Реферат Стекловаренная печь
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
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 %
Fe2O3+AL
2
O
3
-2,3 %
Na
2
O
+К
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* 103
/g;
Где
G
-производительность печи, кг/сутки;
g
-удельный съем стекломассы с зеркала варочной
части, кг/(м2*сут).
Принимаем
g
=1381 кг/(м2*сут.).
Тогда
F
=70000/1381=50,68 м2.
Длина варочной части для печи с подковообразным направлением пламени рассчитывается из соотношения
L:B=1,2:1
L:B=1,2
L
*
B
=50,68
1,2*х*х=50,68
х2=50,68:1,2
х=6,5м (ширина
B
)
6,5*1,2=7,8 м (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+637C2H6+912C3H8+1186C4H10;
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+2H2O+Q;
C
2
H
6
+3,5О2=2СО2+3Н2О+
Q
;
C3H8+5O2=3CO2+4H2O+Q;
C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O+Q.
Коэффициент избытка воздуха
L
=1,1.
Расчет горения сводим в таблицу:
| Состав топлива, % | Содержание газа, м3/м3 | Расход воздуха на 1м3 топлива, м3 | Выход продуктов горения на 1 м3 топлива,м3 | |||||||
| О 2Т | О 2Д | 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 |
О2ТиО2Д-расход кислорода соответственно теоретический и действительный, при
L
=1,1;
N
2Д
- 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=
VLc
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+cO2rO2,
где
r
-объемная доля компонентов газовой смеси;
с-теплоемкость газов, кДж/(м3*˚С);
СД1500=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/(м2*К4);
φ
- коэффициент диафрагмирования;
F
- площадь поверхности излучения, м2;
Т1иТ2- 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
(Т1/100)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
Ф3=Фа+Фб=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
=δ1/
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:
