer termic se compar cu valorile necesare de cldur determinate la formarea produsului, i trebuie s fie mai mari dect acestea. n caz contrar materialul nu va primi suficient cldur pentru a se realiza toate transformrile din masa sa, deci predimensionarea nu s-a realizat corect. Calculul de predimensionare se reia reducndu-se gradul de ncrcare al cuptorului sau viteza de naintare a produselor n cuptor. Pentru determinarea fluxului termic primit de material n fiecare etap este necesar determinarea temperaturii gazelor de ardere.

VII.1. Determinarea temperaturii gazelorSe realizeaz calculnd bilanuri termice pariale pe fiecare zon termic a procesului:Interval de temperatur, C 20-100 100-450 450-600 600-1050 1050-1300 1300-100 Cldura sensibil a materialelor 79,608 370,946 152,92 474,7 283,75 1357,2 Cldura sensibil a auxiliarelor 3,35 15,94 6,435 21,087 11,055 -68,112 Cldura consumat pentru transformri 57,58 426,94 11,746 47,1 104,82 29,044 9,517 210 Pierderi de cldur n exterior 1,05 23,76 20,215 104,267 368,18 332,636 Total etap kJ/kg q1= 141,59 q2= 837,59 q3= 191,316 q4= 686,818 q5= 882,502 q6= 1092,68

VII.2. Bilanul zonei de rcireAportul de cldur din zona de rcire este preluat de aerul de rcire care se nclzete.Temperatura final a aerului se determin din relaia: q6=Vrcrtr tr= q6/(Vrcr) Cldura specific a aerului depinde de temperatur, care nu se cunoate, i se presupune o valoare pentru tr, se determin cr pentru acest valoare i se recalculeaz temperatura. Dac ntre valoarea presupus i cea calculat nu exist diferen, valoarea presupus se adopt. n caz contrar, se propune o nou valoare pentru temperatur i se reia calculul. Se presupune: tr=600 C, cr= 1,356 tr=1092,68/(1,3361,356)=603 C Temperatura aerului la ieire din zona de rcire este de 600 C.

VII.3. Bilanul zonei de arderetiina i ingineria materialelor oxidice 36 08.04.2012


n zona de ardere are loc arderea combustibilului care se introduce n amestec cu aerul primar iar aerul secundar este preluat din zona de rcire. Gazele rezultate n urma arderii vor prelua ntreaga cantitate de cldur degajat. Aceasta provine din cldura introdus de combustibil i de aerul de combustie. Qintrat =Kc(Hi+ccc)+KcAreal(0,2cap20ap+0,8casas) Cldura preluat de gaze va duce la creterea temperaturii acestora. Qg=Vg Kccgg Egalnd cele dou relaii: g= (Hi+cc c)+Areal(0,2cap20ap+0,8casas) Vgcg

Presupunem gV = 2180 C cg=0,0852,444+0,1651,994+0,7241,493+0,0251,58= 1,657 kJ/Nm3 C g= (36620+1,9820)+11,167(0,21,29720+0,81,356600) = 2180 C 12,1821,657 Adoptm temperatura presupus de 2180 C. n zona de ardere gazele cedeaz cldur materialului astfel nct temperatura acestora va scdea. Pentru a calcula temperatura gazelor la ieire din zona de ardere determinm cantitatea de cldur rmas dup ce sau acoperit toate consumurile. QIV=QV q5 QV cldura gazelor la ordonata V (la intrare n zona de ardere) QIV cldura gazelor la ordonata IV (la ieire din zona 5) q5 consumul de cldur n zona de ardere QV=12,1820,0618 1,6572180=2719,48 kJ/kg QIV=2719,48 882,502=1836,98 kJ/kg gIV= QIV/(Vg Kccg) Presupunem gIV =1530 C cg=0,0852,341+0,1651,859+0,7241,447+0,0251,531= 1,5916 kJ/Nm3 Ctiina i ingineria materialelor oxidice 37 08.04.2012


gIV=1836,98/(12,1820,06181,5916)=1533,08 C QIII = QIV q4 + Qar Qar = Var casas Var=Vr-Vaer secundar=Vr- 0,8ArealKc Var=1,336-0,811,167Kc=1,3368,93360,0618=0,783 Nm3/kg prod Qar =0,7831,356600=637 kJ/kg QIII =1836,98686,82+637 =1787,16 kJ/kg gIII= QIII /(VgKccg + Varca) Presupunem gIII =780 C cg=0,0852,1224+0,1651,6226+0,7241,3644+0,0251,4468= 1,4721 kJ/Nm3 C gIII=1787,16/(12,1820,06181,4721+0,783 1,5114)=779,35 C QII = QIII q3 QII =1787,16191,316=1595,84 kJ/kg gII= QII /(VgKccg + Varca) Presupunem gII =700 C cg=0,0852,088+0,1651,641+0,7241,354+0,0251,434=1,4644 kJ/Nm3 C gII=1595,84/(12,1820,06181,4644+0,783 1,486)=704 C QI = QII q2 QI =1595,84837,59=758,25 kJ/kg gI= QI /(VgKccg + Varca) Presupunem gI =280 C cg=0,0851,8478+0,1651,538+0,7241,356+0,0251,3518=1,4263 kJ/Nm3 C gI=758,25/(12,1820,06181,4263+0,783 1,998)=287 C QI q1=758,25141,59=616,66 kJ/kg

g ieire= (QI q1)/(VgKccg + Varca) g ieire presupus: 200 Ctiina i ingineria materialelor oxidice 38 08.04.2012


cg=0,0851,787+0,1651,522+0,7241,3+0,0251,335=1,3776 kJ/Nm3 C g ieire=616,66/(12,1820,06181,3776+0,783 2,307)=216 C g ieire=216 C

VIII. Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptoruluiPentru verificarea termotehnologic se calculeaz fluxul de cldur primit de material n etapa considerat. Cantitatea de cldur primit de material se compar cu cantitatea necesar pentru toate transformrile fizicochimice din aceast etap. Dac cantitatea de cldur primit de material este mai mare sau cel puin egal cu necesarul de cldur, calculul de proiectare realizat este corect. Fluxul de cldur primit de material n etapa considerat se calculeaz cu relaia: Q=qiM=Atm (kW)

qi consumul specific de cldur pentru etap (kJ/kg) M debitul de material (kg/s) coeficientul de transfer termic care se determin cu relaia = convecie+ radiaie (W/m2 C)

A aria suprafeei de transfer termic (m2) tm diferena mediei logaritmic ntre temperaturile gazului i a materialului (C) tgtm= (tmftmi)/[ln(tgtmi)/(tgtmf)]

Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului Q = qi M = * A * m Qtransf Qnec Q nec = M * q nec

Pentru zona Vtiina i ingineria materialelor oxidice 39 08.04.2012


Qnec5 = Mq5 M = 1291,84 kg/11135,2 s = 0,1160 kg/s L = 20,185 m Qnec5 = 0,1160882,502 = 102,38 kW Qtransmis = Atm L5 = 20,185 m => N = 5167,36 produse n zona 5 A5 = NAprodus= N(2RG+R2) = = 5167,36(23,140,0250,05+3,140,0252) = 50,7047 m2 tgtm = (tmftmi)/[ln(tgtmi)/(tgtmf)] tgtm = (13001050)/[ln(21801050)/(21801300)] = 1000 C W0 = VgKcP/hl =12,1820,061881291,84/0,561,2123600 = 0,0335 m/s de = 4V/A Vgoluri = Vcuptor5Vmaterial5 = L5hlR2GN5 = = 20,1850,561,23,140,02520,055167,36 = 13,057 m3 de = 413,057/50,7047 = 1,03 m = 0,687(0,03350,8/1,030,33) (2180)0,25 = 1 W/m2 C Qtransmis = 150,70471000 = 50704,7 kW > 102,38 kW

Pentru zona IItiina i ingineria materialelor oxidice 40 08.04.2012


Qnec2 = Mq2 M = 347,07 kg/2992,38 s = 0,116 kg/s L = 5,423 m Qnec2 = 0,116837,59 = 97,148 kW Qtransmis = Atm L2 = 5,423 m => N = 1388,29 produse n zona 2 A2 = NAprodus= N (2RG+R2) = = 1388,29 (23,140,0250,05+3,140,0252) = 22,05536 m2 tgtm = (tmftmi)/[ln(tgtmi)/(tgtmf)] tgtm = (450100)/[ln(700100)/(700450)] = 399,78 C W0 = VgKcP/hl =12,1820,06188347,072 /0,561,2123600 = 0,009013 m/s de = 4V/A Vgoluri = Vcuptor2Vmaterial2 = L2hlR2GN2 = = 5,4230,561,23,140,02520,051388,29 =3,508 m3 de = 43,508/22,055 = 0,636 m = 0,687(0,0090130,8/0,6360,33) (700)0,25 =0,14 W/m2 C Qtransmis = 0,1422,055399,78 = 1234,40 kW > 97,148 kW


41

08.04.2012


IX. Bibliografie: L. Literat, L. Gagea, F. Goga, E. Miric, E. OlariuCeramic tehnic Principii de calcul i proiectare, Ed. Casa Crii de tiin 2001 I. Teoreanu Calcule de operaii, utilaje i instalaii termotehnologice din industria silicailor, Ed. Didactic i pedagogic Bucureti

Anexe:tiina i ingineria materialelor oxidice 42 08.04.2012


Fig. 1. Circulaia materialului i gazelor n cuptorul tunel Tabel III.2.2.1.Compoziia oxidic a materiilor prime (% masice) Tabel III.2.2.2. Compoziia oxidic a produsului Tabel III.2.2.3. Compoziia oxidic real Tabel III.2.2.4.Compoziia oxidic a masei (%) Tabel V.2.1. Compoziie mineralogic Tabel VI.1. Calculul pierderilor de cldur prin perei , bolt i vatr Fig. 2. Diagram de ardere

2 7 8 8 8 24 34 46

Cuprins:tiina i ingineria materialelor oxidice 43 08.04.2012


I. Elemente introductive I.1. Cuptoare cu funcionare continu I.1.1 Zona de prenclzire I.1.2. Zona de ardere 2 I.1.3. Zona de rcire II. Calculul mineralogic a masei crude II.1. Compoziia mineralogic a masei crude III. Proiectarea cuptorului tunel cu role III.1. Predimensionarea III.2. Proces tehnologic i compoziie III.2.1. Procesul tehnologic cuprinde III.2.2. Compoziii oxidice IV. Bilan de materiale IV.1. Bilanuri de materiale pe operaiile fluxului tehnologic V. calculul compoziiei mineralogice a amestecului de materiale V.1. compoziia mineralogic a masei crude V.2. Compoziia mineralogic a materiilor prime 15 V.3. Calculul auxiliarelor de ardere V.4.Calculul aerului necesar combustiei i volumele de gaze V.4.1.Calculul real de aer de rcire 26 V.5. Cantitatea de combustibile intrate V.6. Cantitatea de produs ieit V.7. Cantitatea de auxiliare ieite V.8. Cantitatea de aer recirculat - Var V.9. Cantitatea gazelor de ardere VI. Bilanul termic al cuptorului VI.1. Calculul cldurilor intrate n cuptor VI.1.1. Cldura intrat cu materialul supus tratamentului termic VI.1.2. Cldura intrat cu auxiliarele de ardere VI.1.3. Cldura introdus cu combustibilul VI.1.4. Cldura intrat cu aerul de combustie VI.2. Calculul cantitilor de cldur ieite din cuptor VI.2.1. Cldura ieit cu produsul VI.2.2. Cldura ieit cu auxiliarele de ardere VI.2.3. Cldura ieit cu gazele de ardere VI.2.4. Cldura consumat pentru formarea produsului VI.2.5. Cldura pierdut n exterior prin perei, bolt i vatr VI.2.6.Calculul consumului specific de combustibil

1 1 2 3 4 4 5 5 7 7 7 9 9 13 13 25 25 26 26 26 27 27 28 28 28 28 28 29 30 30 30 30 31 32 35

VII. Verificarea termotehnologic VII.1. Determinarea temperaturii gazelortiina i ingineria materialelor oxidice 44

36 3608.04.2012


VII.2. Bilanul zonei de rcire VII.3. Bilanul zonei de ardere VIII. Calculul termotehnologic pentru verificarea lungimii cuptorului IX. Bibliografie X. Anexe

36 37 39 42 43


45

08.04.2012

cuptor tunel cu role

Documents