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

сейна 0,5—1,2 м. Высота стен варочного бассейна от зер­ кала стекломассы до пят свода для всех типов печей око­ ло 0,2—0,3 м.

Варочный бассейн от выработочного в электрических печах конструктивно разделяется так же, как в пламен­ ных печах. Свод варочного бассейна и вся кладка выра­ боточного бассейна должны быть тщательно изолиро­ ваны. Выработочный бассейн проектируют небольших размеров и даже с прямым поступлением стекломассы из протока в питатель стеклоформующей машины. Для поддержания в выработочном бассейне необходимого температурного режима во время разогрева печи преду­ сматривают установку в нем электродов, а также горелок для жидкого или газового топлива.

При теплотехническом расчете электрических печей обычными методами определяют расход тепла на стеклообразование и потери тепла в окружающую среду, а также на охлаждение электродов. В тепловых балан­ сах электропечей отсутствуют приходные и расходные статьи, связанные со сжиганием топлива.

Разница между расходом и приходом тепла АФ кВт и составляет тот тепловой поток, который должен быть получен за счет электроэнергии.

Коэффициент запаса К принимают равным 1,1—1,3. В выработочном бассейне тепло, вносимое горелками и электродами, должно компенсировать недостаток тепла.

Удельный расход электроэнергии для варки 1 кг стек­ ломассы равен:

мощностей всех частей печи в кВт; G 4 ■— производительность печи в кг/ч.

Удельный расход электроэнергии, по практическим данным, колеблется в широких пределах и тем меньше, чем больше производительность. В среднем он составля­ ет 1,1—1,2 кВт-ч/кг. Определением удельного расхода электроэнергии завершается теплотехнический расчет.

Электрическое сопротивление стекломассы R, пред­ ставляющей неоднородный проводник, зависит от ее

262

удельного электрического сопротивления и расположе­ ния электродов. Для пристенных электродов

где R — сопротивление в Ом; П{ — коэффициент, учитывающий неод­ нородность стекломассы («i = 1,05—1,1); I — расстояние между элект­ родами в м; F ст — площадь сечения стекломассы, перпендикулярно­ го направлению тока, в м2; р — удельное сопротивление стекломассы при данной температуре в Ом-м (1 Ом-см = Ю~2 Ом-м).

Для стержневых электродов одинакового диаметра

Значение R определяют для каждой группы электро­ дов, работающих в различных условиях, в том числе и при различной температуре стекломассы.

Удельное электрическое сопротивление стекломассы р зависит от химического состава стекла и его температу­ ры. Зависимость удельного электрического сопротивления от состава и температуры стекломассы приведена в табл. 18, а состав кальдийнатриевого стекла (Ca-Na) и

203

Рабочее напряжение и, В на электродах определяют по формуле

Обычно рабочее напряжение колеблется в пределах 30120 В. Сила тока I, А при рабочем напряжении и:

Допустимая плотность тока i определяется темпера­ турой стекломассы, ее составом и видом электродов. Плотность тока для стекла обычного состава и темпера­ туре 1400° С при использовании графитовых электродов составляет 0,3—0,6, молибденовых —1 и стальных—0,7— 0,8 А/см2 (1 А/см2= 10^4 А/м2) .

Для боросиликатных стекол при температуре около 1420° С для молибденовых электродов плотность тока 0,6 А/см2. При повышении температуры стекломассы до­ пустимая плотность тока увеличивается, а с понижением температуры уменьшается.

Требуемую рабочую площадь электродов Аэл, см2 оп­ ределяют по силе тока и допустимому значению плотно­

Полученные значения рабочего напряжения, плотно­ сти тока и площади электродов являются контрольными для проверки принятых размеров бассейна печи. При не­ обходимости изменяют линейные размеры бассейна, и расположение электродов и значения и, I и i рассчитыва­ ют вновь.

Глава X

МЕХАНИКА ГАЗОВ В СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧАХ

§ 45. Основы аэродинамического расчета стекловаренных печей

Стекловаренные печи в основном обогреваются газа­ ми — продуктами сгорания газообразного топлива. В ра­ бочей камере печи эти газы отдают часть своего тепла

204

шихте и стекломассе. Передача тепла, а следовательно,- процесс варки и производительность печей зависят от скорости, направления и характера движения газовых потоков. От этих же факторов зависят и интенсивность теплообмена и распределение температур и давлений в рабочей камере.

Газы, отводимые из рабочей камеры, имеют высокую температуру, и их направляют в устройства для исполь­ зования тепла (регенераторы и рекуператоры). Работа этих устройств будет эффективной только при правиль­ ном распределении в них нагреваемых и нагревающих газов, движении их с определенной скоростью и при тре­ буемых направлении и объемах газовых потоков.

Движение газов в печах бывает е с т е с т в е н н о е , если оно происходит вследствие разности плотностей газов из-за разности температур в различных участках печи, или п р и н у д и т е л ь н о е , если оно вызвано воз­ действием внешних сил (вентилятора, дымососа, давле­

режим переходит в турбулентный при достижении скоро­ сти ®Кр, соответствующей определенному значению чис­ ла Рейнольдса. Число (критерий) Рейнольдса характе­ ризует отношение сил инерции к силам вязкости:

Устойчивый ламинарный или турбулентный режим движения наступает на определенном расстоянии от входа газа в канал. Движение газов в круглой трубе без турбулизирующих устройств является ламинарным при зна­ чении Re=2320, при более высоких значениях Re дви­ жение газов турбулентное.

Критическая скорость газов wKр, м/с, выше которой наблюдается турбулентное движение, определяется по формуле

205

(37)

Поэтому для прямого канала Re,ф= 2320. Ламинар­ ный характер движения потока газа в печных каналах наблюдается сравнительно редко. Из-за наличия в ка­ налах шероховатостей, выступов, из-за частых измене­ ний направления и размеров поперечного сечения в большинстве каналов и в других частях печи наблюдает­ ся турбулентное движение'газов.

При расчете и конструировании стекловаренных пе­ чей определяют значения сопротивлений движению га­ зов в каналах и их элементах, что необходимо для вы­ бора оптимальных их размеров, подбора устройств, ис­ пользуемых для перемещения газов, а также определе­ ния расхода электроэнергии, необходимой для их пере­ мещения.

Полное сопротивление печи Ар, Па слагается из потерь давления на местные сопротивления (Арм), от трения (АрТр) и связанных с преодолением геометриче­ ской разности давлений (Арт) :

Для обеспечения нормальной работы печи, а также при засорении каналов и для компенсации неучтенных сопротивлений вводят коэффициент запаса К — 1,2... 1,4:

При определении потерь давления на пути движения отходящих газов учитывается сопротивление всего дымо­ вого тракта до дымовой трубы, а также сопротивление самой дымовой трубы. Количество отходящих газов и их температура на различных участках принимаются с учетом количества подсасываемого воздуха. Последнее на пути от переводных клапанов до дымовой трубы со­ ставляет 10—25%.

Приблизительную температуру отходящих газов пос­ ле подсоса холодного воздуха tor , °С определяют по

формуле

гд е а — проц ен т п о д са сы в а е м о го в о зд у х а .

206

При определении местных сопротивлений в расче­ тах учитывается изменение объема газов, скорости и плотности в зависимости от температуры.

Изменение объема Vt, м3/с в зависимости от темпе­ ратуры определяют по формуле

Средняя действительная скорость Wt, м/с в сечении канала площадью F, м21равна:

Изменение плотности газа р<, кг/м3 в зависимости от температуры:

* = (43)

* t

При скорости газового потока Wt местные сопротив­ ления Дрм, Па характеризуются коэффициентом сопро­ тивления £, зависящим от размеров и конфигурации ка­ налов. Потеря давления при местных сопротивлениях равна:

Расчет местных сопротивлений движению отходя­ щих газов ведетсяобычно табличным способом. На стр. 208 приведена форма для расчета местных сопро­ тивлений на пути движения отходящих газов при про­ хождении их через газовый регенератор для ванной печи листового стекла, отапливаемой генераторным газом.

Местные сопротивления Дрм для таких ванных печей на пути движения отходящих газов, проходящих через газовый регенератор, составляют 180—200 Па

(18—20 мм вод.ст.).

207

Сопротивление от трения зависит от характера движения газового потока и шероховатости стен кана­ лов. При ламинарном движении потока поверхность стен канала не влияет на сопротивление потока, а при тур­ булентном — сопротивление от трения зависит от ше­ роховатости стен.

Форма для расчета местных сопротивлений движению отходящих газов, проходящих через газовый регенератор

Потерю давления от трения Л/?тр, Па определяют по формуле

208

Значение £ для кирпичных каналов принимают равным 0,05, а для металлических: слабоокисленных 0,035—0,04, чистых 0,025, бывших долго в употреб­ лении и покрытых отложениями 0,045, При небольшой длине каналов и при малых скоростях газового потока сопротивлением трения можно пренебречь.

Обычно в печах значения сопротивлений от тре­ ния Аргр значительно меньше значений местных сопротивлений и составляет 20—30 Па (2—3 мм вод. ст.).

Для расчета геометрической разности давлений Арг в регенеративных и рекуперативных ванных печах общую высоту по пути движения воздуха, генераторного газа и отходящих газов разбивают на три участка: I — высота от середины подающего канала до насадки регенератора или до рекуперативных элементов; II — высота насадки регенератора или высота всех рекуперативных элемен­ тов; III — высота от насадки регенератора или рекупера­ тора до середины вылета. При расчете разрежения, требуемого для опускания отходящих газов, необходи­ мо высоты принимать от замка свода или верхней точки горелок до самой низкой части пода канала. Если на данном участке геометрическая разность давлений содействует движению газов, то его значение берется со знаком минус, и если противодействует — то со знаком плюс.

Геометрическая разность давлений Арг, Па, необхо­ димая для опускания отходящих газов до пода дымового

через воздушный регенератор рассчитывают аналогич­ но, но они будут значительно меньше, так как площади сечений его каналов больше, чем в газовом регенераторе.

Высота дымовой трубы определяется по максималь­ ному общему сопротивлению на пути отходящих газов при прохождении их через газовый регенератор, перевод­ ной клапан и дымовой канал.

При определении сопротивлений движению воздуха к печи расчет производят по такой же форме, как и для отходящих газов.

Для расчета высоты дымовой трубы Ятр, м исполь­ зуют формулу

й ( р ? - Р ? )

где ДР — необходимое разрежение е учетом запаса в Па; g — уско­ рение свободного падения в м/с2; р” — плотность воздуха при макси­

мальной для данного района летней температуре в кг/м3; — плот­

ность отходящих газов при средней температуре в дымовой трубе в кг/м3.

В аэродинамических расчетах учитывают падение температуры отходящих газов в каналах вследствие от­ дачи тепла в окружающую среду (табл. 20).

налах 0,5—1 и в надземных— 1,5—3 м/с.

Падение температуры отходящих газов в дымовых трубах: железных нефутерованных 2—4, кирпичных 0,5—2,5 °С/м. Средняя температура отходящих газов в дымовой трубе /£рг для ванных и горшковых печей

150—400° С.

Высота дымовой трубы должна быть на 3 м выше конька крыши самого высокого здйния в радиусе 100 м, но не ниже 16 м. Для горшковых и ванных печей высота дымовых труб 30—80 м. На рис. 76 приведен график для определения высоты трубы в зависимости от требуе­ мого разрежения Ар, средней температуры отходящих

210