Теплотехнический расчет ванной регенеративно стекловаренной печи с поперечным направлением пламени

  _G(K)Na2O=0,0568∙0,0318∙0,96=0,0017 кг/кг шихты.

      Общий расход тепла составит, кДж/кг стекломассы:

q_с=61,42+71,298+69,41+0,536+115,45+6,06+1,54=325,714 ,

      Расход тепла на нагрев 1 кг  стекломассы до 1450 ⁰С при начальной температуре шихты t_н=30 ⁰С, кДж/кг стекломассы:

q_ш=C_c∙t_c-(G_ш∙C_ш∙t_н+G_б∙C_б ∙t_н) ,

  где  С_ш- средняя теплоёмкость шихты, С_ш=0,963 кДж/кг∙град;

        С_с- средняя теплоёмкость стекломассы, не содержащей оксидов тяжёлых металлов, С_с=0,672+0,00046∙t=0,672+0,00046∙1490=1,339 кДж/кг∙град;

        С_б - средняя теплоёмкость стеклобоя,   

С_б=0,751+0,000265∙t=0,751+0,000265∙30=0,759 кДж/кг∙град.

q_ш=1,339∙1490-(0,91∙0,963∙30+0,759∙0,273∙30)=1909,044 .

      Расход тепла на плавление  шихтовых материалов (стекла):

        q_пл=347∙G_ш(1-0,01∙G_п.д.)=347∙0,91(1-0,01∙20,562)=315,121 кДж/кг ст.

      Расход тепла на нагрев газов  разложения до 1490 ⁰С, кДж/кг стекломассы:

q_газ=q_RO2+q_Н2О ,

  где  q_RO2 - теплота нагрева СО₂+SО₂, кДж/кг стекломассы:

                 q_RO2=V_RO2∙G_ш∙C_RO2t=0,08∙0,91∙3371,2=245,423,

                 V_RO2=0,072+0,008=0,08 нм³/кг шихты,

                  C_RO2t=3371,2 кДж/нм³ - энтальпия газов при t=1490 ⁰С;

        q_Н2О- теплота нагрева воды, включая испарение влаги шихты, кДж/кг стекломассы: q_Н2О=(V_H2O∙C_H2Ot+25ω)∙G_ш=(0,05∙2669,2+25∙4)∙0,91 =212,449 ,

                 V_H2O=0,05 нм³/кг шихты,

                 С_Н2Оt=2669,2 кДж/нм³,

                 ω- влажность шихты, %.

q_газ=245,423+212,449=457,872 кДж/кг.ст.

         Общий расход тепла на процесс  стеклообразования, кДж/кг стекломассы:

q_х= 325,714+1909,044+315,121+457,872=3007,751 кДж/кг.ст.

                        

Тепло, затрачиваемое на химические реакции

при нагреве материала

 

Q_x=q_x∙G_x , кВт

  где  G_x - количество шихты, поступающее в печь, 200 т/сут.·1,15=230 т/сут

 

G_х= 230 т/сут·1000:(24·60·60)=2,66 кг/с

Q_х=3007,751 ∙2,66=8000,6177 кВт.

Потери  тепла с уходящими  продуктами горения

 

Q_дым=V_дым∙i_дым, кВт

  где  V_дым- объём продуктов горения, уходящих из рабочего пространства печи,   с учётом подсосов окружающего воздуха, нм³/с;

                   V_дым=V_α∙В=11,03В.

         i_дым- энтальпия продуктов горения при температуре уходящих газов,

                 кДж/нм³,  i_дым= С_дым ∙t_дым=1855,3 , t_ух=1200 ⁰С.

Q_дым=11,03В∙1855,3=20463,959В кВт.

Потери  тепла вследствие неполноты горения

 

      Принимаем потери вследствие  неполноты горения 2% от прихода тепла:

Q_неп=452361,225·В∙0,02=1047,22В кВт.

Потери  тепла через кладку печи

 

         Тепловой поток от одной среды  (с температурой t_газ) к другой (с температурой t_окр) через многослойную стенку определяется по формуле, кВт:

Q_кл=0,001(t_газ-t_окр)∙F/(1/α₁+S₁/λ₁+S₂/λ₂+1/α₂) ,

  где α₁- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, учитывающий излучение  газов и конвекцию, Вт/м²∙град;

         α₂- коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающую среду, Вт/м²∙град;

         S₁/λ₁, S₂/λ₂- тепловые сопротивления слоёв многослойной стенки;

         S- толщина слоя, м;

         λ- коэффициент теплопроводности слоя материала при средней температуре по массе, Вт/м∙град;

         F- теплопередающая поверхность, м².

      Рассчитываем теплопередающие поверхности, м²:

    F_дна=16,47∙8,50=140,00;

    F_свода=16,47 ∙8,9=146,58

    F_{стены пламенного пространства}=16,47∙1,61=26,51

    F_{стены ванны}=16,47∙1,1=18,12

    l_душ=π∙r∙n/180=3,14∙8,5∙60/180=8,90 м.

  Стены ванны: бакоровая часть δ_б=0,38м,

Изоляция: алюмохромфосфатный газобетон М600 – 120 мм;

                  керамовермикулит – 100 мм

    α₂=2,6(70-40)^1/4+(5,7∙0,8[((343)/100)⁴-313)/100)⁴])/(70-40)=12,53;

 λ_{1(бакор)}=1,3 Вт/м²∙град;

λ₂(алюмохромфосфатный газобетон М600)=0,163+0,00028·1370=0,547;

λ₃(керамовермикулит)=0,085+0,00021·960=0,287.

Q_стен=

= =26,45/(0,01+0,292+0,219+0,348+0,079)= 27,900·2=55,8 кВт.

  Потери тепла через  кладку стен пламенного  пространства.

Бакор толщиной 250 мм.

Изоляция: алюмохромфосфатный газобетон М600 –  120 мм;

                  керамовермикулит – 60 мм.

    α₂=2,6(60-40)^1/4+(5,7∙0,8[((333)/100)⁴-(313)/100)⁴])/(60-40)=11,7;

 λ_{1(бакор)}=1,3 Вт/м²∙град;

λ₂(алюмохромфосфатный газобетон М600)=0,163+0,00028·1340=0,538;

λ₃(керамовермикулит)=0,085+0,00021·790=0,251.

Q_стен=

=38,70/(0,01+0,192+0,223+0,239+0,085) =51,669 ·2=103,338 кВт.

Потери  тепла через свод печи.

Динас –450 мм.

    α₂=2,6(235-80)^1/4+(5,7∙0,8[((508)/100)⁴-(353)/100)⁴])/(235-80)=24,19;

λ₁(динас)=1,07+0,00093·1550=2,51;

Q_свода=

=215,472/(0,01+0,179+0,041)= 936,834 кВт.

Потери  тепла через кладку дна ванны печи.

Дно ванны: бакоровая часть δ_б=0,28м, λ_б=3,1 Вт/м∙град;

                      шамот δ_ш=0,4 м;

                       алюмохромфосфатный газобетон δ_ш=0,1м.

    α₂=2,6(45-35)^1/4+(5,7∙0,8[((318)/100)⁴-(308)/100)⁴])/(45-35)=10,19;

 λ_{1(бакор)}=1,3 Вт/м∙град;

λ₂(шамот)=0,61+0,00018·1050=0,799;

λ₃(алюмохромфосфатный газобетон М44)=0,093+0,0003·300=0,183.

Q_дно= =163,1/(0,01+0,09+0,50+0,0546+0,098)= 216,715 кВт

 

∑Q_кл=55,8 +103,338 +936,834 +216,715 =1312,687 кВт.

Потери тепла излучением через открытые отверстия

Q_луч=0,0057∙[(Т_пр/100)⁴-(Т_окр/100)⁴]∙F∙φ , кВт

  где  Т_пр, Т_окр-температуры печного пространства, откуда происходит излучение   и окружающей среды, К;

        F- площадь сечения отверстия, м²;

        φ- коэффициент дифрагмирования.

         В печи установлено четыре пары горелок с суммарной площадью сечения влётов горелок - 2,47 м². Отверстие загрузочного кармана - 2,78 м².

F=2,78+2,47=5,25 м²

Q_луч=0,0057∙5,25∙0,8[((273+1550)/100)⁴-((273+30)/100)⁴]=2637,74 кВт.

Потери  тепла с конвективными  потоками стекломассы

Q_кон=G_ст(С₁∙t₁-C₂∙t₂)∙n , кВт

  где  G_ст- количество сваренной стекломассы, кг/с;

         t₁, t₂- температуры потоков стекломассы попадающих и возвращающихся в варочную часть печи, t₁=1450 ⁰С, t₂=1250 ⁰С;

         С₁, C₂- средние теплоёмкости стекломассы между 0⁰ и t₁, и между 0⁰ и t₂,

                    кДж/кг∙град:

С₁=0,672+0,00046∙1450=1,339,        C₂=0,672+0,00046∙1250=1,247;

         n- коэффициент потока стекломассы., n=2,2.

Q_кон=

(1,339∙1500-1,247∙1250)∙2,2=1038,922кВт.

      Неучтённые  потери тепла

Q_неучт=(0,03...0,05)∙Q_н∙В=0,05∙35336,485В=1060,09В кВт.

                Составляем уравнение теплового  баланса:

35336,485В+17024,74В=8000,6177 +20463,959В+1047,22В+1312,687 +1038,9225++2637,74 +1060,09В;

52361,225В=12989,9672+22571,269В;         29789,956 В=12989,9672,

В=0,436 м³/с.

         Полученные результаты сводим  в таблицу 3.6.

  Таблица  3.6.─ Тепловой баланс стекловаренной печи

 

Невязка баланса:

ΔQ=(Q_прих-Q_расх)/ Q_прих·100%=(22829,493–22831,039)/ 22831,039·100%=0,006%.

4.2.3. Коэффициент полезного действия

    КПД печи рассчитывается по формуле:

     ((Q_х+Q_конв)/Q_гор)·100%=(8000,618+1038,922)/ 15406,707·100%=58,67 %