ПРОИЗВОДСТВО ГИПСА

Понятие о давлении, разрежении и вакууме

Окружающий поверхность земли атмосферный воздух оказывает давление на все тела, находящиеся на земле. Это давление атмосферы опре­деляют так: стеклянную трубку длиной в 100 см, наполненную ртутью и запаянную с одного конца, перевер­тывают открытым концом в сосуд с ртутью. Ртуть в трубке немного опустится и остановит­ся на высоте 760 мм от уровня ртути в сосуде (рис. 58). По этому принципу устроен прибор для измерения давления атмосферы — баро­метр. Следовательно, атмосферное давление уравновешивается весом столба ртути высотой 760 мм, а так как ртуть в 13,6 раза тяжелее воды, то для того чтобы уравновесить столб I 1 I ртути столбом воды, высота его должна быть

10,33 м (76 смХ 13,6=;1033 см или 10,33 м).

Э™ давление называется физической

атмосферой. В технических измерениях

----------------- пользуются другой единицей измерения —

технической атмосферой, равной давлению столба воды высотой в 10 м или 73,56 см ртутного столба.

Различается давление абсолютное и избыточное. При определении абсолютного давления учиты­вают и давление атмосферы и обозначают его буквами ата. Из­быточным давлением называют давление сверх атмосферного и обозначают буквами ати. Например, манометр на котле пока­зывает давление избыточное. Давление ниже атмосферного на­зывают разрежением или вакуумом. Например, разрежение

ЗО мм водяного столба означает, что давление на 30 мм водяно­го столба ниже атмосферного.

Одна техническая атмосфера соответствует давлению 1 кг на 1 см2 (сокращена 1 кг/см2), потому, что столб воды высотой 10 м и сечением 1 см2 весит 1 кг.

Небольшое давление и разрежение измеряются в миллимет­рах водяного или ртутного столба, причем 1 мм водяного столба равен давлению 1 кг/м2 (объем, занимаемый слоем во­ды высотой в 1 мм и налитой на площадь 1 м2, весит 1 кг).

Дымовые трубы. Газы в теп­ловых установках движутся за счет тяги.

Различают тягу естест­венную, создаваемую дымо­вой трубой, и искусствен­ную, создаваемую вентилято­рами.

Действие дымовой трубы (рис. 59) основано на том, что поступающие в нее дымовые газы нагреты и имеют удель­ный вес меньший, чем вес на­ружного воздуха. Вследствие этого возникает разница между давлением столба наружного воздуха (такой же высоты, как труба) и давлением столба го­рячих газов в самой трубе, ко­торая и обусловливает движе­ние газов из трубы наружу и наружного воздуха в топку.

Тяга (S), создаваемая трубой, будет равна:

или 5 = Н~ — H~[t кг/м2

S = - tf(70-7j кг/м2,

где Я — высота трубы в м;

То—-удельный вес наружного воздуха в кг/мъ

Т, —средний удельный >вес дымовых газов в трубе в кг/м3.

Из формулы видно, что чем выше труба и чем больше разни­ца между удельным весом наружного воздуха и газов в трубе, тем большая создается тяга. Так как наружный воздух зимой имеет большей удельный вес, чем летом, то понятно, почему в зимнее время увеличивается тяга, а летом уменьшается.

Вентиляторы. В современных тепловых установках сопротив­

ления, которые приходится преодолевать при движении дымо­вым газа. м, бывают настолько велики, что тяги дымовой трубы оказывается недостаточно. В таких случаях приходится прибе­гать к искусственной тяге. Искусственная тяга создается вен­тиляторами.

Вентиляторы могут создавать как разрежение, так и давле­ние до 1500 кг/м2.

По конструктивным особенностям вентиляторы подразделя­ются на центробежные и осевые.

Центробежный вентилятор (рис. 60) состоит из ло-

лопастного колеса 2, улиткообразного кожуха 1 и привода. На колесе име­ются узкие лопатки, наружные концы которых загнуты по направлению вра­щения (есть вентиляторы с лопатками иного типа). Под действием центро­бежной силы, развиваемой при враще­нии колеса, воздух отбрасывается к периферии и под давлением выходит из кожуха через прямоугольный нагне­тательный патрубок 3. При этом внутри колеса образуется разрежение, вслед­ствие чего наружный воздух устрем­ляется в вентилятор через всасываю­щий патрубок. Если разрезать какой - либо тракт (например, трубу) и подсо­единить один его конец к всасываю­щему патрубку вентилятора, а второй — к нагнетательному, то при работе вентилятора воздух или газ будет перемещаться по тракту. В ветви, подсоединенной к всасывающему патрубку, обычно создается разрежение, а в подсоединенной к выхлопно­му патрубку — давление.

В зависимости от развиваемого давления центробежные вен­тиляторы делятся на вентиляторы низкого давления (до 100 мм вод. ст), среднего (до 300 мм вод. ст.) и высокого (до 1500 мм вод. ст.).

В зависимости от направления выхода воздуха вентиляторы могут быть правого 'Вращения (по часовой стрелке, если смот­реть со стороны привода) и левого вращения (против часовой стрелки).

Колесо центробежного вентилятора приводится в движение непосредственно от электродвигателя или при помощи ременной передачи.

Осевой вентилятор (винтовой, крыльчатый, пропел­лерный) представляет собой лопастное колесо, расположенное в цилиндрическом кожухе (рис. 61). При вращении колеса воз­дух перемещается в направлении оси, поступая через входное 72

отверстие и выходя через выпускное. Колесо приводится во вра­щение электродвигателем.

Осевые вентиляторы развивают небольшое давление, до 40 мм вод. ст., но в то же время перемещают большие объемы

воздуха.

На гипсовых заводах для перемещения запыленных газов применяют центробежные (пылевые) вентиляторы с меньшим числом лопаток (обычно 6), благодаря чему рабочее колесо не забивается пылью. Для перемещения запыленных дымовых газов с высокой температурой (200—300°) применяют специальные центробежные вентиля­торы более прочной конструкции (ды­мососы) .

Мощность электродвигателя, кото­рый требуется для работы вентилятора, определяется по формуле QH

кет,

3600-102

где Q — количество перемещаемого воздуха в м3/час;

Н — суммарные потери в сети (со­противление сети) в кг/лг2; т]в—коэффициент полезного действия вентилятора, опреде­ляется по таблице, обычно т} „ = 0,5-+- 0,65; т]п —«. п. д - передачи, в зависимости от типа передачи ко­леблется от 0,85 до 0,95.

Установочная мощность электродвигателя с учетом пуско­вого момента должна быть в 1,1 —г— 1,3 раза больше.

Если перемещаются горячие и запыленные газы, то, опреде­ляя мощность мотора, вводят поправку, учитывая температуру газа и концентрацию пыли в нем.

Эксплуатируя вентиляторные установки, необходимо повсед­невно наблюдать за состоянием газопроводов, вентиляторов и электродвигателей, своевременно обнаруживать и устранять неплотности в газопроводах и прочищать их. Места засорения воздухопроводов легко обнаружить простукиванием.

Для того чтобы вентилятор работал без неполадок, надо его хорошо балансировать. Шариковые подшипники вентилятора следует периодически промывать керосином и заполнять смаз­кой. В случае нагрева подшипников выше нормы необходимо найти причину нагрева и устранить ее. Центробежные вентиля­торы следует периодически открывать и прочищать рабочие ко­леса. Необходимо такпф содержать в чистоте и обеспечивать надлежащий уход за моторами и приводами.

Топливо сжигают в специальных устройствах — топках. Топ­ки представляют собой или самостоятельный агрегат или явля­ются частью тепловой установки, как, например, в варочных кот­лах.

По конструкции топки делятся на слоевые и камерные.

В слоевой топке имеется колосниковая решетка, на которой горит кусковое топливо. Часть топки над слоем топлива назы­вается топочной камерой или камерой горения слоевой топки. В ней сгорают выделившиеся из слоя горючие газы и мелкие частицы топлива.

Часть топки, расположенная под решеткой, называется зольником.

Камерные топки предназначены для сжигания газа, жидкого топлива, искусственно приготовленной угольной пыли или дру­гих мелко дробленых топлив (опилок, фрезерного торфа), по­этому в них нет колосниковой решетки.

В камерных топках топливо горит во взвешенном состоянии, в факеле.

Размеры топок характеризуются тепловой мощностью, пло­щадью колосниковой решетки и объемом топочной камеры.

Мощность топки определяется количеством сжигаемого в ней топлива в час (в кг/час). Так как теплотворность топлива ко­леблется в значительных пределах, то мощность топки более точно может быть выражена количеством тепла, выделяюще­гося в ней за один час (Q ккал/час = BQPH ккал/час). Интен­сивность работы топок оценивают тепловым напряжением ко­лосниковой решетки и тепловым напряжением топочной, камеры, т. е. количеством тепла, выделившимся в топке за час, отнесен­ным к 1 м2 решетки или к 1 Л43 объема камеры.

Тепловые напряжения топочной камеры в ккал/м2 • час

Дрова и торф. .

Бурый уголь. . .

Каменный уголь.

Мазут.............................

Газообразно? топливо

Тепловые напряжения колосниковых решеток в промышлен­ных топках при сжигании различных видов топлива приведены в табл. 5.

Топки с горизонтальной решеткой. Ручная топка с горизон­тальной решеткой (рис. 62) состоит из камеры горения 7, колос­никовой решетки 2 и зольника 3. Колосниковая решетка, на ко­торой сжигается топливо, состоит из чугунных колосников, уло­женных на чугунные или железные подколосниковые балки.

При сжигании дров или кускового торфа применяют колос-

Тепловые напряжения колосниковых решеток

Тепловое напряжение в ккалім^-час

Топки с горизонталь­ной или наклонной ко­лосниковой решеткой при естественной тяге и ручном обслуживании Полумеханизирован - ные топки с горизонталь­ной решеткой и воздуш­ным дутьем, с качаю­щимися. колосниками и ручным обслуживанием

Дрова и торф Бурый уголь Каменный уголь Антрацит

Дрова и торф Бурый уголь Каменный уголь Антрацит:

а) несортиро­ванный

б) сортиро­ванный

500 000—700000 150000—300000 300000—500 000 400000-600 000

1000000-1 400 000 900 000—1300 000 1200 000—1600 000

800000-1 100 000

1000000-1200000

иики в виде брусков или балочек (балочные колосники). Когда колосники укладывают на опорные балки, между ними образу­ются зазоры шириной до 20—30 мм.

При сжигании каменного угля или антрацита решетку дела­ют из колосников в виде плит (плиточные колосники). Колосни­

ки имеют чаще всего щелевид­ные отверстия шириной 6— 9 мм, расширяющиеся к ниж­ней стороне колосника до 9— 12 мм. Сечение отверстий, че­рез которые может проходить воздух (живое сечение), в пли­точных колосниках составляет 10—20% от общей площади ко­лосниковой решетки, в балоч­ных колосниках — 25—40 %. Через отверстия в решетке к топливу подводится необходи­мый для горения воздух, а так­же просыпается зола в золь­ник.

Различают топки с естест­венным подводом воздуха под колосники и искусственным дутьем. Для искусственного дутья .используют дутьевой вентилятор.

В топке делают переваль­

ную стенку или порог 9 из огнеупорного кирпича, благодаря ко­торому воздух направляется вверх и создаются условия для лучшего перемешивания воздуха с горючими газами.

Для полного сжигания топлива необходимо, чтобы на колос­никовой решетке оно лежало слоем определенной толщины.

Ниже приведена толщина слоя (в мм) различного топлива:

Бурые угли.................................................................... . 100—300

Антрацит мелкий. ... ...... 60—80

» крупный Торф кусковой. Дрова....

Для нормальных условий горения в топке необходимо под­держивать разрежение (1—2 мм вод. ст.). Для этого регулиру­ют отбор газов шибером 10, установленным в дымовом борове, и подачу воздуха под колосники дутьевым вентилятором.

Недостаток ручных топок: неравномерность процесса горе­ния и тяжелый труд кочегара. Поэтому в настоящее время руч­ные топки применяют только в небольших установках, где сжи­гается 200—300 кг топлива в час.

Топки с качающимися колосниками. Топки с качающимися колосниками (рис. 63) легко очищаются от шлака. Колосники периодически поворачиваются в одну 'И другую сторону на не­который угол, взрыхляют шлак и сбрасывают в зольник часть выжженного шлака. Полностью очищают топку с качающимися колосниками один раз в сутки.

Топки с пневматическими забрасывателями (рис. 64). В этих топках облегчается загрузка топлива на решетку. Топливо из 76

загрузочной воронки / шнеком 2 выдается на наклонную раз­гонную плиту 3, падает с нее на распределительную плиту 5 и струей воздуха, поступающего из сопла 4, сдувается в топочное пространство. Для равномерного распределения топлива по ре­шетке меняют положение распределительной плиты 5 и силу воздушной струи. На 1 кг топлива требуется около 0,25 м? воз­духа, который подается вентилятором с напором до 300 мм вод. ст. При этом более крупные куски топлива ложатся на переднюю часть решетки около распределительной плиты, а бо­лее мелкие летят на заднюю ее часть; сопротивление слоя топлива на решетке не одинаково. Поэтому пространство под колосниками раз­делено на поперечные зоны, и к зад­ней зоне воздух подводится под бо­лее сильным давлением, чем к ос­тальным.

Топка с механическим ротацион­ным забрасывателем ПМР завода «Комега» (рис. 65). Топливо подает­ся дозатором в ротационный забра­сыватель и крыльчаткой (метате-° лем) сбрасывается в топку. Изменяя” положение отражателя (отбойного щита), топливо распределяют по длине решетки: если поднять отра­жатель вверх — куски топлива ле­тят дальше, если опустить вниз — топливо ложится ближе. В Противо - Рис - 64- Пневматический заб­расыватель:

положность пневматическому за - , „ „„„

/ — загрузочная воронка, 2— топ-

ОрНСЫВаТелЮ ротационным забрасы - ливоподающий шнек, 3 — разгон-

ватель крупные куски топлива иая5 “рИасіЬеда.“^ь°нГя плит/81' подает ближе к порогу, а мелкие —

ближе к фронту топки. Поэтому в переднюю зону воздух по­дается под более сильным давлением. При работе на сортиро­ванном угле пространство под колосниками может быть не раз­делено на зоны.

Показанная на рис. 65 топка имеет колосниковую решетку с поворотными колосниками. При повороте группы колосников при помощи тяг, соединенных с рычагами, шлак проваливается в бункер.

Пневмомеханические забрасыватели ЦКТИ (рис. 66).

Топливо в них забрасывается пневматическим и механическим путем. Благодаря такому сочетанию топливо равномерно рас­пределяется вдоль решетки. Вследствие волнообразного очерта­ния лопастей метателя топливо разбрасывается веером и рав­номерно распределяется по ширине решетки.

Шахтные топки (рис. 67). В шахтных топках сжигают топ­ливо большой влажности: дрова, торф и др. В этих топках над колосниковой решеткой имеется шахта 1, в которой подсуши­вается топливо и частично выделяются летучие вещества. Бла-

годаря этому ускоряется горение топлива на решетке и разви - вается более высокая температура в топке.

В некоторых случаях важно, чтобы в топках образовывались продукты неполного сгорания топлива (например, СО) для того, 78

чтобы их можно было направить в печь (например, шахтную) для дожигания.

При таком ступенчатом процессе горения, названном полуга - зовым, легче получить высокую температуру в печи и равномер­ный обжиг материала.

К полугазовому процессу прибегают, когда необходимо в пе­чи создать температуру выше 900—1000°.

Для этого обычно используют шахтные топки, сжигая в них дрова, торф или длиниопламенные угли. Слой дров и торфа в топке должен быть толщиной до 1 м, бурого угля — до 0,8 м.

Температура в полугазовой топке ниже, чем в топках пол­ного сгорания.

Топка с шурующей планкой. В этой топке полностью меха­низирован процесс подачи топ­лива, шуровки слоя и удале­ния шлака и золы.

Решетка (рис. 68) представ­ляет собой колосниковое по­лотно 9 длиной 3 м и шириной 1 м, состоящее из двух рядов колосниковых плит с круглыми отверстиями диаметром 6 мм. Между двумя рядами непод­вижных плит имеется канал шириной 20 мм, вдоль которо­го движется «бесконечная» цепь 4, приводящая в движение шурующую планку 3. Планка представляет собой трехгран­ную балку с круто наклоненной передней и пологой задней гранями. Длина планки нем­ного меньше ширины колосни­кового полотна.

Для защиты цепи от горящего топлива на ней укреплены уз­кие чугунные колосники, перекрывающие канал, в котором раз­мещена цепь.

Тяговая цепь надета на две звездочки—переднюю 1, закреп­ленную на приводном валу, и заднюю 6, свободно посаженную на неподвижной оси. Планка периодически движется вперед и «азад вдоль решетки. При движении вперед она передней гранью захватывает из ящика для угля 2 некоторое количество топлива и передвигает его по решетке, одновременно сбрасывая шлак. При обратном движении планка, вследствие малого угла накло-

о

■на задней грани, не захватывает топливо, а лишь разрыхляет его, проходя под слоем.

Так планка подает топливо, шурует и рыхлит слой и сбрасы­вает шлак в бункер.

Жидкое топливо, газ и угольная пыль сжигаются факельным способом, т. е. во взвешенном состоянии, в топочной камере или непосредственно в рабочем объеме печи. Распыляют и тщатель­но смешивают топливо с воздухом горелки и форсунки.

Горелки. Газовые горелки можно разделить на беспламен­ные и пламенные. В беспламенных горелках (рис. 69) газ интен­сивно смешивается с воздухом в самой горелке: сначала в сме­сителе 4, затем в смесительной трубе 3 и окончательно в форка - мере 2. Выходящая из нее газовоздушная смесь переходит в узкие каналы 1, воспламеняется и мгновенно сгорает, образуя прозрачные продукты сгорания.

В пламенных горелках газ смешивается с воздухом при вы­ходе из горелки в. топочной камере. Вследствие неполного сме­шивания при горении газа наблюдается пламя. В беспламенных горелках можно получить более высокую температуру горения за счет меньшего избытка воздуха, чем в пламенных горелках.

Форсунки. Форсунки для сжигания жидкого топлива бывают механические, паровые и воздушные.

В механических форсунках струя жидкого топлива под дав­лением 5—15 ати вытекает из очень мелких отверстий распыли­теля. Эти струйки благодаря вращательному движению, а так­же под влиянием сопротивления окружающей среды распада­ются в топочной камере на мельчайшие капельки. Капельки под­хватываются воздухом и, воспламеняясь. в нем, горят факелом. 6* 83

В паровых форсунках жидкое топливо распыляется паром, давление которого от 2 до 15 ати.

В воздушных форсунках топливо распыляется воздухом, дав­ление которого 150—1000 мм вод. ст. (форсунки низкого давле­ния) или до 25 ати (форсунки высокого давления).

На рис. 70 показана паровая форсунка системы инж. Шу­хова. Мазут поступает по внутренней трубе форсунки, а пар — по внешней. Выходя из форсунки, пар пересекает струю мазута, смешивается с ним, распыляет его на мельчайшие капли.

Мазут перед подачей в форсунку подогревают до 60—75°. При этом снижается его вязкость и облегчается распыление.

Форсунка для пылеугольного топлива представляет собой трубу диаметром 100—150 мм, по которой поступает в печь пы­левоздушная смесь со скоростью 50—70 м/сек. Чтобы можно бы­ло изменять положение факела, форсунку делают поворотной и выдвижной.

Угольная пыль с малым содержанием летучих воспламеняет­ся на значительном расстоянии от форсунки и дает короткий фа­кел. Угольная пыль с большим содержанием летучих воспламе­няется на близком расстоянии от форсунки и дает длинный фа­кел.

Факельное горение жидкого, газообразного и пылевидного топлива протекает с малыми избытками воздуха (а^ 1,05—1,25), благодаря чему развивается высокая температура горения и достигается полное сжигание топлива.