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

При сжигании в горшковых печах жидкого топлива (мазута или нефти) его предварительно распиливают или испаряют. В большинстве случаев применяется распылительное сжигание топлива с помощью паровых, воздушных и механических форсунок. На небольших пе­ чах практикуется испарительное сжигание с использо­ ванием испарительных приспособлений, например спе­ циальных корытообразных колосников, образующих по­ верхность испарения топлива, либо капельниц, подаю­ щих топливо на раскаленную огнеупорную кладку или навстречу нагретому воздуху.

Опоры и каркас печи. Каркас рабочей камеры пред­ ставляет собой металлические колонны (стойки)— стальные балки или рельсы, на которых установлены связи, воспринимающие распор свода. Нижние концы стоек заделывают в кладку или фундамент на глубину 300—500 мм. Иногда нижние концы стоек в круглых пе­ чах схватывают бандажами, а в прямоугольных стя­ гивают связями.

Под печи иногда располагают на сплошном основа­ нии, называемом стулом. Часть нагрузки пода и нагруз­ ка стен и свода передаются на своды регенераторов или рекуператоров. В некоторых конструкциях печей ниж­ нее строение разгружают и отделяют от верхнего. В та­ ких печах под располагают на сводах, выложенных по балкам, или на больших кирпичных сводах, что откры­ вает доступ к отдельным частям печи.

Горшки для варки стекла в зависимости от размеров вырабатываемых изделий могут иметь вместимость 50— 880 кг. Чем меньше размер вырабатываемых изделий, тем меньше размер горшков, и наоборот. В горизонталь­ ном сечении горшки имеют круглую и реже овальную форму, а в вертикальном им придают форму усеченного конуса (утолщение внутрь) (рис. 17). Обычно приме­ няют горшки круглой формы, которые прочнее, чем овальные, хотя при такой форме хуже используется пло­ щадь пода печи. Применение же горшков овальной фор­ мы позволяет повысить производительность печи и уменьшить удельный расход топлива. Срок службы стек­ ловаренных горшков составляет 1,5—2 месяца. Это объ­ ясняется периодичностью процесса варки стекла в горш­ ковых печах, создающей очень трудные условия служ­ бы стекловаренных горшков. Горшки переносят ежесуточно резкие, разрушительно действующие, тер-

60

мическне толчки, поэтому их качеству должно быть уде­ лено особое внимание. От горшков в значительной сте­ пени зависит качество стекломассы. Их изготовляют

61

используют двухгоршковые или одногоршковые печи, отапливаемые жидким или газообразным топливом с по­ догревом воздуха или горючего газа в регенераторах или рекуператорах. На рис. 18 показана регенеративная двухгоршковая печь, обогреваемая мазутом. Стекло ва­ рится в горшках 1, помещенных в рабочей камере печи 2 на опорах 3, уложенных на под печи 4. В стенах печи имеются окна 5 для вставки горшков в печь и рабочие

окна 6 для загрузки шихты и выработки стекла. Сверху рабочая камера печи покрыта сводом 7, который иногда подвешивается на кронштейнах 8 обвязки печи, что об­ легчает ремонт нижних элементов печи. В своде преду­ смотрены отверстия для установки мешалок.

Мазут, предварительно нагретый, подается в печь ка­ пельниками 9, дающими ровное и мягкое пламя. Ка­ пельники состоят из изогнутых труб, размещенных в два ряда с каждой боковой стены печи. Изгиб труб образу­ ет гидравлический затвор, и газы из регенератора не могут выйти наружу через трубку капельника.

6 2

Мазут подается из напорного бака по трубам диа­ метром 50 мм через нагреватели и фильтры к приемной воронке капельника. Количество подаваемого мазута регулируется вентилем на трубе перед воронкой. Обыч­ но трубки капельников имеют диаметр 12 мм; одна трубка может пропускать около 12 л мазута в 1 ч. Ка­ пельники работают периодически — через каждые 30 мин происходит переключение.

Переводной клапан печи устанавливается так, что­ бы воздух подавался в регенератор со стороны действу­ ющих капельников, а дымовые газы проходили через ре­ генератор противоположной стороны в дымовую трубу. Каждый регенератор разделен на две камеры, и коли­ чество воздуха, протекающее через отдельные камеры, регулируется шиберами. В камеру 10 воздух должен по­ ступать в количестве, достаточном только для газифи­ кации мазута, вытекающего из капельника. Этот воздух нагревается при движении через горячую насадку реге­ нератора и за счет подъемной силы, возникающей вслед­ ствие разности температур нагретого и наружного воз­ духа, поднимается вверх навстречу струям мазута. Ма­ зут газифицируется, и горячие газы из камеры 10 посту­ пают в горелку 11 печи. В это время воздух, нагретый в камере 12, также направляется к горелке 11. Горючие газы, полученные при газификации мазута, и воздух из камеры 12 встречаются в горелке и сгорают в рабочей камере печи. Длина пламени регулируется подачей ма­ зута и воздуха так, чтобы горение завершалось у про­ тивоположной горелки 11'.

Продукты горения (отходящие газы) поступают в го­ релку 11', проходят камеры регенератора 10' и 12', на­ гревают их и через переводной клапан попадают в ды­ мовую трубу. Каждые 30 мин при помощи клапана ме­ няется направление воздуха и отходящих газов. Воздух поступает в нагретые камеры 10' и 12', а отходящие га­ зы поступают в охлажденные камеры 10 и 12 и нагре­ вают их.

Иногда горшки в печи лопаются, и стекломасса вы­ текает из них. Для сбора этой стекломассы под горел­ ками устраивают карманы 13 и 13'.

На рис. 19 изображена рекуперативная одногоршковая печь для варки оптического стекла, отапливаемая мазутом или газообразным высококалорийным топли­ вом.

63

Рекуператоры могут быть выполнены из керамичес­ ких элементов или металлических труб. Использование рекуператоров для подогрева воздуха дает возможность поддерживать стационарный температурный режим в рабочей камере печи.

Рис. 19. Одногоршковая рекуперативная печь

Технические характеристики различных горшковых печей (табл. 8) показывают, что наиболее производи­ тельны печи для производства листового зеркального стекла, другие показатели всех печей примерно одина­ ковы.

64

Тепловой к. п.д. горшковых печей не превышает 10%• На 1 кг сваренной стекломассы затрачивается до 83 000 кДж тепла. В табл. 9 приведен удельный расход тепла в зависимости от площади пода печи для горшко­ вых печей при производстве сортовой посуды. Из при­ веденных данных видно, что чем меньше площадь пода, тем больше удельный расход тепла. Площадь поверх­ ности стекла в горшках составляет примерно 25—50% площади пода печи.

§ 13. Варка стекла в горшковых печах

Стекольная шихта, загружаемая в стекловаренный горшок, и стекломасса получают тепло в основном за счет излучения от свода печи и частично за счет тепло­ проводности стенки горшка, обращенной к факелу пла­ мени. В круглых и прямоугольных горшковых печах с верхним и нижним пламенем стены горшков, обра­ щенных к стенам печи, не получают тепла, а скорее его отдают. В печах с верхним пламенем очень небольшая поверхность шихты получает тепло за счет конвекции. При таких условиях передачи тепла очень важное зна­ чение имеют теплопрозрачность стекломассы и высота расположения свода печи. При варке стекломассы с ма­ лой теплопрозрачностью необходимо применять низкие и широкие стекловаренные горшки, так как чем ниже теплопрозрачность, тем меньше толщина слоя, на кото­ рую будет действовать излучение. И, наоборот, при вар­ ке стекломассы с высокой теплопрозрачностью можно применять более высокие горшки. Свод в горшковых печах располагают как можно ближе к поверхности (зеркалу) стекломассы горшков, что способствует бо­ лее интенсивному прогреву горшков и находящихся в них шихты и стекломассы.

66

При варке стекла в горшковых печах все стадии про­ цесса стекловарения (силикатообразование, стеклообразование, осветление или дегазация и студка) осуществ­ ляются последовательно одна за другой в каждом

горшке.

Температурный режим варки стекла в горшковых пе­ чах должен быть построен таким образом, чтобы первые

Рис. 20. Кривая температурного режима горшковой печи для варки сортового стекла

стадии процесса стекловарения протекали интенсивно. Для этого необходимо плотно закрывать все окна и ме­ ста, через которые может засасываться холодный воз­ дух, и подводить максимально допустимое для данной печи количество тепла. При замедлении темпа варки стекла на первых ее стадиях, когда в шихте протекают эндотермические реакции, она не проваривается в до­ статочной мере. При этом уменьшается интенсивность выделения продуктов разложения компонентов шихты. Стекломасса делается вязкой, пузыри не могут через нее пройти, поэтому стадия осветления затягивается.

Перед началом варки стекла печь и находящиеся в ней горшки разогревают до температуры 1350—1400° С. Новый горшок загружают только одним боем стекла без шихты, в результате плавления которого на внутренней поверхности горшка образуется защитный слой глазу­ ри, предохраняющий его в дальнейшем от разрушитель­ ного действия щелочей, содержащихся в шихте.

На рис. 20 представлена кривая температурного ре­ жима горшковой печи для варки сортового стекла, в ко­ торой один цикл стекловарения продолжается 24 ч. В каждом цикле стекловарения горшки загружают ис­ ходным материалом четыре раза. Сначала засыпают только бой стекла, который проваривается при темпе­ ратуре 1400—1420° С в течение 2 ч, затем через каждые 2—4 ч 3 раза загружают шихту (песок, соду и другие компоненты) с некоторой добавкой боя стекла, и стекло­ варение продолжается уже при 1450—1470° С. Пример­ но через 5 ч после начала цикла стекловарения произ­ водят первое бурление стекломассы. Бурление может осуществляться газом, паром или погружением на дно горшка куска влажного дерева. Под воздействием выде­ ляющейся из дерева влаги стекломасса приходит в дви­ жение, перемешивается и приобретает однородность. При бурлении крупные пузыри паров, образовавшиеся внутри стекломассы из внесенной в нее влаги, встреча­ ются с мелкими газовыми пузырями, выделившимися в результате силикатообразования, и выносят их на по­ верхность (на зеркале стекломассы появляется пена). Таким образом, искусственно создаваемые крупные пу­ зыри паров являются побудителями перемешивания стекломассы и ускоряют удаление из нее мелких газо­ вых пузырей химического происхождения. После второй и третьей засыпок шихты в конце периода варки прак­ тикуется второе бурление.

Перед первым и вторым бурлением стекломассы температуру в рабочей камере печи несколько снижа­ ют, так как при бурлении очень жидкой стекломассы интенсивно образуется пена и стекломасса, не вмеща­ ясь в горшке, может стекать через его край на под печи. После второго бурления температуру в печи поднима­ ют до максимальной —1500° С, при которой в течение 2— 3 ч протекает период осветления. За периодом осветле­ ния следует период студки, продолжающийся около 2 ч,

68

в течение которых вследствие резкого сокращения по­ дачи топлива температура в печи снижается до 1260° С. Эта температура поддерживается в течение всего даль­ нейшего периода выработки стекломассы (около 8 ч). Примерно за час до окончания этого периода подачу топлива в печь постепенно увеличивают и температура в рабочей камере и регенераторах или рекуператорах начинает повышаться. В это же время увеличивают раз­ режение в печи подъемом шибера у дымовой трубы. При достижении в рабочей камере печи температуры, соответствующей началу периода варки, вышеописан­ ный цикл стекловарения повторяется.

Температурный режим варки стекла и температур­ ный максимум устанавливают для каждого состава стекла с учетом его химического состава, легкоплавко­ сти и агрессивности по отношению к огнеупорам. Так, при варке хрусталя или некоторых оптических стекол

свинцовой стекломассы с огнеупорным материалом сте­ нок горшков и появляется свиль, которая портит стек­ ломассу. При варке тугоплавких стекол, наоборот, обыч­ ные температуры варки (1480—1500° С) оказываются недостаточными.

Состав газовой среды и давление газов в печи под­ держивают в зависимости от состава стекла и требова­ ний, предъявляемых к стекловарению (окислительная, восстановительная и нейтральная среда). Окислитель­ ный режим достигается при сжигании топлива с повы­ шенным избытком воздуха, когда пламя топливного факела прозрачное, без видимых частиц углерода. Вос­ становительный режим получают при сжигании топлива с недостатком воздуха, и тогда пламя содержит части­ цы несгоревшего углерода.

Свинцовые и некоторые специальные стекла варят при окислительной среде, а большая часть цветных сте­ кол требует восстановительной среды. Одновременная варка в многогоршковых печах цветных и специальных стекол, различных по химическому составу и своим осо­ бенностям, нецелесообразна и даже вредна, так как ус­ ловия, необходимые для одного стекла, задерживают и ухудшают варку другого.

69