2390

Рис. 3.18. Автоклавы: а тупиковый; б проходной; 1 крышка; 2 механизм для подъема и опускания крышки; 3 манометры; 4 предохранительный клапан; 5 корпус; 6, 7, 8 паровыпускная, паровпускная и конденсационная магистрали

Первый этап имеет место от начала впуска пара до установления в автоклаве температуры 100 °С. На этом этапе пар интенсивно отдает теплоту и эффективность его как теплоносителя повышается по мере увеличения давления, что обусловлено ростом его теплосодержания (энтальпии). Так как температура поверхности изделий в этот период ниже температуры влажного насыщенного пара, теплообмен идет за счет конденсации водяных паров на поверхности изделий.

Второй этап начинается с момента подъема давления в автоклаве, т.е. при t > 100 °С. При повышении давления теплообмен ускоряется и изделие прогревается по всему сечению.

Третий этап выдержка изделий при постоянных давлении и температуре. Через 30…60 мин выдержки выравнивается температура по сечению изделий. Длительность выдержки сокращается по мере увеличения давления.

Четвертый этап автоклавной обработки начинается с момента снижения давления. В этот момент изделие имеет более высокую температуру, чем среда, что вызывает парообразование в порах материала. На этой стадии в материале могут появиться трещины и для их предотвращения важно снижать давление в автоклаве как можно медленнее. Для сокращения сроков спуска давления и с целью уменьшения влажности изделий после снижения давления рекомендуется вакуумирование автоклавного пространства в течение 1…2 ч до разрежения 50…60 %. В результате вакуумирования давление водяного пара внутри изделий становится выше авто-

99

клавного на 0,015…0,025 МПа, что способствует снижению температуры и сушке изделий.

Пятый этап охлаждение изделий от 100 °С до нормальной температуры. Здесь также важно обеспечить скорость охлаждения в таких пределах, которые не вызвали бы микротрещинообразования.

Вид А

6

6

5

7

А

4

3

2

1

Производительность автоклава характеризуется длительностью цикла работы и количеством загружаемой продукции. К садке изделий на вагонетку предъявляют большие требования. Чем больший объем изделий удается разместить на вагонетке, тем экономичнее работа автоклава. Количество изделий, загруженных в автоклав, характеризуют коэффициентом его заполнения К. Под коэффициентом заполнения понимают отношение объема загруженных изделий Vи к объему автоклава Va:

K=Vи/Vа . (3.1)

Цикл работы автоклава складывается из времени, необходимого на загрузку τ1 времени, необходимого на тепловую обработку τ2, равного времени, затрачиваемого на периоды подъема температуры τп, изотермической выдержки τв и времени τ0 охлаждения материала (τ2= τп + τв + τо), а также времени на выгрузку и чистку самого автоклава τ3. Цикл выражают в часах, и для различных материалов он колеблется в пределах 12…18 ч. Работу автоклава контролирует инспекция котлонадзора. Необходимо неукоснительное соблюдение правил охраны труда и техники безопасности,

100

ибо автоклав представляет собой установку повышенной опасности. Например, на крышку автоклава диаметром 3,6 м при работе на давлении Р=1 МПа действует сила, равная 10170 кН, что необходимо помнить при его обслуживании. Расход пара на тепловлажностную обработку достаточно велик и составляет в среднем 300…400 кг на 1 м3 плотных изделий.

Работа автоклава заключается в следующем. На путях колеи 1520 мм

вцехе формируют состав загруженных изделиями вагонов и заталкивают его в подготовленный с открытыми крышками автоклав. После загрузки и герметизации крышек можно либо включить подачу пара и начать тепловлажностную обработку, либо включить вакуумирование и потом начать обработку, либо, не закрывая крышек, включить подачу пара и начать продувку. Далее автоклав работает следующим образом. Сначала путем подачи пара поднимают температуру до максимальной, затем осуществляется изотермическая выдержка, причем пар в это время подается только на компенсацию потерь теплоты. По окончании выдержки начинается охлаждение. Подача пара при этом отключается.

Вцелях экономии пара на заводах перепускают пар из одного автоклава в другой. С появлением на предприятиях автоклавов Ø3,6 м, которые заменили автоклавы Ø2,6 м, число работающих установок снизилось до 2…4. Поэтому перепускать пар стало затруднительно и на предприятиях в целях экономии расхода пара стали применять пароснабжение с дополнительной емкостью – паровым аккумулятором. В качестве парового аккумулятора используют старый автоклав малого диаметра. Схема пароснабжения двух автоклавов с паровым аккумулятором показана на рис. 3.20. По такой схеме автоклавы работают следующим образом.

По системе паропроводов 1 подается рабочий пар из системы пароснабжения предприятия. Эта система имеет подводы к каждому автоклаву, которые на рисунке обозначены соответственно I и II. Система 3 предусматривает удаление конденсата из каждого автоклава через конденсатоотделительное устройство 4 в конденсационную сеть. Система 2 служит для присоединения автоклавов к вакуум-насосу. Система 5 предназначена для отбора пара из автоклавов и передачи его либо в паровой аккумулятор, либо на перепуск в другой автоклав, либо для выброса отработанного пара

ватмосферу через трубопровод 7. Система 6 служит для перепуска пара в автоклавы. Назначение системы 8 – передавать пар в емкость-аккумулятор III или для отбора из аккумулятора. Система 9 служит для зарядки аккумулятора. Все системы снабжены вентилями 10.

101

Рис. 3.20. Схема пароснабжения двух автоклавов с паровым аккумулятором:

I и II – автоклавы; III – паровой аккумулятор; 1 – паропровод; 2 – система для присоединения к вакуум-насосу; 3 – система удаления конденсата; 4 – конденсатоотделитель; 5 – система отбора пара; 6 – система перепуска пара; 7 – трубопровод; 8 – система передачи пара в аккумулятор и обратно; 9 – система зарядки аккумулятора

Пусть в первом автоклаве закончился период изотермической выдержки, который проводился при Р = 1 МПа, второй автоклав только загружен и нуждается в подаче пара, рабочая емкость – паровой аккумулятор заполнен горячей водой при давлении 0,1 МПа, автоклавы предназначены для работы без вакуумирования и без продувки. Так как автоклав II нуждается в паре, а из автоклава I надо отбирать пар, то перепускают пар из I автоклава во II. Для этого открывают вентили а, б, в и г. Все остальные должны быть закрыты. Тогда автоклавы I и II окажутся соединенными между собой через систему 5 (вентиль а) и систему 6 (вентили б и в) и вентиль г, обеспечивающий подачу пара в автоклав II через перфорированную трубу. Путь пара показан пунктирной линией.

102

ступает в аккумулятор, проходит через воду и отдает теплоту парообразования, а сам конденсируется, при этом его объем уменьшается примерно в 10 раз. Таким образом, не только из одного, а из двух и более автоклавов пар можно вместить в аккумулятор. Если пренебречь разностью объемов и считать, что система, соединяющая автоклав и аккумулятор, имеет сопротивление Р1, то с достаточной точностью можно определить, что в автоклаве установится давление, равное {[(0,55+ ΔP/2)+0,l]:2+ ΔP1/2} МПа, а в емкости {[(0,55 + Р/2) +0,1]: 2-ΔP1/2} МПа. Оставшийся пар в автоклаве через систему 5 и 7, открывая вентили а и ж, выбрасывают в атмосферу. Так, перепуская пар из автоклава в автоклав, из автоклава в паровой аккумулятор, из парового аккумулятора в автоклав (при этом конденсат расширяется и превращается снова в пар), можно экономить до 10…15 % пара.

Такой перепуск пара, схема которого показана на рис. 3.20, называют ступенчатым. При включении системы вакуумирования, которая создает в автоклаве перед пуском пара вакуум, количество использованного отработанного пара за счет перепуска повышается до 15…18 %, а сама система перепуска при использовании вакуума называется вакуумступенчатой. Ее можно построить в координатах Р, τ.

Рассматривая экономию топлива энергетических ресурсов, можно поставить вопрос, почему часть отработанного в автоклаве пара, имеющего достаточно высокую энтальпию, выбрасывается в атмосферу? Эта проблема пока еще не нашла своего инженерного решения из-за большого содержания солей в выбрасываемом паре. При попытке использовать такой пар приходится передавать его по трубопроводам, что приводит к быстрому отложению солей на трубопроводах и полностью выключает их из работы в течение месяца. Поэтому до сих пор пар из автоклавов и других тепловых агрегатов, где он непосредственно соприкасается с материалом, не удается утилизировать, а приходится выбрасывать в атмосферу. Однако в целях экономии теплоты все автоклавы и паропроводы покрывают тепловой изоляцией.

3.7. Туннельные камеры

Стремление механизировать и автоматизировать процесс тепловой обработки бетона и железобетона, сэкономить тепло и повысить коэффициент использования оборудования привело к разработке пропарочных камер непрерывного действия, туннельных и щелевых.

В этих камерах изделия, расположенные на формах-вагонетках, механизмами периодически передвигаются вдоль длинного туннеля и проходят три основные зоны: подогрева, изотермической выдержки и охлажде-

104

ния. Зона изотермической выдержки отделяется от зон подогрева и охлаждения воздушными завесами, что создаёт более устойчивый и постоянный режим во всех зонах. Торцовые сечения камеры должны быть предохранены как от выбивания горячей паровоздушной смеси из верха камеры в цех, так и от засасывания холодного воздуха из цеха в нижнюю часть камеры, помимо воздушных завес, снабжаются гибкими шторами.

Туннельные камеры обычно выполняют напольными одноярусными и многоярусными. Одноярусные применяются как большой высоты для укладки нескольких изделий на вагонетке по высоте или для подвески и движения труб в вертикальном положении, так и небольшой на одно изделие – щелевые камеры с высотой менее 1 м.

Трехъярусные камеры выполнены в виде одного общего туннеля, не имеющего диафрагм по высоте. Длина камер непрерывного действия определяется производительностью конвейеров, количеством ярусов или изделий, укладываемых на вагонетки, и продолжительностью принятого цикла тепловой обработки. Длина камеры колеблется от 73 до 127,5 м.

увлажняемым, в случае необходимости, острым паром.

Применяют также камеры, в которых основное количество тепла вносится острым паром и в незначительной степени тепло поступает от калориферов и регистров глухого пара. Теплоносителем служит паровоздушная смесь, подаваемая в камеру центробежным вентилятором. Воздух всасывается вентилятором в нижней зоне через три горизонтальных короба. Конфигурация щелей в коробах (для забора воздуха) обеспечивает равномерное распределение засасываемого воздуха по длине щели и, соответственно, по ширине камеры. Вентилятор нагнетает воздух в четыре воздушные завесы, установленные в торцах камеры и на границах зоны изотермической выдержки. Перед подачей в первые три воздушные завесы воздух нагревают в пластинчатых калориферах. На торце, со стороны подачи изделий, и внутри камеры, в конце зоны изотермической выдержки, навешены гибкие шторы из прорезиненной ленты. Со стороны выдачи изделий установлены металлические верхнеподвесные шторы, открывающиеся выталкиваемыми из камер вагонетками. Скорости воздуха в живом сечении камеры приблизительно составляют: в первой части зоны подогрева 0,35 м/с, во второй части 0,9 м/с и в зоне изотермической выдержки

0,4 м/с.

Узкая трехъярусная камера. В узкой камере (шириной 2,6 м, длиной 127,4 м) воздух, забираемый вентилятором из зоны подогрева, подается в три воздушные завесы: в торце, в начале и конце зоны изотермической вы-

105

держки. В зоне охлаждения изделия охлаждаются за счет отдачи тепла на покрытие тепловых потерь в окружающую среду, а также за счет нагрева воздуха, циркулирующего в щелях торцовых штор (рис. 3.22).

Калориферы циркуляционной системы установлены без обводных клапанов. Параметры воздуха, подаваемого в ту или иную воздушную завесу, при необходимости изменяют с помощью холодной воды и острого пара, подаваемых в короб (кондиционер) за калориферами (вода через центробежные форсунки, пар через перфорированные трубы). В кондиционере по ходу движения воздуха оборудование устанавливается в следующем порядке: калориферы, центробежные форсунки и в конце кондиционера перфорированные трубы для пропуска пара.

Пар подается не в кондиционер, а непосредственно в нижнюю зону камеры через перфорированную трубу (диаметром 50 мм), в зоне изотермической выдержки под вагонетками первого яруса эксплуатируются установленные регистры глухого пара.

Рис. 3.22. Принципиальная тепловая схема камеры непрерывного действия: 1, 2, 3, 4 и 5 завесы; 6, 7, 8 и 9 вентиляторы; 10 калориферы; 11 паропровод вне камеры; 12трубопровод острого пара в камере; 13 паровые регистры из оребренных труб; 14 рельсовые пути; 15 регистры охлаждения воздуха

Воздушная завеса в торце со стороны подачи (первая завеса) кольцевая по периметру камеры. Две другие завесы имеют по 4 поперечных короба.

Щели в первой завесе сделаны шириной 60…70 мм, а в остальных

10…15 мм.

Циркуляционный центробежный вентилятор типа ВРС-8 соединен с электродвигателем мощностью 20 кВт, 730 об/мин на одной оси.

Производительность циркуляционной системы по воздуху составля-

ет 25100 м3/ч.

В первом ярусе в зоне подогрева температура поднимается от 45 до 65 °С, а относительная влажность φ соответственно изменяется в пределах от 94 до 74 %. В зоне изотермической выдержки отмечается равномерный подъем температуры до 79 °С и снижение относительной влажности до

106

39 %. В зоне охлаждения среда интенсивно охлаждается за счет холодного воздуха, поступающего из цеха в камеру через щели в металлических шторах. Температура среды снижается до 31°С при φ= 72 %.

Во втором ярусе температура в зоне подогрева поднимается с 36 до 67 °С, а в зоне изотермической выдержки и охлаждения бывает на уровне

71…68 °С.

В третьем ярусе температура среды растет с 54 °С при φ = 100 % (на первом посту) до 72 °С при φ = 48 % (в конце зоны подогрева). В зоне изотермической выдержки температура среды снижается до 67 °С при φ = 61 % и бывает в пределах 67…71 °С при φ = 42…66 %.

Характерной особенностью температурного режима в данной камере является то обстоятельство, что температуры в первом ярусе более высокие, чем в третьем, что объясняется наличием регистров глухого пара под вагонетками нижнего яруса.

Вообще для камер с воздушным обогревом характерно образование относительно высокой температуры среды на первом посту первого яруса (45 °С), чего обычно не было в камерах с регистрами, и повышение ее до 65 °С на четвертом посту. Благодаря повышенной влажности среды и конденсации водяного пара в этой зоне происходит интенсивный нагрев изделий.

Средняя продолжительность цикла тепловой обработки составляет 14,3 ч при подаче в камеру 6,84 м3 изделий в 1 ч.

Из котельной в камеру поступает тепла 1 378 000 кДж/м3, в том числе от калориферов 967 400 кДж/м3 и от регистров 410 600 кДж/м3.

Удельный расход тепла на 1 м3 бетона составляет 280 700 кДж/м3.

3.8. Щелевая камера

Применение щелевых камер непрерывного действия, имеющих небольшую высоту, значительно снизило торцовые теплопотери, что повысило технико-экономическую эффективность тепловой обработки.

Горизонтальные камеры щелевого типа представляют собой туннель длиной L = 100…120 м. Ширина туннеля проектируется в расчете на движение через него одного-двух изделий на каждой форме-вагонетке и находится в пределах В = 5…7 м. Высота Н =1,0…1,17 м. В камере помещается от 17 до 27 вагонеток с изделиями. В отличие от периодически действующих камер, где подъем температуры, а затем изотермическая выдержка и охлаждение осуществляются последовательно во времени в одной камере, щелевые пропарочные камеры по длине разделяются на соответствующие зоны: зону подъема температуры среды, изотермической выдержки и охлаждения. В первую и вторую подводится тепловая энергия, третья зона - зона охлаждения, теплом не снабжается, а наоборот, вентилируется холод-

107

ным воздухом. Разделение камеры на функциональные зоны позволяет экономить тепловую энергию за счет затрат теплоты на нагрев конструкций после каждого цикла по сравнению с установками периодического действия.

Схема горизонтальной щелевой пропарочной камеры показана на рис. 3.23. Принцип работы такой камеры следующий. Вагонетка с изделием в форме 1 поступает на снижатель 2, оборудованный толкателем. Снижатель опускает вагонетку на уровень рельсов щелевой камеры 4, и толкатель выталкивает вагонетку со снижателя в камеру. При этом вагонетка с изделием проходит под механической шторой 3, которая предохраняет торец-камеры от выбивания паровоздушной смеси и проникания в нее холодного воздуха. Одновременно вагонетка с изделием усилием толкателя продвигает весь поезд, находящийся в камере, и последняя вагонетка также через герметизирующую штору5 выдвигается на подъемник 6, который поднимает вагонетку на уровень пола, откуда она транспортируется на пост распалубки изделий. Изменяя ритм загрузки вагонеток, можно повышать или снижать производительность камеры.

Рис. 3.23. Схема горизонтальной пропарочной камеры щелевого типа: 1 – изделие в форме; 2 – снижатель; 3 – механическая штора; 4 – уровень рельсов; 5 – герметизирующая штора; lI, lII, lIII – соответственно длины зон подъема температур, изотермической выдержки и охлаждения

Камера разделяется на три зоны: зону подъема температуры - подогрева lI, зону изотермической выдержки lII и зону охлаждения lIII. Тепловая обработка изделий в камере сводится к следующему. Материал, поступивший в камеру, может подогреваться либо паром, либо ТЭНами. При нагреве паром для его подачи используют двухсторонние стояки, причем первая пара стояков располагается на расстоянии 20…25 м от входа с шагом от 2 до 6 м, а последняя — на расстоянии 35…40 м от выгрузочного торца камеры. Пар смешивается с воздухом; образуя паровоздушную смесь. Для улучшения использования теплоты пара устраивают рециркуляцию: паровоздушную смесь отбирают у загрузочного конца; камеры и возвращают в конец зоны подогрева. Рециркуляция помогает уменьшить потери пара, проникающего в зону охлаждения за счет его передвижения к загру-

108