Ванная печь для производства тарного стекла

Va=(1,031+2,047+8,43+0,2)=11,87нм³/нм³

Определяем процентный состав продуктов горения

CO₂= (5.11)

CO₂===8,686%

H₂O==18,53%

N₂===71,07%

О₂==1,72%

Сумма 100

Составляем материальный баланс процесса горения. Определение массы составляющих природного газа - производим путем умножения на плотность. Значения плотностей приведены в таблице 3.



Мсн₄=СН₄^влPсн₄=95,5·0,717=68,45кг (5.12)

Масса метана

Мс₂н₆=С₂Н₆^влPc₂н₆=2,7·1,356=3,62кг (5.13)

Масса 100 нм³газообразного топлива определяется по формуле

М_т=(Мсн₄+Мс₂н₆+Мс₅н₁₂+Мсо+Мн₂+Мс₂н₄+Мн₂s+Mco₂+M_N2+Mo₂+ Mн₂о),кг (5.14)

Плотность газообразного топлива равна 0,01Мт,кг/нм³

Масса воздуха, идущего на горение 100нм³ газообразного топлива, принимается равной сумме масс кислорода, азота и водяных паров.

Масса кислорода воздуха:

Mo₂=SKB·a·Pо₂=203,9·1,1·1,429=320,51кг (5.15)

SKB=203,9

Из пункта 4 данных расчетов:

масса азота воздуха:

M_N2=SKB·3,762·а·P_N2=203,9·1,1·3,762·1,251=1055,6кг (5.16)

масса водяных паров:

Мн₂о=0,16·d·L_a·Pн₂о=0,16·10·10,67·0,809=13,82кг (5.17)

Общая масса приходной части материального баланса горения топлива производится следующим образом:

Масса СO₂

Mco₂=100·Vco₂·сco₂=100·1,031·1,977=203,83кг (5.18)

Масса водяных паров

Мн₂о=100·Vн₂о·сн₂о=100·2,199·0,809=177,9кг (5.18)

Масса азота

М_N2=100·V_N2·с_N2=100·8,43·1,251=1055,34кг (5.19)

Масса кислорода

Mo₂=100·Vo₂·сo₂=100·0,204·1,429=29,15кг (5.20)

Суммируя данные находим общую массу расходный части.

Рассчитываем абсолютную невязку материального баланса

N_абс=(M_прих-M_расх),кг (5.21)

Рассчитываем абсолютную невязку материального баланса

N_пр=100N_абс/N_прих,% (5.22)

Таблица 3. Плотности газов при нормальных условиях

Газ	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО	Н2
P0, кг/нм3	0,717	1,356	2,020	2,840	3,218	1,25	0,0898
Газ	С2Н4	Н2S	CO2	N2	O2	Н2О
P0, кг/нм3	1,261	1,539	1,977	1,251	1,429	0,809



Составляем материальный баланс процесса горения на 100нм³ природного газа при а=1,1

Таблица 4. Материальный баланс процесса горения

Приход	Кг	Расход	Кг
Природный газ СН4=95,5·0,717 С2Н6=2,67·1,356 С3Н8=0,297·2,020 С4Н10=0,297·2,840 СO2=0,1·1,977 N2=0,1·1,251 Н2O=1,0·0,804 Воздух О2=203,9·1,1·1,429 N2=203,9·1,1·3,762·1,251 Н2O=0,16·10·10,677·0,804	68,47 3,66 0,600 0,843 0,198 0,125 0,804 320,51 1055,6 13,82	CO2=1,031·100·1,977 Н2O=2,199·100·0,804 N2=8,436·100·1,251 O2=0,204·100·1,429 Невязка	203,83 177,9 1055,3 29,15 1,49
ИТОГО:	1464,73	ИТОГО:	1466,22

Невязка баланса составляет: =0,10%

Выбор огнеупоров для кладки стекловаренных печей определяется их химическим составом и свойствами, а также химическим составом стекломассы и зависит от конструкции и режима эксплуатации печей.

6. Составление теплового баланса

Теплоту сгорания топлива определяют по его составу:

Q=358,2·СН₄+637,5*С₂Н₆+912,5·С₃Н₈+1186,5·С₄Н₁₀ (6.1)

Q=358,2·95,5+637,5·2,7+912,5·0,3+1186,5·0,3=36559,05 КДж/нм³

Уравнения реакций горения составных частей топлива по формулам:



CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O+Q; (6.2)

C₂H₆+3,5О₂=2СО₂+3Н₂О+Q;

C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O+Q;

C₄H₁₀+6,5O₂=4CO₂+5H₂O+Q.

Коэффициент избытка воздуха L=1,1.

Объемный состав продуктов горения, %:

CO₂=0,993·100/11,87=8,80

H₂O=1,939·100/11,87=17,20

N₂=8,144·100/11,87=72,23

O₂=0,2·100/11,87=1,77

Сумма-100

Определим расход топлива:

Составим тепловой баланс варочной части печи.

Приходная часть

1. Тепловой поток, поступающий при сгорании топлива, кДж:

Ф₁=Q_н·Х (6.3)

где Q_н - теплота сгорания топлива, кДж/м³;

Х - расход топлива, м³/с.

Ф₁=36559,05·X, кДж.

2. Поток физической теплоты, поступающий с воздухом, кДж:

Ф₂=VL_cвt_вХ (6.4)

где VL - расход воздуха для горения 1 м² топлива, м³;

t_в - температура нагрева воздуха в регенераторе-горелке?, С;

C_в -удельная теплоемкость воздуха при температуре нагрева, кДж/(м³?С).

Принимаем температуру подогрева воздуха в регенераторе 800?С и повышение температуры в горелке на 50?С.

Тогда Ф₂=10,26·850·1,455·Х=12689·ХкДж.

Потоками физической теплоты топлива, шихты и боя пренебрегаем ввиду их незначительности.

Общий тепловой поток будет равен:

Ф_прих= 36559,05·Х+12689·Х=49228,05·Х кДж.

Расходная часть

1. На процессы стеклообразования, кДж:

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 учитываются, то по данным Крегера, можно принять расход теплоты на получение 1 кг стекломассы и продуктов дегазации равным 2930 кДж/кг:

g=120·1000/24·3600=1,38 кг/с;

Ф₁=2930·1,38=4043 кДж,

2. Тепловой поток, теряемый с отходящими из печи дымовыми газами, кВт:



Ф₂=V_Д·t_Д·C_Д·X (6.5)

где V_Д - объем дымовых газов на 1м³ топлива, м³;

t_Д - температура уходящих из рабочей камеры дымовых газов, ?С; принимается равной температуре варки1500? С;

C_Д - удельная теплоемкость дымовых газов при их температуре, кДж/(м³·?С).

Удельную теплоемкость продуктов горения подсчитывают как теплоемкость смеси газов:

C_Д=cСО₂ rCO₂+cH₂O rH₂O+cN₂ rN₂+cO₂rO₂, (6.6)

где r - объемная доля компонентов газовой смеси;

с - теплоемкость газов, кДж/(м3·?С);

С_Д1500=2,335·0,0880+1,853·0,172+1,444·0,722+1,529·0,0177=1,6кДж/(м3·?С)

Определяем тепловой поток:

Ф₂=11,87·1500·1,6·Х=28488Х кДж.

3. Тепловой поток, теряемый излучением, кДж:

Ф₃= [С_о?ц?F(Т₁/100)4-(Т₂/100)4]/1000.

Где С_о - коэффициент излучения, равный 5,7 Вт/(м₂·К₄);

ц - коэффициент диафрагмирования;

F - площадь поверхности излучения, м²;

Т₁иТ₂- абсолютная температура соответственно излучающей среды и среды, воспринимающей излучение, К

а) Излучение через загрузочный карман. Для расчета коэффициента диафрагмирования ц принимаем отверстие за прямоугольную щель высотой Н=0,2м, шириной равной ширине загрузочного кармана -1,7 м, толщиной варки д=0,5 м.

Тогда

Н/д=0,2/0,5; ц=0,4.

Рассчитаем площадь излучения:

F=1,7·0,2·2=0,68 м² (так как загрузочных карманов два).

Принимаем температуру в зоне засыпки шихты t₁=1400?C,атемпературу окружающего воздуха t₂=20?С.

Тогда

(Т1/100)4=35000 и (Т2/100)4=500

Находим тепловой поток

Ф_а=(5,7·0,4·0,68(35000-500))/1000=53,488 кДж.

б) Излучение во влеты горелок. Принимаем суммарную площадь влетов равной 3%площади варочной части:

F=50,68·0,03=1,5 м².

Высоту влетов предварительно принимаем равной 0,4м; форма отверстия вытянутый прямоугольник, размеры которого Н=0,4; д=0,5:

Н/д=0,8(ц).

Принимаем среднюю температуру в пламенном пространстве варочной части

t₁=1450?С, а температуру внутренних стенок горелок t₂=1350?С.

Тогда

(Т₁/100)4=36250 и (Т₂/100)4=33750.



Определяем тепловой поток:

Ф_б=5,7·0,8·1,5(36250-33750)/1000=17,1 кДж.

Общий тепловой поток излучением

Ф₃=Ф_а+Ф_б=53,48+17,1=70,58 кДж.

4. Тепловой поток, теряемый на нагрев обратных потоков стекломассы, кВт:

Ф₄=(п-1)g?С_ст(t₁-t₂), (6.7)

где: п - коэффициент потока, представляющий собой отношение количества стекломассы, поступающей в выработочную часть, к вырабатываемой; п= 3,5;

Сст - удельная теплоемкость стекломассы, кДж/(кг·?С);

t₁ и t₂ - температура соответственно прямого и обратного потоков стекломассы1350 и 1250? С;

С_ст=0,1605+0,00011t_ст=0,3ккал/(кг·град)·4,19=1,26кДж/ /(кг·?С);

Ф₄=(3,5-1)0,81·1,26·100=255,15 кДж.

5. Тепловой поток, теряемый в окружающую среду через огнеупорную кладку, кВт:

Ф₅=(t_вн - t_в/? д/л+1/б²)·F =qF, (6.8)

где t_вн - температура внутренней поверхности кладки, ?С

t_в - температура окружающего воздуха,? С;

д - толщина кладки, м;

л - теплопроводность огнеупора данного участка, Вт/(м·?С);

б² - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки окружающему воздуху, Вт/(м²·?С).

Ф₅=30257,78

Плотность теплового потока выбираем по таблице, в зависимости от температуры внутренней поверхности кладки и термического сопротивления ее r=Уд/л; при двухслойной стенке

r=д₁/л₁+д₂/л₂ ,

Рассчитываем площади поверхностей, ограждающих печь. Принимаем средние размеры варочной части:

по длине бассейна

7,8+0,12=7,92 м;

по ширине бассейна

6,5+0,4=6,9 м,

по длине пламенного пространства

8+0,4/2=8,2 м;

по ширине пламенного пространства

6,62+0,4=7,02 м

где 0,4м - торцовой и боковых стен пламенного пространства.

1) Площадь дна

Fдна=Fв.ч.+ Fз.к

К площади варочной части добавляют площадь дна загрузочного кармана, т.е.

Fв.ч.=7,92·6,9=54,6м²;

Fз.к.=6,9·1,6=11,04м²;

Fдна=54,6+11,04=65,64м².

2) Площадь стен бассейна. Верхний F₁ и средний F₂ряды имеют одну и ту же площадь:

F₁, F₂ =(7,92+1,6)·0,6·2+6,9·0,6=11,42+4,14=15,56 м².

Складываем площади двух продольных и поперечной стены с учетом площадипродольных стен загрузочного кармана.

Нижний ряд F₃

F₃=(7,92+1)·0,4·2+6,9·0,4=9,89 м².

3) Площадь стен пламенного пространства

F_п.п.=2F_прод+F_торц-F_вл

Принимаем предварительно высоту стены пламенного пространства равной 1 м.

F_прод=8,2·1=8,2 м².

Площадь Fторц. Определяют по эскизу.

Определяем площади F₁,F₂, Fк: при этом

Fторц.=F₁+F₂-2F_к.

Где F₁,F₂ и Fк - площадь сегмента, прямоугольника и под арками загрузочных карманов.

Для определения площади сегмента применяем упрощенную формулу:

Fсегм. =2/3bf

где b-длина хорды;

f-стрела подъема свода, равная 1,02м.

Тогда

Fсегм.=F₁=2/3·7,02·1,2 =5,76м²;

Ф_прих=Ф_расх

20740X=34626,44/20740,05

X=1,67

Рассчитываем тепловой баланс

Приходная часть

1. Тепловой поток, поступающий при сгорании топлива, кДж:

Ф₁=36559,05·1,67=61053,61 кДж

Ф₂=10,26·850·1,455·Х=12689·1,67=21190,63 кДж.

Фприх.= 36559,05+21190,63=57749,68·1,67=96441,96 кДж

Расходная часть

Тепловой поток, теряемый с отходящими из печи дымовыми газами, кВт:

Ф₅=30257,78

Ф₄=(3,5-1)0,81·1,26·100=255,15 кДж.

Ф₃=Ф_а+Ф_б=53,48+17,1=70,58 кДж.

Приход	Кг	Расход	Кг
Ф1=36559,05·0,79539 Ф2=12689·0,79539	29078,70 10092,70	Ф1=2930·1,38 Ф2=28488·0,79539 Ф3=Фа+Фб=53,48+17,1 Ф4=3,5-0,81·1,26·100 Невязка	4043 22659,07 70,58 255,15 12146,6
Итого	39171,4		39174,4

Невязка баланса составляет: =0,01%



7. Расчет удельного расхода топлива и тепла

Удельный расход тепла на обжиг керамических плиток [12]

, кДж (7.1)

где: - удельное количество теплоты, расходуемое на спекание 1 кг керамогранита, кДж; - низшая теплотворность топлива кДж/кг; - расход топлива на горение, кг.

кДж

Удельный расход условного топлива на обжиг керамических плиток

, % (7.2)

%

Тепловой КПД печи

,% (7.3)

%

Технологический КПД печи

, % (7.4)



%

8. Расчет необходимого напора в агрегате

Потоки воздуха при своем движении по каналам преодолевают аэродинамические сопротивления, суммарная величина которых складывается в наиболее общем случае из величин трех видов сопротивлений. В данном случае суммарная величина аэродинамических сопротивлений складывается из четырех видов сопротивлений: трения, местных, на изделиях и геометрическое.

Н= + + + (8.1)

Сопротивления трения

= , Па (8.2)

где: - коэффициент трения;

- плотность дымовых газов при нормальных условиях, кг/м³;

- длина дымового канала до вентилятора, м;

приведенный диаметр, м;

- температура обжига.

= 0,04 ? ? 0,755 ? ? = 2263,8 Па

Местные сопротивления

= , Па (8.3)



где: - коэффициент местного сопротивления;

= 0,6 ? ? 0,755 ? = 1068,28 Па

Сопротивления на изделиях

= , Па (8.4)

где: - коэффициент сопротивления;

= 0,45 ? ? 0,755 ? ? = 1145,7 Па

Геометрические сопротивления

= ± zg ( - ), Па (8.5)

где: z - перепад высот, м;

g - ускорение свободно падающего тела, м/с²;

плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м³;

- плотность дымовых газов при нормальных условиях, кг/м³.

= - 105 ? 9,8 (1,293 ? - 1,331 ) = - 1111,3 Па

Общее сопротивление

Н= 2263,8 +1068,28 +1145,7 - 1111,3 = 3366,5 Па

Вывод: для определения необходимого напора в агрегате были рассчитаны аэродинамические сопротивления в печи. Сопротивления трения равны 2263,8 Па, местные сопротивления - 1068,28 Па, сопротивления на изделиях - 1145,7 Па, геометрические сопротивления - - 1111,3 Па. В итоге общее сопротивление в печи - 3366,5 Па, следовательно, необходимый напор в агрегате равен 3366,5 Па.



9. Подбор тягодутьевого оборудования

Подбор вентилятора [12]

Необходимый напор: Н= 3366,5 Па

Расход газа: V_Р -71500 м³/ч

Номер вентилятора: N_B = 8

Условное число оборотов: А = 11500

к.п.д. вентилятора: з_В = 0,56

Рассчитать число оборотов по формуле (9.1)

n = , об/мин (9.1)

где: - условное число оборотов;

- номер вентилятора;

n = = 1437,5 об/мин

Мощность на валу электродвигателя рассчитать по формуле (9.2)

N_Э = , кВт (9.2)

где : к.п.д. вентилятора;

к.п.д. передачи от электродвигателя валу вентилятора.

N_Э = = 119 кВт

Установочную мощность рассчитать по формуле (9.3)

N_У = К ? N_Э , кВт (9.3)

где: К - коэффициент мощности.

N_У = 1,1 ? 119 =130,9 кВт

10. Правила безопасной эксплуатации, охраны труда и окружающей среды

Правила техники безопасности и производственной санитарии в стекольной промышленности Утверждены постановлением Президиума ЦК профсоюза рабочих строительства и промстрой материалов от 06.03.81 г., протокол № 52 и Министерством промышленности строительных материалов СССР от 1003.81 г.

Природный газ и жидкое топливо подают на завод централизованно. Газопроводы и мазуто-проводы на вводе в цех должны иметь отключающие устройства -- задвижки, вентили, краны. Во избежание ожогов пламенем вентили, регулирующие подачу топлива и воздуха к горелкам и форсункам, и приводы для управления ими устанавливают в стороне от горелочных отверстий (на расстоянии не менее 0,5 м). Для обслуживания главного свода и обвязки ванных печей устанавливают металлические площадки с перилами. Все элементы систем охлаждения печей, подвод воды, газа и воздуха, а также вентиляционные устройства должны быть герметичны. При водяном охлаждении воду нужно подводить в самую нижнюю часть охлаждающих элементов, а отводить нагретую воду -- от верхней части. Температура воды, выходящей из холодильника, не должна превышать 50° С. Система водоохлаждения должна исключать возможность соприкосновения воды с расплавом стекломассы и огнеупорными материалами кладки. В стекловаренных печах, имеющих устройства для бурления стекломассы или электрообогрев (ввод электродов через дно бассейна), для удобства обслуживания сопл и электродов служат решетчатые площадки с лестницами, расположенные под дном на расстоянии 1,8 м от донных балок печи. Для освещения применяют лампы напряжением до 12 В. Вблизи ванной печи и машинного канала, а также в подвале печи устанавливают достаточное количество пожарных гидрантов, обеспечивающих бесперебойную подачу воды с давлением не ниже 2 кгс/см².[5]

В инструкциях по обслуживанию стекловаренных печей особое место уделяется способам предупреждения и ликвидации аварий на печах (прогорание участков свода, стен бассейна, разрушение плоских арок, горелок) и действиям обслуживающего персонала по ликвидации аварий. К авариям относятся: утечка стекломассы через стены и дно бассейна печи; падение части секции или целой секции главного свода ванной печи; взрывы в печном пространстве, регенераторах и дымоходах; неисправность переводных устройств, не позволяющая переводить топливо и воздух; остановка вентилятора принудительной подачи в печь воздуха на горение; отключение воздуха обдувания кладки стекловаренной печи; отключение подачи воды к холодильникам у засыпочного кармана, а также к холодильникам для охлаждения узлов кладки печи; отключение топлива и электроэнергии; разрушение сводов регенераторов, падение сводов горелок, мостов на машинном канале, плоских арок загрузочного кармана или экрана и т. д. При утечке стекломассы через стены бассейна необходимо принять следующие меры: прекратить подачу газа в печь в районе течи, предупредив ГРП (газораспределительный пункт); на место течи положить гребок или лист, направив на него струю воды или компрессорного воздуха; установить внутри печи холодильник в месте течи; засыпать большое количество шихты и направить ее к месту течи. При падении секции свода следует выключить подачу газа в печь, сообщив об этом в ГРП; фермы и крышу над местом аварии поливать сильными перекрестными струями воды. При падении плоской арки загрузочного кармана необходимо выключить подачу газа в первую пару горелок и создать разрежение в печи; откатить загрузчики и изолировать асбестом шихтовые бункера со стороны ванной печи; оборвать ленты стекла на 1--2 машинах; перекрыть обвалившиеся участки плоскими холодильниками и асбестовыми ширмами и обеспечить интенсивное охлаждение колонн загрузочного кармана[7].



Заключение

Сырьем для стекольного производства является песок. В Казахстане имеются запасы песка и оцениваются в 35 млн. тонн. Казахстанский песок занимает второе место по чистоте, уступая лишь мадагаскарскому. Однако сейчас весь производимый в стране кварцевый песок идет на экспорт. Потому желание компаний - лидеров стекольной промышленности в мире обзавестись собственным производством на территории Казахстана объяснимо и обосновано.

Широко освоен выпуск технического стекла (плоское и гнутое закаленное стекло, триплекс, стеклянные трубы, электровакуумное и оптическое стекло и др.), штучных изделий (узкогорлой стеклотары).

В данном курсовом проекте сделаны необходимые теплотехнические расчеты для ванной печи.

Выполнена графическая часть проекта в виде чертежей.



Список использованных источников

1. Левченко, П.В. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности: учебник для вузов / П.В. Левченко. - М., Высшая школа, 2007. - 367 с.

2. Перегудов, В.В. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей: учебник для вузов / В.В. Перегудов, М.И. Роговой; - М.: Стройиздат, 1983. - 416 с.

3. Роговой, М.И. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности стройтельных материалов: учебник для вузов / М.И. Перегудов, М.Н. Кондакова, М.Н. Сагановский. - М.: Стройиздат, 1975. -319 с.

4. Минерально-сырьевая и технологическая база Южно-Казахстанского кластера строительных и силикатных материалов. Бишимбаев В.К., Есимов Б.О., Адырбаева Т.А., Руснак В.В., Егоров В.В. Монография. - Алматы: Раритет, 2009.

5. Механическое оборудование стекольных и ситалловых заводов. Зубанов В.А., Чугунов Е.А., Юдин Н.А., Машистроение, 1984.

6. Воробьев, А.В. Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии строительных материалов и изделий: учеб. пособие для вузов / А.В. Воробьев, Т.М. Худякова. - Шымкент: Казахский химико-технологический институт. 1993.-29 с.

7. Воробьев, Х.С. Теплотехнические процессы и аппараты силикатных производств: учебник для вузов / Х.С. Воробьев, Д.Я. Мазуров, А.Л. Соколов. М.: Высшая школа. 1965. -350 с.

8. http://www.stroitelstvo-new.ru/steklo/bezopasnost.shtml.

9. http://www.budinfo.org.ua/doc/1816154.jsp.

Размещено на Allbest.ru