Теплотехнический расчет ванной регенеративно стекловаренной печи с поперечным направлением пламени

0,01(93,058+2∙2,029+3∙0,549+4∙0,15+5·0,021)=0,997;

V_H2O=0,01(2∙СН₄+3∙С₂Н₆+4∙С₃Н₈+5∙С₄Н₁₀+6С₅Н₁₂+Н₂О+0,16d∙L_α)=

=0,01(2∙93,058+3∙2,029+4∙0,549+5∙0,15+6·0,021+1+0,16∙10∙9,851)=2,122;

V_N2=0,79∙L_α+0,01∙N₂=0,79∙9,851+0,01∙2,996=7,812;

V_О2 =0,21(α-1)∙L₀=0,21(1,05-1)∙9,382=0,0985.

         Общее количество продуктов горения  составляет, нм³/нм³:

V_α=0,997+2,122+7,812+0,0985=11,03.

         Определяем процентный состав  продуктов горения:

      СО₂ =0,997∙100/11,03=9,04%;

      N₂=7,812∙100/11,03=70,83%;

      Н₂О=2,122∙100/11,03=19,236%;

      О₂=0,0985∙100/11,03=0,893%.

         Составляем материальный баланс  процесса горения на 100 нм³ газа при α=1,05 и сводим в таблицу 3.3. Переводим нм³ в кг путём умножения на плотность отдельных газов.

 
 

  Таблица  3.3.─ Материальный баланс процесса  горения.

      Невязка баланса составляет: (1359,07-1358,45)/ 1359,07 ·100=0,04%.

         Определяем температуру  горения  топлива, для чего определяем  теоретическую температуру, учитывающую тепловыделение без потерь и действительную температуру газов, усреднённую по массе и приближенную практическим условиям.

         По i-t диаграмме находим теплоту нагрева атмосферного воздуха: i_воз=1728,4 кДж/нм³. Тогда,

i_общ=(Q_н+L_α^|∙i_воз)/V_α=(35336,5+10,0087∙1728,4)/11,03=4763,83 кДж/нм³ .

         По i-t диаграмме находим теоретическую температуру горения при α=1,05, которая равна 2425 ⁰С. Определяем действительную температуру горения при коэффициенте η_n=0,8. Расчётное теплосодержание составит:

i_общ=i_общ∙η_n=4763,83 ∙0,8=3811,06 кДж/нм³.

         По i-t диаграмме находим действительную температуру горения при α=1,05 с учётом диссоциации: t_г=2150 ⁰С.

4.2.Тепловой баланс печи

         Тепловой баланс печи выражается уравнением, связывающим количество тепла, выделенное во время работы печи с количеством тепла, израсходованным на технологические процессы и потерянными в окружающее пространство /4,5/.

4.2.1.Приход тепла

Тепло от горения топлива

         Тепло от горения топлива рассчитывается  по формуле, кВт: 

Q_г=Q_н^р∙В,

  где  В- расход топлива, кг/с;

        Q_н^р- тепло сгорания топлива, кДж/нм³.

Q_г=35336,5∙В.

Тепло, вносимое подогретым воздухом

Q_воз=L_α∙i^|_воз∙В, кВт

  где  L_α- действительное количество воздуха, подаваемое для горения топлива,    нм³/кг или нм³/нм³;

         i^|_воз- теплосодержание (энтальпия) воздуха, кДж/нм³,находящегося в зависимости от температуры;

Q_воз=9,85·1728,4∙В=17024,74∙В кВт.

4.2.2.Расход тепла

Расчёт  расхода тепла  на процесс стеклообразования

        Расчёт сводится к определению  полного расхода тепла на процесс  стеклообразования, включая тепловой эффект стеклообразования, теплосодержание стекломассы, тепло нагрева продуктов дегазации и теплоту плавления стекла:

q_x=q_c+q_м+q_пл+q_газ , кДж/кг

    Состав  шихты и химический состав сырьевых материалов приведены в табл. 3.4 и 3.5.

 

  Таблица  3.4.─ Состав шихты.

         Влажность шихты - 4%.

         Химический состав сырьевых материалов приведён в таблице 3.5.

  Таблица  3.5.─ Химический состав сырьевых материалов.                                      

         Тепловой эффект реакций стеклообразования  определяем на 1 кг стекло массы по формуле, кДж/кг:

q_c=q₁∙G₁∙G_ш+q₂∙G₂∙G_ш+q₃∙G₃∙G_ш ,

  где  q₁,q₂,q₃ - тепловые эффекты образования отдельных окислов, переходящих  в стекло, кДж/кг;

        G₁,G₂,G₃ - весовые количества соответствующих окислов в шихте, кг/кг

                          шихты;

        G_ш- расход сухих шихтовых материалов, кг/кг стекломассы.

         Определяем расход сухих шихтовых  материалов, кг/кг стекломассы и  выход летучих материалов:

                                              G_ш=100/(100+G_б-G_п.д.) ,

  где G_б- количество стеклобоя, вводимого в шихту, %;

        G_п.д.- количество летучих продуктов дегазации в шихте,%(кг/100кг шихты).

         При влажности шихты 4% количество  сухой шихты равно 96%. Выход  летучих продуктов дегазации  из 100 кг шихты, кг:

  Влага                                      Н₂О=0,4∙100=4;

  Песок  (ППП=0,1%)             СО₂=55,91∙0,001∙0,96=0,05;

  Доломит  (ППП=47,63%)     СО₂=9,45∙0,4763∙0,96=4,32;

  Полевой  шпат (ППП=0,8%)  СО₂=5,68∙0,008∙0,96=0,04;

  Сода                (СаСО₃)           СО₂=14,64∙0,00137· ∙0,96=0,0085; 

                          (Na₂CO₃)         СО₂=14,64∙0,999· ∙0,96=5,828; 

  Сульфат натрия  (Na₂SO₄)     SО₂=5,3∙0,9999· ∙0,96=2,29;

  Всего                                       G_п.д.=20,562.

      Из них: СО₂=0,1427 кг/кг шихты,

            или  СО₂=0,1427/1,977=0,072 нм³/кг шихты;

                    SО₂=0,0229 кг/кг шихты,

            или  SО₂=0,0229/2,86=0,008 нм³/кг шихты;

                    Н₂О=0,04 кг/кг шихты,

            или  Н₂О=0,04/0,804=0,05 нм³/кг шихты.

      Тогда, расход сухих шихтовых  материалов:

                                         G_ш=100/(100+30-20,56)=0,91;

                                  G_б=30∙0,91=27,3 % (от стекломассы).

Расход  тепла на получение  СaSiO₃ из СаCO₃ (известняка и соды):

  q₁= q_х ∙G_СаO∙G_ш=1537∙0,0432∙0,91=61,42 кДж/кг стекломассы,

  G_СaO(мел)=0,0902∙0,498∙0,96∙=0,043 кг/кг шихты.

G_{СaO(сода)}=0,1464∙0,00137∙0,96∙=0,0002 кг/кг шихты.

Всего G_СaO =0,00432 кг/кг шихты.

      Расход тепла на получение   Na₂SiO₃ из Na₂CO₃ (соды):

  q ₂=952∙G_Na2O∙G_ш=952∙0,0823∙0,91=71,298 кДж/кг стекломассы,

  G_Na2O=0,1464∙0,999∙0,96∙0,586=0,0823 кг/кг шихты.

      Расход тепла на получение  Na₂SiO₃ из Na₂SO₄ (сульфата натрия):

  q ₃=3467∙G_Na2O∙G_ш=3467∙0,0022∙0,91=69,41 кДж/кг стекломассы,

  G_Na2O=0,053∙0,9999∙0,436∙0,96=0,0022 кг/кг шихты.

Расход  тепла на получение Mg(SiO₃)₂ из MgCO₃ (из известняка):

  q₄=3467∙G_MgO∙G_ш=3467∙0,00017∙0,91=0,536 кДж/кг стекломассы,

  G_MgO2=0,0902·0,002∙0,92=0,00017 кг/кг шихты.

      Расход тепла на получение  CaMg(SiO₃)₂ из доломита:

  q₅=2758∙G_CaMgO2∙G_ш=2758∙0,046∙0,91=115,45 кДж/кг стекломассы,

  G_CaMgO2=0,0945(0,322+0,188)∙0,96=0,046 кг/кг шихты.

      Расход тепла на получение  Na₂SiO₃ из полевого шпата:

  q₆=952∙G_Na2O∙G_ш=952∙0,007∙0,91=6,06 кДж/кг стекломассы,

  G_Na2O=0,0568∙0,13∙0,96=0,07 кг/кг шихты.

Расход  тепла на получение (Na)К₂SiO₃ из полевого шпата:

  q₇=997∙G_К2O∙G_ш=997∙0,0017∙0,91=1,54 кДж/кг стекломассы,