Ванная печь для производства тарного стекла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

тепловой печь агрегат стекольный промышленность

Нормативные ссылки

Обозначения и сокращения

Определения

Введение

1. Обоснование выбора теплового агрегата

2. Патентный поиск

3. Краткое описание конструкции и работы печи

4. Расчет основных размеров теплового агрегата

5. Расчет горения топлива

6. Составление теплового баланса

7. Расчет удельного расхода топлива и тепла

8. Расчет необходимого напора в агрегате

9. Подбор тягодутьевого оборудования

10. Правила безопасной эксплуатации, охраны труда и окружающей среды

Заключение

Список использованных источников



Нормативные ссылки

ГОСТ 22551-77 Песок для стекольной промышленности

ГОСТ 23672-79 доломит для стекольной промышленности

ГОСТ 23671-79 Известняк кусковой для стекольной промышленности

ГОСТ 5100-85 Сода кальцинированная техническая

ГОСТ 6318-77 Натрий сернокислый технический (сульфат натрия)

ТУ 5726-036-00193861-06 Материалы полевошпатовые

ГОСТ 828-77 Натрий азотнокислый технический (натриевая селитра)

ГОСТ 10117-2001 Бутылки для пищевых жидкостей

ГОСТ 12.4.125-83 «ССБТ. Средства коллективной защиты от воздействия механических факторов»

ГОСТ 12.2.049-80 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования»

ГОСТ 12.2.061-81 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам»



Обозначения и сокращения

СФМ - стекло формовочная машина

МВЦ - машинно-ванный цех

ОТК - отдел технологического контроля

ОВПФ - опасные и вредные производственные факторы

ПРУ - противорадиационные укрытия

ПВМ - прессовыдувная машина

МП - механический питатель

СТ - стандарт

ПТУ - профессионально - техническое училище

ПТШ - профессионально - техническая школа



Определения

Стекловаренная печь - замкнутое сооружение из огнеупорных материалов, представляющее ванну, в которой под действием тепла от сгорания газа смесь шихты и стеклобоя превращается в стекло. Процесс стекловарения непрерывен.

Объем печи - вес стекломассы, находящейся в печи непрерывного действия. Учитывается стекломасса, находящаяся и в выработочном канале.

Производительность печи - общий вес стекла, вырабатываемый из печи за 24 часа. Включает в себя основную продукцию и технологические отходы. Может выражаться часовой производительностью.

Шихта - смесь сырьевых материалов.

Стеклобой - технологические отходы производства, добавляются к сырьевым материалам для варки стекла.

Силикатообразование. Для этого этапа характерно то, что к концу его в шихте уже нет отдельных составляющих элементов (отдельно песка, соды, мела и т.д.), большинство газообразных веществ из шихты улетучилось, составляющим части претерпели ряд физических и химических изменений и основные химические реакции в твердом состоянии между компонентами шихты закончены. К концу силикатообразования шихта превращается в спекшуюся массу, состоящую из силикатов и кремнезема. Для обычных натрий-кальций-кремнеземистых стекол этот этап завершается при 800-900 ⁰С.

Стеклообразование. К концу стеклообразования масса становится прозрачной; в ней уже отсутсвуют непроваренные частицы шихты. При этом, однако, стекломасса еще пронизана большим числом пузырей и свилей, продолжают оставаться неоднородной. Для обычных стекол этот этап завершается при 1150-1200 ⁰С.

Осветление. Стекломасса, становясь менее вязкой, освобождается от видимых газообразных включений. Для обычных стекол осветление завершается при 1400-1550 ⁰С. Вязкость стекломассы при этом составляет примерно 100 пуазов.

Гомогенизация. Стекломасса длительное время выдерживается при высокой температуре. К концу этапа она освобождается от свилей и становится однородной. Гомогенизация обычных стекол заканчивается при температурах более низких, чем температуры, которые необходимы для осветления.

Студка стекломассы. На данном этапе температуру стекломассы снижают на 200-300 ⁰С, с тем чтобы создать необходимую вязкость при выработке(формовании) стеклоизделий.



Введение

Стекольная промышленность - отрасль промышленности, занятая производством листового, архитектурно-строительного, оптического, светотехнического, электротехнического, тарного стекла, бытовой посуды, стекловолокна и других материалов и изделий из стекла. Производство стекла возникло в глубокой древности, как ремесло получило распространение в средние века. Заметное развитие стекольного производства наблюдалось на рубеже 19 и 20 веков, особенно в США, Великобритании, Франции.

Лидер стекольной промышленности Казахстана компания «САФ». Производство стеклотары «Стекольной Компанией «САФ» в Республике Казахстан была основана в апреле 1999 года.

Решение задач технического перевооружения стекольной промышленности, обеспечение высокого качества ее продукции и доведение ее до уровня мировых стандартов диктует необходимость подготовки новых технических кадров для стекольной промышленности и повышения квалификации имеющихся в промышленности кадров. В передовых технически развитых странах на стекольных предприятиях работают составные цеха - автоматы, управляемые одним-двумя операторами, имеется большое количество фирм, выпускающих специальное оборудование для приготовления шихты, высокопроизводительные смесители, автоматические дозаторы, грануляторы стекольной шихты, бункера для хранения шихты нового типа и многое другое[4].

В настоящее время стекла разных составов, видов и назначения заняли особую нишу в жизнедеятельности человека. Стекла незаменимы как в быту - для остекления зданий, сооружений, транспортных средств, так и в различных отраслях пищевой и химической промышленности - трубы, аппараты и реакторы из стекла. Высокопрочные стеклянные нити, вытянутые из расплава стекла используют для изготовления технических тканей - химически стойких, электро-, тепло- , звуко- и гидроизоляционных, а также в качестве арматуры при изготовлении стеклопластиков и бетонов. Стеклянные нити используют и в качестве световодов. Кроме этого, в повседневной жизни мы часто сталкиваемся с такими предметами обихода, как стеклянная посуда, бутылки, банки, электролампы, осветительная аппаратура, зеркала - все это необходимые предметы нашего быта. В связи с этим, актуальность развития стекольной промышленности в нашей стране достаточно велика.

Острейшие экологические проблемы требуют расширения использования в технологическом процессе варки стекла различных технологических отходов, в первую очередь вторичного стекольного боя. Это требует знания приемов его использования и принципов обогащения.

Одной из основных и важных стадий технологического процесса производства стекла является варка стекла, которая осуществляется в стекловаренных печах.

В стекольной промышленности наиболее распространены непрерывно действующие ванные печи. Их применяют для варки и выработки, тарного стекла. Эти печи более экономичны, производительны и легко поддаются механизации и автоматизации.

Выделяют ванные печи с общим бассейном, в котором зоны, соответствующие отдельным стадиям варки, не отделены друг от друга, и печи с резко разделенными зонами.

Работа печей разного типа характеризуется производительностью, коэффициентом полезного действия и расходом тепла на варку стекла. Работа каждой отдельной печи характеризуется определенным режимом, который зависит от расхода тепла, давления и состава газов. В зависимости от температуры по отдельным зонам печи устанавливают расход топлива. Уровень температуры определяют разностью приход-расход тепла: чем больше эта разность, тем выше температура печи.

Тепловое напряжение зависит от ряда причин: количества топлива, его теплотворной способности, полноты сгорания, температуры и количества воздуха, используемого для горения.

Расход тепла для поддержания одной и той же температуры в печи тем больше, чем больше потери тепла с отходящими газами, через неплотности кладки.

Давление и состав газов в печи определяется расходом топлива и воздуха, сгорающих в печи.

В связи с выше изложенным, предлагается проект ванной печи для производства тарного стекла, с использованием в качестве топлива газ Газлинского месторождения.

Данный курсовой проект по теме «Ванная печь для производства тарного стекла производительностью 120 т/сут.» состоит из следующих разделов: введения, обоснования выбора теплового агрегата, патентного поиска, краткого описания конструкции и работы агрегата, расчета основных размеров теплового агрегата, расчета горения топлива, составления теплового баланса, расчета удельного расхода топлива и тепла, расчета необходимого напора в агрегате, подбора тягодутьевого оборудования, правил безопасной эксплуатации, охраны труда и окружающей среды, заключения, списка использованных источников, приложении и графической части. Пояснительная записка изложена на 44 страницах, включает: 4 таблицы, 1 рисунка и 47 формулы. Список использованных источников содержит 10 наименований.

Графическая часть представлена листом формата А1 на котором изображена ванная печь.



1. Обоснование выбора теплового агрегата

По принципу ведения технологии варки стекла печи бывают периодического и непрерывного действия, а по конструкции печи периодического действия разделяются на горшковые и ванные.

Непрерывно действующие печи бывают только ванные. Варка стекла требует затрат большого количества тепла. Это тепло передается стекломассе сжиганием в печи топлива или пропусканием через стекломассу электрического тока. Основными видами применяемого топлива являются природный газ и мазут. Другие виды топлива применяются реже [6].

Топливо, смешанное с воздухом, подают в печь над стекломассой. В печи образуется факел горящего топлива и раскаленных продуктов горения. В большинстве случаев топливо предварительно не подогревают. Для подогрева воздуха и экономии топлива используют тепло отходящих газов, которые пропускают через регенераторы, рекуператоры, или котлы-утилизаторы.

Печи непрерывного действия. Ванные стекловаренные печи непрерывного действия являются наиболее совершенными и распространенными промышленными печами. Конструкция и размеры этих печей весьма разнообразны и в основном определяются типом стекол, способом формования стеклоизделий, масштабом производства и некоторыми другими факторами.

Их применяют для варки и выработки листового, сортового, бутылочного, тарного, посудного и другого стекла главным образом механизированным способом[8].

В зависимости от размеров ванные печи бывают малые, средние и крупные.

Малые ванные печи используют при выработке штучного стекла -- тарного, сортового, парфюмерного и аптекарской посуды -- механизированным или ручным способом. В этих печах применяют преимущественно подковообразное направление газов.

Ширина бассейна печи с подковообразным направлением пламени 3--4 м, длина до 15 м. Площадь варочной части малых печей колеблется в пределах 10--50 м². В малых печах без протока для выработки бутылочного и сортового стекла площадь зеркала студочной и выработочной частей составляет 40--50% площади зеркала варочного бассейна. При отоплении таких печей высококалорийным топливом воздух подогревают в рекуператорах. В малых регенеративных или рекуперативных ванных печах горелки чаще всего располагают с торца, а газы движутся подковообразно. При этом удлиняется путь газов, что способствует более полному горению и использованию тепла отходящих газов.

Подковообразное направление газов позволяет получать достаточную длину факела пламени даже при небольших размерах варочной части и при малом расстоянии между горелками.

В печах с подковообразным пламенем длина факела примерно равна удвоенной длине печи, считая до ограждения (экрана). Форма и длина факела пламени зависят от скорости газов во влете горелки. При слишком большой скорости газов во влете горелки получается длинный факел, приводящий к быстрому разрушению экрана, отделяющего выработочную часть от варочной. Небольшие скорости во влете могут привести к «замыканию» факела, т. е. пламя, выходя из одной горелки, сразу может попасть в другую горелку, приводя к преждевременному износу стенки горелки и насадки регенератора. Нормальная скорость газов во влете горелки должна быть 10--14 м/с.

Выработочная часть печи не имеет самостоятельного отопления. Тепло, необходимое для ее обогрева, передается из варочной части излучением и потоками стекла. Огнеупоры, которыми отфутерована печь, искусственно охлаждают воздушным обдуванием или при помощи водяных ватержакетов.

Средние ванные печи применяют для механизированного производства консервной тары и бутылок. В этих печах используют пламенный, электрический и газоэлектрический обогрев. Наиболее распространенный тип средних ванных печей -- регенеративная проточная печь с поперечным направлением пламени.

Бассейн печи разделен на варочную и выработочную части. Тепло, необходимое для обогрева выработочной части, передается из варочной части излучением и газовыми потоками. Протоки обычно располагают на уровне дна варочной части бассейна. В зависимости от глубины варочной и выработочной частей бассейна протоки могут быть заглубленные и незаглубленные. Заглубленные протоки применяют в печах для варки полубелого сортового стекла, незаглубленные -- в печах для варки цветного стекла. Глубина варочной части бассейна для бесцветного стекла 0,7--1,2 м. С понижением прозрачности и увеличением вязкости стекломассы глубину бассейна уменьшают до 0,5--0,6 м. Глубина выработочной части бассейна на 300 мм меньше, чем варочной.

Для получения термически однородной стекломассы в печах для варки тарного стекла поддерживают постоянный температурный режим в обеих частях бассейна. Поперечное направление пламени позволяет выдерживать заданный температурный режим вдоль печи. Температура по длине печи постепенно возрастает от загрузочного кармана до зоны осветления, а затем снижается к выработочной части печи.

Крупные ванные печи применяют при варке и механизированной выработке тарного стекла. Производительность ванных печей, предназначенных для выработки сортовой посуды и стеклотары печей. В этом случае используют ванные печи больших размеров с общим бассейном или с разделительными устройствами в виде преград из электроплавленного огнеупора, устанавливаемых в слое стекломассы. Обычно это регенеративные ванные печи с поперечным направлением пламени с большой студочной частью. В крупных ванных печах без заградительных устройств по стекломассе площадь варочной части бассейна 120--300 м². Площадь зеркала студочной части печи колеблется в пределах 60--150% от площади зеркала варочной части. Такая площадь нужна для снижения температуры стекломассы, поступающей на выработку.

Ванная печь представляет собой непрерывно действующий тепловой агрегат, состоящий из бассейна, наполненного стекломассой, и пламенного пространства над ним, где за счет сгорания топлива происходит выделение тепла, необходимого для процесса стекловарения. Бассейн печи имеет прямоугольную форму с сужением-пережимом между зоной осветления и студочной частью. Высота сниженного экрана между зоной осветления и студочной частью над зеркалом стекла 50--100 мм. Пережим и сниженный экран позволяют поддерживать заданный температурный режим по длине печи и интенсифицировать процесс варки.

Шихта загружается в печь через загрузочный карман 1, расположенный в торце варочной части 2 бассейна. На одном конце ванны происходит непрерывная загрузка шихты и боя, а на другом -- выработка изделий. К ванной печи примыкает выработочный канал с машинами для вертикального вытягивания лент стекла. Под воздействием высоких температур шихта превращается в расплавленную стекломассу, которая непрерывно движется из варочной части бассейна в студочную, откуда распределяется по выработочным каналам и с помощью машин ВВС в виде непрерывной ленты вытягивается вверх, где раскраивается на листы заданных размеров.

В связи с выше изложенным предлагается к рассмотрению крупная ванная печь для производства тарного стекла с производительностью 120т/сут.

2. Патентный поиск

Ванная стекловаренная печь

Навигация по патентам

(19) RU (11) 2187467 (13) C1 (51) МПК 7 C03B5/23

Пошлина: учтена за 10 год с 20.04.2010 по 19.04.2011

(21), (22) Заявка: 2001110889/03, 19.04.2001

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

19.04.2001

(45) Опубликовано: 20.08.2002

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 293326 А, 23.03.1971. SU 1239104 A1, 23.06.1986. RU 2053964 C1, 10.02.1996. US 4415349 А, 15.11.1983. DE 2912505 A1, 02.10.1980.

Адрес для переписки:

410026, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, СГУ, ПЛО, пат. пов. Н.В. Романовой, рег. № 325

(71) Заявитель(и):

Завгороднев Виталий Андреевич

(72) Автор(ы):

Завгороднев В.А.

(73) Патентообладатель(и):

Завгороднев Виталий Андреевич

(54) ВАННАЯ СТЕКЛОВАРЕННАЯ ПЕЧЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к устройствам для производства стекла непрерывным методом. Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности управления температурными полями и поперечными конвекционными потоками стекломассы в варочной части стекловаренной печи, а также регулирования расположения шихты по площади печи, стабилизация положения границ шихты на необходимом расстоянии от боковых стен. Решение поставленной задачи позволит улучшить качество и увеличить количество вырабатываемой продукции, а также продлить срок службы стекловаренной печи за счет уменьшения коррозии боковых стен. Ванная стекловаренная печь содержит загрузчики шихты, загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны, основной водоохлаждаемый трубчатый элемент, выполненный с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн. Основной водоохлаждаемый элемент имеет Z-образную форму, размещен горизонтально вдоль загрузочного кармана и варочного пространства печи перпендикулярно к торцевой стене загрузочного кармана между загрузчиками шихты и выполнен с возможностью регулирования степени заглубления в стекломассу. Площадь охлаждаемой части основного водоохлаждаемого элемента относится к площади стекловаренной печи, занимаемой шихтой, как 1:(0,1-0,07), глубина заглубления основного водоохлаждаемого элемента в стекломассу относится к глубине варочного бассейна как 1:(0,25-0,15), отношение длины основного водоохлаждаемого элемента к длине части печи, занятой шихтой, как 1: (1,1-0,9). Для разделения куч шихты печь может содержать дополнительный водоохлаждаемый элемент, выполненный плавающим с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн, расположенный над основным водоохлаждаемым элементом и имеющий одинаковую с ним конфигурацию. Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к устройствам для производства стекла непрерывным методом. Известна ванная стекловаренная печь, содержащая загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны.

Недостатком известной печи является то, что нерасплавленная шихта в варочном бассейне распространяется в сторону по направлению к его боковым стенкам, накапливается у последних, забивает проход как для поступления шихты в варочный бассейн, так и выходное отверстие из него.

Известна ванная стекловаренная печь, включающая свод, под, стенки варочного бассейна, проток и охлаждаемый элемент в виде двух трубчатых змеевиков, расположенных в окружающем проток огнеупоре.

Недостатком этой конструкции является изначальное разрушение окружающего проток огнеупорного материала по мере протекания по нему жидкого стекла. Лишь после этого начинает образовываться защитный замороженный слой из жидкого стекла в виде прочного гарнисажа.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является ванная стекловаренная печь, содержащая загрузчики шихты, загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны. Для удержания шихты в центре варочного бассейна установлен экранирующий элемент, расположенный по продольной оси через загрузочный карман. При этом экранирующий элемент может быть выполнен в V-образной форме из трубы, установленной под углом к поверхности плавающей шихты и стекломассы с приспособлением для циркуляции охлаждаемого агента, либо в виде перегородки из огнеупорного материала.

Недостатком данного решения является то, что экранирующий элемент заглублен под углом к поверхности плавающей шихты и уровню стекломассы, вследствие чего в месте заглубления он создает физическое препятствие продвижению шихты в глубину варочного бассейна, образуя застойную зону шихты, поступающей от боковых стен в центр печи, что приводит к локальному переохлаждению стекломассы, увеличению ее вязкости в этом месте и естественному ухудшению варки шихты. Кроме того, в результате местного охлаждения (местного заглубления экранирующего элемента) шихта отходит от стен варочного бассейна, но не по всей длине экранирующего устройства, находящегося в ванной печи, а только в зоне непосредственного его погружения в стекломассу. Там, где он находится над шихтой, охлаждения стекломассы не происходит. Поэтому конвекционные потоки не изменяются и шихта находится у боковых стен варочного бассейна и к центру печи не направляется. Что касается стекловаренной печи, у которой экранирующий элемент выполнен в виде перегородки из огнеупорного материала, то этот вариант не приемлем на действующих стекловаренных печах из-за сложности исполнения и экономической (технологической) нецелесообразности.

Задачей настоящего технического решения является обеспечение возможности управления температурными полями и поперечными конвекционными потоками стекломассы в варочной части стекловаренной печи, а также регулирования расположения шихты по площади печи, стабилизация положения границ шихты на необходимом расстоянии от боковых стен. Решение поставленной задачи позволит улучшить качество и увеличить количество вырабатываемой продукции, а также продлить срок службы стекловаренной печи за счет уменьшение коррозии боковых стен.

Для этого в ванной стекловаренной печи, включающей загрузчики шихты, загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны, основной водоохлаждаемый трубчатый элемент, выполненный с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн, согласно изобретению основной водоохлаждаемый элемент имеет Z-образную форму, размещен горизонтально вдоль загрузочного кармана и варочного пространства печи перпендикулярно к торцевой стене загрузочного кармана между загрузчиками шихты и выполнен с возможностью регулирования степени заглубления в стекломассу. Кроме того, площадь охлаждаемой части основного водоохлаждаемого элемента относится к площади стекловаренной печи, занимаемой шихтой, как 1:(0,1-0,07), глубина заглубления основного водоохлаждаемого элемента в стекломассу относится к глубине варочного бассейна как 1:(0,25-0,15), отношение длины основного водоохлаждаемого элемента к длине части печи, занятой шихтой, как 1:(1,1-0,9).

Для разделения куч шихты печь содержит дополнительный водоохлаждаемый элемент, выполненный плавающим с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн, расположенный над основным водоохлаждаемым элементом и имеющий одинаковую с ним конфигурацию.

Ванная стекловаренная печь включает загрузчики шихты и загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны, основной водоохлаждаемый трубчатый элемент, выполненный с возможностью регулирования степени заглубления и выдвижения в варочный бассейн. В загрузочном кармане и варочном бассейне, пространство которого заполнено шихтой и стекломассой, расположен основной водоохлаждаемый элемент Z-образной формы, изготовленный из металлической трубы, который для эффективности охлаждения заглублен в стекломассу. Основной водоохлаждаемый элемент расположен вдоль загрузочного кармана 4 и варочного бассейна печи перпендикулярно к торцевой стене загрузочного кармана между загрузчиками и шихты.

На основании экспериментальных данных, полученных при теплотехническом обследовании температурных полей стекломассы, наилучшие результаты могут быть получены при соотношении площади охлаждаемой части основного водоохлаждаемого элемента к площади стекловаренной печи, занимаемой шихтой, как 1: (0,1-0,07), глубины заглубления основного водоохлаждаемого элемента в стекломассу к глубине варочного бассейна как 1:(0,25-0,15), а длины основного водоохлаждаемого элемента к длине части печи, занятой шихтой, как 1: (1,1-0,9).

Для разделения куч шихты, идущих от загрузчиков шихты и, введен дополнительный водоохлаждаемый элемент, выполненный плавающим и расположенный над основным водоохлаждаемым элементом. Дополнительный водоохлаждаемый элемент имеет одинаковую конфигурацию с основным водоохлаждаемым элементом.

Ванная стекловаренная печь работает следующим образом.

Шихта, загружаемая в печь через загрузочный карман, плавится и варочном бассейне, образуя стекломассу. Снижая температуру стекломассы вдоль центра печи ниже температур, установившихся у боковых стен, основной водоохлаждаемый элемент перераспределяет поперечные потоки стекломассы, направляя их от боковых стен ванной печи к продольной оси - центру печи. Шихта, плавающая на поверхности стекломассы, перемещается этими потоками на некоторое расстояние от боковых стен печи к ее центру. Для корректировки равномерности распределения шихты по ширине варочной части печи служит дополнительный плавающий водоохлаждаемый элемент, конструкция которого такова, что верхняя часть, выступающая из стекломассы, служит барьером и не позволяет сомкнуться кучам шихты, чем достигается их удержание в центре печи.

Применение заявленного технического решения позволило улучшить однородность стекломассы, идущей на выработку изготовляемой продукции и уменьшить содержание в стекломассе инородных включений ("камней") в виде зерен разрушающегося огнеупора, образующихся от разъедания компонентами стекольной шихты боковых стенок ванной печи.

Предлагаемое решение позволяет увеличить срок службы стекловаренной печи за счет уменьшения степени разъедания огнеупора боковых стен, улучшить качество вырабатываемой продукции путем управления температурными полями и поперечными конвекционными потоками стекломассы, увеличить выработку стекла в натуральном выражении вследствие уменьшения попадания в ленту стекла инородных разрушающих включений, а также улучшить варку шихты за счет увеличения обогреваемой поверхности шихты, располагая ее на достаточно большей площади печи.

Формула изобретения

1. Ванная стекловаренная печь, включающая загрузчики шихты, загрузочный карман, варочный и выработочный бассейны, основной водоохлаждаемый трубчатый элемент, выполненный с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн, отличающаяся тем, что основной водоохлаждаемый элемент имеет Z-образную форму, размещен горизонтально вдоль загрузочного кармана и варочного пространства печи перпендикулярно к торцевой стене загрузочного кармана между загрузчиками шихты и выполнен с возможностью регулирования степени заглубления в стекломассу.

2. Печь, отличающаяся тем, что площадь охлаждаемой части основного водоохлаждаемого элемента относится к площади стекловаренной печи, занимаемой шихтой, как 1: (0,1-0,07), глубина заглубления основного водоохлаждаемого элемента в стекломассу относится к глубине варочного бассейна как 1: (0,25-0,15), отношение длины основного водоохлаждаемого элемента к длине части печи, занятой шихтой, как 1:(1,1-0,9).

3. Печь, отличающаяся тем, что введен дополнительный водоохлаждаемый элемент, выполненный плавающим с возможностью регулирования степени выдвижения в варочный бассейн, расположенный над основным водоохлаждаемым элементом и имеющий одинаковую с ним конфигурацию.

Способ измерения температуры ванн стекловаренных печей

Патент Российской Федерации

Суть изобретения:

Использование: способ измерения температуры ванн стекловаренных печей относится к области промышленной энергетики, в частности к стекловаренным печам при производстве листового, бутылочного стекла, стекломассы и т.д. Сущность изобретения заключается в том, что одновременное измерение температуры поверхности кладки /обмуровки/ Т_к и подины Т_п печи и дополнительное измерение падающего на кладку спектрального потока излучения E^л_пад.к при условии, что длина волны излучения соответствует окнам прозрачности спектра излучения газов атмосферы печи л = 0,65 -0,9; 1,69; 2,9 и 3,9 мкм. Способ позволяет увеличить точность измерения на 30-40^oC. 1 ил.

Номер патента:

2096745

Класс(ы) патента:

G01J5/60, G01K7/02, C03B5/10

Номер заявки:

94003329/25

Дата подачи заявки:

28.01.1994

Дата публикации:

20.11.1997

Заявитель(и):

Региональное Уральское отделение Академии инженерных наук РФ

Автор(ы):

Лисиенко В.Г.; Гущин С.Н.; Лисиенко В.В.; Кутьин В.Б.

Патентообладатель(и):

Региональное Уральское отделение Академии инженерных наук РФ

Описание изобретения:

Изобретение относится к области промышленной энергетики, в частности к стекловаренным печам при производстве листового, бутылочного стекла, стекломассы и т.д. Известен способ определения температуры ванн стекловаренных печей, при котором применяют погруженные термопары со специальными защитными чехлами [1] О температуре ванн судят также по температуре термопары, установленной в подине печи [1] Недостатком этих способов является то, что в первом случае не удается обеспечить непрерывный длительный замер температуры ванны вследствие сравнительно низкой стойкости наконечников и других элементов погружных термопар при высокой температуре в химически агрессивной среде. Во втором случае погрешность измерений оказывается очень велика, так как термопара, установленная в подине, определяет температуру подины, которая может существенно (до 100^oС) отличаться от температуры стекломассы. Известен способ измерений температуры ванн стекловаренных печей [2, с. 273] который наиболее близок к предлагаемому техническому решению и выбран в качестве прототипа. При этом для измерения температуры стекломассы применяются стационарно установленные термопары. Термопары вводят через боковые стенки или дно. Недостатком такого способа является то, что фактически происходит измерение температуры локальной области стекломассы вблизи кладки печи. Вместе с тем, поскольку по объему расплава имеет место значительный градиент температур (до 100^oС), точность этого метода нельзя считать приемлемой.

Технической задачей изобретения является увеличение точности измерения температуры ванны стекловаренных печей при одновременном обеспечении длительного срока службы аппаратуры и непрерывности измерения.

Указанная задача достигается тем, что с помощью спектрального радиометра полусферического излучения, устанавливаемого в кладке (своде) стекловаренной печи, определяется спектральная плотность потока падающего на кладку излучения E^л_пад. При этом интерференционный светофильтр радиометра подбирается таким образом, чтобы излучение поступало в одно из окон прозрачности. Как известно, газы поглощают (и излучают) энергию селективно, т.е. лишь в определенных интервалах длин волн, в так называемых полосах. Вне этих полос газы прозрачны. Для газов, заполняющих рабочее пространство печи, окно прозрачности может быть обеспечено при длинах волн л 0,65 0,9; 1,69; 2,19 и 3,9 мкм.

Одновременно с помощью термопар, установленных в кладке подины и обмуровки печи, определяется температура поверхности подины Т_п и температура обмуровки Т_к.[8]

Величина плотности падающего на поверхность обмуровки полусферического монохроматического излучения равна:

где л длина волны; E₀(Т) спектральная плотность излучения а.ч.т. при соответствующей температуре; Т_к, Т_п и Т_в - температуры, соответственно, поверхности обмуровки, поверхности подины и ванны, f^l_кк,f^l_кп и f^l_квспектральные разрешающие угловые коэффициенты излучения соответственно с обмуровки на обмуровку, с обмуровки на подину и с обмуровки на ваннуИз данного уравнения при известных величинах Т_к, Т_п, f^л_кк,f^л_кп и f^л_кв величина температуры ванны Т_в определяется численным методом. Величина E^л_o(Т_в) равна:

При этом спектральные плотности потоков излучения а.ч.т. E₀(Т) определяются по формуле Планка:

Спектральные разрешающие угловые коэффициенты излучения при известных спектральных степенях черноты обмуровки е^л_к подины е^л_п и ванны е^л_в находятся известными методами (например, методом Монте-Карло, двухэтапным методом через обобщенные угловые коэффициенты излучения, методом параллельных плоскостей и т.д.) [3 5]Поскольку ванны стекловаренных печей представляют собой для извлечения полупрозрачную (мутную) среду, то степень черноты ванны определяется в соответствии с законом Бугера-Бера по соотношению:

где K^л_пв спектральный коэффициент поглощения стекломассы (с учетом отражающей поверхности); S_эфэффективная длина луча [6]S_эф 0,9F/P, где F площадь поверхности ванны; P периметр. Величина спектрального коэффициента поглощения зависит от химического состава стекломассы, может быть заранее определена экспериментальным путем или найдена из справочных данных [7] В случае зависимости коэффициента поглощения K^л_пв от температуры ванны определение разрешающих угловых коэффициентов излучения и температуры ванны проводится методом последовательных приближений. На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ. Оно сдержит термопару, установленную в обмуровке, или радиационный пирометр, наведенный на визирный стакан, термопару, установленную вблизи поверхности подины, радиометр монохроматического полусферического излучения, установленный в обмуровке, снабженный интерференционным светофильтром (с длиной волны 0,65 -0,89, 1,69; 2,19 и 3,9 мкм в окнах прозрачности спектра излучения газов печной атмосферы), вычислительный блок, блок банка данных и блок отображения информации. Устройство работает следующим образом. Спектральный поток полусферического излучения на обмуровку (кладку) E^л_пад.к попадает через интерференционный фильтр на приемное устройство радиометра. Сигнал с выхода радиометра поступает на вычислительный блок. Кроме того, на выход вычислительного блока поступают показания термопары в виде температуры кладки Т_к и показания термопары в виде температуры подины Т_п на вход вычислительного блока поступают и данные блока данных. В блоке содержатся данные о геометрии системы, спектральных степенях черноты поверхностей кладки и подины, спектральном коэффициенте поглощения ванны, эффективной длине луча и заранее вычисленные значения спектральных разрешающих угловых коэффициентов излучения с кладки на кладку, с кладки на подину и кладки на ванну: f^л_кк,f^л_кп и f^л_кв. В случае зависимости спектрального коэффициента поглощения ванны от температуры процедуры определения разрешающих угловых коэффициентов излучение переносится в вычислительный блок, решение задачи проводится численным методом последовательных приближений. В вычислительном блоке 11 вначале определяется величина плотности монохроматического излучения E^л_o(T_в) по формуле:



В этом уравнении величины E^л_o(T) находятся по формуле Планка при соответствующей температуре Т и длине волны л:

.

Температура Т_в при известном значении E^л_o(T_в) определяется из формулы Планка численным методом. Данные о температуре Т_в выдаются на устройство отображения информации. Применение данного способа по сравнению с обычно применяющимся способом определения температуры ванны по показаниям температуры подины Т_п позволяет увеличить точность измерения на 30 40^oC. Это связано с тем, что подина экранируется от излучения факела и кладки ванной, а ванна активно поглощает излучение факела и кладки и поэтому ее температура заметно превышает температуру подины. По сравнению с погружными термопарами при данном способе обеспечивается непрерывность получения информации о температуре ванны.[5]

Формула изобретения:

Способ измерения температуры ванн стекловаренных печей, заключающийся в том, что одновременно измеряют температуру поверхности кладки Т_к и подины Т_п печи, отличающийся тем, что одновременно дополнительно измеряют падающий на кладку спектральный поток излучения E^л_пад.к при условии, что длина волны излучения соответствует окнам прозрачности спектра излучения газов атмосферы печи л = 0,65 0,9; 1,69; 2,19 и 3,9 мкм, а температуру ванны печи Т_в определяют из выражения

где E^л_o(T) - функция Планка при соответствующих температурах Т и длине волны л;

f^л_кк, f^л_кп, f^л_кв - спектральные разрешающие угловые коэффициенты излучения соответственно от кладки на кладку, от кладки на подину и от кладки на ванну.

3. Краткое описание конструкции и работы печи

Ванная стекловаренная печь представляет собой сложный теплотехнический агрегат, конструкция которого зависит от способа обогрева, направления движения газов, способа разделения бассейна и пламенного пространства. Она состоит из рабочей камеры, горелок, устройства для использования тепла отходящих газов (рекуператоров или регенераторов), переводных клапанов, фундаментов, опор и каркаса.

Обычно различают верхнее и нижнее строение ванной печи. Верхнее строение состоит из рабочей камеры и горелок, а нижнее, соединенное каналами с верхним, включает теплоиспользующие устройства, каналы для отвода отходящих газов, фундамент и стены или колонны, поддерживающие верхнее строение.

Рабочая камера ванной печи состоит из бассейна, пламенного пространства и свода. Бассейн ванной печи представляет собой ванну, состоящую из стен и дна, наполненную расплавленной стекломассой, с ссылочным карманом в торце и примыкающим к нему выработочным каналом. В бассейне ванной печи непрерывного действия различают технологические зоны варки, осветления, студки и выработки, которые располагаются одна за другой на различных участках по длине бассейна. Часть бассейна, в которой расположены зоны варки и осветления, называют варочной или отапливаемой, а часть, где находятся зоны студки и выработки, выработочной. Бассейн, конструктивно не разделенный на зоны, имеет прямоугольную форму. При переходе от варочной части печи к выработочной бассейн постепенно сужается. Площадь бассейна определяет производительность печи. Бассейн печи располагается на самостоятельном фундаменте. Для загрузки шихты в торце бассейна сооружают широкие выступающие карманы [5].

Дно бассейна печи в варочной и в выработочной частях выкладывают из многошамотных брусьев размером 300Ч400Ч1000 мм. Длинная сторона брусьев должна быть параллельна продольной оси бассейна. Толщина дна 300 мм. Для продления срока службы дна бассейна его покрывают плитками из литого огнеупорного материала толщиной 100 мм и размером в плане 500Ч400 мм. При кладке плиток предусматривают температурные швы. Стены бассейна выкладывают из огнеупорных брусьев, например высокоглиноземистых, каолиновых и электроплавильных, которые обычно имеют размеры (250-300)Ч400Ч600 мм. Размер стенового бруса 250-300 мм соответствует толщине, а 600 мм - высоте стен. Увеличение высоты стеновых брусьев уменьшает длину горизонтальных швов, которые интенсивно разрушаются стекломассой.

Кладка стен бассейна ванной печи ведется насухо. Верхние ряды стен варочного бассейна в зоне максимальных температур, а иногда и всю стену выкладывают из особо огнеупорных высококачественных материалов - электроплавильных огнеупоров. При кладке стен бассейна в студочной и выработочной частях также широко применяют электроплавильные огнеупоры. Электроплавильные огнеупоры все чаще используют для кладки и других элементов ванной печи, таких, как влеты горелок, стены пламенного пространства, выстилка дна бассейна и др.

Чтобы уменьшить разъедание огнеупора стекломассой в швах, стеновые брусья укладывают в перевязку и искусственно охлаждают с наружной стороны. Для кладки стен и дна бассейна в местах изменения его конфигурации применяют фасонные брусья.

Шихта загружается в печь через загрузочный карман 1, расположенный в торце варочной части 2 бассейна. На одном конце ванны происходит непрерывная загрузка шихты и боя, а на другом - выработка изделий. К ванной печи примыкает выработочный канал 4 с машинами для вертикального вытягивания лент стекла. Под воздействием высоких температур шихта превращается в расплавленную стекломассу, которая непрерывно движется из варочной части бассейна в студочную, откуда распределяется по выработочным каналам и с помощью машин ВВС в виде непрерывной ленты вытягивается вверх, где раскраивается на листы заданных размеров.

Рис. 1. Регенеративная ванная печь с неразделенным бассейном для выработки листового стекла: а -- план, б -- продольный разрез, в -- поперечный разрез; 1-- загрузочный карман. 2 -- варочная часть, 3 -- студочная часть. 4 -- выработочные каналы, 5 -- горелки, 6 -- регенератор, 7 -- пламенное пространство, 8 -- свод, 9 -- подвесные стены, 10 -- дно бассейна, 11 -- стены бассейна

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 темно-зеленого 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 [6].

4. Расчет основных размеров теплового агрегата

Определяем основные размеры рабочей камеры

Площадь варочной части печи, м²:

F=G·10³/g; (4.1)

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=120000/1381=86,89 м². (4.2)

Длина варочной части для печи с подковообразным направлением пламени рассчитывается из соотношения

L:B=1,2:1 (4.3)

L:B=1,2 (4.4)

L·B=72,40 (4.5)

где: B - это ширина

L - длина

1,2·х·х=86,89

х²=72,40:1,2

х=8,5м

8,5·1,2=10,2 м

Соотношение длины и ширины

L/B=10,2/8,5=1,2 (4.6)

Ширина пламенного пространства на 120 мм больше ширины бассейна, т.е.:

В_пл = 8,5+0,12=8,62 м

Высота подъема свода f=8,62/8=1,07 м.

Длина пламенного пространства:

L_пл=10,2+0,2=10,32 м.

Площадь студочной части при температуре варки 1500С принята равной площади варочной части:

Fст= 86,89м².

Ширина студочной части составляет 80% ширины варочной части: 8,5·0,8=6,8 м. Принимаем ширину загрузочных карманов (8,5-0,9)/2=8,05 м, где 0,9 м - ширина раздел0ительной стенки. Длина загрузочного кармана 1 м.

5. Расчет горения топлива

Природный газ Газлинского месторождение (Узбекистан)



Таблица 1. Расчет горения

СНс4	С2Нс2	С3Нс8	С4Нс10	С5Нс12	СOc2	H2Sc	Nc2	Сумма
96,5	2,7	0,3	0,3	-	0,1	-	0,1	100,0

Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха б=1,1

Воздух, идущий на горение, нагревается до 800°С

Влагосодержание воздуха - 1%

Содержание влаги в газе - 1%

Пирометрические коэффициентов n_n-0,75

Атмосферный воздухd=10г/кг

Расчет горение газообразного топлива проводится в следующей последовательности:

Необходимо привести содержание компонентов топлива на сухоймассе к 100%, таким образом, чтобы их сумма составляла 100±0,001%.

Производим пересчет топлива на влажную массу. Содержание влаги в газе 1%. Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ.

СН^вл₄=СН^с₄· (5.1)

СН^вл₄=СН^с₄·=96,5%

С₂Н^вл₆=С₂Н^с₆·=2,7%

С₃Н₈^вл= С₃Н₈^с·=%

С₄Н^вл₁₀= С₄Н₁₀^с·=%

CO^c₂=CO₂^c·=

Н₂O^вл=H₂O^вл·=

N₂^вл=N₂^c·=



Другие составлявшие газа остаются без изменений

Таблица 2. Состав влажного рабочего газа,%

СНс4	С2Нс6	С3Нс8	С4Нс10	СOc2	H2O	N2	Сумма
95,5	2,67	0,297	0,297	0,1	1,0	0,1	100

Определяем теплоту сгорание газа

Теплота сгорание топлива (теплотворная способность) - это количество тепла, выделяемое при полном сгорании всех горючих составляющих топлива, отнесенное к 1кг или 1нм³ топлива

Q=358,2·СН₄^вл+637,5*С₂Н₆^вл+912,5·С₃Н₈^вл+1186,5·С₄Н₁₀^вл (5.2)

Q=358,2·95,5+637,5·2,7+912,5·0,3+1186,5·0,3=36559,05 КДж/нм³

Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха. Потребное количество воздуха горения определяется по теоретическому количеству кислорода, вступающего в реакцию окисления с учетом некоторого избытка, обеспечивающего полное сгорание топлива. При расчете потребного количества кислорода учитывается, что кислород, имеющийся в топливе, участвует в реакции горения. В расчетах принимают следующий состав воздуха: азот-79,0%, кислород-21,0% по объему:

Находим теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности:

L₀=0,0476(2СН₄+3,5С₃H₆+5C₄H₈+6,5С₅H₁₀+8C₆H₁₂) (5.3)

L₀=0,0476(2·95,5+3,5·2,7+5·0,3+6,5·0,3)=0,0476·203,9=9,06нм³/нм³

L₀^ґ=1,016·L₀=1,016·9,06=9,861нм³/нм³ (5.4)



Определяем действительное количество воздуха при коэффициенте расхода a=1,1

Где a - коэффициент расхода воздуха, показывающий отношение действительного количества воздуха, введённого для горения к теоретически необходимому а=L_a/L₀; Значение коэффициента расхода воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, способа сжигания, конструкции топливо сжигающих устройств и условий эксплуатации печи. При правильном способе сжигания, когда в процессе сжигания происходит достаточно интенсивное перемешивание топлива с воздухом, в большинстве случаев требуется для полноты горения небольшой избыток воздуха.

Для сухого воздуха:

L_а=1,1·L₀=1,1·9,7=10,677нм³/нм³

Для атмосферного воздуха

L_a=1,1·L₀=1,1·9,86=10,85нм³/нм³

При полном горении любого топлива образуются продукты горения в виде CO₂H₂O в парообразном состоянии, N₂ и SO₂. Если горение происходит с избыточным количеством воздуха, то в дымовых газах будет также присутствовать кислород O₂.

Определяем количество и состав продуктов горения при а=1,1 по формулам:

Vсо₂=0,01·(CO₂+CH₄+2C₂H₆+3C₃H₈+4C₄H₁₀+5C₅H₁₂) (5.5)

Vсо₂=0,01·(0,1+95,5+2·2,7+3·0,3+4·0,3)=0,01·103,1=1,031нм³/нм³



Vн₂o=0,01·(2СН₄+3С₂Н₆+4С₃Н₈+5C₄H₁₀+6C₅H₁₂) (5.6)

Vн₂o=0,01·(191+8,1+1,2+1,5+1+0,16·10·10,67)=2,199нм³/нм³

Vso₂= 0,01·SО₂ =0 нм³/нм³ (5.7)

V_N2=(0,79·L_a+0,01N₂)=0,79·10,677+0,01·0,1=8,436нм³/нм³ (5.8)

Vo₂=0,21·L₀(a-1)=0,21·9,706(1,1-1)=0,204нм³/нм³ (5.9)

Суммарный объем дымовых газов

Va=(Vco₂+V_H2O+Vso₂+V_N2+Vo₂) (5.10)

...