Тема занятия 15. Теплоснабжение в производстве строительных материалов и изделий

Характеристика технологических тепловых нагрузок. Принципы определения затрат тепла на отопление и вентиляцию. Затраты тепла на горячее теплоснабжение. Суммарные расходы пара, тепла и других видов энергии на тепловую обработку материалов, отопление и горячее водоснабжение предприятий в летний и зимний периоды.

Предприятия строительных изделий расходуют теп­ловую энергию на изготовление продукции (тепловлаж­ностную обработку, сушку, обжиг, вспучивание, спека­ние и плавление), а также на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение зданий и сооружений, в которых производят эту продукцию. В качестве источников тепло­ты для удовлетворения нужд технологии применяют водяной пар, природный газ, жидкое и твердое топливо я также электроэнергию.

Все виды топлива и электроэнергию расходуют на технологические нужды непосредственно в тепловых установках и их расход определяют теплотехническими расчетами, принципы которых приведены ранее. Водя­ной пар на заводах строительных изделий расходуют не только на технологические нужды, но и на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение.

Принципмальные основы использование пара на технологические нужды.

В отличие от других потребностей технологические нужды заводов строительных изделий восполняются главным образом острым паром, расходуемым на тепло-влажностную обработку либо на пароувлажнение. Под понятием «острый пар» подразумевают водяной пар, по­даваемый непосредственно на изделия. В этом случае получаемый конденсат насыщается растворимыми соля­ми и становится непригодным для возврата в котлы на парообразование. Поэтому пар, расходуемый для тепловлажностной обработки и пароувлажнения, является как бы потерянным для систем пароприготовления.

На заводах используется значительное количество ус­тановок периодического действия, таких как автоклавы, ямные пропарочные камеры, термоформы и др. Наличие периодически работающих установок обусловливает рез­ко переменный во времени расход пара на технологичес­кие нужды. Переменная потребность в паре затрудняет работу котельных, приводит к перерасходу топлива. По­этому при проектировании заводов по производству сбор­ного железобетона стараются путем варьирования вклю­чения установок выравнять расход пара во времени.

L, целью организации рационального пароснабжения установок периодического действия выполняют тепло­технические расчеты и составляют варианты поперемен­ного включения установок, выбирают необходимые па­ровые аккумуляторы. Так, например, для рационального пароснабжения камер их объединяют в блоки, а общее количество камер по заводу делают кратным количеству, входящему в блок. Если в таком блоке предусмотреть постоянный расход пара, установить отдельное пароснаб­жение каждого блока, то общий расход пара на тепло-влажностную обработку в пропарочных камерах по за­воду будет постоянным во времени.

Рассмотрим в общем виде тепловой баланс ямной ка­меры для тепловлажностной обработки. В такой камере около 90 % всего пара затрачивается на подогрев изде­лий и только 10% всего расходуемого — на изотерми­ческую выдержку. Следовательно, если в блоке на подо­греве будет работать только одна камера, расход пара в нем можно приблизить к постоянному.

Для такого включения необходимо, чтобы время по­догрева изделий укладывалось целое число раз в общий цикл тепловлажностной обработки. Это условие дости­гается путем варьирования в пределах допустимого вре­мени подогрева выдержки и охлаждения. Например, требуется пропаривать изделия по режиму: подогрев 2,5 ч, выдержка 8,5 ч, охлаждение 3 ч и загрузка-выгруз­ка 1 ч — всего 15 ч. Время подогрева (2,5 ч) не уклады­вается целое число раз во времени полного цикла (15 ч). В этом случае принимают время прогрева 3 ч, выдерж­ки — 8 ч, на остальные процессы оставляют прежнее время. Условия тепловлажностной обработки практи­чески изменяются очень мало, а экономия пара за счет рационального пароснабжения с учетом постоянного во времени расхода пара на процесс будет большой.

Для этого случая 15:3 = 5. Следовательно, в блоке необходимо взять пять камер и включать их последова­тельно через 3 ч. На рис. 16.1 показан получающийся при таком включении (близкий к постоянному) расход пара во времени для блока из пяти камер. За 100 % рас­ходуемого пара принят в условном масштабе отрезок АС. Отрезок АВ показывает 90 % расходуемого пара за пе­риод подогрева в течение 3 ч. Следовательно, расход пара G на подогрев в течение 1 ч в каждой камере будет графически равен отрезку АВ: 3. Эту величину и откла­дываем последовательно для всех пяти камер. Изотермическая выдержка в каждой камере продолжается по 8 ч, следовательно, расход пара на изо­термическую выдержку в каждой камере за 1 ч, который откладывается на диаграмме, графически будет равен отрезку ВС: 8. Таким образом, каждая из пяти диаграмм показывает расход пара в камере во времени.

Основное назначение систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения заключается в создании необ­ходимых санитарно-гигиенических условий работающим на заводах. Поддержание санитарно-гигиенических усло­вий, параметров среды в заводских помещениях во мно­гом определяется технологическим процессом и важно не только с точки зрения пребывания людей в помеще­ниях, но и с точки зрения долговечности конструкций зданий и сооружений. Например, в цехах смешения, фор­мовки и тепловлажностной обработки изделий наблюда­ются высокая влажность воздуха и значительные тепло­выделения. В помещениях, где располагаются сушильные и печные агрегаты, наблюдаются загазованность и из­лишние тепловые выделения, в дробильных, помольных цехах — значительное пыление. Все это нарушает ком­фортные условия работы людей и снижает долговечность конструкций зданий.

На нужды отопления, вентиляции и горячего водо­снабжения заводами строительной индустрии расходу­ется в среднем 40—50 % от общего количества потреб­ляемой предприятием тепловой энергии, поэтому пра­вильное решение систем отопления и вентиляции может дать значительный экономический эффект.

Определение затрат тепловой энергии на ото­пление зданий и сооружений предприятий строительной индустрии. Расход тепловой энергии на отопление зда­ний, размещаемых на промышленной площадке пред­приятий, с достаточной точностью ведут по удельной тепловой характеристике здания q₀. Эта характеристика численно равна тепловым потерям 1 м³ здания при перепаде температур внутреннего и наружного воздуха, °С. Ее значение при прочих равных условиях зависит от назначения, объема, этажности и формы здания, от теп­лозащитных свойств ограждающих конструкций, степени остекления и климатических особенностей района строи­тельства.

Определение затрат тепловой энергии на вен­тиляцию зданий и сооружений. В зависимости от назна­чения помещений и осуществляемых в них технологичес­ких процессов в таких помещениях меняется характер вредных выделений. В производственных цехах основные источники вредных выделений — технологические уста­новки (конвейеры, смесительные и формующие установ­ки, станки, пропарочные камеры, сушилки и другие теп­ловые установки).

Для удаления вредных выделений в производствен­ных зданиях и сооружениях организуют воздухообмен. Основные принципы организации воздухообмена — орга­низация местной вытяжной вентиляции, осуществление общеобменной вентиляции, подача приточного воздуха в зону нахождения людей.

Местная вытяжная вентиляция организуется с целью предотвращения распространения вредных выделений в помещение. Она в значительной мере позволяет снизить расходы воздуха на общеобменную вентиляцию. С помощью общеобменной вентиляции удаляют вредные выделения, поступающие в помещения, обеспечивают в обслуживаемых зонах необходимые для комфортной ра­боты температуру, относительную влажность, скорость движения воздуха и концентрацию вредных веществ в нем.

Подача приточного воздуха к местам нахождения обслуживающего персонала создает комфортные усло­вия работы.

При расчете расхода теплоты на вентиляцию по ук­рупненным показателям расходы воздуха по категориям не разделяются, а учитываются в целом с учетом необхо­димой кратности воздухообмена.

Под кратностью воздухообмена понимают количест­во воздуха, удаляемого из помещения или вводимого в помещение в течение 1 ч. Тепловые процессы на пред­приятиях строительной индустрии сопровождаются вред­ными выделениями с постоянным составом и интенсив­ностью. Для таких предприятий установлены необходи­мые кратности воздухообмена, которые приводятся в специальной литературе. Кратность воздухообмена це­хов по производству строительных изделий составляет 1,5—2. Расход теплоты на вентиляцию для них рассчи­тывается по формуле

(15.3)

где Q_B— максимальный часовой расход теплоты на вентиляцию, кДж/ч; q_B— удельная тепловая вентиляционная характеристика зданий; V—строительный объем зданий по наружному обмеру; t_B— средняя температура воздуха в помещении здания; t_Н.В.— сред­няя расчетная температура наружного воздуха, принимаемая при проектировании вентиляции.

Годовой расход теплоты на вентиляцию Q^год_B (кДж/год) определяется по формуле

(15.4)

где Z— усредненное за отопительный период число часов работы системы вентиляции в течение суток (с учетом сокращения подачи теплоты в нерабочее время); п₀— количество дней отопительного периода за год. Все упомянутые в формуле (16.4)величины приве­дены в специальной литературе

Горячее водоснабжение

Горячее водоснабжение на заводах стройиндустрии относится к круглогодичной тепловой нагрузке и опреде­ляется затратами горячей воды на душевые установки.

Согласно санитарным нормам, для промышленных предприятий расход воды при t = 65°С на одного произ­водственного рабочего исчисляется в 40—50 кг. Вода по­догревается в подогревателях и используется в течение 1 ч, когда работающие по окончании работы принимают Душ.

Предприятия стройиндустрии работают в две, а иног­да в три смены. Расчетный расход теплоты на горячее водоснабжение за сутки (кДж/сут) составит

, (15.5)

где g— норма потребления воды одним рабочим; п— число рабо­тающих на предприятии в течение всех смен; t_х._в — температура хо­лодной воды (для зимы 5°С, для лета 15 °С). В расчетах прини­мают среднюю за периоды температуру холодной воды .

Основные элементы теплоснабжения

Предприятия строительной индустрии снабжаются паром от ТЭС (тепловых электрических станций) или от собственной котельной. Центральное теплоснабжение от ТЭС значительно экономичнее, так как позволяет за счет большого количества потребителей проще нивели­ровать часовые неравномерности расхода пара.

Теплоснабжение предприятий осуществляется с за­водского приемно-распределительного теплового пункта (теплоснабжение от ТЭС) или собственной котельной, сетей, раздачи пара и горячей воды, а также конденса-тоотводящих систем.

Мощность теплового пункта или котельной определя­ется по максимальному единовременному расходу пара, который складывается из потребностей на технологичес­кие нужды, а также на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Раздача пара и горячей воды на технологические нуж­ды и нужды отопления, вентиляции и горячего водоснаб­жения производится по самостоятельным магистралям. Принципы расчета систем паропроводов. Здесь остановимся на принципе отвода конденсат-ной смеси. Конденсат при использовании острого пара на предприятиях строительной индустрии представляет собой воздухо-пароконденсатную смесь, и его отвод свя­зан с подачей пара. В этом случае конденсатопроводы не подразделяют на сухие и мокрые. Для таких конден-сатопроводов решают аналогичную задачу, что и при подборе паропроводов. Определяют необходимый диа­метр, требуемый перепад давлений и пропускную спо­собность конденсатопровода.

Затраты на теплоснабжение определяют зна­чительную часть себестоимости продукции, и правильная его организация дает возможность не только экономить топливно-энергетические ресурсы, но и значительно сни­жать себестоимость продукции

Охрана труда при эксплуатации тепловых установок. Требования охраны труда и техники безопасности при размещении и работе тепловых установок в цехах заводов.

Тепловые установки на заводах строительных мате­риалов и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как их работа связана с выделением теп­лоты, влаги, пыли, дымовых газов. Поэтому условия труда при эксплуатации таких установок строго регламен­тируются соответствующими правилами и инструкция­ми. Контроль за соблюдением правил и инструкций по охране труда и технике безопасности осуществляется ор­ганами государственного надзора и общественными ор­ганизациями, которые и разрабатывают эти нормы.

Согласно действующим нормативам, в цехах, где раз­мещаются тепловые установки, необходимо иметь: пас­порт установленной формы с протоколами и актами ис­пытаний, осмотров и ремонтов на каждую установку; рабочие чертежи находящегося оборудования и схемы размещения КИП; исполнительные схемы всех трубопро­водов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации и ремонту. В таких инст­рукциях должно быть краткое описание установок, поря­док их пуска, условия безопасной работы, порядок оста­новки, указаны меры предотвращения аварии. Кроме то­го, инструкции должны содержать четкие указания о по­рядке допуска к ремонту установок, о мерах безопасного обслуживания и противопожарных мероприятиях.

На стадии проектирования предусматриваются нормы безопасной работы и эксплуатации тепловых ус­тановок. Каждая тепловая установка разрабатывается с таким расчетом, чтобы она создавала оптимальные усло­вия ведения технологического процесса и безопасные ус­ловия труда. Для этого необходимо, чтобы поверхности установок были теплоизолированы и имели температуру не выше 40 °С.

Проектировать топки, сушила, печи, в которых ис­пользуются продукты горения топлива, разрешается толь­ко на давление менее атмосферного (разрежение). Ус­тановки для тепловлажностной обработки проектируют с обязательной герметизацией. Эти установки оборудуют вентиляцией рабочего пространства, которая включает­ся перед выгрузкой изделий и тем самым позволяет уда­лять пар из установки.

Оборудование тепловых установок проектируют с ог­раждением, а его включение в работу должно сопровож­даться звуковой и световой сигнализацией. Площадки для обслуживания, находящиеся выше уровня пола, обо­рудуют прочным ограждением и сплошной обшивкой по нижнему контуру.

Отопление и вентиляция цехов, в которых устанавли­вают тепловые установки, необходимо рассчитывать с учетом выделения теплоты, испарения влаги и выделе­ния пыли. Электрооборудование тепловых установок про­ектируют с заземлением. Все переносное освещение де­лают низковольтным.

Электрооборудование тепловых установок должн быть запроектировано с ограждением и заземлением.

Особое внимание при проектировании тепловых уста­новок следует уделять очистке работающих теплоноси­телей от уносов пыли и мелких частиц материала. Со­гласно нормативным указаниям, для тепловых устано­вок следует проектировать специальные очистные устройства.

При эксплуатации тепловых установок в цехах, где они расположены, кроме соблюдения требований, упомя­нутых в общих положениях, обязательно должны быгь вывешены на видном месте инструкции по правилам экс­плуатации установок и охране труда. Весь обслуживаю­щий персонал тепловых установок допускается к рабо­те только после изучения, а также после обязательного документального оформления проверки его знаний.

Персонал, обслуживающий тепловые установки, кото­рые контролируются гостехнадзором и к которым предъявляются повышенные требования по охране труда, проходит дополнительное обучение с обязательной проверкой знаний в соответст­вии с правилами этих учреждений.

Требования к охране труда и окружающей среды при эксплутации обжиговых, плавильных и других печей.

В печах, применяемых в производстве строительных материалов и изделий, используют природный газ и дру­гие виды топлива. Особую опасность представляют при­менение газа, жидкого и пылеугольного топлив. Для пре­дотвращения взрывов при использовании этих топлив перед пуском тщательно продувают систему трубопрово­дов негорючими газами или паром и убеждаются в ее герметичности. С целью исключения распространения ог­ня все подводящие топливо трубопроводы должны иметь отключающие шиберы и автоматические огнезадержива-ющие задвижки, срабатывающие от термореле или тер­моэлементов.

Загрузка и выгрузка печей должны быть сблокирова­ны между собой, а также с работой толкателя. Нужно следить за исправностью футеровки. Процесс горения топлива должен быть хорошо отрегулирован. Запреща­ется выгружать из печей готовую продукцию, темпера­тура которой превышает 50 °С.

В туннельных печах нужно следить за исправностью рельсовых путей и соблюдать осторожность при осущест­влении садки изделий и ее разгрузке. Всякая остановка вентиляционных устройств обжиговых печей должна со­провождаться аварийной сигнализацией.

В плавильных печах, кроме указанного, ведут посто­янное наблюдение за состоянием кладки и футеровки. Не­значительные разрушения футеровки немедленно устра­няют, ибо ее износ может привести к вытеканию распла­ва, и как следствие к травматизму. Питание водяных рубашек вагранок осуществляется только очищенной во­дой. Работа на неочищенной воде ведет к образованию накипи на стенках трубопроводов и водяной рубашке, к возможной закупорке отвода и может привести к взрыву установки.

Отходящие от печей газы перед выбросом в атмосфе­ру должны проходить очистку с целью охраны окру­жающей среды. Степень их очистки согласовывают с са­нитарной инспекцией. В цехах, где расположены печные установки, обязательно вывешивают инструкцию по бе­зопасной эксплуатации печей.

Требования к охране труда при эксплутации автоклавов

Автоклавы находятся под обязательным контролем инспекции гостехнадзора. При эксплуатации автоклавов необходимо соблю­дать «Правила устройства, установки и освидетельство­вания сосудов, работающих под давлением». Инспекция производит раз в год наружный осмотр автоклава, раз в три года — внутренний для расчета прочности. Не ме­нее одного раза в шесть лет производят гидравлические испытания на давление, превышающее рабочее на 25 %. Каждый автоклав должен быть оснащен двумя предохра­нительными клапанами и манометрами. На циферблатах манометров наносят красную черту предельного рабоче­го давления. Манометры и предохранительные клапаны ежегодно проверяет гостехнадзор.

Все вентили, обслуживающие автоклав, проходят про­верку после каждого цикла. После каждого цикла рабо­ты крышки автоклава подвергают проверке. При неис­правности хотя бы одного крепежного болта крышки ра­бота автоклава запрещена.

Включение и выключение автоклава должно сопрово­ждаться сигнализацией. Помещение автоклавных цехов оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией. В цехе вы­вешивают инструкцию по охране труда при обслужива­нии автоклавов.

Требования к охране труда при эксплутации пропарочных камер, пакетов, термоформ и кассет.

Крышки ямных пропарочных камер должны быть до­статочно герметичны и оборудованы водяными затвора­ми. На стенах ямных камер предусматривают скобы для спуска рабочих при ремонте и чистке. Каждую такую ка­меру оборудуют вентиляцией.

Туннельные и щелевые камеры снабжают блокиров­кой снижателей и подъемников для загрузки форм-ваго­неток. Все камеры, пакеты и кассеты должны иметь гер­метичные системы подвода пара, оборудованные надеж­ными вентилями. В цехах, где расположены камеры, кас­сеты, пакеты и другие установки, обязательно устраива­ют приточно-вытяжную вентиляцию.

Электрооборудование и электроприборы, размещен­ные в цехах, где производят тепловлажностную обработ­ку, должны быть рассчитаны на работу во влажной сре­де. Электродвигатели должны иметь обязательное за­земление.

В цехах, где расположены установки для тепловлаж-ностной обработки, вывешивают инструкции по охране труда при обслуживании данных тепловых установок

Литература

1 осн. [175-195],

2 доп. [39-87]

Контрольные вопросы

1. Расход тепловой энергии на вен­тиляцию зданий.

2. Основные элементы теплоснабжения

3. Охрана труда при эксплуатации тепловых установок.

План практических занятий