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

ранства решетчатым экраном площадь зеркала выработочного бассейна, включающего студочную и выработочную части, составляет 15—25% площади варочного. Размеры выработочного бассейна печи определяются преимущественно расстановкой рабочих окон или уст­ ройств для механизированной выработки изделий, что иногда может потребовать увеличения его площади до 100%.

При выборе типа и определении размеров ванной пе­ чи, обогреваемой электрическим током, необходимо учи­ тывать ряд специфических особенностей, которые будут рассмотрены ниже в отдельном параграфе.

§ 43. Определение расхода топлива

Расход топлива х, м3/ч определяется из уравнения теплового баланса, составляемого для варочной части ванной печи. Применение метода теплового баланса позволяет определить не только расход топлива, но и отдельные потери тепла и к. п. д. ванной печи.

В общем случае приходная часть теплового баланса варочной части печи включает статьи: 1) тепловой поток, образующийся при сгорании топлива; 2) поток физиче­ ского тепла, вносимый нагретым топливом; 3) поток фи­ зического тепла, вносимый нагретым воздухом; 4) по­ ток физического тепла, вносимый нагретым воздухом из студочной части.

Расходными статьями являются: 1) расход тепла на процесс стекловарения (расход тепла на процессы стеклообразования, нагрева стекломассы, испарение влаги из шихты, нагрев продуктов дегазации); 2) поток тепла, теряемый с отходящими газами; 3) поток тепла, теряе­ мый излучением (через загрузочный карман, влеты го­ релок и в студочную часть); 4) поток тепла, теряемый с газами, выбивающимися из отверстий; 5) поток тепла, теряемый в окружающую среду; 6) поток тепла, теряе­ мый с конвекционными потоками стекломассы.

При использовании в пламенных ванных печах до­ полнительного электронагрева расход электроэнергии рассчитывают на основании практических данных о ра­ боте аналогичных печей. Этот расход колеблется в пре­ делах 0,25—0,8 кВт-ч на 1 кг стекломассы.

Ниже приведен пример расчета по определению рас­ хода топлива для ванной печи листового стекла. Пред­ варительно задаются тип печи, химический состав стек­

192

ла и вид топлива. Пользуясь этими данными, рассчиты­ вают основные размеры варочной части печи.

Пример. Для варки листового стекла выбрана стек­ ловаренная печь с поперечным направлением пламени производительностью 5,5 млн. м2 условного (толщиной 2 мм) стекла в год, или 18 600 м2/сутки (при 330 рабо­ чих днях в году). Массовый выход годной стекломассы 93 т/сутки (при массе листа стекла площадью 1 м2 5 кг).

шихты в %: песок 56,5; доломит 17,2; сода 12,5; суль­ фат 11,2; каолин 2,2; каменный уголь 0,5.

Топливо — очищенный генераторный газ следующего состава в %: 6,2 С 02; 23 СО; 2,32 СН4; 0,28 С2Н4; 0,19 0 2; 13 Н2; 50 N2; 5 Н20. Низшая теплота сгорания топлива

QP=5685 кДж/м3.

Состав продуктов горения (по результатам расчета горения топлива) в %: 15С 02; 2,1 0 2; 71,9N2; 11Н20.

Выход продуктов горения 2,14 м3 на 1 м3 газа. Расход воздуха (при а= 1,2) 1,32 м3 на 1 м3 газа.

Выход годной продукции принимается равным 75% общего выхода стекломассы, который при данных усло­ виях составит: = 9 3 :0,75== 124 т/сутки (5,1 т/ч, или

1,43 кг/с).

Определяем размеры варочной части. Удельный съем стекломассы с 1 м2 варочной части бассейна при­ нимается 720 кг/м2 в 1 сутки, и необходимая площадь зеркала стекломассы варочной части бассейна составля­ ет FB= 124 000 : 720« 172 м2. Далее принимаем ширину бассейна, равной 6,5 м, в связи с чем длина отапливае­ мой части бассейна печи 172:6,5«26,6 м.

Расстояние между осями горелок принимается 3,5 м, отсюда число пар влетов горелок 26,6:3,5«7 (или

14 шт.).

Для определения расхода топлива составляем тепло­ вой баланс варочной части печи.

Приход тепла

1. Тепловой поток, образующийся при сгорании топ­ лива, Фт: 5685х кВт.

2. Поток физического тепла, вносимый топливом, подогретым до 900° С, Фф.т

cTtTx = 1,49-900 х = 1341 х кВт.

3. Поток физического тепла, вносимый воздухом, по­ догретым в регенераторе до 1100° С, Фф:в:

VBcBtBx = 1,32 • 1,41 • 1100 х = 2046 х кВт.

4. Поток физического тепла подогретого до 1100° С воздуха, поступившего в варочную часть из студочной, при скорости м/с, площади отверстия Fc= l,0 3 м2, коэффициенте сжатия воздушной струи ф= 0,64 и рас­ ходе:

У® = wb Ф = 1• 1,03-0,64 = 0,66 м3,'с.

Тепловой поток, вносимый этим воздухом,

0 1 = 0 ,6 6 - ^ - 1,41-1100 = 220 кВт.

1373

Итого суммарный поток тепла составляет: 9072 х-ф +220 кВт.

Расход тепла

1. Расход тепла на стекловарение qc:

а) удельный расход тепла на реакции стеклообразования, протекающие с поглощением тепла (разложение доломита, соды, сульфата, известняка) на 1 кг шихты Содержание стеклообразующих окислов на 100 кг шихты (из предварительного расчета): СаО = 0,412 кг; Na20 = = 6,9кг (из соды) и Ыа20 = 4,6кг (из сульфата); MgO = = 0,064 кг; CaO-MgO = 8,4 кг.

Удельный расход тепла на получение силиката каль­ ция (CaC0 3+ S i0 2->CaSi03+ C 0 2) :

<7j = 1538GCa0 — 1538-0,00412=6,33 кДж/кг.

Удельный расход тепла на получение силиката нат­ рия из соды (Na2C03+ S i0 2-+ fa 2Si03+ C 0 2):

q2= 950GNa2O = 950-0,069 = 65,5 кДж/кг.

Удельный расход тепла на получение силиката нат­ рия из сульфата (Na2S04+ S i0 2-^Na2Si0 3+ S 0 3) :

<73 = 34700;агО = 3470-0,046 = 159,6 кДж/кг.

1 Для расчета расхода тепла на реакции стеклообразования ис­ пользованы данные приложения 16 книги А. М. Баренбойма, Т. М. Галиевой, Д. Б. Гинзбурга и др. «Тепловые расчеты печей и сушилок силикатной промышленности» (М., Стройиздат, 1964) и данные табл. 11.9 книги X. С. Воробьева, Д. Я- Мазурова и А. А. Со­ колова «Теплотехнологические процессы и аппараты силикатных производств» (М., «Высшая школа», 1965).

194

Удельный расход тепла на получение силиката маг­ ния (MgC03+ S i0 2^>-MgSi03+ C 0 2) :

qi = 3470GMgO = 3470-0,00064 = 2,22 кДж/кг.

Удельный расход тепла на получение силиката каль­ ция и магния из шпинели [CaC03-MgC03+ 2S i02->- -H2aM g-(Si03)2+ 2 C 0 2]:

= 2760GCaMg(COs)2 = 2760-0,084 = 232 кДж/кг.

Итого суммарный удельный расход тепла на 1 кг шихты:

расход боя стекла g6 = 0,25: 1,02^=0,246 кг на 1 кг стек­

ломассы.

Удельная энтальпия стекломассы при 7с=1400°С и удельной теплоемкости сс=1,32 Дж/(кг-°С):

+т = gccctc = 1-1,32-1400 = = 1848 кДж/кг.

Удельная энтальпия продуктов дегазации при tc = = 1400°С и удельной теплоемкости сп.д=2,18 Дж/(м3Х

Удельный тепловой эффект реакций стеклообразо вания:

<7ш£ш = 465,6-0,98 = 461 кДж/кг.

Удельная теплота плавления стекла:

Удельная теплота испарения физической влаги шихты:

<7Нг0 = 25ЮН20 = 2510-0,04-0,98 = 99 кДж кг.

Итого удельный расход тепла на процеср стеклообразования (на 1 кг стекла):

<7стекл= 1848+490+461 +259+99 = = 3158 кДж/кг.

13*

Удельная теплота, внесенная шихтой и боем при 20° С ( t m , t б) и теплоемкостях сш и C q :

Согласно практическим данным, удельный расход теп­ ла на процесс стекловарения при использовании содовой

где 5,67 — коэффициент излучения (постоянная Больцмана) вВт/(м2Х ХК 4): Ф — коэффициент диафрагмирования (зависит от размеров от­ верстия и толщины кладки); определяется по графикам *; Т т и Г0.с— температура газов и окружающей среды в К; А0тв— площадь отвер­ стий: загрузочного кармана— 1 м2, горелок (суммарная) 11,5 м2, щели между зоной осветления и студочной частью печи 0,24 м2.

Тепловой поток через отверстие загрузочного кармана составит:

Поток тепла, теряемый излучением в студочную часть,

Ф 5

изл '

= 83 500 Вт = 83,5 кВт.

Итого поток тепла, теряемый излучением: физл= ф^зл+

+Ф ;зл+ Ф и"зл =388+1324+83,5=1795,5 кВт.

4.Поток тепла, теряемый с газами, выбивающимися из отверстий, Ф£тв :

определяем расход газов в м3/с:

где 0,62 — коэффициент сжатия струи; рв и рг — плотности окружа­ ющего воздуха и газов, выбивающихся из отверстий, в кг/м3, рас­ считываются с поправкой на температуру; Я — высота центра тяже­ сти отверстия над нейтральной линией, равная 0,8 м; F 0TB = 0,455 м2 (суммарная площадь отверстий).

Вт/(м-°С); бот — ее толщина в м; (Вн и (нар— температура кладки на ее внутренней и наружной поверхности в °С; F Ct — площадь по­ верхности стенок в м2.

Параметры, входящие в формулу (26), в данном расчете характеризуются значениями, приведенными в табл. 15.

С неучтенными потерями (в размере 10%) Ф“ =

=2505+250 = 2755 кВт.

6.Поток тепла, теряемый с конвекционными потока­ ми стекломассы, Фк.п- В данном расчете исходят из рас­ пределения температур по глубине стекломассы (в со­ ответствии с данными непосредственных измерений, сде­ ланных в аналогичных печах, см. табл. 16).

197

Т а б л и ц а 15. Потери тепла в окружающую среду через кладку печи

Толщина hi, м верхнего конвекционного потока стек­ ломассы, движущегося из варочной части бассейна встудочную:

(27)

■<

где Н — толщина слоя стекломассы в бассейне в м; р' и ц" — сред­ ние значения динамической вязкости стекломассы соответственно

в верхнем и нижнем потоках в Па-с; 1 1 и f2— средние температуры

стекломассы на глубине 400 мм, т. е. примерно на глубине верхнего конвекционного потока, соответственно в зонах максимальных и ми­

нимальных температур в °С; t и /2 — то же, для нижнего конвек­ ционного потока.

198

Расход стекломассы, переносимой конвекционными потоками из варочной части бассейна в студочную, в кг/с:

где В и I — ширина и длина потока в м; рс — плотность стекломассы в кг/м3;

1222-5 (1340— 1230) 0,35«-2317 = 8 кг с.

3600-37,7-25

Поток тепла, переносимый конвекционными потоками стекломассы из варочной части бассейна в студочную:

ф в_с= gK:ncctc = 8 ■1,275 • 1300= 13 000 кВт.

То же, в обратном направлении:

ф с_в = 8- 1,22-1200 = 11 700 кВт.

Поток тепла, теряемый с конвекционными потоками стекломассы в студочной части:

Ф к .п = Ф в - с — Ф с - в = 13 000 — 11 700 = 1300 кВт.

Уравнение расходной части теплового баланса:

Ф с + Ф о .г + Фиал + Фотв + ф “ с + Ф К-п =

= 4485 + 5511х + 1795,5+ 1030 + 2755+ 1300 =

= 11365,5 + 5511х.

199

Коэффициент полезного действия ванной печи

4485-100

25%.

17750

Сводный тепловой баланс приведен в табл. 17.

мощность электропечи. Электротехнический расчет позво­ ляет определить электрическое сопротивление стекло­ массы и параметры тока как для электродов, так и для питающей сети, а также рабочее напряжение. Перед рас­ четом выбирают тип печи и обосновывают ее размеры. Для каждого типа печей существуют определенные прак­ тические показатели, в частности удельный съем стекло­ массы, с учетом которого устанавливают площадь зер­ кала варочного бассейна.

Удельный съем стекломассы зависит от состава стек­ ла, вида электродов и их расположения в печи. Ориен­ тировочно удельные съемы стекломассы составляют: для печей со сводами и горизонтальными графитовыми элек­ тродами 1000—1500 и с пластинчатыми пристенными мо­ либденовыми электродами с развитой вертикальной по­ верхностью до 5000 кг/м2 в 1 сутки. При варке специаль­ ных сортов стекол удельный съем несколько снижается.

При горизонтальном расположении стержневых элек­ тродов отношение длины к ширине бассейна находится в пределах от 1,5:1 до 3:1. Ширина бассейна определяет­ ся длиной стержневых электродов. Для нормального протекания процесса стекловарения расстояние между засыпочной стеной и первым электродом должно состав­ лять 0,3—0,8 ширины бассейна, а глубина варочного бас­

201