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

Топливо и воздух движутся по вертикальным кана­ лам со скоростью 2,5—4 м/с в печах с поперечным на­ правлением пламени и 5—8 м/с в печах с подковообраз­ ным. На входе в смесительную камеру скорость топлива и воздуха составляет 6—10 м/с, их потоки встречаются под углом 15—25°.

В регенеративных ванных печах, отапливаемых гене­ раторным газом, газ и воздух подводятся в камеру сме­ шения параллельными каналами, причем воздушные ка­ налы располагают над газовыми. Струя газа, располо­ женная ниже воздушной, как более быстро нагреваю­ щаяся (менее лучепрозрачная), стремится подняться вверх и поэтому хорошо смешивается с воздушной стру­ ей. При обратном расположении каналов струйки газа поднимаются вверх, что создает большую неполноту сгорания при одновременном увеличении светимости и излучения факела.

В регенеративных ванных печах, отапливаемых вы­ сококалорийным газом, шахтные факельные горелки имеют только воздушные вертикальные кирпичные кана­ лы, соединяющие горелку с регенераторами, а топливо подводится в камеру смешения металлическими трубка­ ми или форсунками, которые располагают вблизи выход­ ного отверстия (влета) горелки. Скорость воздуха в вер­ тикальных и горизонтальных каналах принимают такую же, как и при сжигании генераторного газа, или на 10— 20% меньше.

Существует несколько способов ввода природного газа в камеру смешения горелки: боковой двусторонний и односторонний: снизу у ступени горелки; сверху через свод; со стороны торцовой стенки горелки и др.

Для ванных печей с поперечным направлением пла­ мени наиболее часто используют шахтные горелки с бо­ ковым двусторонним вводом топлива (рис. 23). Факел пламени, образующийся при такой подаче горючего га­ за, имеет достаточную длину и необходимую температу­ ру, что обеспечивает максимальную теплоотдачу зерка­ лу стекломассы.

В малых регенеративных печах с подковообразным направлением пламени, если невозможен двусторонний ввод природного газа, последний подводят сбоку с од­ ной стороны.

При необходимости получения длинного светящегося факела в регенеративных печах с поперечным и подково-

80

о

СО

о

СО

00

образным направлением пламени, а также в рекуператив­ ных топливо вводят снизу у ступени выстелки горелки. Ступень замедляет смешивание газа и воздуха, и в этих условиях метан (основная составляющая природного газа) успевает разложиться с выделением сажи, кото­ рая примешивается к газу. В результате такого горения

свод горелки и с торцовой стенки. Факел пламени имеет неравномерную температуру по длине и недостаточно полно покрывает зеркало стекломассы, что ухудшает теплообмен.

При сжигании природного газа для хорошего смеше­ ния его с воздухом и получения светящегося факела вы­ ходное сечение газового сопла форсунки должно со­ ставлять 30—60 мм, что соответствует скорости истече­ ния газа 30—35 м/с.

При использовании для обогрева ванных стеклова­ ренных печей обычного типа вместо природного газа жидкого топлива его распыляют компрессорным возду­ хом или паром с помощью форсунок. При подводе жид­ кого топлива под горелку (в области заклиночных от­ верстий) получают длинный светящийся настильный факел. Форсунки бывают высокого (воздушные и паро­ вые) и низкого давления. Первые используют для обо­ грева стекловаренных печей, а вторые — для обогрева машинных каналов.

Встекловаренных печах, имеющих секционные реге­ нераторы, регулирование работы горелок, ремонт и их смена на ходу значительно облегчаются, так как от­ дельные горелки обслуживаются самостоятельными ре­ генераторами.

Впечах прямого нагрева при отоплении их высоко­ калорийным природным газом применяют металличес­ кие горелки полного смешения — короткофакельные инжекционные, которые позволяют работать с минималь­ ным коэффициентом избытка воздуха а=1,02—1,1, развивать высокие температуры, достигать полного сго­ рания газа в малых объемах и поддерживать постоян­ ство соотношения газа и воздуха. Для сжигания газа в

этих горелках используют холодный или подогретый до 300—500° С воздух. Газ должен иметь достаточно высо­

S2

кое избыточное давление (40—50 кПа), чтобы подсосать для сжигания все необходимое количество воздуха.

В короткофакельных горелках, применяемых для обогрева печей прямого нагрева, диаметр сопла состав­ ляет 15—20 мм, и струя газа вытекает из него с боль­ шой скоростью—200—300 м/с, что обеспечивает хоро­ шее смешивание газа с воздухом.

Скорость истечения топливовоздушной смеси (гене­ раторного газа и воздуха) из влетов горелок в пламен­ ное пространство печи может быть определена по фор­ мулам, предложенным Д. Б. Гинзбургом:

50—60% длины отапливаемой части бассейна. Площади сечений влетов горелок по длине бассейна неодинаковы, так как через горелки, расположенные над шихтой (зона варки), подается значительно больше газа и воздуха, чем через горелки зоны осветления, несмотря на то, что температура в зоне осветления выше.

При расположении горелок вдоль оси бассейна дли­ на факела пламени должна быть такой, чтобы горение полностью заканчивалось у влета противоположной го­ релки, т. е. она равна приближенно ширине печи.

При поперечном направлении пламени влеты горе-

Лок располагают на некотором расстоянии от торцовой стены во избежание ее разгара. При ширине печи 4 м это расстояние составляет 0,5—0,7 м, а с увеличением ширины печей доходит до 1,1—1,2 м. Расстояние между вертикальными каналами в малых печах 1—1,1 м и в крупных 1,3—1,5 м. Между кладкой горелки и бассей­ ном оставляют расстояние 1,5—1,8 м, а при отсутствии вертикальных каналов — 2—2,5 м. В малых печах ширина влетов 0,7—0,9 м, а в крупных доходит до 2 м. Подъем свода горелки Vs ширины влета. В малых пе­ чах высота влетов 0,4 м и с увеличением размеров печей доходит до 0,7 м.

В печах с подковообразным пламенем небольшой длины (2—4 м до ограждения) расстояние от влета до продольной стены составляет 0,3—0,4 м. Оно доходит до 0,5—0,6 м в больших печах. Ширина простенка меж­ ду влетами максимально 0,45—0,55 м. Для кладки ка­ налов, сводов и влетов горелок используют высокоогне­ упорные материалы—динасовые и циркониево-глино­ земистые (бакор-33 и бакор-41). Кладку горелок по­ крывают двухслойной тепловой изоляцией из одного слоя огнеупорного легковеса и одного слоя трепельного кирпича.

§17. Обвязывающий каркас.

Опоры. Фундамент

Обвязывающий стальной каркас печи служит для во­ сприятия усилий от распора сводов и давления стекло­ массы, предупреждения разрушения кладки при измене­ ниях температуры, а. также для подвески свода и стен пламенного пространства. Обычно обвязывающий кар­ кас состоит из вертикальных металлических колонн (прокатный профиль), стянутых связями вверху и вни­ зу. Часто колонны в нижней части закрепляют наглухо, а вверху предусматривают крепление, регулируемое с помощью связей из круглой или полосовой стали.

Различают нижнюю и верхнюю обвязку рабочей ка­ меры печи. Нижняя обвязка крепит колонны (стойки) у дна, а верхняя — колонны у свода и воспринимает в ос­ новном распор свода.

При разогреве печей динасовые своды расширяются и происходит усадка кладки бассейна. Поэтому предус­ матривают возможность гибкой регулировки обвязки печи.

84

Верхние связи колонн, воспринимающие распор сво­ да, дают возможность регулировать затяжку свода, что необходимо при выводке и остановке печи. Регулирова­ ние обычно производят вручную.

Распор свода воспринимается вертикальными колон­ нами через специальные детали — уголок и швеллер, со­ единенные между собой в различных комбинациях, на которых лежат пяты свода (см. рис. 21). Опорные угол­ ки и швеллеры лежат на чугунных кронштейнах, закреп­ ленных на колоннах. Аналогично подвешивают и дина­ совые стены пламенного пространства.

Обвязка бассейна воспринимает давление стекломас­ сы и должна легко сниматься при горячем ремонте. Она состоит из упорных болтов с развилкой, зажимающей уголок, которым обвязан бассейн (см. рис. 21).

Дно бассейна обвязывают таким образом, чтобы его затяжку можно было регулировать, не изменяя положе­ ния колонн.

Горелки ванных печей обвязывают уголками или бал­ ками, установленными вертикально (см. рис. 21). Горло­ вина горелок подвешивается на конструкции, имеющей опоры на стойках горелок и колоннах рабочей камеры печи.

Обвязка выработочных частей печи, например машин­ ного канала, подобна обвязке самих печей.

Кладка стекловаренных печей опирается на фунда­ мент непосредственно или через промежуточные опоры. Фундаменты выполняют из бетона, железобетона или бу­ тового камня. Наибольшее распространение имеют бе­ тонные фундаменты. Площадь основания фундамента зависит от нагрузки печи и допустимых давлений на грунт. Толщина (высота) фундамента обычно составля­ ет для оснований под стены регенераторов не менее 0,4 м, а для колонн под ванными печами — 0,6 м и более и под каналами не менее 0,12 м. Допустимая температу­ ра прогрева фундамента не выше 300° С. В фундаменте предусматривают гнезда для колонн обвязки регенера­ торов и рекуператоров.

Масса кладки каналов и регенераторов непосредст­ венно воспринимается фундаментами, масса самой печи передается на фундамент через промежуточные опоры. Опорные столбы (колонны) для дна бассейна ванных печей выкладывают из строительного кирпича на цемент­ ном растворе с толщиной шва не более 8 мм. Для созда­

85

ния жесткости конструкции между опорными столбами

вних (на высоте около 5 м от основания) закладывают

впродольном и поперечном направлениях стальные дву­

тавровые балки.

§18. Искусственное охлаждение

итепловая изоляция ванных стекловаренных печей

Искусственное охлаждение элементов ванных стекло­ варенных печей способствует понижению температуры на поверхности огнеупора, соприкасающейся со стекло­ массой. При понижении температуры создается пристен­ ный слой вязкой стекломассы, защищающий огнеупор от дальнейшего разъедания.

Искусственному охлаждению подвергают наиболее изнашивающиеся части бассейна — стены варочного бас­ сейна, особенно со стороны загрузочной части бассейна, углы загрузочного кармана и проток. Кроме того, охлаж­ дают и наиболее изнашивающиеся участки кладки пла­ менного пространства — стык горелок и свода, пятовые балки, разделительные языки горелок.

Искусственное охлаждение является достаточно эф­ фективным только при износе огнеупоров до определен­ ной величины. Чем меньше толщина бруса и выше его теплопроводность, тем больший эффект дает искусствен­ ное охлаждение. При использовании для кладки бассей­ на циркониево-глиноземных брусьев (бакор-33, корхарт), которые в 3 раза лучше проводят тепло, чем шамот, воз­ душное охлаждение действует более эффективно с само­ го начала кампании печи. При значительной толщине и небольшой теплопроводности брусьев температура внут­ ренней поверхности бруса и потери тепла через него ма­ ло зависят от способа охлаждения наружной поверхно­ сти брусьев. При неизолированных огнеупорах макси­ мальной температурой огнеупорных брусьев с наружной стороны кладки считается 350° С. Температура наруж­ ной поверхности брусьев возрастает с уменьшением тол­ щины бруса и значительно изменяется в зависимости от способа охлаждения. При надежном охлаждении можно не применить для кладки верхнего ряда бассейна бру­ сья большой толщины. Система охлаждения зависит от конструкции ванной печи, ее производительности и тем­ пературного режима, а также от конструктивных осо­ бенностей участков печи, подлежащих охлаждению.

86

Для искусственного охлаждения ванных печей при­ меняют воздушное, водяное или комбинированное водо­ воздушное охлаждение. Наибольшее распространение по­ лучило воздушное охлаждение ванных печей.

П ри во з д у ш н о м о х л а ж д е н и и (рис. 24) хо­ лодным воздухом с помощью сопл 1 с щелевидными от­ верстиями обдувается наружная поверхность верхнего ряда огнеупорных брусьев, в результате чего на проти­ воположной (горячей) поверхности этих брусьев образу­ ется корка застывшего стекла 2, а на горячей стороне

Рис. 24. Воздушное охлаждение стен бассейна ванной печи

нижних рядов брусьев — вязкая малоподвижная пленка стекломассы 3. Сопла направляют под углом 30° к гори­ зонтали. Скорость подачи воздуха 30—40 м/с. При зна­ чительном разъедании брусьев используют воздушное дутье высокого давления, при котором скорость воздуха составляет 60—70 м/с.

Для участков бассейна печи, подверженных очень сильному износу (проток, углы загрузочного кармана), расход воздуха на 1 м кладки составляет 1,3—2 м3/с, для участков, подверженных значительному износу, не ме­ нее 0,7—0,8 м3/с и для участков с малым износом — 0,25—0,35 м3/с. Давление воздуха у места выхода

87

сопл) является установка вокруг стен бассейна на уров­ не первого ряда брусьев металлических кожухов, через которые продувается холодный воздух. Этот способ тре­ бует большого расхода воздуха и не обеспечивает рав­ номерного охлаждения брусьев, так как воздух может подаваться только с одного конца кожуха.

(см. рис. 27)

Для равномерного распределения воздуха при воз­ душном охлаждении кладки печи в основном используют мощные централизованные вентиляторные системы, со­ стоящие из рабочих и резервных вентиляторов, централь­ ного воздуховода, прокладываемого под печью, от кото­ рого отходит ряд ответвлений, оканчивающихся соплами

(рис. 25).

В последние годы большое распространение получили местные вентиляционные системы, так называемые де­ централизованные, обслуживающие отдельные малые печи или 2—3 горелки (с одной стороны бассейна), сте­ ны, дно и пятовые балки крупных ванных печей (рис. 26). Подачу воздуха на каждый охлаждаемый участок осу­ ществляют индивидуальной вентиляционной системой. При использовании децентрализованных систем воздуш­ ного охлаждения уменьшаются размеры воздуховодов, расход электроэнергии и возможна работа отдельных си-

88

Рис. 26. Воздушное охлаждение (децентрализованная система) стен, дна и пятовых балок ванной печи для выработки листового стекла

89