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

В горшковых печах обычно поддерживают избыточ­ ное давление газов 5—15 Па (0,5—1,5 мм вод. ст.), что­ бы не допустить снижения температуры, так как при раз­ режении засасываемый в печь воздух понижает темпера­ туру в рабочей камере.

В горшковых печах тепло, излучаемое от факела и кладки, передается шихте и стекломассе через откры­ тую поверхность горшков, а также через их боковые стенки. Температура стекломассы в горшках неравно­ мерна в горизонтальном сечении, так как стенка горш­ ка, обращенная в сторону кладки печи, имеет более низкую температуру, чем стенка, обращенная внутрь пе­ чи. В результате неравномерного нагрева стекломассы у стенок горшка возникают конвекционные потоки стек­ ломассы, которые опускаются у более холодных стенок и поднимаются у более горячих. Движение конвекцион­ ных потоков в какой-то степени усредняет температуру стекломассы в горшке.

При эксплуатации горшковых печей необходимо строго поддерживать заданный температурный режим и не допускать чрезмерного повышения температуры в пе­ риод варки и понижения в период выработки изделий. Нарушение температурного режима приводит к более быстрому изнашиванию горшков, горелок и насадок регенераторов. При частичном выходе из строя этих эле­ ментов производят горячий (без значительного охлаж­ дения) ремонт печи, который обычно совмещают со сме­ ной горшков. Горячий ремонт горшковой печи заключа­ ется в смене горелочных брусьев, заделке изъеденных участков пода и частичной смене насадок регенерато­ ров. При хорошем качестве огнеупорных материалов и нормальной эксплуатации печь может работать без хо­ лодного ремонта 1,5—2 года.

При остановке печи на холодный ремонт полностью меняют все изношенные элементы. После завершения холодного ремонта или по окончании строительства но­ вой печи ее разогревают (выводят) по определенному температурному графику. Полная длительность вывод­ ки 4—5 суток. Скорость выводки больших горшковых печей составляет при температурах 200—480, 480—815 и 815—1100° С соответственно 12, 10 и 20°С/ч. Горшки вставляют в печь при температуре в рабочей камере 1100° С и после этого повышают ее до температуры, тре­ буемой для варки.

70

Для горшковых печей овальной (эллипсоидной) фор­ мы, состоящей из двух полуокружностей, соединенных прямоугольником, диаметр полуокружностей (ширина камеры) на уровне верха горшков D в м составляет:

где L — длина прямой части пода печи на уровне верха горшков в м.

Для определения других размеров рабочей камеры горшковых печей основываются на следующих практи­ ческих данных:

1) в печах с нижним направлением пламени рассто­ яние от внешнего края горшка до края горелки (ка­ ди) — не менее 200—300 мм;

2)расстояние от внешнего края горшка до внутрен­ ней поверхности стены с выработочными окнами — не более 50 мм, до противоположных стен в 1- и 2-горшко- вых печах 200—400 мм;

3)расстояние между двумя соседними горшками (на

уровне верха горшков), устанавливаемых вручную,— 50—150 мм, расстояние между противоположными горш­ ками в 4—6-горшковых печах 200—1000 мм;

4) высота от пода рабочей камеры до основания выработочного окна — не менее высоты горшка;

5)высота рабочих окон 300—400 мм; высота газо­ вого пространства над горшками в самой высокой точ­ ке равна приблизительно наружной высоте горшка. Об­ щая высота рабочей камеры горшковых печей от пода печи до замка свода колеблется в пределах 1,2—1,7 м;

6)уклон пода от центра печи к периферии (стенам)

25—30 мм на 1 м длины; 7) наклон стен (окружки) к центру печи ~85°.

Теплотехнический расчет горшковых печей заключа­ ется в определении расхода топлива методом теплового баланса, причем тепловые балансы составляют отдель­ но для пяти периодов работы печи: нагрева, варки, ос­ ветления, студки и выработки. Продолжительность все­ го цикла стекловарения и каждого периода зависит от состава стекла. Для составления теплового баланса пе­ риодов стекловарения должны быть известны вид топли­ ва, размеры рабочей камеры печи и горшков, продол­

72

жительность всего цикла стекловарения и каждого пе­ риода, температурная кривая с пределами температур для периодов, температуры внутренней и наружной по­ верхностей рабочей камеры печи. Расход топлива мо­ жет быть определен по статистическим данным. В этом случае общий расход тепла в горшковых печах обычно относят к единице площади пода и выражают в виде количества потенциального тепла топлива, вводимого в

печь. По статистическим данным поверхностная плотность теплового потока составляет 93—150 кВт/м2.

Г л а в а V

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВАННЫХ ПЕЧЕЙ

Ванная стекловаренная печь представляет собой сложный теплотехнический агрегат, конструкция кото­ рого зависит от способа обогрева, направления движе­ ния газов, способа разделения бассейна и пламенного пространства. Она состоит из рабочей камеры, горелок, устройств для использования тепла отходящих газов (ре­ куператоров или регенераторов), переводных клапанов, фундаментов, опор и каркаса.

Обычно различают верхнее и нижнее строение ван­ ной печи. Верхнее строение состоит из рабочей камеры и горелок, а нижнее, соединенное каналами с верхним, включает теплоиспользующие устройства, каналы для отвода отходящих газов, фундамент и стены или колон­ ны, поддерживающие верхнее строение.

§ 15. Рабочая камера

Рабочая камера ванных печей состоит из бассейна— ванны, заполненной стекломассой, и газового пламен­ ного пространства, находящегося над ним. В бассейне ванных печей непрерывного действия различают техно­ логические зоны варки, осветления, студки и выработки, которые располагаются одна за другой на различных

73

I

участках по длине бассейна. Часть бассейна, в которой размещены зоны варки и осветления, называют вароч­ ной или отапливаемой, а часть, где находятся зоны студки и выработки, — выработочной. В варочной части бассейн имеет прямоугольную форму, в выработочной— полукруглую или другую, наиболее удобную для присое­ динения стеклоформующих машин, вырабатывающих стеклоизделия.

Бассейн располагается обычно на самостоятельном фундаменте. Для загрузки шихты в торце бассейна со­ оружают широкие выступающие карманы. Бассейн ван­ ных печей выкладывают из крупных огнеупорных брусь­ ев, которые должны иметь хорошо обработанные, строго прямоугольные грани.

Дно бассейна выкладывают из многошамотных брусьев размером 300Х400ХЮ00 мм (иногда меньше). Длинная сторона брусьев должна быть параллельна продольной оси бассейна. Толщина дна 300 мм. Дно мо­ жно также выкладывать из брусьев толщиной 200 мм, перекрывая их плитками из высокостойкого литого огне­ упорного материала толщиной 100 мм и размером в пла­ не 500X400 мм. При кладке плиток предусматривают температурные швы.

Стены бассейна сооружают из различных огнеупор­ ных брусьев, например каолиновых, высокоглиноземи­ стых и электроплавленых, которые обычно имеют раз­ мер 250X300 (или 400)Х500 мм. Размер бруса 250X300

соответствует толщине стен, а 500 — высоте. Кварцевые брусья имеют другие размеры: толщину 80—100 мм, длину 600—1000 мм и ширину 250 мм. Целесообразно применять для кладки стен бассейна брусья размером, соответствующим высоте ванны. Увеличение высоты сте­ новых брусьев уменьшает длину горизонтальных швов, которые интенсивно разъедаются стекломассой.

В настоящее время верхний ряд стен варочного бас­ сейна в зоне максимальных температур, а иногда и всю стену выкладывают из электроплавленых огнеупоров — бакора-41, бакора-45, корвишита и ЦАК-1711. Для клад­ ки стен бассейна в студочной и выработочной частях также широко используют электроплавленые огнеупо­ ры — бакор-33, ЦАК-1681.

Донные и стеновые брусья примыкают друг к другу насухо, причем швы между ними имеют ширину не бо­ лее 1 мм. Чтобы уменьшить разъедание огнеупора стек-

74

под пяту; 8 — верхняя

б — ди нас; к — кварц

75

ломассой в швах, стеновые брусья выкладывают вперевязку и искусственно охлаждают.

Для кладки стен и дна бассейна в местах изменения его конфигурации применяют брусья специальных фасо­ нов и размеров.

Пламенное пространство печи, расположенное над бассейном, ограничивается подвесными стенами и сво­ дом. Обычно пламенное пространство должно быть на 100—300 мм шире бассейна для установки металличес­ ких опор снаружи бассейна.

В современных ванных печах стены и свод пламенно­ го пространства имеют самостоятельные (а не общие) металлические опоры. Наиболее распространенные кон­ струкции узлов подвески свода и стен пламенного про­ странства и крепление стен бассейна ванной печи при­ ведены на рис. 21. Самостоятельная подвеска частей пе­ чи дает возможность производить их ремонт независимо друг от друга и в различное время. Между подвешенны­ ми стенами и бассейном остается по вертикали щель шириной 80—120 мм, которая используется для наблю­ дения за печью. Для уменьшения тепловых потерь эту щель закладывают шамотным кирпичом, уложенным плашмя или на ребро (заклинок).

В подвесных стенах пламенного пространства уст­ раивают отверстия для загрузки шихты в бассейн (за­ грузочный карман), подачи топлива и воздуха и отвода газов (влеты горелок), окна для выработки стекла и ок­ на для установки приборов контроля. Большие отвер­ стия для вставки лодок, загрузки шихты закрывают за­ слонками из огнеупорного материала, подвешиваемыми на блоках с помощью тросов, на конце которых закреп­ ляют противовесы.

Подвесные стены выкладывают обычно из крупного динасового кирпича толщиной 120 мм на жидком ди­ насовом растворе. Толщина швов кладки допускается не более 2 мм. Толщина стен составляет 500—600 мм. В малых печах стены могут быть и тоньше—300— 380 мм. В печах прямого нагрева динасовые стены снаб­ жают тепловой изоляцией из динасового или шамотного легковеса.

Стены пламенного пространства располагают на чу­ гунных плитах (лафетах), опирающихся на кронштей­ ны 2, которые закреплены на металлических колоннах обвязки 1 (см. рис. 21). Лафеты обычно имеют сечение

76

240X40 мм. Для предохранения от непосредственного действия излучения пламени лафеты перекрывают фа­ сонными динасовыми брусьями с выступами — зубья­ ми 4.

Главный свод печи выкладывают из ровного и клино­ вого динасового кирпича. Кладку свода на крупных пе­ чах выполняют в виде отдельных секций длиной по 3— 6 м, отделенных друг от друга температурными швами

Рис. 22. Температурные швы

I — тем пературны й ш ов; 2 — свод; 3 — торцовая стена; 4 — боковая стена; 5 — кирпич на п.лашку

шириной 50—80 мм, которые закрываются при нагрева­ нии динаса вследствие его расширения. Толщина сво­ дов при длине пролета до 4 м, от 4 до 6 м и от 6 до 10 м составляет соответственно 230—250, 300 и 360—400 мм. Для уменьшения тепловых потерь свод изолируют в уча­ стках, где не наблюдается сильный износ.

Устойчивость свода зависит от величины его стрелы подъема. В печах с поперечным направлением пламени стрела подъема свода составляет Vs—7э, а в печах с под­ ковообразным направлением пламени — 77—Vs длины пролета. Сооружение сводов начинают с укладки пят. Пята свода лежит во всю длину на уголке и швеллере, в свою очередь имеющем местные опоры на кронштейнах колонн (см. рис. 21).

Кладка различных элементов печи должна иметь воз­ можность свободно расширяться при нагревании, иначе

77

она может выпучиться и разрушиться. Для расширения кладки -при нагревании предусматриваются температур­ ные швы (рис. 22). Размеры температурных швов зави­ сят от вида материала кладки и его температуры нагре­ ва. Они должны выполняться без ослабления прочности и без нарушения ее газоплотности. В однослойных сте­

кальными стенами швы перекрывают кирпичом на плашку (рис. 22,г). Пространство температурных швов часто заполняют влажной огнеупорной массой с 20— 30% асбеста (по объему). В стенах и сводах длиной до 6 м температурные швы устраивают только в углах стен и по торцам сводов, при большей длине — посередине

Горелки стекловаренных печей являются аппаратами для приема и смешения топлива и воздуха и подачи сме­ си в пламенное пространство, а также для организа­ ции факела и отвода отходящих газов.

Для обеспечения максимальной передачи тепла зер­ калу стекломассы и требуемого состава газовой среды факел пламени должен иметь определенную длину, све­ тимость, настильность и жесткость.

Для сжигания газообразного топлива в стекловарен­ ных печах обычного типа используют факельные горел­ ки, в которых горючий газ и подогретый воздух смеши­ ваются в процессе горения. Преимущества факельных горелок: возможность создания факелов с необходимы­ ми размерами и свойствами, надежность работы, широ­ кие пределы регулирования. Горение происходит с ко­ эффициентом избытка воздуха а=1,05—1,3.

В горелках существующих конструкций генератор­ ный газ сжигается достаточно полно, так как газ и воз­ дух, подогретые до определенной температуры (900— 1000°С), постепенно хорошо смешиваются в соотноше­ нии от 1 : 1 до 1 : 1,5. Горение протекает с малым избыт­ ком воздуха, и образуется светящийся факел необходи­ мых размеров и свойств.

78

Условия факельного сжигания высококалорийного газа сложнее, чем генераторного, так как в этом случае малый объем холодного горючего газа необходимо сме­

раемых составных частей даже при значительном коэф­ фициенте избытка воздуха.

Для получения светящегося факела при сжигании вы­ сококалорийного газа следует использовать факельные . горелки, в которых газ подается с небольшой скоростью и, постепенно сгорая, разлагается с выделением значи­ тельного количества сажи.

В регенеративных ванных стекловаренных печах са­ мой распространенной конструкцией является кирпич­ ная шахтная факельная горелка, позволяющая получать факел пламени заданных параметров.

Шахтные горелки ванных печей, отапливаемых ге­

которые топливовоздушная смесь поступает в пламенное пространство. Для уменьшения сопротивления движе­ нию газов в каналах срезают острые углы на поворотах. Ширина газовых и воздушных каналов обычно делает­ ся одинаковой. Горизонтальные каналы горелок по на­ правлению к влету расширяют для увеличения площади покрытия пламенем зеркала стекломассы, а вертикаль­ ные каналы постепенно расширяют книзу для улучше­ ния распределения отходящих газов в насадках регене­ раторов. Длина участка смешения топлива с воздухом со­ ставляет 1,3—1,8 м и определяется длиной языка: чем он короче, тем длиннее участок смешения, полнее переме­ шивание топлива с воздухом и короче пламя топливного факела. При увеличении длины языка сокращается уча­ сток смешения (смесительная камера расположена ме­ жду языком и стенкой печи) и топливный факел стано­ вится длиннее.

Соотношение топлива и воздуха регулируют шибера­ ми, установленными в вертикальных каналах. Свод го­ релки должен быть наклонным, чтобы направить топ­ ливный факел на поверхность зеркала стекломассы под углом 20—30°. Это улучшает теплообмен.

79