МДК0201 Теплотехническое оборудование. Занятие №12.
Для выработки листового стекла способом вертикального лодочного вытягивания применяют регенеративные ванные печи непрерывного действия с общим бассейном. Эти печи имеют большие размеры и глубину
бассейна, что способствует хорошему развитию конвекционных потоков стекломассы, высокой химической и термической однородности стекломассы, допускающей выработку широкой и качественной ленты стекла. Рабочая камера печи состоит из трех самостоятельных частей, не имеющих конструктивного разделения варочной, студочной и выработочной.
Варочная часть от студочной отделена водоохлаждаемыми трубами (холодильниками), которые устанавливают в верхнем слое стекломассы в начале студочной части. Пламенное пространство разделено сниженной секцией свода и плоской аркой, подвешенной на высоте 200 мм над стекломассой. В конце варочной части установлены два кармана Питсбурга размерами в плане 2Х2 м для лучшего развития конвекционных потоков и дополнительной студки стекломассы. Выработочная часть печи представляет собой машинный канал с девятью крестообразно расположенными машинами БВС.
Загрузочный карман принят фронтальный по всей ширине варочной части, но разделен посередине разделительной стенкой на две части. Такое разделение вызвано трудностью перекрытия плоской аркой всей торцовой стены над загрузочным карманом. Температура варки 1550° С.
Определяем основные размеры рабочей камеры.
Площадь варочной части, м 2: МF=-а
где М - производительность печи, кг/сут;
а - удельный съем стекломассы с зеркала варочной части, кг/(м 2 ·сут).
Принимаем а=800 кг/(м2,сут).
Тогда
F = 800 = 187,5 м2 •
Варочная часть в плане имеет следующие размеры:
ширину 7,9 м (с учетом раскладки 21 донного брусапо ширине дна бассейна 21·0,4=8,4 м и толщины стен 0,25 м, т. е. 8,4-0,5=7,9 м).
Длина варочной части 7,5 м
Ширина пламенного пространства на 300 мм больше ширины бассейна, т. е. 7,9+0,3=8,2 м. Стрела подъема свода f= t = 1,02 м. Длина пламенного пространства 23,8+0,2=24 м. Глубина бассейна: студочного 1200 мм,
варочного 1500 мм. Площадь студочной части при температуре варки 1550 С принята равной площади варочной части: Рст = 187,5 м2 Ширина студочной части составляет 80% ширины варочной части: 7,9·0,8=6,3 м.
Принимаем ширину загрузочных карманов 3,5 м, где 0,9 м - ширина разделительной стенки.
Устанавливают по три плунжерных загрузчика шихты на каждую половину загрузочного кармана всего шесть загрузчиков, работающих в автоматической блокировке с уровнемером стекломассы. Раскладка брусьев по глубине бассейна варочной части представлена
Так как печь регенеративная с поперечным направлением пламени, то два регенератора для подогрева воздуха устанавливают с боковых сторон варочной части симметрично. Топливо - природный газ - подается в горелки
через выстилку горелок в три ввода. Горелок принято пять пар. Для перевода направления пламени предусмотрена установка двух шиберных клапанов, располагаемых на каналах, соединяющих регенераторы с дымоотводящим
каналом на дымовую трубу. Дымовые газы отводятся через дымовую трубу за счет естественного отрицательного давления.
Расчет горения топлива
Теплоту сгорания топлива определяют по его составу:
Qи = 358 СН" + 637С2Н6 + 912 СзНs + 1186 С4Н10:
Qи = 358.93,2 + 637.0,7 + 912.0,6 + 1186.0,6 = 3520i кдж/м',
Состав, топлива, %
СН4-93,2
С2Нв-О,7
Сз Нs-О,6
С4Н10-О, 6
N2-4,4
СО2-О,5
Сумма - 100
Содержание газа, м'/м'
0,932
0,007
0,006
0,006
0,044
0,005
Расход воздуха на 1 м3 топлива, м 3. Выход продуктов горения на 1 мз топлива, м з
Ниже даны уравнения реакций горения составных частей топлива:
СН4 + 202 = С02 + 2Н2О + Q;
С2 Н6 + 3,502 = 2С02 + знр + Q;
сзнs + 502 = 3С02 + 4Н20 + Q;
с,Н10 + 6,502 = 4С02 + 5Н2О +Q.
Коэффициент избытка воздуха а= 1,1.
Объемный состав продуктов горения, %:
3. Определение расхода топлива
Составляем тепловой баланс варочной части печи.
Приходная часть
1. Тепловой поток, поступающий при сгорании топлива, кВт:
Фl =QHX,
Где QH - теплота сгорания топлива, кДжfм З;
Х - секундный расход топлива, м 3;
Ф1 = 35 200 Х кВт.
2. Поток физической теплоты, поступающий с воздухом, кВт:
Ф2 = V а Св,
где Уа - расход воздуха для горения 1 м 3 топлива, М З;
tB - температура нагрева воздуха в регенераторе-горелке, ОС;
СВ - удельная теплоемкость воздуха при температуре нагрева
кДж((мЗ,ОС).
Принимаем температуру подогрева воздуха в регенераторе
1100 С и повышение температуры в горелке
на 500. Тогда Ф2=10,26·1150·1,455=17150ХкВт.
Потоками физической теплоты топлива, шихты и боя пренебрегаем ввиду их незначительности.
Общий тепловой поток будет равен:
Фприх = 35 200 Х + 17150 Х = 52 350 Х кВт.
Расходная часть
1. На процессы стеклообразования, кВт:
Ф1 = ng,
где n - теоретический расход теплоты на варку 1 кг стекломассы, кДж/кг;
g - съем Стекломассы, кг/с.
Так как состав стекла и шихты в расчете не учитывают,можно принять расход теплоты на получение 1 кг стекломассы и продуктов дегазации для листового стекла при вводе части Na20 за счет сульфата 2930 кДж/кг:
g = 24.3600 = 1,74 кг/с;
Ф1 = 2930.1,74 = 5100 кВт.
2. Тепловой поток, теряемый с отходящими из печи дымовыми газами, кВт:
Ф= V д t дСд Х •
где У.I - объем дымовых газов на 1 мЗ топлива, мЗ;
температура уходящих из рабочей камеры дымовых газов, принимается равной температуре варки 1550 ОС;
Сд - удельная теплоемкость дымовых газов при их температуре,
кДж/(м 8 • ОС).
Удельную теплоемкость продуктов горения подсчитывают
как теплоемкость смеси газов:
Сд = Ссо. 'со. + СН.О 'н.о+ CN +N. + Со. '0.,
где r - объемная доля компонентов газовой смеси;
с - теплоемкость газов, кДж/(мз,ОС)
Определяем тепловой поток:
ФЗ = 11,28·1550·1,6Х = 27900 Х кВт.
3. Тепловой поток, теряемый излучением, кВт:
СО гр F (f60)
где СО - коэффициент излучения, равный 5,7 Вт(м 2 ·К4);
гр - коэффициент диафрагмирования; находят по справочным графикам в зависимости от формы, размеров отверстия и толщины стены;
р - площадь поверхности излучения, м2;
ТI и Т2 - абсолютная температура соответственно излучающей
среды и среды, воспринимающей излучение, К.
а) Излучение в студочную часть (между плоской аркой
и уровнем стекломассы). Для расчета коэффициента диафрагмирования ер принимаем отверстие за прямоугольную щель высотой Н =0,2 м, шириной, равной ширине студочной части - 6,3 м, толщиной арки б==0,5м.
Определяем площадь излучения
F = 6,3·0,2 = 1,26 м2.
Принимаем температуру в пламенном пространстве
перед экраном t1 = 1400 С, за экраном t2= 1350 С.
Определяем тепловой поток
5,7· 0,5·1,26 (78340 - 71 120)
Фа =25,8 кВт.
б) Излучение через загрузочный карман (происходит в щель между шибером, перекрывающим отверстие под арками загрузочного кармана, и верхним обрезом бассейна).
Определяем ер подобно предыдущему расчету:
Н=0,2; б=0,5;; ер=0,5.
Рассчитываем площадь излучения:
F = 3,5.0,2.2 = 1,4 м2 (так как загрузочных карманов два).
Принимаем температуру в зоне засыпки шихты t1 = 14000 С, а температуру окружающего воздуха t2=200 С. •
Находим тепловой поток
5,7.0,5·1,4 (78340 - 73, 7)
Ф = 330 кВт.
в) Излучение во влеты горелок. Принимаем суммарную площадь влетов равной 3% площади варочной части:
Fвл = 187,5.0,03 = 5,6 м',
Высоту влетов предварительно принимаем равной 0,4 м; форма отверстия - вытянутый прямоугольник, размеры которого Н=О,4-0,5:
Принимаем среднюю температуру в пламенном пространстве
варочной части t1 = 1500° С, а температуру внутренних стенок горелок t2= 1400° С.
Определяем тепловой поток:
Фв = 1000 = 432 кВт.
Общий тепловой поток излучением
Фа = Фа + Ф6 + Фв = 25,8 + 330 + 432 = 789 кВт.
Тепловой поток. теряемый в окружающую среду
через огнеупорную кладку, кВт:
Ф = tbh-tв F
где tBII - температура внутренней поверхности кладки, СС;
tB - температура окружающего воздуха, ·С;
б - толщина кладки, м;
л - теплопроводность огнеупора данного участка, Вт/ (м' ОС);
а, - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки окружающему
воздуху, Вт/(м 2,ОС).
Рассчитываем площади поверхностей, ограждающих печь. Принимаем средние размеры варочной части по длине бассейна по ширине бассейна
23,8 + 0,3 = 24,1;
Неучтенный тепловой поток, связанный главным образом с износом печи и разрушением ее в процессе эксплуатации, принимаем в размере 10% прихода теплоты:
Ф7 = 0,1·52 350Х = 5235Х кВт.
Составляем уравнение теплового баланса и определяем расход топлива, м 3 /с. Составляем сводную таблицу теплового баланса.
Технико-экономические показатели работы печи следующие:
1. Удельный съем стекломассы с 1 м 2 В сутки, кг:
а) с варочной площади 800;
б) с общей площади (варочной и студочной) 400.
2. Удельный расход теплоты на варку 1 кг стекломассы
Qу д 12050 кДж/кг.
3. Коэффициент полезного действия, %;
а) по общей теплоте т]о= 16,4;
б) по химической теплоте топлива 1'] =24,4
4. Расход условного топлива. На получение 1,74 кг/с стекломассы расходуется топлива 0,6 м 3/с.
Задание: 1. Подготовить конспект лекции в печатном word-документе.
2. Предоставить схему какого-либо оборудованиякомплектуемого с ванной печью.
Срок выполнения 30.04.2020.