Стекловаренная печь

Рефераты по теплотехнике » 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 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, м33 Расход воздуха на 1м3 топлива, м3 Выход продуктов горения на 1 м3 топлива,м3
О О N 2 Д V L CO 2 H 2 O N 2 O 2 V Д
CH 4 -93,2 0,932 1,8 6 4

1,96х1,1

2,16х

х3,76

2,16+

+8,10

0,932 1,864 - - 2,796
С 2 Р 6 -0,7 0,007 0,025 0,014 0,021 Из воздуха Из воздуха 0,035
С 3 H 8 -0,6 0,006 0,030 0,018 0,024 8,1 0,2 8,142
C 4 H 10 -0,6 0,006 0,039 0,024 0,030 - - 0,054
N 2 -4,4 0,044 - - - - - - 0,044 - 0,044
СО 2 -0,5 0,005 - - - - 0,005 - - - 0,205
Сумма-100 1 1,96 2,16 8,1 10,26 0,993 1,939 8,144 0,2 11,276

О иО -расход кислорода соответственно теоретический и действительный при L =1 1; N - 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);

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

Где Со - коэффициент излучения равный 5 7 Вт/(м24 );

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

1 /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

Ф3аб =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 1 / 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: