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

и других стекол температура газовой среды в зоне, при­ легающей к загрузочному карману, не превышает 1340— 1380° С. Повышение температуры в этой зоне до 1400— 1450° С увеличивает теплбвосприятие шихты примерно на 35—40%.

Повышение тепловых нагрузок по отдельным зонам печи достигается за счет соответствующей регулировки подачи топлива к отдельным горелкам. Анализ работы горелок в интенсивно работающих печах показывает, что основная тепловая нагрузка приходится на первую пару горелок: 22—28% при пяти парах горелок, 30— 33% при четырех парах и 43—48% при трех парах. По мере возрастания удельной производительности печи с 5—7 парами горелок целесообразно на первых двух па­ рах горелок сосредоточить 65—70% всей тепловой на­ грузки печи. Такое распределение тепловых нагрузок по отдельным зонам площади отапливаемого бассейна печи наиболее рационально.

В печах открытого типа площадь, занимаемая ших­ той и пеной и составляющая 25—35% всей площади отапливаемого бассейна, может быть увеличена до 45— 60% за счет переноса максимума температур (по стек­ ломассе) примерно к середине бассейна.

Для получения качественной стекломассы и увели­ чения кампании печи рекомендуется применять высоко­ качественные стеновые огнеупоры, которые можно изо­ лировать. Это дает возможность сэкономить 3—4% теп­ ла, вводимого в печь, и увеличивает срок службы стек­ ловаренного бассейна.

При высоких температурах варки стекла целесооб­ разно покрыть дно отапливаемого бассейна плитками из плавленого огнеупора. Из такого же высококачествен­ ного огнеупора следует выкладывать и основные элемен­ ты заградительных устройств (проток, порог и т. д.).

Для интенсификации процесса варки и осветления рекомендуется применять бурление стекломассы газами. В ванных печах открытого типа бурление рационально производить в зоне варочного бассейна, покрытой ших­ той (1—3 пары горелок), а в проточных печах — на участке, примыкающем к зоне максимальных темпера­ тур. При таком бурлении производительность печи мо­ жет быть повышена на 20—30%, получена некоторая экономия топлива и улучшено качество стекломассы.

Очень важным фактором в усовершенствовании ван­

142

ных стекловаренных печей является и автоматическое регулирование теплового режима, так как стабильность режима во времени — основной показатель работы печи. Наряду с автоматическим регулированием соотношения топливо — воздух, давления газа в печи, уровня зеркала стекломассы необходимо поддерживать постоянным ко­ личество тепла, поступающее в печь.

Ванные стекловаренные печи прямого нагрева, имею­ щие довольно высокие технико-экономические показате­ ли, могут получить еще большее распространение при повышении их производительности. В настоящее время они имеют ограниченную производительность, так как применяемые способы сжигания высококалорийного при­ родного газа не позволяют увеличить ширину бассейна печи свыше 3 м. При усовершенствовании в этих печах способов сжигания природного газа возможно увеличе­ ние ширины бассейна, а следовательно, и повышение их производительности.

Институтом газа АН УССР предложен один из но­ вых способов сжигания природного газа в ванных печах прямого нагрева с шириной бассейна д о -5 м. Этот спо­ соб основан на крекинге природного газа в потоке горя­ чего воздуха (1000—1100°С). Для этой цели была раз­ работана вихревая газовая горелка, обеспечивающая двухзонное сжигание газа, что позволило получить све­ тящийся факел регулируемой длины. Промышленная проверка горелок была проведена на ванной печи пря­ мого нагрева Симферопольского стеклотарного завода, имеющей площадь варочного бассейна 67,5 м2 (длина 15 м, ширина 4,5 м). На печи было установлено 14 горе­ лок, по 7 с каждой стороны в шахматном порядке, рас­ стояние между горелками 1300—1500 мм.

Технико-экономические показатели этой печи, по сравнению с технико-экономическими показателями ре­ генеративной печи этого завода, имеющей такую же пло­ щадь варочного бассейна, значительно выше. Произво­ дительность печи прямого нагрева 72 т/сутки, удельный съем стекломассы 1050 кг/(м2-сутки), производитель­ ность регенеративной—57 т/сутки, удельный съем стекло­ массы 890 кг/(м2-сутки).

Ванные стекловаренные печи с газовым отоплением имеют некоторые недостатки, которые полностью устра­ нить невозможно. Один из таких недостатков заключа­ ется в том, что в этих печах тепло передается шихте

143

и стекломассе только через зеркало стекла. Но через эту поверхность удается передать стекломассе не более 35% всего количества тепла, выделяемого при сжигании топлива в рабочей камере печи. К тому же даже тепло, переданное стекломассе, используется недостаточно ра­ ционально, поэтому продолжительность варки стекла

вванных печах слишком велика. В бассейне ванной печи содержится многосуточный (5—10-суточный) запас стекломассы, т. е. средняя продолжительность варки или пребывание стекломассы в печи составляет 5—10 суток,

вто время как для варки стекла в горшковых печах рас­ ходуется в среднем 8—16 ч. Особенно неудовлетвори­

тельно протекают в ванных печах стадии осветления и гомогенизации стекломассы. В результате этого удель­ ный съем стекломассы не превышает 1500 кг на 1 м2 пло­ щади варочной части в сутки, а к. п. д. ванных печей не выше 25%. Этот недостаток частично или в большей сте­ пени может быть устранен при применении в качестве топлива электрического тока или при продувании горя­ чих газов через стекломассу. При использовании элект­ рического тока тепло развивается внутри самой стекло­ массы и стекловаренные печи имеют более высокие технико-экономические показатели. Электрический ток применяют для дополнительного подогрева в пламенных печах и как основной источник тепла для варки стекла.

В отдельных отраслях стекольного производства уже работают ванные стекловаренные печи с комбинирован- . ным газоэлектрическим обогревом. При рациональном соотношении тепловой энергии, подаваемой сверху пла­ менными газами, а снизу — электрическим током, к.п.д. такой печной установки достигает 45—50%. Прямой га­ зовый нагрев с дополнительным электроподогревом ре­ комендуется сочетать в печах для производства штучных изделий производительностью 40—100 т/сутки.

Для ванных печей производительностью 120— 450 т/сутки при производстве штучного и листового стек­ ла рекомендуется предусматривать в бассейне печи осветлительную ячейку, работающую с электроподогре­ вом при регенеративном верхнем отоплении обеих ча­ стей бассейна.

Ванные печи с комбинированным газоэлектрическим обогревом по конструкции и режиму работы аналогичны пламенным печам, поэтому все мероприятия, направлен­ ные на усовершенствование пламенных печей, могут

144

быть использованы для печей с комбинированным обо­ гревом.

Промышленное внедрение электрических стеклова­ ренных печей определяется стоимостью электрического тока. Электиреческие печи по методу своей работы очень сходны с пламенными, и для их совершенствования мо­ гут проводиться те же мероприятия, что и для обычных ванных печей.

Для создания стекловаренной печи принципиально нового типа необходимо располагать достаточно полны­ ми данными о механизме теплообмена в газовой среде и в расплаве стекломассы, а также о времени заверше­ ния реакций в расплаве. Кроме того, при разработке стекловаренных печей нового типа необходимо иметь конструктивные решения по рациональному разделению технологических зон, что позволит интенсифицировать отдельные стадии процесса варки стекла. Работы по соз­ данию стекловаренных печей нового типа проводятся на протяжении многих лет как в нашей стране, так и за ру­ бежом. Исследователями и изобретателями предлага­ лись конструкции стекловаренных печей для варки стек­ ла во взвешенном состоянии, для варки в тонком слое, шахтные и вращающиеся печи. Были построены экспери­ ментальные образцы печей таких конструкций и прово­ дились опытные варки стекла. При опытных варках стекломасса получалась очень неоднородного состава, стены или футеровка печей быстро разъедались. Конст­ рукции этих печей были признаны неудачными, но полу­ ченные результаты были использованы в последующих работах по созданию стекловаренных печей нового типа.

Экспериментальные исследования, проведенные в по­ следние годы на действующих печах, опытных печных установках и моделях, позволяют теоретически разра­ ботать рационально организованный дифференцирован­ ный процесс стекловарения, когда стадии процесса вар­ ки протекают и завершаются не в одном объеме (бас­ сейне), а раздельно.

Наиболее прогрессивной конструкцией должна быть печная установка, в которой стадии варки и осветления происходят с наибольшей интенсивностью, что значи­ тельно сокращает продолжительность пребывания стек­ ломассы в печи.

Один из вариантов конструкции новой высокопроиз-

водительной печной установки имеет следующую схему

остаточных зерен SiC>2 и частично дегазация) проводит­ ся в первом отделении бассейна с удельным съемом 3— 4 т/(м2-сутки), отапливаемом газом, смешанным с на­ гретым воздухом. Эту горючую смесь пропускают через

мого бассейна, обогреваемого сверху продуктами горе­ ния барботировавшей горючей смеси, а снизу — допол­ нительно электротоком. Бассейн должен иметь изолиро­ ванные стены и верхнее строение и оборудован рекупе­ ратором для подогрева первичного воздуха.

Варка стекла в лабораторных условиях показывает, что при повышенных температурах процесс превраще­ ния шихты в проваренный, но не осветленный расплав завершается в несколько минут. Стадия осветления стек­ ломассы может быть интенсифицирована, если стекло­ массу осветлять в тонком слое при применении вакуума (разрежения) или ультразвуковых колебаний.

Под руководством проф. А. А. Соколова сконструи­ рована стекловаренная печь принципиально нового типа. Для ее разработки использованы результаты варки стек­ ла в лабораторных и действующих промышленных печах и созданы условия, обеспечивающие сокращение време­ ни пребывания стекломассы в печи с 5—7 суток до не­ скольких минут. Схема этой печи, названной авторами «печь-поток», показана на рис. 48. Шихта, приготовлен­ ная в виде мелких гранул ( d = 3—5 мм), предваритель­ но подогревается и частично декарбонизируется в подо­

происходит через развитую поверхность мелких гранул, которые легко прогреваются. В то же время в каждой грануле сохраняется постоянное соотношение количеств всех компонентов шихты. В этой печи плавка гранул пос­

146

ле их тепловой обработки осуществляется в варочной камере на наклонном водоохлаждаемом вращающемся диске 2, обогреваемом пламенными горелками. Взве­ шенные в струе пламени гранулы при движении к вра­ щающемуся плавильному диску успевают оплавиться и

Рис. 48. Схема установки для варки стекла («печь-поток»)

хорошо прилипают к слою стекломассы, покрывающему этот диск. При повороте диска прилипшие гранулы попа­ дают под воздействие горелок и окончательно плавятся, а образовавшийся расплав силикатов стекает в прием­ ный бассейн 3 варочной камеры — закрытый канал.

Подогрев стекломассы в канале осуществляется электрическим током. Электроды в виде пристенных пла­

стин равномерно нагревают стекломассу и уменьшают поверхность соприкосновения ее с огнеупором.

Из короткого и узкого канала стекломасса попадает в камеру осветления 4, находящуюся под разрежением, создаваемым вакуум-насосом, и имеющую перевальную стенку 5, высота которой определяется разностью уров­ ней стекломассы в варочном бассейне печи и камере ос­ ветления. Стекломасса перетекает через стенку в тон­ ком слое, что способствует ее быстрому осветлению. Ка­ мера осветления обогревается также электрическим током.

Поперечное сечение каналов, по которым движется стекломасса, очень небольшое. Так, для печи производи­ тельностью 20 т/сутки при средней скорости движения стекломассы вдоль печи 2,7 м/ч размер поперечного се­ чения составляет 50X250 мм. В канале такого размера отсутствуют неуправляемые конвекционные потоки и связанные с ними потери тепла. При малом поперечном потоке стекломассы легко осуществить гомогенизацию стекломассы путем бурления газами или при помощи ультразвуковых колебаний. Ввиду небольших попереч­ ных сечений печи не требуется специальная студочная часть.

Из камеры осветления стекломасса вытекает по ни­ сходящему потоку в выработочную часть 6, соединенную с соответствующими стеклоформующими машинами.

Продукты горения из варочной камеры печи отводят­ ся по дымоходу в рекуператор 7. Воздух, необходимый для горения, подается в рекуператор вентилятором 8, нагревается в нем и поступает к горелкам. Из рекупера­ тора дымовые газы поступают в подогреватель гранул шихты. Просос дымовых газов через слой гранул осу­ ществляется дымососом 9.

Стекловаренная печь такой конструкции имеет очень небольшие размеры, поэтому в ней легко осуществить строгий контроль теплового режима и полное автомати­ ческое регулирование работы.

Малые размеры печи удешевляют затраты на строи­ тельство даже при применении специальных дорогостоя­ щих огнеупорных материалов. Расчеты показали, что удельный расход тепла в такой печи не превышает 4500 кДж/кг, в том числе 3500 кДж/кг за счет газового нагрева и 1000 кДж/кг за счет электронагрева. Коэффи­ циент полезного действия печи равен примерно 60%,

148

а время пребывания стекломассы в печи сокращается по сравнению с ванной стекловаренной печью почти в 50 раз.

Стекловаренная печь рассмотренной конструкции мо­ жет быть включена в поточную линию автоматизирован­ ного производства стеклоизделий.

§ 36. Печи для производства пеностекла

Пеностекло представляет собой легкий пористый ма­ териал, имеющий низкие теплопроводность и влагопоглощение, высокую устойчивость против агрессивных сред и отличную огнестойкость. Благодаря таким свой­ ствам пеностекло может быть широко использовано как строительный, теплоизоляционный и технический мате­ риал.

В зависимости от назначения можно получать пено­ стекло с открытыми, закрытыми и сообщающимися по­ рами. Наибольшее применение нашло теплоизоляцион­ ное пеностекло, выпускаемое в виде блоков (плит) раз­ мерами 900X500; 500X500; 500X400 и 400X400 мм,

толщиной 100 и 120 мм. Теплоизоляционное пеностекло имеет замкнутые поры и следующие свойства: объемная масса 150—300 кг/м3, коэффициент теплопроводности

0,06—0,14 Вт/(м-°С) и водопоглощение 3—10% (по-

объему).

Для получения теплоизоляционного пеностекла ис­ пользуют отходы стекольного производства (бой, эрклез), а также специально навариваемое гранулирован­ ное стекло низкого сорта, а в качестве газообразователя применяют антрацит, металлургический кокс, торфяной полукокс, древесный уголь, известняк и мрамор.

Существует несколько способов получения пеностек­ ла, но наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получил порошковый способ. При производст­ ве пеностекла по этому способу тонкомолотый порошок стекла, тщательно перемешанный с газообразователем (1—3% массы стекла), засыпают в формы из жаростой­ кой стали или формуют в виде брикетов и затем нагре­ вают до температуры 700—850° С. Газы, образующиеся в результате сгорания или диссоциации газообразовате­ ля, вспенивают размягченное стекло. Процесс вспенива­ ния продолжается строго определенное время, после че­ го температуру резко снижают. При резком возраста-

149

НИИ вязкости стекла пена становится устойчивой и ячеистая структура окончательно закрепляется. Затем затвердевшее пеностекло постепенно отжигают.

Для производства пеностекла используют в основ­ ном туннельные печи длиной 80—95 м, обогреваемые

Рис. 49. Туннельная печь для производства пеностекла (поперечный разрез)

/ — огнеупорная кладка; 2 — изоляция; 3 — металлический каркас; 4 — вагонет­ ка; 5 — формы с шихтой

газообразным топливом (рис. 49). Производительность таких печей колеблется в пределах 30—35 м3/сутки. Тун­ нельные печи выкладывают из обычного шамотного кир­ пича и изолируют диатомитовым кирпичом.

Шихта для производства пеностекла приготовляется

150

тель — в шаровых мельницах меньших размеров в тече­

ние 5—6 ч.

Перед засыпкой приготовленной шихты в формы внутренние их поверхности покрывают меловой суспен­ зией, чтобы пеностекло не прилипало к металлу. Для

Рис. 50. Температурный режим туннельной печи

1 — газообразователь антрацит; 2 — газообразователь коксик

герметизации внутреннего пространства форм места соединения их с крышками (по периметру) промазы­ вают обмазкой, состоящей из огнеупорной глины, песка и асбеста. Формы представляют собой прямоугольные коробки, изготовленные из жароупорной стали и слегка расширенные кверху, что облегчает извлечение готовых блоков пеностекла. Размер формы соответствует основ­ ному размеру блока с небольшим запасом на механиче­ скую обработку.

Формы с шихтой, закрытые крышками, устанавлива­ ют в несколько этажей на вагонетки, которые в туннель­ ной печи проходят последовательно технологические зо­ ны с определенной температурой, зависящей от химиче­ ского состава стекла и вида газообразователя.

Загрузка вагонеток в печь и выгрузка из печи, а так­ же перемещение их в печи и по обгонному пути автома­ тизированы.

В туннельной печи различают зоны подогрева, вспе­ нивания, резкого охлаждения, отжига и быстрого охлаж­ дения. На рис. 50 приведен температурный режим тун­ нельной печи для производства теплоизоляционного пе­

151