Основные тенденции и перспективы развития печной теплотехники в стекольной промышленности.
Процесс получения из шихты годной к выработке стекломассы происх-ит в стекловар. печах, обеспеч. необх. температурные условия и тепловые потоки к материалам.
Требуемая производительность печи достигается соблюдением установленных технол. и теплового режимов и необх-мым текущим обслуживанием печи.
Стекловар. печи явл. сложными теплотехнич. агрегатами, состоящими из узлов с разными режимами работы. Осн. частью печи явл. раб. камера и поэтому режим работы всех остальных узлов подчиняется режиму работы раб. камеры.
Каждая печь имеет свой тепловой и технологич. режимы, кот. зависят от типа печи, ее размеров и производительности, состава стекла и шихты, от вида источника тепла, а для пламенных печей от вида топлива и др.
Основными видами стекловаренных печей в настоящее время являются горшковые, в которых процессы стекловарения протекают последовательно во времени в одной и той же емкости, и ванные печи непрерывного действия, в которых процессы варки происходят в отдельных частях печи. Наибольшее применение в производстве стекла находят ванные печи непрерывного действия как более производительные, экономичные и механизированные. Горшковые печи применяются при варке оптического, технического и других специальных видов стекла в небольших количествах.
Работа печей разного типа хар-ся производ-ю, кпд и расходом тепла на варку стекла. КПД печей, %: горшковые – 6-8; ванные периодические – 15; непрерывные ванные – 17-28; электрические – 60.
Производительность современных печей достигает 400 т ст. в сутки и более. Эл-кие печи – 80 т/сут.
Наиболее эффективны по доле полезно затраченного тепла на варку ст. электрические печи. Но их распространение сдерживается высокой стоимостью электроэнергии по сравнению со стоимостью природного газа и др. топлива.
Самыми неэкономичными явл. горшковые печи.
Работа печи хар-ся режимом, кот. зав. от расхода тепла, давления и состава газов. В зав-ти от Т по отдельным зонам печи устанавливают расход топлива. Ур-нь Т определяют разностью приход-расход тепла: чем >эта разность , тем выше Т печи.
Стекловаренные печи: назначение, общая классификация, показатели эффективности работы.
Процесс получения из шихты годной к выработке стекломассы происх-ит в стекловар. печах, обеспеч. необх. температурные условия и тепловые потоки к материалам.
Печи делятся: 1) Стекловаренная; 2)Отжигательная и 3) Специального назначения (Печи закалки, вспенивания).
Стекловар. печь – осн. теплотехнич. агрегат в технологии стекла. Сущ. много конструкций и типов печей, кот. имеют общ. признаки.
Стекловар. печи по назначению дел. на: печи для пр-ва тарного, листового, сортового стекол.
По принципу действия: 1) Периодического действия – все стадии стекловарения: силикатаобразования, стеклообразования, осветления, гомогенизация, студка – протекают в одном объеме печи, но в разные промежутки времени. Периодические бывают: ванные, горшковые. 2) Непрерывного действия – все стадии стекловарения происх. одновременно, но в разных объемах печи (ванные печи).
По типу топлива, кот. исп-ся для обогрева печи: 1) Печи на жидком топливе; 2) На газообразном; 3)Электрич. печи.
По способу подачи топлива: 1) С поперечным направление пламени; 2) С подковообразным; 3) С продольным направлением пламени.
По способу исп-ния тепла отходящих газов: 1) Регенеративные (теплообменник периодич. дейсвия); 2) Рекуперативные (теплообменник непрерывного действия – труба в тубе); 3) Печи прямого нагрева (тепло никак не исп-ся).
По конструкции: 1) Проточные; 2) С общим бассейном и т.д.
По производительности: 1) Печи малой мощности (производительность до 15 т в сутки); 2) Средней мощности (15-100); 3) Большой мощности (больше 100).
Теловой баланс:
Приходные статьи: хим. и физ. теплота топлива, физ. теплота воздуха, идущего на горение.
Расходные статьи: 1) Затраты тепла на стекловарение (полезно затраченное тепло); 2)Потери тепла в окр. среду через кладку печи; 3) С выбивающимися дымовыми газами; 4)Излучение через открытое отверстие печи; 5) С отходящими дымовыми газами.
Показатели эф-сти работы печи:
1)ТКПД – тепловой КПД. Расчет: 1 способ – по хим. теплоте топлива (μ = Q стекловар./Q топлива); 2 способ – по фактически затраченному теплу (μ = Q
стекловар./Q факт.).
2)Удельный расход тепла – опр-ся как отношение фактически подведенного тепла к производительности. (Q уд. = Q факт./P, кДж/кг)
Самый большой ТКПД у электрич. печей (до 75%) (нет потерь с отходящими газами)
Горшковые печи: типы, назначение, устройство и конструктивные особенности.
ГП преимущественно исп-ся для варки спец. стекол (технич., оптич., цветн. стекла). В таких печах готовиться небольшое кол-во стекломассы и => возник. возм-сть тщательно их подготовить.
ГП дел-ся: 1)С верхними; 2) С нижними; 3) Комбинир. способ. подвода топлива.
ГП - печи период. действия. В раб. камеру устан. от 1 до 16 горшков. Варка в горшках.
Многогоршковые печи – 10-16 горшков; для варки цветн. стеклол.
1;2-ух ГП - для варки оптич. и технич. стекол.
ГП с верхним подводом пламени – для варки стекол (высокотемпературной)с непродолжительной выработкой (тугоплавкие стекла).
ГП с нижним подводом пламени – для легкоплавких стекол, кот. требуют продолжит. режимов выработки (оптич. и сортов. стекла).
ГП с комбинир. подводом пламени – для варки тугоплавких стекол, кот. требуют длительной выдержки (при варке работает верхн. печь, а при выработке – нижняя печь).
Конструкции ГП:
Многоршковая печь (круглая регениратив. печь (до 16 горшков))
раб. камера печи,
свод печи
стекловар. горшок
под печи
кадиевая горелка
воздушн. регенератор
канал для отбора дым. газов
колодец для сбора стекломассы
9,10- металлич. обвязка
11- дополнит. каналы для отбора дым. газов
Раб. камера ГП по форме м.б.: круглой, прямоуг. или овальной.
Нижн. часть раб. камеры – окружка. В окружке напротив горшков есть окна для вставки или вынятия горшков. Эти окна м.б. заложены кирпичом или закрыты заслонками. В заслонке есть окна для обслуж. горшков – загрузка шихты, выраб. стекломассы. Между окнами есть стенки и наз. простенками. Свод м. опираться на простенки или выполняться подвесным, как в ванной печи. Место, где устан-ся горшки печи наз. стойлом. Стены раб. камеры выпол-ся с небольшим наклоном во внутрь, что позвол. обеспеч. равномер. прогрев горшка. Под печи выпол-ся из шамотных огнеупоров или дел-ся из глиняно-песчаных масс. Окружка дел-ся из шамот. огнеупоров., а верхн. часть раб. камеры и свод из динаса. Регенераторы вып-ют из шамотн. огнеупоров, т.к. высокая темп-ра достиг-ся только при варке стекла. Обвязка – для компенсации напряжений, кот. возник. в кладке при тепловом расшир-нии огнеупоров и для поддерж. всей конструкции. Нижн. обвязка монтируется в кладку печи, а вверху стягивается металлич. связями 10.
Шквара – стекломасса, кот. стекает в колодцы.
Кадиевая горелка – для подачи газо-возд. смеси в раб. камеру печи; для отбора из печи дым. газов; для сбора шквара.
Реализован нижний подвод пламени.
Недостаток: 1) Пламя бьет вверх, => сокращ-ся срок службы печи, за счет жестких условий работы свода и сокр-ся срок службы горшков; 2) Неравномер. прогрев по сечению горшка.
Преимущество: 1) Равномер. прогрев горшка по высоте; 2) Для кажд. горшка м. создать свой опр-ый темп-ный режим.
Двухгоршковая прямоуг. регенератив. печь
В такой печи, чтоб обеспечить равномерный обогрев раб. камеры печи, ширина лета горелок д. соотв-вать ширине раб. камеры печи; пламя не д.б. направлено не на горелки, не на свод печи, тогда обеспеч-ся надежная работа печи.
Раб. камера – прямоугольник (1). 2 – регенераторы.
Недостаток: 1) неравномер. прогрев горшков по высоте.
Холодный под таких печей может приводить к кристаллизации (замерзанию) стекломассы.
Недостаток решается: под печи делают массивным.
Большинство современн. ГП – рекуперативные.
ГП рекомендуется выполнять рекуперативными.
Рекуперативная ГП:
Эта конструкция позвол. делать дно не массивным, а теплым и => застывание стекломассы т.о. можно предупредить!
Рекуператив. ГП по технико-экон. показателям превосходит регенеративные ГП. Они хорошо регулируются, => примен. для варки высокач. стекол.
Щелевая горелка:
Она расположена в поде печи.
Для обогрева ГП применяют газ или жид. топливо (мазут). Для сжигания мазута исп-ся капельники, т.е. мазут капают на горячую кладку и далее пары поступают в горелку.
Особенности конструкции: 1) Для регенератив. печей на 1 м2 пода печи д. приходиться ~15-20 м2 пов-ти насадки регенератора; 2) Для рекуперативн. печей уд. пов-ть насадки д.б. 15-20 м2 пов-ти нагрева на 1м3 объема печи.
Процессы варки стекла в горшковых стекловаренных печах. Технико-экономические показатели и эксплуатация горшковых печей. Стекловаренные горшки.
В горшковых печах м. исп-ть круглые и овальные горшки. Лучше исп-ть овальные, т.к. лучше исп-ся площадь пода.
Если исп-ть круглые горшки, то большая часть их пов-сти обращена наружу – к окружке, что ухудшает теплообмен.
Горшки бывают низкие и высокие. Высокие применяются, если стекломасса обладает хорошей теплопрозрачностью. Низкие и широкие – если теплопрозрачность не высокая.
В ГП выделяют температурные режимы работы: нагрев, варка стекла, студка, выработка.
Температурный график работы печи:
В ГП загрузку шихты ведут в печи разогретой до высоких тем-тур. Загрузка шихты и боя осущ. порциями. Шихту загружают на стеклобой. Загрузка осущ. так, чтоб шихта не касалась стенок горшка, т.к. она очень активна. После провара одной порции шихты (оплавления) загружают след. порцию. Итак наваривают стекломассу, пока горшок не будет полным. Затем идет осветление и гомогенизация. Для гомоген-ции исп-ся мешалки. Далее студка (III). Выработка (IV). Вырабатывается только 60-70 % стекломассы.
Первую варку в новом горшке ведут только на стеклобое (у ГП), => повыш-ся срок службы горшков. Если печь многогоршковая, а срок службы горшка ограничен (4 месяца), горшки приходится менять на работающей печи. Для этого горшок нагревают в печах до 900 градусов, а саму печь пристуживают до 1100 градусов и уже горячий горшок ставят в печь.
Горшки изгот-ют из шамотных огнеупоров методов набивки в металл. или гипсовые формы. Бывают кварцевые и др. горшки.
Технико-экон. пок-ли ГП
КПД < 5%, ГП применяются при пр-ве сортового, оптич. стекла, уд. расход тепла – 30 000-75 000 кДж/кг, производительность – 800-1300 кг/за цикл работы печи.
Преимущества ГП: 1) Высокое кач-во подготавливаемой стекломассы; 2) Можно часто менять состав или цвет стекла.
Недостатки: 1) Высокий уд. расход тепла на варку стекла; 2) Низкая производительность.
Ванные печи периодического действия: назначение, конструктивные особенности, принцип действия.
Такие печи исп-ся для варки стекломассы высокого кач-ва небольших объемов.
В отличие от ГП, в ВП варка стекломассы осущ-ся в нижней части раб. камеры печи – бассейне. Т.к. стены бассейна снаружи охлаждаются воздухом, то срок службы бассейна по срав-нию с ГП будет больше. Глубина бассейна опр-ся составом вырабатываемого стекла и может находиться в пределах 700-300 м.
Режим работы ВП анлогичен ГП, т.е. есть те же темп-ные режимы (нагрев, варка стекла, студка, выработка) и один цикл работы печи.
свод печи
пламенное пространство
выработочное окно
бассейн
канал для слива стекломассы
канал для отбора дым. газов
горелка
рекуператор
стены пламенного пространства
Как и в ГП стекломасса полностью не вырабатывается (только 60-70%). Для смены ассортимента в конструкция таких печей предусм. систему слива стекломассы. Если надо слить стеломассу, то канал разогревают и она выливается.
Хар-ки печи: производительность – 480-3500 кг стекломассы в сутки, уд. расход тепла на варку – 11000-27000 кДж/кг.
Шихту в ВП загружают шуфлей.