Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. назначение и устройство стекловаренной печи

2. расчёт рецепта шихты

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

4. РАСЧЕТ горения природного газа

5. РАСЧЕТ температур горения

6. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ

6.1 Уравнение теплового баланса стекловаренной печи

6.2 Расчет приходных статей теплового баланса

6.3 Расчет расходных статей теплового баланса

6.3.1 Расчет полезных затрат тепла

6.3.2 Расчет затрат тепла на физико-химические реакции стекловарения

6.3.3 Потери тепла с отходящими продуктами сгорания топлива

6.3.4 Потери тепла вследствие химического недожога топлива

6.3.5 Потери тепла через ограждающую кладку

7. ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕЧИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Для выработки изделий из стекла с различными заданными свойствами служат стекловаренные печи разных типов, отличающиеся по конструкции, производительности и режиму работы. В данном курсовом проекте будет рассмотрена ванная стекловаренная печь с подковообразным направлением пламени производительностью 300 т/сут.

Целью данного курсового проекта является расчёт рецепта шихты для тёмно-зелёного тарного стекла с дальнейшим использованием полученных данных для расчёта теплового баланса стекловаренной печи.



1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ

В настоящее время для производства тарного стекла применяются, в основном, регенеративные ванные печи непрерывного действия, доля которых в общем количестве печей превышает 95%.

Размещено на http://www.allbest.ru/

По схеме движения продуктов сгорания топлива в рабочем пространстве они подразделяются на два типа. Печи с поперечным направлением пламени используются только в отечественной стеклотарной промышленности. В то же время, зарубежный опыт свидетельствует о том, что для варки стекол с реально востребованной производительностью (50-450т/сут) более эффективной является стекловаренная печь с подковообразным направлением пламени. Данная конструкция печи, несмотря на кажущиеся сложности управления ее тепловым режимом, имеет ряд очевидных преимуществ по сравнению с поперечной схемой отопления. Например, за счет меньшего объема огнеупорной кладки регенераторов и дымоходов, количества горелочных устройств и загрузчиков шихты, количества датчиков контроля и локальных систем автоматического управления температурным режимом ее стоимость на 25-30% ниже стоимости печи с поперечным пламенем. При прочих равных условиях удельный расход топлива на печах с подковообразным направлением пламени на 15-20% ниже, чем при поперечной схеме отопления. Это связано с меньшими потерями теплоты излучением через арки влетов и загрузочных карманов (в 2-5 раза) и большей протяженностью зоны теплообмена между продуктами сгорания и поверхностью ванны (минимум в 2 раза).

Всё это представляется достаточно весомым аргументом при выборе этой конструкции печи для реализации конкретного технологического процесса. В настоящее время в отрасли находят применение стекловаренные печи с подковообразным племенем, площадь варочных бассейнов которых равна 28…160 м². Эти значения можно считать предельными для печей регенеративного типа. Уменьшение или увеличение площади ванны за указанные значения усложняет управление тепловой работой печи.

По своему функциональному назначению в конструкции стекловаренной печи можно выделить следующие составные части:

1. Варочная часть печи. Она является ее основным конструктивным элементом. Она состоит из рабочего пространства и варочного бассейна. Рабочее пространство печи представляет собой замкнутое пространство, огражденное от окружающей среды огнеупорной кладкой. В рабочем пространстве печи происходит сжигание топлива, химическое тепло которого является основным источником тепловой энергии, предназначенной для варки стекла. Поэтому рабочее пространство и называют зоной генерации теплоты.

Границей раздела рабочего пространства и варочного бассейна является поверхность ванны, которую принято называть - зеркалом стекломассы. На эту поверхность производится непрерывная загрузка шихты, которая в процессе плавления превращается в первичный расплав стекломассы.

Варочный бассейн, называемый зоной технологического процесса, является важнейшим конструктивным элементом стекловаренной печи. Конструкция варочного бассейна в значительной мере определяет производительность стекловаренной печи и количество получаемой стекломассы.

2. Выработочный канал печи. В современной конструкции стекловаренных печей заключительная стадия процесса стекловарения - студка стекломассы - происходит в выработочном канале, который конструктивно отделен от варочной части печи, как по газовому пространству, так и по стекломассе.

3. Регенератор предназначен для утилизации теплоты продуктов сгорания топлива, удаляемых из рабочего пространства варочной части печи. Аккумулированная насадкой регенератора теплота, используется на нагрев воздуха, подаваемого в печь для сжигания топлива.

4. Горелочное устройство печи включает в себя огнеупорный канал, соединяющий регенератор с рабочим пространством печи, и горелки для подачи топлива в воздушный поток. В воздушный период работы регенератора через этот канал в рабочее пространство подается подогретый воздух, предназначенный для сжигания топлива, в дымовой период через него удаляются в регенератор продукты сгорания.

5. Дымовые каналы предназначены для эвакуации продуктов сгорания топлива до дымовой трубы. Площадь поперечного сечения канала принимается из условия,что скорость дыма при нормальных условиях должна находиться в пределах 1…3 м/с

6. Дымовоздушные шибера, подключенные к системе принудительной подачи воздуха на горение, предназначены для реверсирования работы регенератора. Они управляются локальной автоматической системой перевода шиберов.

7. Подстоичные шибера предназначены для выравнивания гидравлического сопротивления левой и правой частей регенератора. Они управляются в ручном режиме.

8. Поворотный шибер входит в состав локальной автоматической системы управления давлением в рабочем пространстве печи.

9. Главный шибер управляется в ручном режиме и предназначен для отсекания печи при просмотре и ремонте дымовой трубы.

10. Дымовая труба предназначена для удаления продуктов сгорания в окружающую среду.



2. РАСЧЁТ РЕЦЕПТА ШИХТЫ

Исходные данные:

1. Производительность печи для производства тёмно-зелёного тарного стекла - 300 т/сут.

2. Удельный съем стекломассы - 2,59 т/(м²*сут).

3. Влажность шихты 4%.

4. Соотношение шихта : стеклобой 70:30.

5. Химический состав тёмно-зелёного стекла приведен в табл. 2.1

Таблица 2.1

Химический состав тёмно-зелёного тарного стекла, мас. %

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O	SO3	Cr2O3	?,%
71,9	2,0	0,2	9,6	9,2	13,1	0,55	0,2	0,25	100,0

6. Состав сырьевых материалов приведён в табл.2.2

Таблица 2.2

Состав сырьевых материалов, %

Сырьевые материалы	Заданные оксиды
	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	K2O	SO3	Na2O	Fe2O3	Cr2O3	С
Кварцевый песок	98,0	1,5						0,15
Нефелин -- полевошпатовый материал	66,0	21,0	1,0	11,0		11	0,2
Доломит молотый	2,0	1,5	32,0	20,0		0,2		0,1	0,001
Мел технический	0,44	0,01	52,36	0,19				0,067	0,001
Сода кальцинированная техническая						0,023	57,757	0,003
Сульфат натрия технический				0,03			Na2SO4 99,4 NaCl 0,20	0,010
Хромовый краситель									99,5
Уголь гранулированный										90

7. Поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов в табл.2.3

Таблица 2.3

SiO2	Al2O3	CaO	K2O	Na2O	Fe2O3	SO3	MgO	Cr2O3
1,00	1,00	1,00	1,12	1,032	1,00	1,00	1,00	1,00

Пересчет состава сырьевых материалов на безугарный в соответствии с химическими реакциями:

_{142,04 мас ч 80,06 мас ч 62 мас ч}

Na₂SO₄ > SO₃+ Na₂O

^{99,4 мас % x y}

мас.%

мас %

_{105,99 мас ч 62 мас ч}

Na₂CO₃ > Na₂O + CO₂^

^{98,7 мас % z}

мас %

Определение количества каждого сырьевого материала в шихте

, (2.1)

где - количество сырьевого материала в шихте, мас.ч.;

- содержание оксида в заданном составе, мас. %;

- поправочный коэффициент на улетучивание;

- содержание оксида в сырьевом материале, %.

, (2.2)

, (2.3)

где - количество материала, которое необходимо ввести, мас. %.

, (2.4)

где - количество оксида, которое переходит в стекло с сырьевым

материалом, мас. %.

I. Количество доломита в шихте рассчитываем по формуле (2.1)

мас.ч MgO

С вычисленным количеством доломита в стекло вводится оксид кремния, кальция и алюминия, рассчитываем их количество по формуле (2.2)

мас.% SiO₂

мас.% Al₂O₃



мас.% Fe₂O₃

мас.% CaO

мас.% SO₃

II. Количество мела в шихте

Поскольку с помощью доломита уже было введено 3,52 мас.ч.CaO в стекло, следовательно, при помощи мела необходимо ввести CaO, рассчитываем по формуле (2.3)

мас.% CaO

мас.ч CaO

С помощью мела в стекло вводится:

мас.% MgO,

мас.% SiO₂,

мас.% Al₂O₃,

мас.% Fe₂O₃.

III. Количество нефелина в шихте

Так как Al₂O₃ уже был введён ранее, то при помощи нефелина необходимо ввести

мас.% Al₂O₃.

мас.ч Al₂O₃

Также с нефелином вводится:

мас.% SiO₂

мас.% Na₂O и K₂O

мас.% CaO и MgO

мас.% Na₂O и K₂O

IV. Количество кварцевого песка в шихте

При помощи ряда компонентов часть SiO₂ уже была введена, так что с кварцевым песком необходимо внести:

мас.% SiO₂

мас.ч SiO₂

Также с кварцевым песком вводится:

мас.% Al₂O₃

мас.% Fe₂O₃

V. Количество сульфата натрия в шихте

мас.ч SO₃

Также с сульфатом натрия вводится:

мас.% Na₂O

мас.% MgO

VI. Количество соды технической в шихте

Na₂O уже был введён ранее, так что при помощи соды необходимо ввести

мас.% Na₂O

мас.ч Na₂O

Далее определяем количество оксидов, переходящих в стекло с каждым сырьевым материалом, используя формулу (2.4):

1) С доломитом в стекло переходит:

мас.ч MgO

мас.ч SiO₂

мас.ч Al₂O₃

мас.ч Fe₂O₃

мас.ч CaO

мас.ч SO₃

2) С мелом в стекло переходит:

мас.ч CaO

мас.ч MgO

мас.ч SiO₂

мас.ч Fe₂O₃

мас.ч Al₂O₃

3) С нефелином в стекло переходит:

мас.ч Al₂O₃

мас.ч SiO₂

мас.ч Fe₂O₃

мас.ч CaO

мас.ч MgO

мас.ч Na₂O

мас.ч K₂O

4) С кварцевым песком в стекло вводится:

мас.ч SiO₂

мас.ч Al₂O₃

мас.ч Fe₂O₃

5) С сульфатом натрия в стекло переходит:

мас.ч SO₃

мас.ч Na₂O

6) С содой технической в стекло переходит:

мас.ч Na₂O

мас.ч Fe₂O₃

мас.ч SO₃

7) С хромовым красителем в стекло переходит:

мас.ч Cr₂O₅

Рассчитаем количество угля:

х- 90

0,12- 100

Следовательно, х= 0,11 мас.ч.

Таблица 2.4

Состав шихты

Наименование сырья	В массовых частях	В массовых %
Кварцевый песок	67,23	55,320
Нефелин- полевошпатный материал	8,71	7,170
Доломит молотый	11,00	9,051
Мел технический	11,61	9,553
Сода кальцинированная техническая	22,26	18,316
Сульфат натрия технический	0,36	1,297
Хромовый краситель	0,25	0,206
Уголь гранулированный	0,11	0,091
Итого	121,53	100



3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

1. Производительность печи для производства тёмно-зелёного тарного стекла - 300 т/сут.

2. Удельный съем стекломассы - 2,59 т/(м²·сут)

3. Влажность шихты 4%.

4. Соотношение шихта : стеклобой 70:30.

5. Химический состав тёмно-зелёного стекла приведен в табл. 3.1

Таблица 3.1

Химический состав тёмно-зелёного тарного стекла, мас. %

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O	SO3	Cr2O3	?,%
71,9	2,0	0,2	9,6	9,2	13,1	0,55	0,2	0,25	100,0

6. Состав шихты приведен в табл. 3.2

Таблица 3.2

Состав шихты

Наименование сырья	В массовых частях	В массовых %
Кварцевый песок	67,23	55,320
Нефелин- полевошпатный материал	8,71	7,170
Доломит молотый	11	9,051
Мел технический	11,61	9,553
Сода кальцинированная техническая	22,26	18,316
Сульфат натрия технический	0,36	1,296
Хромовый краситель	0,25	0,206
Уголь гранулированный	0,11	0,91
Итого	121,53	100

7. Состав сырьевых материалов приведен в табл. 3.3



Таблица 3.3

Состав сырьевых материалов, %

Сырьевые материалы	Заданные оксиды
	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	K2O	SO3	Na2O	Fe2O3	Cr2O3	С
Кварцевый песок	98,0	1,5						0,15
Нефелин -- полевошпатовый материал	66,0	21,0	1,0	11,0		11	0,2
Доломит молотый	2,0	1,5	32,0	20,0		0,2		0,1	0,001
Мел технический	0,44	0,01	52,36	0,19				0,067	0,001
Сода кальцинированная техническая						0,023	57,757	0,003
Сульфат натрия технический				0,03			Na2SO4 99,4 NaCl 0,20	0,010
Хромовый краситель									99,5
Уголь гранулированный										90

8. Химический состав сухой массы природного газа, в об. % приведен в табл. 3.4

Таблица 3.4

Химический состав сухой массы природного газа

CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2	O2	?,%
94,58	2,63	0,36	0,1	0,1	0,59	1,64	0,01	100,0

9. Температура природного газа - 40 ?C.

10. Температура дыма - 1400 ?С. Температура нагрева продуктов дегазации -1500 °С.

11. Температуры шихты и стеклобоя - 40 °С.

12. Средние температуры поверхностей:

- температура свода печи - 1477,9 °С;

- температура отапливаемой стены - 1526,7 °С;

- температура отводящей стены -1434 °С;

- температура торцевой стены - 1525,9 °С;

- температура влетовой стены - 1355,2 °С;

13. Средние температуры стекломассы:

- в зоне варки - 1297,4 °С;

- в зоне осветления - 1286,6 °С;

14. Температура окружающей среды - 40 °С.



4. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Цель расчета: определение теплоты сгорания топлива, расхода воздуха на горение, количества, состава, плотность и другие характеристики продуктов горения. Расчет выполняем аналитическим методом.

Исходный состав сухой массы природного газа, приведенный к 100% и выраженный в % об.: CH₄ - 94,58; С₂Н₆ - 2,63; С₃Н₈ - 0,36; С₄Н₁₀ - 0,1; C₅H₁₂=0,1; СО₂ - 0,59; N₂ - 1,64; О₂ - 0,01. Температура природного газа - 28^oС.

1. Пересчет сухого состава газа на влажную (рабочую) массу выполняется по формуле

(4.1)

где , - содержание компонентов топлива в сухой и влажной массе газа соответственно, % объемные;

Н₂О - содержание влаги в рабочей массе топлива, % объемные.

Влага в газообразном топливе находится в виде водяных паров, количество которых зависит от температуры. Процентное содержание водяных паров во влажном газе рассчитывается из условия, что 1 моль водяных паров массой 18000 г занимает объем 22,4 м3. Следовательно, 1 г водяных паров будет занимать объем равный 0,00124 м3 . Таким образом, содержание Н₂0 в рабочей массе топлива можно рассчитать по формуле

(4.2)

где g - влагосодержание газа, г/м³



Таблица 4.1

Зависимость влагосодержания газа от температуры

t, °C	0	5	10	20	30	40	50	60	70
g, г/м3	4,9	7	9,8	19	35,1	63,1	111,3	197	365

Используя данные таблицы 4.1, для температуры газа 40 ^oC получим

g = 63,1 г/м³. При этом содержание влаги равно

После пересчета на влажную массу получаем следующий состав природного газа: CH₄=87,72; С₂Н₆=2,44; С₃Н₈=0,32; С₄Н₁₀=0,09; С₅H₁₂=0,09;

СО₂ =0,55; N₂ =1,52; О₂ =0,01.

2. Количество кислорода, необходимого для сгорания 1 м³ газа при

коэффициенте расхода воздуха б = 1 определяем по формуле

. (4.3)

где - количество кислорода, необходимого для сгорания 1 м³ газа, м³/м³;

м³/м³

Количество азота поступающего с воздухом при б = 1 составляет

. (4.4)

Получаем

,м³/м³.

Стехиометрическое количество воздуха L₀ для сгорания 1 м³ газа



, м³/м³; (4.5)

Таким образом, теоретический расход воздуха равен

м³/м³.

При сжигании природного газа в промышленных печах коэффициент расхода воздуха принимается б = 1,1.

Тогда действительный расход воздуха

; (4.6)

где L_б - действительный расход воздуха, м³/м³

м³/м³.

3. Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1м³ газа, м³/м³

, (4.7)

= 1,83 м³/м³

, (4.8)

м³/м³;

, (4.9)

м³/м³;

, (4.10)

м³/м³.

Общее количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 м³ газа при действительном расходе воздуха равно

м³/м³.

4. Состав продуктов сгорания:

%;

%;

%;

% .

5. Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях равна

=1,2899 кг/м³.

6. Плотность природного газа

. (4.11)

кг/м³ .

7. Низшая теплота сгорания рабочей массы природного газа :

, кДж/м³ (4.12)

=33549 кДж/м³

5. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУР ГОРЕНИЯ

Температура горения топлива является своеобразным интегральным показателем процесса горения, используемым для объективной оценки соответствия характеристик топлива и условий его сжигания теплотехническим требованиям реализации технологического процесса стекловарения.

При определении теоретической температуры горения () величина i_общ равна

_, (5.1)

где - химическая энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³;

- энтальпия подогретого воздуха, кДж/м³;

- физическая энтальпия подогретого топлива, кДж/м³.

Эти величины рассчитываем по формулам:

кДж/м³; (5.2)

кДж/м³ ; (5.3)

, (5.4)

где - производительность печи, (300 т/сут)

^oC,

кДж/м³;



кДж/м³ ; (5.5)

кДж/м³.

Относительное содержание избыточного воздуха в продуктах сгорания рассчитываем по формуле

. (5.6)

Таблица 5.1

Зависимость теоретической температуры (^оС) горения от общей энтальпии продуктов сгорания (кДж/м³)

	2260	2405	2585	2785	2955	3170	3385	3625	3890	4190	4520	5015
	1400	1500	1600	1700	1800	1900	2000	2100	2200	2300	2400	2500

Определив значение общей энтальпии продуктов сгорания, по таблице 5.1 найдем теоретическую температуру горения. Для этого необходимо провести интерполяцию, считая, что в интервале температур в 100 ^oС изменение энтальпии происходит по линейному закону. В результате проведенных расчетов было найдено значение i_общ= 4558 кДж/м³, которое находится в интервале температур 2400…2500^oС. В этом интервале энтальпия продуктов сгорания изменяется от 4520 до 5015, т.е на

403 кДж/м³. Тогда на 1 ^oС будет приходиться 403/100 = 4,95 кДж/м³.

Повышение над 2400 ^oС составит 4558-4520 = 38 кДж/м³, что соответствует 38/4,95 = 7,7 ^oС. Тогда

^oС.

Примем химический недожог топлива 2%. Следовательно, энтальпия химического недожога продуктов горения равна

кДж/м³. (5.7)

Тогда при определении балансовой температуры горения

кДж/м. (5.8)

По таблице 5.1 находим балансовую температуру горения ^oС. Эта температура позволяет ориентировочно определить действительную температуру газов в печи, которая существенно ниже балансовой, так как процесс горения сопровождается потерей теплоты в окружающую среду. Практическая температура горения топлива определяется по формуле

, (5.9)

где t_п - практическая температура горения топлива, ^оС;

- пирометрический коэффициент, являющийся эмпирической

величиной. Для печей непрерывного действия значения пирометрического коэффициента колеблется в пределах 0,87…0,95.

Примем , тогда

^oC.

Данное топливо и условия его сжигания удовлетворяют требованиям технологического процесса.



6. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА СТЕКЛОВАРЕННОЙ ПЕЧИ

6.1 Уравнение теплового баланса стекловаренной печи

Цель составления теплового баланса печи заключается в определении теоретического расхода топлива на варку стекла. Основное требование к тепловому балансу - равенство прихода и расхода тепла в границах одного конструктивного элемента печи в единицу времени.

Общее уравнение теплового баланса пламенной печи без дополнительного электроподогрева бассейна:

(6.1)

Приходные статьи теплового баланса:

- химическая теплота топлива, кВт;

_. - физическое тепло подогретого воздуха, кВт;

- физическое тепло подогретого топлива, кВт;

- электрическая мощность, кВт;

- физическое тепло шихты и стеклобоя, кВт.

Расходные статьи теплового баланса:

- полезные затраты тепла, кВт;

- потери тепла с отходящими продуктами сгорания, кВт;

- химический недожог газообразного топлива, кВт;

- механический недожог топлива, кВт;

- потери теплоты через кладку в окружающую среду, кВт;

- затраты теплоты на аккумуляцию тепла кладкой, кВт;

- неучтенные потери, кВт.

Для печи непрерывного действия, отапливаемой природным газом, тепловой баланс составляется для ее варочной части за 1 с. При этом не учитывается механический недожог топлива (для твердого топлива), аккумуляция тепла кладкой (для печей периодического действия) и, в виду относительной малости величин, физическое тепло шихты и стеклобоя, загружаемых в печь. С учетом этих допущений уравнение теплового баланса газовой стекловаренной печи имеет вид

, (6.2)

где - расход топлива, м³/с;

- физическое тепло, вносимое единицей топлива кДж/м³;

- физическое тепло, вносимое воздухом на единицу топлива, кДж/м³;

- полезные затраты тепла, кВт;

- физическое тепло продуктов сгорания на выходе из рабочего пространства в объеме, приходящемся на единицу топлива, кДж/м³;

- потери тепла, вследствие химического недожога на единицу топлива, кДж/м³.

Неучтенные потери принимаются равными 10 % от суммы всех расходных статей теплового баланса без учета потерь тепла с уходящими продуктами сгорания. С учетом Q_неуч. решая уравнение (6.2) относительно B, получаем формулу для определения расхода топлива в рабочем пространстве печи

(6.3)



6.2 Расчет приходных статей теплового баланса

Расчет количества тепла, вносимого подогретым газом и воздухом , на единицу топлива ведется по формулам:

; (6.4)

, (6.5)

где и - температура соответственно топлива и воздуха;

и - средняя теплоемкость подогретого топлива и воздуха:

=1,586 и = 1,4381 кДж/(м³•?С).

Тогда получим, что

кДж/м³;

кДж/м³.

6.3 Расчет расходных статей теплового баланса

6.3.1 Расчет полезных затрат тепла

Применительно к стекловаренным печам с подковообразным направлением пламени, имеющий выделенный выработочный канал, полезные затраты тепла Q₁ слагаются из затрат тепла на физико-химические реакции стекловарения () и потерь тепла с выработочным каналом ( )

(6.6)

Для определения выполним расчет основных параметров процесса стеклообразования:

1. Количество стеклообразующих окислов на 100 кг шихты

Количество стеклообразующих окислов на 100 кг шихты, для отдельных её компонентов, определяется по следующей формуле

, кг, (6.7)

где - содержание данного компонента в шихте, %;

- влажность шихты, в долях единицы, в данном случае 0,04;

- содержание основного вещества или соответствующего оксида в данном компоненте, в долях единицы.

Определим количество оксидов, учитываемых в расчёте теплового эффекта реакций стеклообразования, в каждом сырьевом материале:

СаО: нефелин: кг;

доломит: кг;

мел: кг.

MgO: нефелин: кг;

доломит: кг;

мел: кг.

сульфат натрия: кг.

Na₂O: нефелин: кг;

сода: кг;

сульфат натрия: кг.

Al₂O₃: кварцевый песок: кг;

нефелин: кг;

доломит: кг;

мел: кг.

2. Тепловой эффект реакций стеклообразования

Расчёт расхода теплоты выполняется на 1 кг шихты дифференцированно для каждого стеклообразующего оксида по следующей формуле

, (6.8)

где q_У - суммарный расход теплоты на реакции стеклообразования, кДж/кг

- масса соответствующего стеклообразующего оксида, кг;

- удельный расход теплоты на реакцию получения рассматриваемого стеклообразующего оксида, кДж/кг;

- общее количество стеклообразующих компонентов.

Превращение CaMg(CO₃)₂ > CaMg(SiO₃)₂

кДж/кг.

Превращение CaCO₃ > CaSiO₃

кДж/кг.

Превращение Na₂CO₃ > Na₂SiO₃

кДж/кг.

Превращение Na₂SO₄ > Na₂SiO₃

кДж/кг.

Получение MgCO₃ за счёт примесей нефелина, мела и сульфата натрия:

кДж/кг.

Получение Al₂O₃ за счёт примесей кварцевого песка, доломита и глинозема:

кДж/кг.

Тепловой эффект образования других соединений, по причине относительно незначительного расхода тепла, не учитывается.

Суммарный тепловой эффект реакций стеклообразования на 1 кг шихты

, кДж/кг , (6.9)

кДж/кг.

3. Выход продуктов дегазации на 100 кг шихты

Выход продуктов дегазации устанавливается в зависимости от состава и относительного содержания в шихте отдельных компонентов.

, (6.10)

где - суммарный выход продуктов дегазации, кг;

- общий выход данного продукта дегазации, устанавливаемый по содержанию в компонентах основного вещества и примесей, кг;

- то же, устанавливаемый по размеру п.п.п., кг;

- общее количество NaCl в составе продуктов дегазации, кг;

- выход CO₂ за счёт компонента, предназначенного для ввода углерода, кг;

- содержание влаги в составе продуктов дегазации, кг;

- отдельные составляющие формулы (6.10), кг.

, (6.11)

, (6.12)

где - содержание данного компонента в шихте, %;

- содержание основного вещества в данном компоненте, в долях

единицы;

- коэффициент, учитывающий количество оксида, образующегося при разложении химически чистого вещества ( = 0,5757, = 0,43392);

- количество данной примеси в компоненте, в долях единицы;

- количество продуктов дегазации данной примеси, в долях единицы;

- потери при прокаливании, в долях единицы.

Количество NaCl в составе продуктов дегазации соответствующего компонента определяется по формуле

, (6.13)

где - содержание NaCl в данном компоненте, в долях единицы.

При определении количества продуктов дегазации для сульфата, в условиях ввода в шихту углерода в качестве восстановителя, из результата расчёта исключается кислород, пошедший на его горение.

Количество кислорода определяется по реакции горения на основании следующего выражения

, (6.14)

где - содержание в шихте компонента, предназначенного для ввода углерода, %;

- содержание в компоненте основного вещества (углерода), в долях единицы.

После подстановки получаем:

кг;

, (6.15)

, (6.16)

Выход CO₂: нефелин: кг;

кварцевый песок: кг;

доломит: кг;

мел: кг;

сода: кг;

сульфат натрия: кг;

хромовый краситель: кг;

уголь: кг

Общий выход CO₂:

кг.

Выход SO₂: сульфат натрия:

кг

Общий выход SO₂:

,кг (6.17)

кг

Выход NaCl: сода: кг;

сульфат натрия: кг.

Общий выход NaCl: кг.

Количество H₂O: кг.

Общий выход продуктов дегазации (на 100 кг шихты):

а) по весу

кг

б) по объёму определяется по формуле

, (6.18)

где - общий выход продуктов дегазации по объёму, м³;

- плотность соответствующих продуктов дегазации, кг/м³.

м³

Состав продуктов дегазации по объёму определяется по формуле

, (6.19)

где - доля i-того продукта дегазации в общем выходе, %

%

%

%

4. Средняя теплоемкость продуктов дегазации

Средняя теплоёмкость продуктов дегазации при нагреве до температуры 1500C определяется по формуле:

, (6.20)

где - удельная теплоёмкость CO₂,SO₂ и H₂O при нагреве до температуры 1500C_., кДж/(м³°C);

- содержание CO₂,SO₂ и H₂O в продуктах дегазации соответственно, %.

кДж/(м³C).

5. Выход стекломассы на 1 кг шихты

, (6.21)

Где - выход стекломассы на 1 кг шихты, кг/кг

, (6.22)

, (6.23)

где - расход стеклобоя на 1 кг шихты, кг/кг;

- доля стеклобоя в суммарной массе шихты и боя, %.

кг/кг.

6. Расход шихты на получение 1 кг стекломассы:

, кг/кг, (6.24)

где G_ш - расход шихты на 1 кг стекломассы, кг/кг

кг/кг.

7. Расход стеклобоя на получение 1 кг стекломассы, кг/кг:

, (6.25)

кг/кг.

6.3.2 Расчет затрат тепла на физико-химические реакции стекловарения

Приведенные выше результаты расчетов позволяют перейти к определению затрат теплоты на процессы стеклообразования

, (6.26)

, (6.27)

где - затраты теплоты на процессы стеклообразование, кВт

- производительность печи по сваренной стекломассе;

- суммарный тепловой эффект реакций стеклообразования на 1 кг шихты, кДж/кг;

- физическая теплота шихты и стеклобоя, расходуемых на получение 1 кг стекломассы, кДж/кг;

- затраты теплоты на испарение влаги, нагрев стекломассы, нагрев продуктов дегазации и на плавление стекла, кДж/кг.

Величина в формуле (6.27) учитывается только при составлении позонных тепловых балансов для стекловаренных печей с поперечным направлением пламени.

Затраты теплоты на испарение влаги, содержащейся в шихте

, (6.28)

где - количество теплоты, необходимой для испарения 1 кг влаги,

=2514 кДж/кг.

кДж/кг.

Затраты теплоты на нагрев продуктов дегазации

. (6.29)

После подстановки получаем

кДж/кг.

Затраты теплоты на плавление стекла

, (6.30)

где 345,70 - затраты теплоты на плавление 1 кг стекла, кДж/кг

Таким образом,

кДж/кг.

Просуммировав ранее посчитанные затраты теплоты, получим

кДж/кг.

Физическая теплота шихты и стеклобоя

, (6.31)

где q_4n - физическая теплота шихты и стеклобоя, кДж/кг

- теплоемкость шихты, стеклобоя и влаги при t_ш=40^оС

( = 0,9630 кДж/(кг· ^оС); =1,5031 кДж/(кг· ^оС)),

кг/кг,

кг/кг.

После подстановки значений получаем

кДж/кг.

Производительность печи по стекломассе

, (6.32)

где G_с - производительность печи по стекломассе, кг/с

- суточная производительность печи по стекломассе, т/сут.

кг/с.

Затраты теплоты на процессы стеклообразования

кВт.

Теплота производственного потока стекломассы

, (6.33)

где - температура стекломассы на входе в поток, ^оС;

- теплоемкость стекломассы при t_c, кДж/(кг· ^оС).

Для определения используем выражение, связывающее температуру стекломассы на выходе из варочного бассейна с удельным съемом печи

, ^оС , (6.34)



где- удельный съем стекломассы; т/(м²·сут).

Тогда получим

^оС .

Теплоемкость стекломассы равна

, кДж/(кг· ^оС), (6.35)

кДж/(кг· ^оС).

кВт

Полезные затраты теплоты на производство стекломассы равны

кВт.

6.3.3 Потери тепла с отходящими продуктами сгорания топлива

Расчет потерь тепла с дымом производится по формуле:

, (6.36)

где - средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м³·?С);

- температура дыма на выходе из печи, =1400?С.

Значение определяем по аддитивной формуле

, (6.37)

где - объемная теплоемкость компонентов продуктов сгорания, кДж/(м³·?С).

Подставив в формулу 6.37 значения параметров теплоемкостей при температуре 1400?С и процентное содержание компонентов дыма, получим:



1,6300 кДж/(м³·?С)

По формуле 6.36 определяем величину потерь тепла с дымом

кДж/м³.

6.3.4 Потери тепла вследствие химического недожога топлива

Величина q₂ зависит не только от вида топлива, но и конструкции горелочного устройства и должна определяться экспериментально. В инженерных расчетах высокотемпературных печей ее обычно принимают 2% от низшей рабочей теплотворной способности топлива

, кДж/м³ (6.38)

После подстановки низшей теплотворной способности получаем

кДж/м³ .

6.3.5 Потери тепла через ограждающую кладку

Расчет потерь тепла через ограждающую кладку требует определения геометрических размеров пространства и варочной части печи.

Производительность печи = 300 т/сут и удельный съем стекломассы = 2,59 т/(м²·сут). Отсюда площадь варочного бассейна равна

м² . (6.39)

Соотношение длины и ширины ванны определяется условием



;

для среднего значения / имеем

м. (6.40)

Тогда ширина печи составляет

м.

Зададимся следующими геометрическими размерами: глубина ванны

= 1,3 м; высота стен для свода = 1,7 м.

Свод рабочего пространства печи является арочным элементом. Основными характеристиками арок являются: центральный угол ,радиус , стрела подъема и ширина пролета . Центральный угол равен = 60є.

Радиус рассчитывается по формуле

, (6.41)

где S - ширина пролета, м. S=B_П+800.

м

Стрела подъема равна



м. (6.42)

Для определения площади поверхности свода необходимо рассчитать длину дуги b_св по формуле

м. (6.43)

Тогда площадь поверхности свода равна

м². (6.44)

Рассчитав геометрические размеры пространства и варочной части печи, можно определять потерь тепла через ограждающую кладку.

1. Потери теплоты через свод печи

Количество слоев стенки = 5

Температура внутренней поверхности = 1477,9 ^оС

Температура окружающей среды = 40 ^оС

Коэффициент теплопередачи = 0,7 Вт/(м² К)

Таблица 6.4

Схема кладки стекловаренной печи -“Схема Дзюзера”

Слой №	Материал	Толщина слоя, м	Термическое сопротивление, (м2 •оС)/Вт	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •оС)
1	STELLA GGS	0,45	0,29	1,53
2	STELLAMUR GLS	0,001	0,00	0,71
3	LEGRAL 55/07	0,114	0,34	0,33
4	STELLIT GH	0,03	0,08	0,38
5	МКРВ-200	0,140	0,9	0,16



Плотность теплового потока составляет

Вт/м².

Тепловые потери через свод

Вт.

2. Тепловые потери через продольные стены

а) Отапливаемая:

Количество слоев стенки = 6

Температура внутренней поверхности = 1526,7 ^оС

Температура окружающей среды = 40 ^оС

Коэффициент теплопередачи =1,42 Вт/(м² К)

Таблица 6.5

Слой №	Материал	Толщина слоя, м	Термическое сопротивление, (м2 •оС)/Вт	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •оС)
1	AZS-33	0,200	0,05	4,05
2	AZS мертель	0,005	0,001	5,00
3	КЛ-1,1	0,114	0,21	0,55
4	ШЛ- 0,9	0,114	0,24	0,47
5	ШЛ-0,4	0,065	0,25	0,26
6	КПД 400-И	0,065	0,43	0,15

Плотность теплового потока

Вт/м²

Площадь верхней части стены бассейна равна

м².



Тепловые потери через боковые стены

Вт.

б) Отводящая:

Количество слоев стенки = 6

Температура внутренней поверхности = 1434 ^оС

Температура окружающей среды = 40 ^оС

Коэффициент теплопередачи =1,37 Вт/(м² К)

Таблица 6.6

Слой №	Материал	Толщина слоя, м	Термическое сопротивление, (м2 •оС)/Вт	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •оС)
1	AZS-33	0,200	0,05	4,05
2	AZS мертель	0,005	0,001	5,00
3	КЛ-1,1	0,114	0,21	0,55
4	ШЛ- 0,9	0,114	0,24	0,47
5	ШЛ-0,4	0,065	0,25	0,26
6	КПД 400-И	0,065	0,43	0,15

Плотность теплового потока

Вт/м².

Площадь верхней части стены бассейн

м²

Тепловые потери через боковые стены

Вт

3. Тепловые потери через торцевые стены

а) Проточная стена печи:

Количество слоев стенки = 6

Температура внутренней поверхности = 1525,9 ^оС

Температура окружающей среды = 40 ^оС

Коэффициент теплопередачи =0,88 Вт/(м² К)

Таблица 6.7

Слой №	Материал	Толщина слоя, м	Термическое сопротивление, (м2 •оС)/Вт	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •оС)
1	AZS-33	0,200	0,05	4,05
2	AZS мертель	0,005	0,001	5,00
3	КЛ-1,1	0,114	0,21	0,55
4	ШЛ- 0,9	0,114	0,24	0,47
5	ШЛ-0,4	0,065	0,25	0,26
6	КПД 400-И	0,065	0,43	0,15

Плотность теплового потока

Вт/м².

Площадь верхней части стены бассейна

м².

Тепловые потери через верхнюю часть стен бассейна

Вт.

б) Влётовая стена:

Количество слоев стенки = 6

Температура внутренней поверхности = 1355,2 ^оС

Температура окружающей среды = 40 ^оС

Коэффициент теплопередачи =1,04 Вт/(м² К)

Таблица 6.8

Слой №	Материал	Толщина слоя, м	Термическое сопротивление, (м2 •оС)/Вт	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •оС)
1	AZS-33	0,200	0,05	4,05
2	AZS мертель	0,005	0,001	5,00
3	КЛ-1,1	0,114	0,21	0,55
4	ШЛ- 0,9	0,114	0,24	0,47
5	ШЛ-0,4	0,065	0,25	0,26
6	КПД 400-И	0,065	0,43	0,15

Плотность теплового потока

Вт/м².

Площадь верхней части стены бассейна

м².

Тепловые потери через верхнюю часть стен бассейна

Вт.

4. Тепловые потери через нижнюю часть стен бассейна

а) варочная часть печи

Следует отметить, что отношение зона варки : зона осветления равно 0,7 : 0,3

Количество слоев стенки = 4

Температура внутренней поверхности = 1362,5 ^оС

Температура окружающей среды = 40 ^оС

Коэффициент теплопередачи =2,91 Вт/(м² К)

Таблица 6.9

Слой №	Материал	Толщина слоя, м	Термическое сопротивление, (м2 •оС)/Вт	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •оС)
1	БК-41	0,250	0,04	6,00
2	ZIRMUL 260	0,005	0,00	2,40
3	L-26(58% Al2O3)	0,114	0,32	0,36
4	Block 607-1100	0,100	0,91	0,11

Плотность теплового потока

Вт/м².

Площадь нижней части стены бассейна

м².

Тепловые потери через нижнюю часть стен бассейна

Вт.

б) зона осветления

Количество слоев стенки = 4

Температура внутренней поверхности = 1415 ^оС

Температура окружающей среды = 40 ^оС

Коэффициент теплопередачи =2,91 Вт/(м² К)

Таблица 6.10

Слой №	Материал	Толщина слоя, м	Термическое сопротивление, (м2 •оС)/Вт	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м•оС)
1	БК-41	0,250	0,05	5,42
2	ZIRMUL 260	0,005	0,00	2,19
3	L-26(58% Al2O3)	0,114	0,33	0,35
4	Block 607-1100	0,100	0,91	0,11

Плотность теплового потока

Вт/м².

Площадь нижней части стены бассейна

м².

Тепловые потери через нижнюю часть стен бассейна

Вт.

5. Расчет тепловых потерь через дно варочного бассейна с учетом толщины стекла

а) зона варки

Количество слоев стенки = 8

Температура внутренней поверхности = 1297,4 ^оС

Температура окружающей среды = 40 ^оС

Коэффициент теплопередачи =0,51 Вт/(м² К)

Таблица 6.11

Слой №	Материал	Толщина слоя, м	Термическое сопротивление, (м2 •оС)/Вт	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м •оС)
1	стекло	1,07	0,05	22,32

курсовая работа "Стекловаренная печь" скачать

Подобные документы

• Разработка проекта вращающейся печи для обжига клинкера

  Характеристика портландцементного клинкера для обжига во вращающейся печи. Анализ процессов, протекающих при тепловой обработке. Устройство и принцип действия теплового агрегата. Расчёт процесса горения природного газа, теплового баланса вращающейся печи.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 25.02.2016
  

• Тепловые процессы и аппараты в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов

  Способы производства клинкера. Расчет горения топлива, выход газообразных продуктов горения. Определение материального баланса печи и теплового баланса холодильника. Технологический коэффициент полезного действия печи, газообразные продукты на выходе.
  
  курсовая работа [114,7 K], добавлен 26.01.2014
  

• Теплотехнические расчеты горения топлива

  Расчет тепловой работы методической толкательной печи для нагрева заготовок. Составление теплового баланса работы печи. Определение выхода продуктов сгорания, температур горения топлива, массы заготовки, балансового теплосодержания продуктов сгорания.
  
  курсовая работа [6,6 M], добавлен 21.11.2012
  

• Конструкция камерной печи с выдвижным подом

  Применение камерной печи с выдвижным подом для отжига, отпуска и закалки тяжелых деталей. Расчет горения топлива, рабочего пространства и теплового баланс печи, тепла, необходимого на нагрев режущего инструмента. Выбор материала для конструкции печи.
  
  контрольная работа [450,3 K], добавлен 20.11.2013
  

• Конструкция и работа кольцевой печи

  Теплотехнический расчет кольцевой печи. Распределение температуры продуктов сгорания по длине печи. Расчет горения топлива, теплообмена излучением в рабочем пространстве печи. Расчет нагрева металла. Статьи прихода тепла. Расход тепла на нагрев металла.
  
  курсовая работа [326,8 K], добавлен 23.12.2014
  

• Теплотехническая эффективность подачи 15% известняка с горячего конца печи

  Объем воздуха, необходимый для горения топлива. Выход газообразных продуктов горения. Материальный баланс печи. Выход углекислого газа из сырья. Тепловой эффект клинкерообразования. Тепловой баланс теплового агрегата. Аэродинамический расчет печи.
  
  курсовая работа [114,1 K], добавлен 08.02.2013
  

• Расчет печи кипящего слоя

  Характеристика сырьевых материалов, используемых для производства керамзитового песка, и основные процессы, происходящие при обжиге. Пути связи влаги с материалом. Принцип создания кипящего слоя. Расчет горения природного газа и теплового баланса.
  
  курсовая работа [220,8 K], добавлен 18.08.2010
  

• Проектирование печи с шагающими балками для нагрева металла перед прокаткой

  Технологическая схема обработки материалов давлением, обоснование выбора типа печи, конструкция ее узлов, расчет горения топлива и нагрева заготовки. Количество тепла, затрачиваемого на нагрев металла, потери в результате теплопроводности через кладку.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.01.2016
  

• Расчет методической трехзонной толкательной печи с наклонным подом

  Проектирование методической трехзонной толкательной печи с наклонным подом для нагрева заготовок из малоуглеродистой стали с заданными размерами. Расчет горения топлива. Определение размеров рабочего пространства печи. Составление теплового баланса.
  
  курсовая работа [261,5 K], добавлен 17.09.2011
  

• Автоматизация стекловаренной печи

  Описание технологического процесса производства стекломассы. Существующий уровень автоматизации и целесообразность принятого решения. Структура системы управления технологическим процессом. Функциональная схема автоматизации стекловаренной печи.
  
  курсовая работа [319,2 K], добавлен 22.01.2015
  

• Тепловой расчёт камерной печи безокислительного нагрева стальных заготовок

  Выполнение расчетов материального баланса горения топлива, теплового баланса и теплообмена рабочей камеры, определение продолжительности термической обработки стальных изделий (путем малоокислительного нагрева) и производительности камерной печи.
  
  курсовая работа [182,2 K], добавлен 18.04.2010
  

• Тепловые расчеты кольцевой нагревательной печи

  Основные технические параметры карусельной печи. Характеристика горелок и распределение тепловой мощности по зонам печи. Техническая характеристика рекуператора. Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи. Составление теплового баланса печи.
  
  курсовая работа [266,2 K], добавлен 28.09.2015
  

• Нагревательная печь с выкатным подом и ГНП горелками

  Использование нагревательных печей в кузнечных цехах для нагрева под пластическую деформацию и термическую обработку. Требования к нагревательным печам. Обоснование выбора агрегата. Расчет горения топлива и теплового баланса. Удельный расход тепла.
  
  курсовая работа [348,0 K], добавлен 14.02.2012
  

• Расчет шихты, материального и теплового балансов доменной плавки

  Технология получения чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья. Материальный баланс доменной плавки, приход и расход тепла горения углерода кокса и природного газа.
  
  курсовая работа [303,9 K], добавлен 30.12.2014
  

• Производство стеклотары

  Стекловаренная печь — основной агрегат стекольного производства. Устройство стекловаренной ванной печи и механизм ее работы. Огнеупорные материалы в конструкции агрегатов, их производительность. Классификация сырьевых материалов для стекловарения.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.03.2013
  

• Расчет материального, теплового баланса и гидравлического режима процесса коксования угольной шихты в коксовых печах

  Расчет материального и теплового баланса процесса коксования. Расчет гидравлического сопротивления отопительной системы и гидростатических подпоров. Определение температуры поверхности участков коксовой печи. Теплоты сгорания чистых компонентов топлива.
  
  курсовая работа [154,4 K], добавлен 25.12.2013
  

• Расчет шахтной печи

  Краткое описание шахтной печи. Расчет температуры и продуктов горения топлива. Тепловой баланс и КПД печи. Расчет температур на границах технологических зон и построение кривой обжига. Аэродинамический расчет печи, подбор вспомогательных устройств.
  
  курсовая работа [188,0 K], добавлен 12.03.2014
  

• Расчет и подбор теплоутилизационного контура

  Подготовка исходных данных по топливному газу и водяному пару. Расчет процесса горения в печи. Тепловой баланс печи, определение КПД печи и расхода топлива. Расчет энергетического КПД тепло-утилизационной установки, эксергетического КПД процесса горения.
  
  курсовая работа [1017,0 K], добавлен 18.02.2009
  

• Промышленные печи

  Расчет основных размеров печи, определение продолжительности нагрева заготовки в различных зонах печи. Определение природных и расходных статей баланса и на их основе определение расхода топлива, технологического КПД и коэффициента использования топлива.
  
  курсовая работа [879,5 K], добавлен 24.04.2016
  

• Расчет трубчатой печи для нагрева балаханской масляной нефти

  Определение полезной тепловой нагрузки на выходе из печи. Расчет процесса горения: теплотворной способности топлива, теоретического расхода воздуха, состава продуктов горения. Коэффициент полезного действия печи и топки. Вычисление конвекционной секции.
  
  курсовая работа [155,1 K], добавлен 10.12.2014
  

Другие документы, подобные "Стекловаренная печь"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам