книги из ГПНТБ / Волгина, Ю. М. Теплотехническое оборудование стекольных заводов учебник

Для обогрева печей прямого нагрева преимуществен­ но применяют газовые металлические короткофакельные горелки инжекционного типа с полным предваритель­ ным смешением топлива и воздуха. Теплоотдача от фа­ кела таких горелок по мере удаления от устья горелки резко падает, вследствие чего при подводе газа с обеих сторон печи одновременно процесс стекловарения проте­ кает нормально лишь при ширине печи до 3 м. При большей ширине бассейна печи теплоотдача по центру не обеспечивает провара шихты и стекломассы. При та­ ком способе сжигания природного газа максимальная производительность печей прямого'нагрева составляет

40т/сутки.

Впечах прямого нагрева отходящие газы и поверх­ ностный слой стекломассы движутся в противотоке. Дви­

жение отходящих газов навстречу загружаемой шихте и выход их непосредственно у загрузочной стенки печи позволяют максимально использовать теплосодержание отходящих газов, и поэтому их температура на выходе из газового пространства значительно ниже, чем в обыч­ ных печах. При таком движении газов шихтная пыль ча­ стично уносится из печи, а большая ее часть прижима­ ется потоком отходящих газов к поверхности стекло­ массы, поэтому кладка пламенного пространства в мень­ шей степени подвержена износу и может быть снабжена тепловой изоляцией.

В печах прямого нагрева между варочной и осветлительной частями часто устраивают порог. Осветлительная часть отделяется от выработочной экраном и прото­ ком. Разделительные приспособления по газовой среде и стекломассе позволяют поддерживать по длине печи за­ данный температурный режим.

Иногда в печах прямого нагрева в осветлительной ча­ сти непосредственно за порогом устанавливают элек­ троды. Дополнительный электроподогрев компенсирует потери тепла в окружающую среду осветлительной частью бассейна, а также интенсифицирует процесс ос­ ветления стекломассы.

§ 30. Средние ванные печи непрерывного действия

Средние ванные печи применяют для механизирован­ ного производства различной консервной тары и буты­

124

лок. В этих печах используют пламенный, электричес­ кий и газоэлектрический обогрев.

Наиболее распространенным типом ванных печей среднего размера является регенеративная проточная печь с поперечным направлением пламени (рис. 39). Бассейн этой печи разделен протоком размером 300Х Х600 мм на варочную и выработочную части, что поз­ воляет отбирать более охлажденную и лучше проварен­ ную стекломассу. Выработочная часть не имеет самос­ тоятельного отопления. Тепло, необходимое для обогрева выработочной части, передается из варочной части из­ лучением и газовыми потоками. Размеры варочной час­ ти бассейна 50—150 м2, а размеры выработочной части печи определяются условиями расстановки машин и ра­ бочих окон для ручной выработки. Протоки обычно рас­ полагают на уровне дна варочной части бассейна. В за­ висимости от глубины варочной и выработочной частей бассейна протоки могут быть заглубленные и незаглубленные. Заглубленные протоки используют в печах для варки полубелого сортового стекла, а незаглубленные — в печах для варки цветного (зеленого стекла). Пламен­ ное пространство разделяется экраном, расположенным на проточной стене. Глубина варочной части бассейна печи с протоком зависит от свойств стекломассы и вида огнеупорных материалов, использованных для кладки бассейна, а также от технологических условий работы. При варке бесцветного стекла глубина варочной части бассейна составляет 0,7—1,2 м. С понижением прозрач­ ности и увеличением вязкости стекломассы глубину бас­ сейна уменьшают до 0,5—0,6 м. Глубина выработочной части бассейна на 300 мм меньше, чем варочной. В пе­ чах с протоком и решетчатым экраном площадь зер­ кала выработочной части, включающей и студочную, составляет 15—25% варочной, а в печах без протока площадь студочной и выработочной частей составляет

40—50%.

Для получения термически однородной стекломассы в ванных печах для варки тарного стекла очень важно поддерживать постоянство температурного режима в обе­ их частях бассейна. Поперечное направление пламени дает возможность более точно, чем в печах с подковооб­ разным направлением пламени, соблюдать определенный температурный режим вдоль печи. Распределение тем­ ператур в газовом пространстве по длине ванной печи

125

Рис. 39. Регенеративная средняя ванная печь с протоком

I I — колонны обвязки ; 12 — связи н ад сводом

126

производительностью 100 т/сутки для производства стеклотары примерно следующее в °С:

Температура по длине печи постоянно возрастает от загрузочного кармана до зоны осветления, а затем сни­ жается в выработочной части печи. Ответственными точками температурного режима являются максималь­ ная температура при осветлении и минимальная при вы­ работке. От поддержания заданного температурного ре­ жима в печи зависит не только качество получаемого стекла, но и возможный съем стекломассы.

§ 31. Малые и средние ванные печи с электрическим и газоэлектрическим обогревом

Применение электрического тока в качестве источни­ ка тепла для варки стекла основано на свойстве стекло­ массы промышленного состава становиться проводником тока при высоких температурах (от 1000—1100° С и вы­ ше). При прохождении тока через расплавленную стек­ ломассу выделяется тепло, количество которого может быть вычислено по закону Джоуля — Ленца:

так же, как в пламенных. По конструктивным размерам ванные печи с электрическим обогревом (рис. 40) отли­ чаются от пламенных печей той же производительности. Ширина бассейна, обусловленная особенностями устрой­ ства и расположения электродов, меньше, чем у пла­ менных, и составляет 1—3,5 м. Максимальная глубина отапливаемой части бассейна 1,1—1,2 м, но чаще 0,9; 0,8; 0,7 м. Отсутствие пламенного отопления влияет на по-

127

ложение свода. В электропечах свод имеет хорошую изоляцию и расположен близко к поверхности зеркала стекломассы, так что вертикальные стены печи (до пят свода) имеют высоту 0,2—0,3 м, а есть конструкции пе­ чей, в которых отапливаемая часть бассейна не перекры­ вается сводом. Для кладки отапливаемого и студочного (выработочного) бассейнов применяют нормальные

Рис. 41. Схемы расположения

огнеупоры — высококачественные шамотные, высокоглиноземистые, бакор-41, бакор-33.

В промышленных электрических печах для варки сте­ кла используют в основном графитовые и молибденовые электроды, так как они обладают достаточной стеклоустойчивостью и жаростойкостью, а продукты разруше­ ния электродов в меньшей степени влияют на окраску стекломассы. Длина и диаметр электродов зависят от конструкции бассейна, способа их установки, потреб­ ляемой мощности и способа подвода тока. Диаметры графитовых электродов 50—350 мм, молибденовых — 32—50 мм, длина тех и других 1,5—3,5 м. При температу­ рах 700—900° С графит и молибден начинают окислять­ ся и гореть, поэтому участки электрода, находящиеся в кладке и выступающие наружу, снабжают водяными холодильниками (в виде муфт), применение которых вы­ зывает потерю тепла в размере 4—10%. По расположе­ нию различают пристенные, полусквозные и сквозные электроды (рис. 41). В широких бассейнах печей исполь­ зуют сквозные электроды, при которых можно получить рациональное электрическое поле. Расположение элек­ трического поля может быть различным: вдоль оси печи

(по выработочному потоку стекломассы), поперек оси и комбинированное.

Теплообмен в электрических ванных печах значитель­ но отличается от теплообмена в пламенных, так как в них отсутствуют высоконагретые газовая среда и кладка, а источник тепла находится внутри слоя стекломассы. Шихта, загружаемая на поверхность расплавленной стекломассы, получает необходимое количество тепла через поверхность ее соприкосновения с расплавленной

и движение конвекционных потоков в этих печах зависят от расположения, формы и нагрузки электродов. Темпе­ ратура стекломассы максимальна вблизи электродов и снижается кверху и книзу. Отдача тепла кверху должна компенсировать потери наружу и затрату тепла на на­ грев и варку стекломассы, а отдача тепла книзу компен­ сирует потери тепла в окружающую среду. Температура стекломассы на дне бассейна электропечей выше, а на поверхности зеркала стекломассы значительно ниже, чем при пламенном обогреве, что является одним из факто­ ров повышения к. п. д. электропечей. Производительность действующих электропечей 5 — 60 т/сутки, удельный расход электроэнергии 0,8—2 кВт-ч на 1 кг стекломассы,

к. п. д. — 50—60%.

Эти печи разогревают продуктами горения газового или жидкого топлива или электрическими нагревателя­ ми, расположенными вне стекломассы. Если есть воз­ можность при пуске залить бассейн расплавленной стек­ ломассой, взятой из других печей, то разогрев печи не нужен.

Электрические печи обогреваются однофазным или трехфазным током нормальной частоты.

Большее распространение, чем чисто электрические, получили ванные печи с комбинированным пламенным и электрическим обогревом. В газоэлектрических печах тепло для варки стекла образуется как за счет энергии сжигания газообразного топлива, так и за счет элек­ трической энергии. Дополнительный электрический обог­ рев печи повышает скорость провара шихты, улучшает и ускоряет осветление стекломассы, снижает износ огне­ упоров, что ведет к повышению производительности печи

130

более чем на 30%. По имеющимся литературным данным количество тепла, вводимое снизу электродами, колеб­ лется от 10 до 30% общего количества. Теоретические расчеты показывают, что наиболее целесообразно пода­ вать около 30—40% тепла снизу и 60—70% сверху.

В малых и средних печах дополнительный обогрев используется различно. В малых печах дополнительный

Рис. 42. Схема расположения электродов в газоэлектрической ванной печи

; — загрузочный карман; 2 —«варочная часть; 3 — выработочная часть; 4 и 5 — участки зеркала стекломассы с наиболее высокой температурой; 6 — верти­ кальные электроды; 7 — горизонтальные электроды

электрообогрев главным образом интенсифицирует про­ цесс осветления, поэтому главную группу электродов устанавливают в зоне максимальных температур, но ближе к протоку, увеличивая варочную часть печи. Другую группу электродов размещают в пределах ва­ рочной части. Иногда дополнительные электроды уста­ навливают у загрузочного кармана и в выработочной части печи. Схема расположения электродов в проточной газоэлектрической печи показана на рис. 42. Электроды обеих групп вводят в бассейн печи вертикально через дно. Это дает возможность улучшить условия осветле­ ния и ускорить провар шихты снизу за счет повышения температуры стекломассы на глубине. В газоэлектричес­ ких печах средней производительности электроды уста­ навливают в варочной части и пропускают их только через боковые стены на уровне середины глубины бас­ сейна (0,3—0,5 м).

При комбинированном обогреве условия теплообмена в печи улучшаются, так как кроме излучения отвысоко-