Описание и расчет стекловаренной печи непрерывного действия

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 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-1500˚C

В температурном интервале  от 23 до 1500˚С 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) 1400-1420˚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:

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: 

 

О_2ТиО_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

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=V_Lc_вt_вХ,

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.