Стекловаренная печь

1.Назначение печи.

В данном курсовом проекте будет рассмотрена ванная печь непрерывного действия. Тип печи-регенеративная, проточная с подковообразным направлением пламени. Конструктивно печь имеет варочный и выработочный бассейн, соединенные между собой по стекломассе протоком.

Для загрузки шихты и стеклобоя печь оборудована двумя герметизированными загрузочными карманами, расположенными по ее боковым сторонам.

Варочный бассейн печи отапливается природным газом. Для отопления варочного бассейна, печь оборудована шестью горелками, расположенными с торцевой стены ванной печи, противоположной ее выработочной части.

Удаление дымовых газов из варочного бассейна стекловаренной печи осуществляется через систему дымовых каналов, оснащенных дымовоздушными клапанами, отсечным, поворотным шиберами и металлической дымовой трубой при помощи основного и резервного дымососов ДН-9У.

Для использования тепла отходящих дымовых газов, печь оборудована регенераторами с насадкой типа “Лихте” с ячейками 170х170.

Тепло отходящих газов используется также в котле-утилизаторе.

Производительность печи-70 тонн в сутки. Вырабатываемый ассортимент-бутылка из темнозеленого стекла.

2.Обоснование производительности.

Тип печи-регенеративная, проточная с подковообразным направлением пламени. Производительность печи-70 тонн в сутки. Форма и размеры выработочного бассейна приняты конструктивно из условия размещения одной машинолинии АЛ-118-2 (восьми секционная, двух-капельная). Автомат обслуживается одной бригадой из трех человек в смену(два машиниста и один наладчик стеклоформующей машины). Всего смены три. Вырабатываемый ассортимент – бутылка из темнозеленого стекла. Масса бутылки – 340 грамм. Количество резов составляет-80(в минуту). Коэффициент использования стекломассы (КИС)-0,95.

Данная стекловаренная печь предусматривает эффективную тепловую изоляцию стен и днабассейна, стен пламенного пространства, горелок, сводов варочного, выработочного бассейнов, горелок и регенераторов, что заметно увеличит производительность стеклотары на данном участке производства.

3.Выбор удельного съема и расчет основных геометрических размеров печи.

Химический состав стекла:

SiO 2 -72 %

Fe2 O3 +AL 2 O 3 -2,3 %

Na 2 O +К 2 О-14%

CaO+MgO-11,5%

SO 3 -0 ,2 %

Максимальная температура варки-1500˚ C

В температурном интервале от 23 до 1500˚С вязкость стекол изменяется на 18 порядков. В твердом состоянии вязкость составляет примерно 10 19 Па с, в расплавленном состоянии-10 Па с. Температурный ход вязкости показан на рисунке. При низких температурах вязкость меняется незначительно. Наиболее резкое снижение вязкости происходит в интервале 10 15 -10 7 Пас.

Кривая температурного хода вязкости.

Определяем основные размеры рабочей камеры.

Площадь варочной части печи, м 2 :

F=G* 10 3 /g ;

Где G – производительность печи, кг/сутки;

G – удельный съем стекломассы с зеркала варочной

части, кг/(м2 *сут).

Принимаем g =1381 кг/(м2 *сут.).

Тогда F =70000/1381=50,68 м2 .

Длина варочной части для печи с подковообразным направлением пламени рассчитывается из соотношения

L:B=1,2:1

L:B=1,2

L * B =50,68

1,2*х*х=50,68

Х2=50,68:1,2

Х=6,5м (ширина B )

6,5*1,2=7,8 м (длина L )

Соотношение длины и ширины L / B =7,8/6,5=1,2

Ширина пламенного пространства на 120 мм больше ширины бассейна, т. е. 6,5+0,12=6,62 м

Высота подъема свода f =6,62/8=0,83 м.

Длина пламенного пространства 7,8+0,2=8 м.

Глубина бассейна: студочного мм, варочного мм.

Площадь студочной части при температуре варки 1500С принята равной площади варочной части: F ст= 50,68м2 .

Ширина студочной части составляет 80% ширины варочной части: 6,5*0,8=5,2 м. Принимаем ширину загрузочных карманов (6,5-0,9)/2=2,8 м, где 0,9 м – ширина разделительной стенки. Длина загрузочного кармана 1 м.

4.Обоснование распределения температур в печи.

Термический процесс, в результате которого смесь разнородных компонентов образует однородный расплав, называется стекловарением.

Сыпучую или гранулированную шихту нагревают в ванной печи, в результате чего она превращается в жидкую стекломассу, претерпевая сложные физико-химические взаимодействия компонентов, происходящие на протяжении значительного температурного интервала.

Различают пять этапов стекловарения: силикатообразование, стеклообразование, осветление (дегазация), гомогенизация (усреднение), студка (охлаждение).

Отдельные стадии процесса стекловарения следуют в определенной последовательности по длине печи и требуют создания необходимого температурного режима газовой среды, который должен быть строго неизменным во времени. Распределение температур по длине и ширине ванной печи зависит от свойств стекла и условий варки. При варке темнозеленого стекла температура в начале зоны варки (у загрузочного кармана) 1400-1420˚С, так как в этой части бассейна печи происходят нагрев, расплавление и провар шихты, т. е. завершение стадий силикатообразования, стеклообразования и частичное осветление стекломассы. Температура стекломассы у загрузочного кармана 1200-1250˚С. В зоне осветления температура газовой среды поддерживается максимальной-1500˚С, так как при такой температуре вязкость стекломассы снижается, происходит интенсивное осветление и завершается гомогенизация. В зоне студки температура газовой среды плавно понижается до 1240˚С, что приводит к увеличению вязкости стекломассы. В зоне выработки температурный режим устанавливается в зависимости от требований, необходимых для нормальной выработки стекломассы и формования из нее стеклоизделий.

Для установления стационарного температурного режима газовой среды в печи необходимо регулировать количество и соотношение топлива и воздуха, подаваемого в печь, тщательно их смешивать и своевременно отводить отходящие дымовые газы.

Возможность установления определенного температурного режима предусматривается конструкцией ванной печи.

На изменение температурного режима оказывает влияние давление газов в рабочей камере печи. Повышение давления до определенных пределов способствует более равномерному прогреву отдельных частей печи, так как объем рабочей камеры максимально заполняется пламенем. Создание разряжения в печи приводит к уменьшению распространения пламени и присосу холодного воздуха через отверстия. Это ухудшает равномерность распределения температур и вызывает понижение температур в тех участках печи, куда проникает холодный воздух.

Температурный режим печи зависит также и от температуры факела пламени и ее распределения по длине факела. Температура факела регулируется подачей воздуха.

5.Расчет горения топлива, действительной температуры факела и минимальной температуры подогрева воздуха.

Теплоту сгорания топлива определяют по его составу:

Q н =358CH4 +637C2 H6 +912C3 H8 +1186C4 H10 ;

Q н=358*93,2+637*0,7+912*0,6+1186*0,6=35200 кДж/м3

Уравнения реакций горения составных частей топлива:

CH4 +2O2 =CO2 +2H2 O+Q;

C 2 H 6 +3,5О2 =2СО2 +3Н2 О+ Q ;

C3 H8 +5O2 =3CO2 +4H2 O+Q;

C4 H10 +6,5O2 =4CO2 +5H2 O+Q.

Коэффициент избытка воздуха L =1,1.

Расчет горения сводим в таблицу:

Состав топлива, %Содержание газа, м3 /м3Расход воздуха на 1м3 топлива, м3Выход продуктов горения на 1 м3 топлива, м3
О 2ТО 2ДN 2 ДV LCO 2H 2 ON 2O 2V Д
CH 4 -93,20,9321,8 6 4

1,96х1,1

2,16х

Х3,76

2,16+

+8,10

0,9321,8642,796
С 2 Р 6 -0,70,0070,0250,0140,021Из воздухаИз воздуха0,035
С 3 H 8... -0,60,0060,0300,0180,0248,10,28,142
C 4 H 10 -0,60,0060,0390,0240,0300,054
N 2 -4,40,0440,0440,044
СО 2 -0,50,0050,0050,205
Сумма-10011,962,168,110,260,9931,9398,1440,211,276

О2Т иО2Д – расход кислорода соответственно теоретический и действительный, при L =1,1; N 2Д – действительный объем азота из воздуха; VL – действительный расход воздуха для горения 1 м3 газа; V Д – объем продуктов горения на 1 м3 газа.

Объемный состав продуктов горения, %:

CO2=0,993*100/11,28=8,80

H2O=1,939*100/11,28=17,20

N 2=8,144*100/11,28=72,23

O 2=0,2*100/11,28=1,77

_________________________

Сумма-100

Определим расход топлива:

Составим тепловой баланс варочной части печи.

Приходная часть

1. Тепловой поток, поступающий при сгорании топлива, кВт:

Ф1 = Q нХ,

Где Q н-теплота сгорания топлива, кДж/м3 ;

Х – секундный расход топлива, м3 /с.

Ф1 =35200Х кВт.

2. Поток физической теплоты, поступающий с воздухом, кВт:

Ф2= VL c в t в Х,

Где VL – расход воздуха для горения 1 м2 топлива, м3 ;

T в – температура нагрева воздуха в регенераторе-горелке˚,С;

Св – удельная теплоемкость воздуха при температуре нагрева(данные взяты из приложения), кДж/(м3 ˚С).

Принимаем температуру подогрева воздуха в регенераторе1100˚С и повышение температуры в горелкена 50˚С. Тогда Ф2 =10,26*1150*1,455=17150Х кВт.

Потоками физической теплоты топлива, шихты и боя пренебрегаем ввиду их незначительности.

Общий тепловой поток будет равен:

Фприх. =35200Х+17150Х=52350Х кВт.

Расходная часть

1.На процессы стеклообразования, кВт:

Ф1 = ng,

Где п – теоретический расход теплоты на варку 1 кг стекломассы, кДж/кг;

G – съем стекломассы, кг/с.

Так как состав стекла и шихты в расчете не учитываются, то по данным Крегера, можно принять расход теплоты на получение 1 кг стекломассы и продуктов дегазации равным 2930 кДж/кг:

G =70*1000/24*3600=0,81 кг/с;

Ф1 =2930*0,81=2373 кВт,

2.Тепловой поток, теряемый с отходящими из печи дымовыми газами, кВт:

Ф2 = V Д t Д C Д X,

Где V Д – объем дымовых газов на 1м3 топлива, м3 ;

T Д-температура уходящих из рабочей камеры дымовых газов, ˚С; принимается равной температуре варки

1500˚ С;

C Д -удельная теплоемкость дымовых газов при их температуре, кДж/(м3 *˚С).

Удельную теплоемкость продуктов горения подсчитывают как теплоемкость смеси газов:

СД =c СО 2 rCO2 +cH2O rH2O +cN2 rN2 +cO2 rO2 ,

Где r – объемная доля компонентов газовой смеси;

с-теплоемкость газов, кДж/(м3*˚С);

СД1500 =2,335*0,0880+1,853*0,172+1,444*0,722+ +1,529*0,0177=1,6 кДж/(м3 *˚С).

Определяем тепловой поток:

Ф2 =11,28*1500*1,6Х=27072Х кВт.

3. Тепловой поток, теряемый излучением, кВт:

Ф3= ( Со φ F (Т1/100)4 -(Т2/100)4 )/1000.

Где Со – коэффициент излучения, равный 5,7 Вт/(м2 *К4 );

φ – коэффициент диафрагмирования;

F – площадь поверхности излучения, м2 ;

Т1 иТ2 – абсолютная температура соответственно излучающей среды и среды, воспринимающей излучение, К

А ) Излучение через загрузочный карман. Для расчета коэффициента диафрагмирования φ принимаем отверстие за прямоугольную щель высотой Н=0,2м, шириной равной ширине загрузочного кармана -1,7 м, толщиной арки δ=0,5 м.

Тогда

Н/δ=0,2/0,5; φ=0,4.

Рассчитаем площадь излучения:

F =1,7*0,2*2=0,68 м2 (так как загрузочных карманов два).

Принимаем температуру в зоне засыпки шихты t 1 =1400˚ C, а температуру окружающего воздуха t 2 =20˚С.

Тогда

(Т1 /100)4 =78340 (Т2 /100)4 =73,7

Находим тепловой поток

Фа =(5,7*0,4*0,68(78340-73,7))/1000=121кВт.

Б) Излучение во влеты горелок. Принимаем суммарную площадь влетов равной 3% площади варочной части:

F =50,68*0,03=1,5 м2.

Высоту влетов предварительно принимаем равной 0,4м; форма отверстия – вытянутый прямоугольник, размеры которого Н=0,4; δ=0,5:

Н/δ=0,8(φ).

Принимаем среднюю температуру в пламенном пространстве варочной части t 1 =1450˚С, а температуру внутренних стенок горелок t 2 =1350˚С. Тогда(Т1 /100)4 =44205 и (Т2 /100)4 =33215.

Определяем тепловой поток:

Фб =5,7*0,8*1,5(44205-33215)/1000=75,2кВт.

Общий тепловой поток излучением

Ф3 =Фа +Фб =121+75,2=196,2кВт.

4. Тепловой поток, теряемый на нагрев обратных потоков стекломассы, кВт:

Ф4 =(п-1) gc ст ( t 1 – t 2 ),

Где п – коэффициент потока, представляющий собой отношение количества стекломассы, поступающей в выработочную часть, к вырабатываемой; п= 3,5;

Сст – удельная теплоемкость стекломассы, кДж/(кг*˚С);

T 1 и t 2 -температура соответственно прямого и обратного потоков стекломассы 1350 и 1250˚ С;

Сст =0,1605+0,00011 t ст =0,3ккал/(кг*град)*4,19=1,26кДж/ /(кг*˚С);

Ф4 =(3,5-1) 0 ,81*1,26*100=255,15 кВт.

5.Тепловой поток, теряемый в окружающую среду через огнеупорную кладку, кВт:

Ф5 =( t вн – t в/∑ δ/λ+1/α2 )* F,

Где t вн – температура внутренней поверхности кладки, ˚С

T в – температура окружающего воздуха,˚ С;

δ-толщина кладки, м;

λ-теплопроводность огнеупора данного участка, Вт/(м*˚С);

α2 – коэффициент теплоотдачи от наружной стенки окружающему воздуху, Вт/(м2 *˚С).

Если принять

( t вн – t в/∑ δ/λ+1/α2 = q,

То формула теплопередачи примет вид, кВт:

Ф5 = qF.

Плотность теплового потока выбираем по таблице, в зависимости от температуры внутренней поверхности кладки и термического сопротивления ее r =Σδ/λ; при двуххслойной стенке

R =δ1 / λ 1 + δ 2 / λ 2 ,

Рассчитываем площади поверхностей, ограждающих печь. Принимаем средние размеры варочной части:

По длине бассейна

7,8+0,12=7,92м;

По ширине бассейна

6,5+0,4=6,9м,

По длине пламенного пространства

8+0,4/2=8,2м;

По ширине пламенного пространства

6,62+0,4=7,02м,

Где 0,4м – торцовой и боковых стен пламенного пространства.

1) Площадь дна

F дна= F в. ч.+ F з. к. ,

К площади варочной части добавляют площадь дна загрузочного кармана, т. е.

F в. ч.=7,92*6,9=54,6м2 ;

F з. к.=6,9*1,6=11,04м2 ;

F дна=54,6+11,04=65,64м2 .

2) Площадь стен бассейна. Верхний F 1 и средний F 2 ряды имеют одну и ту же площадь:

F1 , F2 =(7,92+1,6)*0,6*2+6,9*0,6=11,42+4,14=15,56 м 2 .

Складываем площади двух продольных и поперечной стены с учетом площади продольных стен загрузочного кармана.

Нижний ряд F 3

F 3 =( 7,92+1)*0,4*2+6,9*0,4=9,89 м2 .

3) Площадь стен пламенного пространства

F п. п. =2 F прод.+ F торц.- F вл.

Принимаем предварительно высоту стены пламенного пространства равной 1 м.

F прод.=8,2*1=8,2 м2 .

Площадь F торц. Определяют по эскизу.

Определяем площади F 1 , F 2 , F к : при этом F торц. = F 1 + F 2 -2 F к.

Где F 1 , F 2 и F к – площадь сегмента, прямоугольника и под арками загрузочных карманов.

Для определения площади сегмента применяем упрощенную формулу:

F сегм. =2/3 bf,

Где b – длина хорды;

F – стрела подъема свода, равная 1,02м.

Тогда

F сегм. = F 1=2/3*7,02*1,2 =5,76м2 ;

6.Обоснование выбора печестроительных материалов.

Выбор огнеупоров для кладки стекловаренных печей определяется их химическим составом и свойствами, а также химическим составом стекломассы и зависит от конструкции и режима эксплуатации печей.

Для кладки основных элементов стекловаренной печи использованы следующие огнеупорные материалы:


Зараз ви читаєте: Стекловаренная печь