SU1216155A1 - Ванна стекловаренна печь - Google Patents

Description

f

Изобретение относитс  к промыш- ленности строительных материалов, в частности к производству стекла, и может быть использовано в стекло- варенньк печах непрерьшного действи  с комбинированным -пламенно- электрическим обогревом.

Целью изобретени   вл етс  повышение производительности, снижение расхода тепла на варку и продление рабочей кампании печи.

Причиной существовани  в стекло- , варенной печи конвективных потоков  вл етс  наличие градиентов температур по всему ее объему, возникающих из-за потерь тепла в .ющую среду через ограждающие конструкции печи неравномерности тепловых потоков, от пламенного пространства и кладки печи на стекломассу, управл ть которыми можно в узких пределах , не позвол ющих существенным образом и целенаправленно воздействовать на конвектив.ные потоки.

На основании измерений температур стекломассы на действующих печах температурное поле стекломассы в плане печи можно приближенно описать р дом изотермических контуров, представл ющих собой эллипсы, большие оси которых расположены на продольной оси симметрии печи. При пламенном обогреве печи каждый внутренний контур  вл етс  изотермой с более высокой температурой по отношению к внешнему. Располага  группы электродов по замкнутым кривым, примерно описьшающим изотермы стекломассы и, регулиру  избирательно мощность, подаваемую на автономно цодсоединен- ную к источнику питани  группу электродов, можно за счет выделени  требуемого количества тепла в данном объеме стекломассы воздействовать на температурное поле расплава вплоть до изменени  градиента температур (соответственно, конвективных потоков) на обратный знак, а дл  того, чтобы иметь возможность регулировани  в любом заданном направлении , необход имо, чтобы.группы электродов охватили всю область регулировани  или другими словами-, образовывали замкнутый контур вокруг области регулировани .

При этом минимальное рассто ние между электродами соседних групп L должно составл ть не менее 0,5 меж-.

2161552

электродного рассто ни  К в самих группах, так как в противном случае возрастает взаимодействие между электродами соседних групп, питаю5 щихс  от различных трансформаторов, что приводит к существенному ослаблению взаимодействий внутри группы, снижению запроектированной мощности и концентрации электроэнергии в нице объема ра сплава, нарушению равномерной нагрузки фаз.

,С другой стороны, при чрезмерно больших рассто ни х между электродами соседних групп может возникнуть

15 область неуправл емой конвекции.

Эксперименты, проведенные на модельной установке, показали, что такие зоны образуютс  в объеме стекломассы между ними более 1-1,2 длины

20 самих групп L,,

Дл  более оперативного и точного регулировани  технологического процесса внутри этого внешнего контура .электродов желательно иметь р д

25 внутренних контуров, эквидистантных основному внешнему.

На фиг.1 представлена схема печи, вид в плане; на фиг.2 - схема теплового баланса в поперечном сечении

30 печи.

Печь содержит зону 1 варки, зону 2 осветлени  и гомогенизации, горе- лочные устройства 3, группы 4 электродов 5.

35 При уст-ановившемс  режиме без электроподргрева тепловой баланс элементарного объема стекломассы П можно записать следующим образом:

40 Приход тепла Расход -тепла

Ят-нПгк-с ЯсМи-г где (| и 1J-J - тепловые потоки, характеризующие теплообмен между смежными объемами стекломассы

45

за счет тепло- и массопередачи; тепловой поток от газового пространства и кладки печи к стекломассе . При анализе сечени , наход щегос  под шихтой, величину а i. .

О« г гк-о

в приходной, части баланса следует заменить на (J и, в расходной части тепловой поток направлен от стекломассы к шихте) ; {д - потери тепла через дно печи. Значени  этих вели55 чин в общем случае завис т от режимных и конструктивных параметров. При экспериментальном определении количества тепла электроэнергии.

3

необходимого дл  требуемого воздействи  на конвективные потоки, учитываютс  лишь определ ющие параметры.

Причиной конвективных потоков в стекломассе  вл етс  наличие в ней градиентов температур. Поэтому, с точки зрени  управлени  конвекцией, основным фактором, определ ющим величину и направление тепловых и конвективных потоков,  вл етс  разница средневзвешенных температур рассматриваемых объемов стекломассы 1,11 и Ш - t, , Ц, t,.

Без электроподогрева распределени температур в стекломассе характеризу етс  пунктирной кривой, причем всегда t, tjitj. Это однозначно определ ет направление движени  стекломассы в верхней ее части из объема 111 в объем И и далее - в I и, тем самым, движение шихты в пристенную область. Дл  устранени  такого  влени  необходимо в объеме И за счет внутреннего источника (в данном случае за счет группы электродов,наход щейс  в нем выделить такое количество тепла , чтобы температура в нем стала по крайней мере равна температуре стекломассы в объеме ГП.

Дл  нагрева до требуемой темпера- туры теоретически требуетс 

. : Q, c.p.V-it,

где С - удельна  теплоемкость стекломассы , кДж/град-кг; р - плотность стекломассы,

кг/м ;

V - объем стекломассы, заключенный между электродами

данной группы, лг - градиент температур, град/м. При включении электроподогрева

эп-п,

составл ю

температура t начинает расти пропорционально мощности, подаваемой на электроды, наход щиес  в объеме II При этом .увеличиваютс  потоки теп- ла через дно печи «j д на нагрев шихты в зоне варки (или уменьшаетс  приток тепла о в зоне осветлени  ). Эти потери учитьшаютс  КПД электроподогрева Ч

-

щим, в зависимости от доли тепла электроэнергии в общем тепловом балансе печи, величину 0,6-0,9. Так как эти дополнительные потери тепла уход т из рассматриваемой системы и на относительное распределение температур практически не оказывают вли ни , то показатель

55

степени при должен быть равен единице, т.е. требуема  дополнительна  модность электроподогрева Рд пропорциональна Ч

: P- z 4cf V)-At.

Распределение температур при прочих равных услови х определ етс  прежде всего температуропроводностью стекломассы. При этом следует учитьшать два фактора, обусловленные температуропроводностью: потери тепла из объема II в окружающие его объемы I и III (или уменьшение притока тепла из объема Шв П) ; повышение температуры стекломассы в объемах 1 и III за счет- этих потерь с ii и ij пунктирна  крива  l) до {,, и i (сплошна  крива  2).

Другими словами теплообмен между объемами II и III за счет температуропроводности вступает как бы в двои- ное противодействие уменьшению разницы температур (, в результате чего эти потери требуют не эквивалентной компенсации. Обработка результатов показала, что требуема  дополнительна  мощность пропорциональна (TTrJo причем 1,2-1,5 в

зависимости от температурного уровн  процесса и исходного распределени  температур.

Таким образом, дл  достижени  распределени  температур при наличии поперечной конвекции требуетс  мощность

Р (-ашГ- ис-р 1-2- (вЛ,

40

50

55

Но система не замкнута, и за счет продольной конвекции происходит нарушение теплового баланса, т.е. по вл етс  необходимость учета временного фактора. Этот фактор учитываетс  показателем степени m при Jit , который зависит от удельной производительности печи и лежит в пределах 1,1-1,4,

Вли ние всех других параметров учтено в эмпирическом коэффициенте К который растет с 0,5-10 до 0,75 10 м при уменьшении высоты вьшета электродов, рассто ни  электродов от стенок бассейна, увеличении относительной пшрины загрузочного кармана и т.д.

Таким образом, дополнительное количество тепла электроэнергии.

необходимое дл  создани  требуемого градиеита температур, а тем самым , управление технологическим процессом варки стекла определ етс  зависимое- тью

(f --P 2 lПример , Ванна  стекловаренна Печь оборудована системами верхнего пламенного обогрева и электроподогрева , состо щими из множества автономно , питающихс  групп вертикальных, вставленных через дно печи электродов . Эти группы образуют два замкнутых , эллипсоидальных эквидистантно расположенных контура, причем внешний контур охватьшйет практически всю отапливаемую зону печи. Межэлектродное рассто ние в каждой группе В 1 м, длина группы L, 2 м, рассто ние между группами 1 . В центрах электродных групп через дно печи установлены первичные датчики термоэлектрических приборов, фиксирующих температуру стекломассы в этих зонах. Режим варки ведетс  в строгом соответствии с технологическим регламентом.

В результате изменени  одного из технологических параметров (производительности , соотношени  шихты и бо , калорийности топлива и т.п.) фиксируетс  . снижение температуры в точке, iTo приводит к по влению градиента между :температурами объемов 1Г и I, отличающегос  от заданного технологическим регламентом на .

При этом известны следующие конструктивные и режимные параметры: объем стекломассы, заключенный между электродами, данной группы, V 2 м ; средневзвешенна  температура 1300 с, следовательно, с .1,295 кДж/град-кг, р 2317 кг/м ; qi300 11,9-10 м7с, qllOO 8,5510 дол  тепла элект

0

0

j

роэнергии в приходной части теплового баланса печи составл ет 30%. При этом тепловой КПД электроподогрева 1- j 0,8 ; удельный съем с 1 м отпаливаемой зоны печи составл ет

2.0т/сут. Показатель п при этом равен 1 ,24; -в соответствии с технологическим регламентом распределение температур в поперечном сечении печи должно быть равномерным. В этом случае показатель h должен быть минимальным 1,2; при вылете электродов Ь 0,9 м и рассто нии центра грзшпы электродов от стенки .

1.1м коэффициент К равен 0,62-10 , Подставл   найденные значени 

в полученную эмпирическую зависимость , определ ем мощность электроэнергии , необходимую дл  устранени  возникшего градиента температур, и тем самым дл  ведени  режима варки в соответствии с технологическим регламентом.6

0,62.10- ib|llO,-).l,2x

АОЛ

40

«да

1,295.2317,20,8- 120 кВт,

При питании данной группы электродов от отдельного трансформатора дополнительную мощность можно ввести, повыша  напр жение на трансформаторе . В случае подключени  к этому трансформатору нескольких групп электродов дополнительную мощност.ь через данную группу (Г) можно ввести с помощью регулировочного каскада, включенного в короткую сеть.

В таблице приведены сравнительные технические характеристики известной и предлагаемой печей.

Проведенные расчеты показьшают, что экономический эффект от внедрени  предлагаемого изобретени  на одной печи производительностью 750 т/сут, за счет увеличени  производительности , продлени  рабочей кампании и.снижени  удельного расхода тепла,.составл ет около 1 млн.руб. в год.

Производительность , т/сут

Удельный съем стекломассы,

Удельный расход тепла, ккал/кг

Длительность

кампании,

г

Тепловой КПД

печи, %

750

2400-2600

1700

4,0 44,0

5

Фиг. 2

Составитель Т.Буклей Редактор Г.Волкова Техред 3,Палий

Заказ 957/27 Тираж 458Подписное

ВНРШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектна ,4

Корректор Е.Сирохман

Claims (2)

1. ВАННАЯ СТЕКЛОВАРЕННАЯ ПЕЧЬ, содержащая зоны варки, осветления и гомогенизации, горелочные устройства и группы электродов с индивидуальным питанием, о т л и чающаяся тем, что, с целью повышения производительности, снижения расхода тепла на варку и продления рабочей кампании печи, группы электродов расположены по замкнутому контуру, охватывающему зону варки от торцовой стены до квельпункта, при этом минимальное расстояние между электродами соседних групп составляет не менее 0,5 расстояния между электродами в этих группах, а. максимальное не превышает 1,2. расстояния между электродами, расположенными на концах одной группы электродов.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными замкнутыми контурами групп электродов, расположенными внутри основного и эквидистантными ему.

SSI'S