Теплотехника

У шахтних пальниках по шахті  й горизонтальному каналу подається  гаряче повітря й відсмоктують димові гази.

Паливо подається в горизонтальний канал за допомогою труб і муфелів. Існує кілька способів уведення палива в камеру змішання шахтного пальника: у щічки із двосторонньою подачею  й з однієї сторони: ліворуч, праворуч, знизу, зверху й під вистіл. Муфеля встановлюють у щічки пальника під кутом до осі 45°. Виконуються муфелі з динасу або бакору, вони можуть бути цільними й рознімними. Служать вони для запобігання газової труби від впливу полум'я. Газ подається в муфель по трубі.Найкращою подачею палива можна вважати подачу в щічки пальника, але при цьому настильність полум'я становить 70 - 80%. Найкращої вважається подача повітря під вистіл пальника.

 

 

1.2.3.Тепловикористовуюче  обладнання.

Зі скловарної печі димові гази йдуть  із температурою 1450 - 1550°С. Цю температуру  димових газів використовують: для  нагрівання сировинних матеріалів, води, повітря. Тепло для нагрівання вищевказаних продуктів використовують: регенератори, рекуператори; казани - утилізатори.

 

 

          У середніх скловарних печах використовуються регенератори. Регенератори - це теплообмінники періодичної дії необхідні для нагрівання повітря. Чим вище температура підігрітого повітря, тим більше економія палива (у середньому до 30%). Робота регенераторів заснована на періодичній акумуляції тепла газів, що відходять, з наступною віддачею його повітрю, що нагрівається.

Регенератори складаються з  камер, які виконуються в три  шари:

1.Внутрішній шар, виконується  з вогнетривкого матеріалу товщиною 250 мм (верхня частина шару виконується  з динасу або форстериту, нижня  частина цього шару виконується  із шамоту або динасу);

2.Теплоізоляційний шар товщиною 250 мм, виконаний із трепелу.

3.Робиться із червоної будівельної  цегли, товщиною 250 мм.

Загальна товщина стін становить 750 - 1 м.

Усередині камери регенератора встановлюють ґратчасту насадку, виконану з вогнетривкої цегли, яка виконує роль акумулятора  тепла. У кожний окремий період через  насадки проходить тільки одне середовище - або, що нагріває, або, що нагрівається. Верх насадки робиться з основних вогнетривів: форстериту, хромомагнезиту або динасу, а низ - із шамоту.

Для розрахунків регенераторів  скловарної печі, для виробництва  тари, обираю насадку Ліхте.

Низ регенеративної камери складається з підрегенеративного каналу (під землею), над яким розташована насадка. Цей канал перекритий окремими секційними арками. Кожна арка має висоту 230 мм і товщину 115 мм. Відстань між ними становить 115 мм. Для того, щоб додати стійкість арці при ширині насадки 1,5 - 2 м установлюють клин (у середині) - по всій довжині ставиться цегла, яка не дозволяє арці вібрувати. Якщо ширина більше - ставлять по середині ділильну стінку.

Над насадкою є надрегенеративний канал, який служить для рівномірного і розподілу повітря по пальниках і для рівномірного розподілу димових газів по всій площі насадки.

Тривалість подачі повітря або  горючого газу становить 30 хв. Гази, що гріють, надходять у регенератори з температурою 1350 - 1550 С и залишають  їх з  температурою 300 - 500°С. Регенератори бувають простими й секційними.

 

 

 

 

1.3. Тепловий і аеродинамічний режим роботи установки.

 

У ванних печах безперервної дії  окремі стадії процесу скловаріння  випливають у певній послідовності  й вимагають створення необхідного  температурного режиму газового середовища. При варінні звичайних видів  скла температура на початку зони варіння повинна бути не нижче 1400 - 1420°С тому що в цій частині басейну  печі відбуваються нагрівання, розплавлювання й провар шихти. Температура ж  скломаси в завантажувальної кишені звичайно становить не менш 1200-1250°С. У зоні посвітління максимальна  температура становить 1460 - 1500° С. Та вже в зоні студки температура плавно знижується до 1180-1280°С, що приводить до збільшення в'язкості скломаси. У зоні вироблення температурний режим установлюють залежно від вимог необхідних для нормального вироблення скломаси й формування з неї скловиробів.

                   Для встановлення стаціонарного режиму газового середовища в печі необхідно регулювати кількість і співвідношення палива й повітря, ретельно їх змішувати й вчасно відводити димові гази, що відходять. При надмірнім підвищенні тиску газів вони вибиваються з печі назовні й проникають у остуджувальну й виробну зони.

На зміну температурного режиму впливає тиск газів: підвищений тиск до певних меж сприяє більш рівномірному прогріву окремих частин печі, тому що обсяг робочої камери максимально заповнюється полум'ям. Температурний режим ванних печей залежить так само від температури смолоскипа полум'я і її розподілу по довжині смолоскипа. Рух газів у напрямку до полум'яного простору робочої камери печі викликаються геометричним напором, який створюється самою піччю, за рахунок природної тяги, тому що запас напору тиску становить 40%. Повітря необхідне для горіння, під дією геометричного напору, створюваного в регенераторах і пальниках, надходить у полум'яний простір ванної скловарної печі.

Природний газ надходить у пальники або камеру попереднього часткового згоряння. Гази, що відходять, викидаються  в атмосферу через димар.Робота скловарних печей інтенсифікується, а використання тепла поліпшується у випадку установки казанів-утилізаторів або водопідігрівачів, що пов'язане зі збільшенням аеродинамічних опорів на шляху димових газів.

 

 
1.3.1. Заходи щодо економії теплоти й палива.

            У цей час велику увагу приділяють економії сировини й паливно-енергетичним розв'язкам. Розв'язку такого завдання сприяють пошуки оптимальних способів спалювання палива, завдяки використанню пальників новітньої конструкції, застосуванні теплової ізоляції печей, розробка нових конструкцій по збереженню втрат у процесі готування, транспортування й завантаження шихти. При цьому важливу роль відіграє використання вторинної сировини - бою скла. Уведення 1% бою знижує витрата палива на 0,24 - 0,25 %, а 1 т бою заміняє 1,2 т сировини. З можливих напрямків економії луговміст продуктів відвалу соди. 
           Проблемі пошуку недефіцитної сировини для скляної промисловості приділяється велика увага, особливо використанню вторинних ресурсів. Сприяє економії дефіцитної й дорогої сировини й зменшенню забруднень.

Для зменшення втрат тепла через  кладку печі використовують нові теплоізоляційні  матеріали. Теплоізолюють регенератори й пальники печі фосфатними покриттями. Покриття формуються під впливом в’яжучого з отворами в суміші з волокнистими наповнювачами - азбестом або гранулами мінерального волокна. Велике значення для економії палива має попередній прогрів повітря, що йде на горіння. При підвищенні температури на 100°С можна заощадити 5% палива. Для цієї мети використовують регенератори.

              Також приділяють увагу завантаженню шихти. Шихта часто розподіляється нерівномірно й це приводить до перепадів тиску й температури. Підігрів склобою розглядається як новий спосіб уведення в піч додаткової теплоти, який дозволяє підвищити продуктивність печі й зменшити викиди С0₂.

Велике значення має ущільнення шихти, завдяки якому продляє  термін служби печі, знижується витрата  палива, скорочується запиленість і  забруднення навколишнього середовища.

Для передбачення економії палива потрібна правильна організація спалювання палива. Для цього потрібно домагатися 100%-вої настильності полум'я над скломасою.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕПЛОТЕХНІЧНІ РОЗРАХУНКИ

2.1.Конструктивний розрахунок печі.

Площу варильного басейну визначаємо на основі загальної потужності печі і питомого з’йому скломаси за формулою:

= ,м²

де: Р - потужність печі в кг/добу;

К - питомий з'йом скломаси в кг/м² за добу , К =2500 кг/м² за добу ;

 м²

Після визначення площі варильної  частини печі визначаємо довжину  варильної частини за формулою:

= м

де: Ь_{в ч} - ширина печі в м., вона складає в печах з підковоподібним напрямом полум’я 2-7 м. Приймаю 5,2 м

 

=8.07 м

Вибираємо розміри завантажувальної кишені. В печі розташовуємо завантажувальну  кишеню у продольній стіні печі, при цьому вона має такі розміри: ширина Ь_{з к}.=1,2 м ; довжина 1_{з к} = 0,8м

Приймаємо висоту полум’яного простору.h_{п п} = 2м.

Ширину полум’яного простору приймаємо  на 200мм ширше ширини басейну,

тобто:

= + 200мм=5,2+0,200=5,4м

Визначаємо висоту підйому зводу:

=

*5.4=0.675 м

Визначаємо ширину вльотів, якщо ширина варильної частини печі Ь_{в ч} = 5,2м.

    Приймаємо відстань від стінки лівого пальника до лівого боку варильної частини С₂= 0,15 м, відстань від стінки правого пальника до правого боку Сі=0,15м. Для печі з двома пальниками буде один простір

“Ь”, який приймаємо рівним 1,1м  та чотири стінки товщиною по 0,25мм. Тоді загальна ширина вльотів пальників  складає:

ε_а=-(c₁+c₂+b+4*0.25)=5.2-(0.15+0.15+1.1+4+0.25)=2.8м

Середня ширина кожного вльотного вікна буде рівна:

a=  ,м

а==1,4м

F_виробн=15% вiд =40*0,15=6м²

Глибина остуджувального басейну - 1,2м.

 

 

2.2.  Розрахунок горіння палива

 

                             CO₂       Σ        

89.0       2.9          1.2            0.9        5.5      0.5      100       0.5

 

1.Визначаємо склад робочого  палива, тобто перераховуємо склад сухого газу на вологий робочий газ:

=

 

 

88.555%

=2.9*(100-0.5)/100=2.8855%

 

=1.2*(100-0.5)/100=1.194%

 

=0.9*(100-0.5)/100=0.8955%

=5.5*(100-0.5)/100=5.4725%

 

CO₂=0.5*(100-0.5)/100=0.4975%

 

2.Визначаємо теплоту горіння газу:

= 358CH₄+638C₂H₆ +913C₃H₈ + 1187C₄H₁₀ , кДж/м³                     (2.7)

=358*88,555+638*2,8855+913*1,194+1187*0,8955=31702,69+1840+1090,122+1062,9585=35695,7705 кДж/м³

 

3.Знаходимо теоретично необхідну  кількість сухого повітря:

L₀=0.04762(2 CH₄+3.5 C₂H₆+5 C₃H₈+6.5 C₄H₁₀) ,                (2.8)

L₀=0,04762(2*88,555+3,5*2,8855+5*1,194+6,5*0,8955)=9,47638

4.Знаходимо теоретично  необхідну кількість атмосферного  повітря з волого- вмістом d=10 г/кг сух. пов.

L₀=(1+0,0016*10)*9,47638=9,628002

 

5.Знаходимо дійсну кількість  повітря при а=1,2.

Сухого

                                       L_a=a* L₀                                         (2.9)

L_a=1.2*9.47638=11.371656

вологого

                        L_a^'=a* L₀                                                  (2.10)

L_a^'=1.2*9.628002=11.553602

 

6.Визначаємо кількість та склад продуктів горіння при  α=1,2

 

VCO₂=0.01*(  + ²   )     (2.11)

 

 

VCO₂=0.01*(88.555+2*2.8855+3*1.194+4*0.8955+0.4975)=98.4055*0.01= =0.984055

V_H2O=0.01*(2 CH₄+3 C₂H₆+4 C₃H₈+5 C₄H₁₀++0.16*d L_a)

VH₂O=0.01 (2*88.555+3*2.8855+4*1.194+5*0.8955+0.5*0.16 *                                                                             10  *  11.371656)= =2.170527

V=0.79* L_a + 0.01*,

V=0.79*11.371656+0.01*5.4725=9.0383

VO₂=0.21*(a-1)* L₀ ,

VO₂=0.21(1.2-1)*9.628002=0.404376

Визначаємо загальну кількість  продуктів горіння

Vn.г.= VCO₂+ VH₂O+ V+ VO₂ ,

де: V_пг - кількість продуктів горіння.

Vn.г.=0.984055+2.170527+9.038333+0.404376+12.597291

7.Визначаємо відсотковий склад продуктів горіння за формулою:

X=*100

CO₂=100/12.597291*0.984055=7.81164%

H₂O=17.2301%

=71.7482%

O₂=3.2099%

Разом 100%

8.Визначаємо дійсну температуру горіння

Прихід.

Тепло внесене повтрям

Q_n= L_a*C_n*t⁰_n ,кДж/м²

де: L_a - визначаються з попередніх розрахунків

t⁰_n - приймаємо температуру нагріва повітря, 1250 °С

C_n - 1,438 кДж/(м^2*°С) 
Джерело: "Приклади і завдання по курсу процесів і апаратів хімічної технології" /под ред. Романкова. Додаток. 

Q_n = 11,371656*1,438*1250=20440,551 кДж/м² 

Q_np=20440.551+35695.7705=56136.3215 кДж/м²

Розхід       t₁ =2500°С

Q₁=V_n.г.*C _n.г.*t₁ , кДж/м³

де: V_пг - визначається за розрахунками.

C_n.г.=2.481*0.0796+1.603*0.0314+1.511*0.72+2.053*0.171=1.684 кДж/м³*K

Q₁=11.7056*1.684*2500=49280.576 кДж/м³

t₂=2700°C                         Q₂= V_n.г.*C _n.г.*t₂ , кДж/м³

Q₂= 11.7056*1.7*2700=53728.7 кДж/м³

Теоретична температура горіння  палива:

t_m= t₁+ ,°С

t_т= 2500+ =2631,4°С

Дійсна температура горіння  палива:

t_д=П* t_m ,°С

де: П - пірометричний коефіцієнт , П = 0,6

t_д=0,6*2631,4=1578,85°С

 

3.ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПЕЧІ