Ванная стекловаренная печь

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И)

<51) 4 С 03 В 5/027

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3316249/29-33 (22) 16.07.81 (46) 07.03.86. Бюл.11. 9 (71) Государственный научно-исследовательский институт стекла и Государственный союзный ордена Трудоваго Красного Знамени институт по проектированию предприятий стекольной промышленности "Ги ростекло" (72) В.А.Чубинидзе, В.С.Щукин, 10.Ì.ÒþðHí, Н.Д.Сафре, Л.Г.Байбурт, С.В.Игнатов, Т.Б.Жузе, А.В.Федоров, В.Д.Токарев, И.В.Козловская, З.А.Михайлова-Богданская и Д.Н.lgeпелев (53) 666.1.031.5(088.8) (56) Патент Великобритании.

Р 1428354, кл. С 1 М, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 791659, кл. С 03 В 5/02, !980. (54) (57) 1 . ВАННАЯ СТЕКЛОВАРЕННАЯ

ПЕЧЬ, содержащая зоны варки, осветления и гомогенизации, горелочные устройства и группы электродов с индивидуальным питанием; о т л и— ч а ю щ а я с я 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, прн 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, о т л и ч а ю— щ а я с я тем,. что она снабжена дополнительными замкнутыми контурами групп электродов, расположенными внутри основного и эквидистантными ему.

12161

Изобретение относится к промыш- ленности строительных материалов, в частности к производству стекла, и может быть использовано в стекловаренных печах непрерывного действия с комбинированным пламенноэлектрическим обогревом.

Целью изобретения является повышение производительности, снижение расхода тепла на варку и продление 10 рабочей кампании печи.

Причиной существования в стекло-, варейной печи конвективных потоков является наличие градиентов темпеI ратур по всему ее объему, возникаю- 15 щих из-за потерь тепла в окружающую среду через ограждающие конструкции печи и неравномерности тепловых потоков от пламенного пространства и кладки печи на стекломассу, управ- 20 лять которыми можно в узких пределах, не позволяющих существенным образом и целенаправленно воздействовать на конвективные потоки.

На основании измерений температур стекломассы на действующих печах температурное поле стекломассы s плане печи можно приближенно описать рядом изотермических контуров, представляющих собой эллипсы, большие 30 оси которых расположены на продольной оси симметрии печи. При пламенном обогреве печи каждый внутренний контур является изотермой с более высокой температурой по отношению к внешнему. Располагая группы электродов по замкнутым кривым, примерно описывающим изотермы стекломассы и, регулируя избирательно мощность, подаваемую на автономно подсоединен- 40 .ную к источнику питания группу электродов, можно sa счет выделения требуемого количества тепла в данном объеме стекломассы воздействовать на температурное поле расплава 45 вплоть до изменения градиента температур (соответственно, конвективных потоков) на.обратный знак, а для того, чтобы иметь возможность регулирования в любом заданном направлении, необходимо, чтобы группы электродов охватили всю область регулирования или другими словами, образовывали замкнутый контур вокруг области регулирования. 55

При этом минимальное расстояние между электродами соседних групп 1, должно составлять не менее 0,5 меж-.

55 2 электродного расстояния 0 в самих группах, так как в противном случае возрастает взаимодействие между электродами соседних групп, питающихся от различных трансформаторов, что приводит к существенному ослаблению взаимодействий внутри группы, снижению запроектированной мощности и концентрации электроэнергии в единице объема расплава, нарушению равномерной нагрузки фаз.

С другой стороны, при черезмерно больших расстояниях между электродами соседних групп может возникнуть область неуправляемой конвекции.

Эксперименты, проведенные на модельной установке, показали, что такие зоны образуются в объеме стекломассы между ними более 1-1,2 длины самих групп (,, Для более оперативного и точного регулирования технологического процесса внутри этого внешнего контура электродов желательно иметь ряд внутренних контуров, эквидистантных основному внешнему.

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

Печь содержит зону 1 варки, зону

2 осветления и гомогенизации, rope лочные устройства 3, группы 4 электродов 5.

При установившемся режиме без электроподогрева.тепловой баланс элементарного объема стекломассы II можно записать следующим образом:

Приход тепла Расход тепла

Ч ж и 3 тк-с Ч в % If- I где с(П 1 и Q — тепловые потоки, характеризующие теплообмен между смежными объемами стекломассы за счет тепло- и массопередачи; — тепловой поток от газового пространства и кладки печи к стекломассе. При анализе сечения, находящегося под шихтой, величину в приходной части баланса следует заменить на, в расходной части . ( и? тепловой ноток направлен от стекломассы к шихте); — потери тепла через дно печи. Зйачения этих величин в общем случае зависят от режимных и конструктивных параметров.

При экспериментальном определении количества тепла электроэнергии, 12! 6155

55 необходимого для требуемого воздействия на конвективные потоки, учитываются лишь определяющие параметры.

Причиной конвективных потоков в стекломассе. является наличие в ней градиентов температур. Поэтому, с точки зрения управления конвекцией, основным фактором, определяющим величину и направление тепловых и конвективных потоков, является разница средневзвешенных температур рассматриваемых объемов стекломассы I,II u

1и - {, с1, t9.

Без электроподогрева распределение температур в стекломассе характеризуется пунктирной кривой, причем всегда t г + t > с t ° Это однозначно определяет направление движения стекломассы в верхней ее части из объема Ш в объем II и далее - s I и, тем самым, движение шихты в пристенную область.Для устранения такого явления необходимо в объеме II за счет внутреннего источника (в данном случае за счет группы электродов, находящейся в нем)г выделить такое количество тепла, чтобы температура в нем стала по крайней мере равна температуре стекломассы в объеме П1.

Для нагрева до требуемой температуры. теоретически требуется

;.Q,-сpY д1, где С вЂ” удельная теплоемкость стекломассы, кДж/град кг; — плотность стекломассы, кг/м г — объем стекломассы, заключенный между электродами данной группы, м д — градиент температур, град/м.

При включении электроподогрева температура с начинает расти пропорционально мощности, подаваемой на электроды, находящиеся в объемеП.

При этом,увеличиваются нотоки тепла через дно печи на нагрев ших-.

Д ты в зоне варки (или уменьшается приток тепла а в зоне осветГк-с ления). Эти потерй учитываются КПД электроподогрева .ц „, составляющим, в зависимости от доли тепла электроэнергии в общем тепловом балансе печи, величину 0,6 — 0,9.

Так как эти дополнительные потери тепла уходят из рассматриваемой системы и на относительное распределение температур практически не оказывают влияния, то показатель

5 !

0 г5

35 степени при q должен быть равен единице, т.е. требуемая дополнительная мощность электроподогрева РА пропорциональна и (cP Y) at, Распределение температур при прочих равных условиях определяется прежде всего температуропроводностью стекломассы. При этом следует учитывать два фактора, обусловленные температуропроводностью: потери тепла из объема II в окружающие его объемы и 1П (или уменьшение притока тепла из объема Illв П); повышение температуры стекломассы в объемах 1 и Ш за счет. этих потерь с, и 1! (пунктирная кривая l) до

i и (сплошная кривая 2 ).

Другими словами теплообмен между объемами II и Ш за счет температуропроводности вступает как бы в двойное противодействие уменьшению разницы температур (t>-t ), в результате чего эти потери требуют не эквивалентной компенсации. Обработка результатов показала, что требуемая дополнительная мощность пропорциоat нальна (- — — ) причем и = 1 2-1 5 в

all00 4 зависимости от температурного уровня процесса и исходного распределения температур.

Таким образом, для достижения распределения температур при наличии поперечной конвекции требуется мощность

Р=(1 «(ñр 4 s (ь11, Но система не замкнута, и за счет продольной конвекции происходит нарушение теплового баланса, т.е. появляется необходимость учета временного фактора. Этот фактор учитывается показателем степени ггг при д, который зависит от удельной производительности печи и лежит в пределах 1,1-1,4.

Влияние всех других параметров учтено в эмпирическом коэффициенте К который растет с 0,5 ° 10 до 0,75 < 10 м при уменьшении высоты вылета электродов, расстояния электродов от стенок- бассейна, увеличении относительной ширины загрузочного кармана и т.д.

Таким образом, дополнительное количество тепла электроэнергии, 1216155 необходимое для создания требуемого градиента температур, а тем самым „ управление технологическим процессом варки стекла определяется зависимостью

Пример. Ванная стекловаренная

10 печь оборудована системами верхнего пламенного обогрева и электроподогрева, состоящими из множества автономно. питающихся групп вертикальных, вставленных через дно печи электро15 дов. Эти группы образуют два замкнутых, эллипсоидальных эквидистантно расположенных контра, причем внешний контур охватывает практически всю отапливаемую зону печи. Межэлектродное расстояние в каждой группе

8 = 1 м, длина группы < = 2 м, расстояние между группами L = 1 м.

В центрах электродных групп через

25 дно печи установлены первичные датчики термоэлектрических приборов,, фиксирующих температуру стекломассы в этих зонах. Режим варки ведется в строгом соответствии с технологичес30 ким регламентом.

В результате изменения одного из технологических параметров (производительности, соотношения шихты и боя, калорийности топлива и т.п.) фиксируется, снижение температуры в 35 точке, что приводит к появлению градиента между температурами объемов I! и 1, отличающегося от заданного технологическим регламентом на 10 С/м. 40

При этом известны следующие конструктивные и режимные параметры: объем стекломассы, заключенный между электродами данной группы, Y = 45

= 2 м ; средневзвешенная температура

7.

1300 С, следовательно, с =

1,295 кДж/град кг, ) 2317 кг/м ;

@1300 = 11 9 10 м /с, а)100 =

= 8,55 ° 10 м /с; доля тепла электг роэнергии в приходной части теплово. го баланса печи составляет 307.. При этом тепловой КПД электроподогрева

0,8 ; удельный съем с 1 м х

I отпаливаемой зоны печи составляет

2,0 т/сут. Показатель щ при этом равен 1,24; -в соответствии с технологическим регламентом распределение температур в поперечном сечении печи должно быть равномерным. В этом случае показатель должен быть минимальным 1,2; при вылете электродов 11 = 0,9 м и расстоянии центра группы электродов от стенки

1,1 м коэффициент К равен 0,62 .10, Подставляя найденные значения в полученную эмпирическую зависимость, определяем мощность электроэнергии, необходимую для устранения возникшего градиента температур, и тем самым для ведения режима варки в соответствии с технологическим регламентом

Аох

= О 62 ° 10" (— г — — -)1 2х

8,55 ° 1О

< 10 < 1, 295 2317,2 0,8 = 120 кВт„

При питании данной группы электродов от отдельного трансформатора дополнительную мощность можно ввести, повышая напряжение на трансформаторе. В случае подключения к этому трансформатору нескольких групп электродов дополнительную мощность через данную группу (1) можно ввести с помошью регулировочного каскада, включенного в короткую сеть.

В таблице приведены сравнительные технические характеристики известной и предлагаемой печей.

Проведенные расчеты показывают, что экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения на одной печи производительностью

750 т/сут, за счет увеличения производительности, продления рабочей кампании и.снижения удельного расхода тепла,,составляет около

1 млн.руб. в год.

1216155

Печь

Показатели

Производительность, т/сут 460

750

2000

2400-2600

1700

1900

4,0

3,5

44,0

40,0

Удельный съем стекломассы, 2 кг/м сут

Удельный расход тенла, ккал/кг

Длительность кампании, r Тепловой КПД печи, Х

Известная Предлагаемая

1216155

Составитель Т.Буклей

Редактор Г.Волкова Техред З.Палий

Корректор E.Ñèðîõìàí

Заказ 957/27

Тираж 458. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4