Ванная стекловаренная печь — SU 1216155 (original) (raw)
(19) И 1) 51)4 С 03 И3 ЩГ.4ФЧИ ЕОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ИЯ ТОРСНОМУ СВ ЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР11 О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ .(71) Государственный научно-исследо"вательский институт стекла и Государственный союзный ордена Трудового Красного Знамени институт по проектированию предприятий стекольнойпромышленности "Гипростекло"(54) (57) 1. ВАННАЯ СТЕКЛОВАРЕННАЯПЕЧЬ, 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, 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, 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.12161Изобретение относится к промыш-ленности строительных материалов, вчастности к производству стекла,и может быть использовано в стекловаренных печах непрерывного действия с комбинированнымпламенноэлектрическим обогревом.Целью изобретения является повышение производительности, снижениерасхода тепла на варку и продление 10рабочей кампании печи.Причиной существования в стекло-,варейной печи конвективных потоковявляется наличие градиентов темпе 1ратур по всему ее объему, возникающих из-за потерь тепла в окружающуюсреду через ограждающие конструкциипечи и неравномерности тепловыхпотоков от пламенного пространстваи кладки печи на стекломассу, управлять которыми можно в узких пределах, не позволяющих существеннымобразом и целенаправленно воздействовать на конвективные потоки,На основании измерений температурстекломассы на действующих печахтемпературное поле стекломассы вплане печи можно приближенно описатьрядом изотермических контуров, представляющих собой эллипсы, большие 30оси которых расположены на продольной оси симметрии печи, При пламенном обогреве печи каждый внутреннийконтур является изотермой с болеевысокой температурой по отношениюк внешнему. Располагая группы электродов по замкнутым кривым, примерноописывающим изотермы стекломассы и,регулируя избирательно мощность,подаваемую на автономно подсоединен" 40.ную к источнику питания группуэлектродов, можно за счет выделениятребуемого количества тепла в данномобъеме стекломассы воздейСтвоватьна температурное поле расплава 45вплоть до изменения градиента температур соответственно, конвективныхпотоков)на.обратный знак, а длятого, чтобы иметь возможность регулирования в любом заданном направлении, необходимо, чтобы группы электродов охватили всю область регулирования или другими словами, образовывали замкнутый контур вокруг областирегулирования, 55При этом минимальное расстояниемежду электродами соседних групп 1,должно составлять не менее 0,5 меж-. 55 2электродного расстояния 1 в самихгруппах, так как в противном случаевозрастает взаимодействие междуэлектродами соседних групп, питающихся от различных трансформаторов,что приводит к существенному ослаблению взаимодействий внутри группы,снижению запроектированной мощностии концентрации электроэнергии в единице объема расплава, нарушениюравномерной нагрузки фаз.С другой стороны, при чрезмернобольших расстояниях между электродами соседних групп может возникнутьобласть неуправляемой конвекции.Эксперименты, проведенные на модельной установке, показали, что такиезоны образуются в объеме стекломассы между ними более 1-1,2 длинысамих группДля более оперативного и точногорегулирования технологического процесса внутри этого внешнего контураэлектродов желательно иметь рядвнутренних контуров, эквидистантныхосновному внешнему.На фиг.1 представлена схема печи,вид в плане; на фиг.2 - схема теплового баланса в поперечном сечениипечи.Печь содержит зону 1 варки, зону2 осветления и гомогенизации, горелочные устройства 3, группы 4 электродов 5,При установившемся режиме безэлектроподогрева.тепловой балансэлементарного объема стекломассы 11можно записать следующим образом: Приход тепла Расход тепла Чпд-и Ъек-с = Ъв%п-у где с ии С - тепловые потоки, характеризующие теплообмен между смежными объемами стекломассы за счет тепло- и массопередачи;- тепловой поток от газового пространства и кладки печи к стекло- массе. При анализе сечения, находящегося под шихтой, величинув приходной части баланса следует заменить на, в расходной части . (итепловой ноток направлен от стекло- массы к шихте);- потери тепла через дно печи. Зйачения этих величин в общем случае зависят от режимных иконструктивных параметров. При экспериментальном определении количества тепла электроэнергии,необходимого для требуемого воздействия на конвективные потоки, учитываются лишь определяющие параметры.Причиной конвективных потоков встекломассе. является наличие в нейградиентов температур. Поэтому, сточки зрения управления конвекцией,основным фактором, определяющим величину и направление тепловых и конвективных потоков, является разницасредневзвешенных температур рассматриваемых объемов стекломассы 1,11 и1 И - Е с, ЕБез электроподогрева распределениетемператур в стекломассе характеризуется пунктирной кривой, причем всегда йсс. Это однозначноопределяет направление движения стекломассы в верхней ее части из объема 111 в объем 11 и далее - в 1 и,тем самым, движение шихты в пристенную область,Для устранения такого явления необходимо в объеме 11 за счетвнутреннего источника (в данном случаеза счет группы электродов, находящейсяв нем) выделить такое количество тепла, чтобы температура в нем сталапо крайней мере равна температурестекломассы в объеме 111.Для нагрева до требуемой температуры. теоретически требуется,.Ц, с 1 ь 1,где С - удельная теплоемкость стекломассы, кДж/град кг;- плотность стекломассы,кг/м- объем стекломассы, заключенный между электродамиданной группы, мй - градиент температур, град/м.При включении электроподогреватемпература с начинает расти пропорционально мощности, подаваемойна электроды, находящиеся в объеме 11,При этом ,увеличиваются нотоки тепла через дно печина нагрев ших-.4ты в зоне варки (или уменьшаетсяприток тепла о в зоне осветГк-сления), Эти потерй учитываются КПДэлектроподогреващ, составляющим, в зависимости от доли теплаэлектроэнергии в общем тепловомбалансе печи, величину 0,6 - 0,9,Так как эти дополнительные потеритепла уходят из рассматриваемойсистемы и на относительное распределение температур практически неоказывают влияния, то показатель40 45 50 55 5 О 15 20 25 30 35 степени придолжен быть равен единице, т.е. требуемая дополнительная мощность электроподогрева РА, пропорциональнаиР.,- 0.Распределение температур при прочих равных условиях определяется прежде всего температуропроводностью стекломассы. При этом следует учитывать два фактора, обусловленные температуропроводностью: потери тепла из объема 11 в окружающие его объемы 1 и 111 (или уменьшение притока тепла из объема 111 в 11); повышение температуры стекломассы в объемах 1 и 1 П за счет этих потерь с , и 1 (пунктирная кривая ) дои 1 (сплошная кривая 2 ).Другими словами теплообмен между объемами 11 и 1 П за счет температуропроводности вступает как бы в двой- ное противодействие уменьшению разин. цы температур (С), в результате чего эти потери требуют не эквивалентной компенсации. Обработка результатов показала, что требуемая дополнительная мощность пропорциоанальна (- -- ) причем РР = 1 2-1 5 ва 00Э Э зависимости от температурного уровня процесса и исходного распределения температур.Таким образом, для достижения распределения температур при наличии поперечной конвекции требуется мощностьРщ( 1 ьес Р и(ь 1,Но система не замкнута, и за счетпродольной конвекции происходитнарушение теплового баланса,т.е. появляется необходимость учетавременного фактора. Этот факторучитывается показателем степени впри Й , который зависит от удельнойпроизводительности печи и лежит впределах 1,1-1,4.Влияние всех других параметровучтено в эмпирическом коэффициенте Ккоторый растет с 0,5О до 0,15 ф10 м при уменьшении высоты вылетаэлектродов, расстояния электродов отстенок бассейна, увеличении относительной ширины загрузочного карманаи т.д.Таким образом, дополнительноеколичество тепла электроэнергии, 1216155необходимое для создания требуемого градиента температур, а тем самымуправление технологическим процессом варки стекла определяется зависимостьюП р и м е р, Ванная стекловаренная1 О печь оборудована системами верхнего пламенного обогрева и электроподогрева, состоящими из множества автономно. питающихся групп вертикальных, вставленных через дно печи электро 15 дов. Эти группы образуют два замкнутых, эллипсоидальных эквидистантно расположенных контра, причем внешний контур охватывает практически всю отапливаемую зону печи. Межэлектродное расстояние в каждой группе 3 = 1 м, длина группы , = 2 м, расстояние между группами= 1 м, В центрах электродных групп через25 дно печи установлены первичные датчики термоэлектрических приборов фиксирующих температуру стекломассы в этих зонах. Режим варки ведется в строгом соответствии с технологичес 30 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 появлениюградиента между температурамиобъемов 1 Г и 1, отличающегосяот заданного технологическим регламентом на 10 С/м. 40При этом известны следующие конструктивные и режимные параметры: объем стекломассы, заключенный между электродами данной группы,= 45 = 2 м ; средневзвешенная температура7,1300 С, следовательно, с =1,295 кДж/град кг, р = 2317 кг/м;41300 = 11 910 м/с, ц 1100 = = 8,5510 м /с; доля тепла электроэнергии в приходной части теплово го баланса печи составляет 307., При этом тепловой КПД электроподогрева0,8 ; удельный съем с 1 мотпаливаемой 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 1 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 ф 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 технологическимрегламентомРо= О 6210" ( --- -)1 2 х855 1 О101,295 2317,2 0,8 = 120 кВтПри 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 около1 млн,руб. в год.1216155 оставитель Т.Буклей ехред З.Палий едактор Г.Волко ектор Е.Сирохма Заказ 951/27 ал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная,Тираж 458 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 13035, Москва, Ж, Раушская