Реферат: 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:

О_2Т иО_2Д -расход кислорода соответственно теоретический и действительный, при L =1,1; N _2Д - действительный объем азота из воздуха; V_L -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= V_L c _в t _в Х,

где V_L -расход воздуха для горения 1 м² топлива,м³ ;

t _в - температура нагрева воздуха в регенераторе-горелке˚,С;

с_в -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:

Ф_прих. =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:

с_Д =c _{СО 2} r_CO2 +c_H2O r_H2O +c_N2 r_N2 +c_O2 r_O2 ,

где r -объемная доля компонентов газовой смеси;

с-теплоемкость газов, кДж/(м3*˚С);

С_Д ¹⁵⁰⁰ =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= ( С_о φ F (Т1/100)⁴ -(Т2/100)⁴ )/1000.

Где С_о - 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

Ф_а =(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:

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

Общий тепловой поток излучением

Ф₃ =Ф_а +Ф_б =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;

с_ст -удельная теплоемкость стекломассы, кДж/(кг*˚С);

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

с_ст =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=11,04м^{2 ;}

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: