1..
. -,. , .
,.
. , , , .
, , , -9.
, "" 170170.
-.
-70 .-.
2..
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 дна бассейна, 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:
SiO2-72 %
Fe2O3+AL2O3-2,3 %
Na2O+К2О-14%
CaO+MgO-11,5%
SO3-0,2%
Максимальная температура варки-1500C
В температурном интервале от 23 до 1500С вязкость стекол изменяется на 18 порядков. В твердом состоянии вязкость составляет примерно 1019 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 1015-107 Пас.
Кривая температурного хода вязкости.
Определяем основные размеры рабочей камеры.
Площадь варочной части печи, м2:
F=G* 103/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 (длинаL)
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:Fст= 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) 1400-1420С, 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 1200-1250С. В зоне осветления температура газовой среды поддерживается максимальной-1500С, так как при такой температуре вязкость стекломассы снижается, происходит интенсивное осветление и завершается гомогенизация. В зоне студки температура газовой среды плавно понижается до 1240С, 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:
Qн=358CH4+637C2H6+912C3H8+1186C4H10;
Qн=358*93,2+637*0,7+912*0,6+1186*0,6=35200 кДж/м3
Уравнения реакций горения составных частей топлива:
CH4+2O2=CO2+2H2O+Q;
C2H6+3,5О2=2СО2+3Н2О+Q;
C3H8+5O2=3CO2+4H2O+Q;
C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O+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 О2ТО2ДN2ДVLCO2H2ON2O2VДCH4-93,20,9321,864
1,96х1,1
2,16х
х3,76
2,16+
+8,100,9321,864--2,796С2Р6-0,70,0070,0250,0140,021Из воздухаИз воздуха0,035С3H8-0,60,0060,0300,0180,0248,10,28,142C4H10-0,60,0060,0390,0240,030--0,054N2-4,40,044------0,044-0,044СО2-0,50,005----0,005---0,205Сумма-10011,962,168,110,260,9931,9398,1440,211,276
О2ТиО2Д-расход кислорода соответственно теоретический и действительный, при L=1,1; N2Д- действительный объем азота из воздуха; VL-действительный расход воздуха для горения 1 м3 газа; VД-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
N2=8,144*100/11,28=72,23
O2=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=QнХ,
где Qн-теплота сгорания топлива,кДж/м3;
Х- секундный расход топлива, м3/с.
Ф1=35200Х кВт.
2. Поток физической теплоты, поступающий с воздухом, кВт:
Ф2=VLcвtвХ,
где VL-расход воздуха для горения 1 м2 топлива,м3;
tв- температура нагрева воздуха в регенераторе-горелке,С;
св-удельная теплоемкость воздуха при температуре нагрева(данные взяты из приложения), кДж/(м3С).
Принимаем температуру подогрева воздуха в регенераторе1100С и повышение температуры в горелкена 50С. 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=VДtДCДX,
Где VД -объем дымовых газов на 1м3 топлива, м3;
TД-температура уходящих из рабочей камеры дымовых газов, С; принимается равной температуре варки
1500С;
CД удельная теплоемкость дымовых газов при их температуре, кДж/(м3*С).
Удельную теплоемкость продуктов горения подсчитывают как теплоемкость смеси газов:
сД=cСО2 rCO2+cH2O rH2O+cN2 rN2+cO2rO2,
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= ( СоцF(Т1/100)4-(Т2/100)4)/1000.
Где Со- коэффициент излучения, равный 5,7 Вт/(м2*К4);
ц- коэффициент диафрагмирования;
F- площадь поверхности излучения, м2;
Т1иТ2- абсолютная температура соответственно излучающей среды и среды, воспринимающей излучение, К
а ) Излучение через загрузочный карман. Для расчета коэффициента диафрагмирования принимаем отверстие за прямоугольную щель высотой Н=0,2м, шириной равной ширине загрузочного кармана 1,7 м, толщиной арки =0,5 м.
Тогда
Н/=0,2/0,5; ц=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 t1=1400C,а температуру окружающего воздуха t2=20С.
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; =0,5:
Н/д=0,8(ц).
Принимаем среднюю температуру в пламенном пространстве варочной части t1=1450С, а температуру внутренних стенок горелок t2=1350С. 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)gcст(t1-t2),
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);
t1 и t2 температура соответственно прямого и обратного потоков стекломассы 1350 и 1250С;
сст=0,1605+0,00011tст=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=(tвн - tв//л+1/б2)*F,
где tвн- температура внутренней поверхности кладки, С
tв- температура окружающего воздуха,С;
д-олщина кладки, м;
л-еплопроводность огнеупора данного участка, Вт/(м*С);
б2-коэффициент теплоотдачи от наружной стенки окружающему воздуху, Вт/(м2*С).
Если принять
(tвн - tв//л+1/б2=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=Уд/л; ри двуххслойной стенке
r=д1/л1+д2/л2 ,
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
Fдна=Fв.ч.+ Fз.к. ,
К площади варочной части добавляют площадь дна загрузочного кармана, т.е.
Fв.ч.=7,92*6,9=54,6м2 ;
Fз.к.=6,9*1,6=11,04м2;
Fдна=54,6+11,04=65,64м2.
2) Площадь стен бассейна. Верхний F1 и средний F2 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 м2.
Складываем площади двух продольных и поперечной стены с учетом площади продольных стен загрузочного кармана.
Нижний ряд F3
F3=(7,92+1)*0,4*2+6,9*0,4=9,89 м2.
3) Площадь стен пламенного пространства
Fп.п.=2Fпрод.+Fторц.-Fвл.
Принимаем предварительно высоту стены пламенного пространства равной 1 м.
Fпрод.=8,2*1=8,2 м2.
Площадь Fторц. Определяют по эскизу.
Определяем площади F1,F2,Fк: при этом Fторц.=F1+F2-2Fк.
Где F1,F2 и Fк площадь сегмента, прямоугольника и под арками загрузочных карманов.
Для определения площади сегмента применяем упрощенную формулу:
Fсегм. =2/3bf,
где b-длина хорды;
f-стрела подъема свода, равная 1,02м.
Тогда
Fсегм.= F1=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