100吨翠绿料玻璃瓶课程设计.doc

蓄热式马蹄焰池窑（烧油）的热工计算(一) 原始资料(1)产品：翠绿料机制玻璃瓶(2)出料量：每天熔化玻璃100吨。(3)玻璃成分设计：见表1.1表1.1 玻璃成分设计玻璃成分SiO2Al2O3CaOMgONa2OBaOFe2O3Cr2O3%69.54.58.51.514.50.50.250.2(4)料方及原料组成：见表1.2表1.2 料方及原料组成原料名称料方（湿粉料%）原料化学组成（%）外加水分SiO2Al2O3CaOMgONa2OBaOFe2O3Cr2O3其他硅石粉47.32298.900.080.030.315.0长石17.68865.6618.382.640.17石灰石7.735550.2白云石4.77330.522.00.2纯碱18.85957.2Na2CO3:97.797.0重晶石0.64410.21.257.280.2BaSO4:88铬矿粉0.4686.412.851.449.531.5萤石0.7385.00.13CaF2:92.06硝酸钠1.47536.5氧化锑0.295合计99.99 (5)碎玻璃数量：占配合料量的45%。(6)配合料水分：靠硅石粉、硅砂和纯碱的外加水分带入，不另加水。(7)玻璃熔化温度：1400。(8)工作部玻璃液平均温度：1300。(9)重油组成、热值及加热温度：见表1.3表1.3 重油组成、热值及加热温度元素组成低热值Kcal/Kg加热温度（）CHONSAW86.4012.180.530.30.120.020.610000125(10)雾化介质：用压缩空气，预热到120，用量为0.6(11)喷嘴砖孔吸入的空气量：0.5(12)助燃空气预热温度：1050。(13)空气过剩系数：取1.2.(14)火焰空间内表面温度：熔化部1500，工作部1400。(15)窑体外表面平均温度（）：见表1.4表1.4 窑体外表面平均温度（）窑顶侧胸墙前后胸墙电熔锆刚玉砖池墙刚玉砖池墙池底熔化部250180200160130175(16)熔化池内玻璃液温度（）：见表1.5表1.5 熔化池内玻璃液温度（）液面窑池上部（平均）（电熔锆刚玉砖池墙，600mm高）窑池上下部交界层窑池下部（平均）（粘土砖池墙，600mm高）池底14001340128012651250池深方向玻璃液降温：窑池上部为2/mm，窑池下部为1/mm。池墙、池底内表面温度按玻璃液温度（1250）取用。(17)熔化部窑顶处压力：2mm/水柱。(二) 玻璃形成过程耗热量计算100 kg湿粉料中形成氧化物的数量原料名 称形成玻璃液的氧化物量计算氧化物数量（kg）SiO2Al2O3CaOMgONa2OBaOFe2O3Cr2O3总数石英砂43.322/1.15*0.989=37.25737.25741.40143.322/1.15*0.0008=3.0143.01437.6716*0.0003=1.1301.13037.671*0.003=11.30111.301长石17.688*0.6566=11.61411.61415.36217.688*0.1838=3.2513.25117.688*0.0264=0.4670.46717.688*0.0017=0.0300.030石灰石7.735*0.55=4.2544.2544.2697.505*0.002=0.0150.0155白云石4.773*0.305=1.4561.4562.5164.773*0.22=1.0501.0504.773*0.002=0.0100.010纯碱18.859/1.07*0.572=10.08210.08210.082重晶石0.644*0.102=0.0660.0660.4440.644*0.012=0.0080.0080.644*0.5778=0.3690.3690.644*0.002=0.0010.001铬矿粉0.466*0.064=0.0300.030.5580.466*0.1285=0.0600.060.466*0.0144=0.0070.0070.466*0.095=0.0440.0440.466*0.315=0.1470.147萤石0.7376*0.05=0.0290.0290.2510.7376*0.0013=0.0010.0010.7376*0.9206*0.71=0.4820.5270.7376*0.9206*0.385=-0.261-0.261硝酸钠1.4752*0.9812*0.365=0.5280.5280.5301.4752*0.0014*0.435=0.0010.0011.4752*0.0011*0.585=0.0010.001合计48.7353.3196.2661.10530.36911.0790.17050.14771.79玻璃成分68.464.668.801.550.5215.560.240.21100 纯碱中的钠按3%的挥发量计算。 2CaF2+SiO22CaO+SiF4二份CaF2与一份是SiO2作用后，其中一份SiO2变成SiF4挥发掉，此外还生成一份CaO1、 生成硅酸盐耗热（以1公斤湿粉料计，单位是 kJ/kg）由CaCO3生成CaSiO3的反应耗热量=367=367*(0.0000036+0.00122+0.04128+0.01658+0.00007)*4.18=90.64kJ/kg由NaCO3生成Na2SiO3的反应耗热量=227.3=227.3*0.10559*4.18=100.32 kJ/kg由BaSO4生成BaSiO3的反应耗热量=540=540*0.00367*4.18=8.28 kJ/kg由CaF2生成CaSiO3的反应耗热量=367=367*0.00527*4.18=8.08 kJ/kg1 kg湿粉料生成硅酸盐耗热q硅q硅=+=207.32 kJ/kg100kg湿料去气产物的组成原料名称去气产物量计算去气产物量H2OCO2O2SO2SiF4总量硅石粉5.146-5.146/1.15=0.6715.065/1.15*0.0008*44/56=0.0035.065/1.15*0.0003*44/40=0.0010.6710.0030.001硅砂61.047-61.047/1.15=7.96361.047/1.15*0.002*44/56=0.08361.047/1.15*0.001*44/40=0.0587.9630.0830.058石灰石7.505*0.55*44/56=3.2433.243白云石5.435*0.305*44/56=1.3025.435*0.220*44/40=1.3151.3021.315纯碱20.263-20.263/1.07=1.32620.263/1.07*0.572*44/62=7.7011.3267.701重晶石0.635*0.88*0.27=0.1510.635*0.88*0.067=0.0370.0370.151铬矿粉0.466*0.0144*44/56=0.0050.466*0.095*44/40=0.0490.0050.049萤石0.734*0.9206*104.16/2/78=0.4510.451重量（公斤）9.9613.6240.0370.1510.4524.223体积（Nm3）12.3956.9360.0260.0530.09719.507体积（%）63.5435.560.130.270.50100.0 3.3 生成硅酸盐耗热（以1 kg湿粉料计，单位kJ/kg）由CaCO3生成CaSiO3的反应耗热量=367=367*0.0745*4.18=114.3 kJ/kg由NaCO3生成Na2SiO3的反应耗热量=222.73=222.73*0.09305*4.18=88.41 kJ/kg由NaNO3生成Na2SiO3的反应耗热量=990=990*0.003744*4.18=15.49 kJ/kg由BaSO4生成BaSiO3的反应耗热量=540=540*0.003744*4.18=8.52 kJ/kg由CaF2生成CaSiO3的反应耗热量=367=367*0.00462*4.18=7.087 kJ/kg1 kg湿粉料生成硅酸盐耗热q硅q硅=+=233.807 kJ/kg2、配合料用量计算在配合料中粉料55%，碎玻璃45%1kg粉料需要加入碎玻璃为45/55=0.8182 kg1kg粉料加上碎玻璃0.8182 kg得到玻璃液为1-0.01*24.223+0.8182=1.576 kg熔成1kg玻璃液需粉料和碎玻璃分别为：=1/1.576=0.63 kg=0.8182/1.576=0.52 kg熔成1kg玻璃液需要的配合料量为：=+=0.63+0.52=1.15 kg3、玻璃形成过程的热平衡（以1kg玻璃液计算，单位是 kJ/kg，从0算起）支出热量（1）加热玻璃液到1400耗热：G*=1*0.3145*1400*4.18=1840.45 kJ其中=0.1605+1.1*1400=0.3145kcal/kg =1.31461 kJ/kg（2）加热去气产物到1400耗热：=0.01*CCO2(%+%+%）+CH2O*%+CO2*%=0.01*0.5553*(35.56+0.27)+0.4357*63.54+0.3631*0.13*4.18=1.991 则耗热量为0.01=0.01*19.507*0.63*1.991*1400=342.56kJ（3）生成硅酸盐耗热=48.27*4.18*0.63=127.11 kJ（4）形成玻璃耗热83（1-0.01）=83*0.63*（1-0.01*24.223）*4.18=165.63 kJ（5）蒸发水分耗热595=595*0.0996*0.63*4.18=156.06 kJ共支出热量：1840.454+342.56+127.11+165.63+156.06=2631.81 kJ/kg收入热量：由粉料和碎玻璃带入的热量（设配合料入窑时温度为20）+=（0.63*0.23*20+0.52*0.1807*20）*4.18=19.97 kJ熔化1kg玻璃液在玻璃形成过程中的耗热量为：=支出热量-收入热量=2631.81-19.97=2611.84kJ（三）燃料燃烧计算5、熔化部面积计算5.1 确定熔化部各个尺寸先取熔化率k=1.7t/d，日产100吨玻璃液，估算熔化部面积为F=60，其中熔化带占70%，面积为42。按长宽比1.5计算，初步确定熔化带窑池长9.6 m宽6.4 m。火焰空间长9.6m，宽6.6m。胸墙高1m，窑碹升高1/8，碹股0.8m。 1.熔化带火焰空间容积与面积计算火焰空间底部面积=9.6*6.6=63.36 火焰空间顶部面积=9.6*6.6*1.03885=65.82火焰空间端部面积=1.0+（2/3）*0.688*6.6=9.63火焰空间侧墙面积=1.0*9.6=9.6 火焰空间容积=1.0+(2/3)*0.8*6.6*9.6=97.15 2.火焰气体黑度（）的计算气层有效厚度：=6.4*/=6.4*97.15/ ()=6.4*97.15/（63.36+65.82+9.63+2*9.6）3.9m则：=0.117*3.9=0.46（atmm）燃料燃烧计算重油化学组成（%）燃烧需氧量（Nm3/kg油）燃烧反应式燃烧产物量（）CO2O2N2H2OSO2总量C86.421.613C+O2=CO21.613H12.180.6824H+O2=2H2O1.364S0.120.00084S+O2=SO20.00084N0.30.0024W0.60.007562.2958O0.53-0.00372.29214=1.2时过剩O2量0.4580.458共需量2.75014引入量10.3310.33空气需要量13.08燃烧产物量（）1.6130.45810.331.3720.0008413.78燃烧产物成分（%）11.713.3275.009.960.01100=0.0993*3.9=0.39atmm）假定=1600，查图表得到，=0.109 =0.144 =1.05烟气黑度：=+=0.109+1.05*0.144=0.263.火焰温度复算=/=9.6 *6.4/（）=9.6*6.4/（65.82+2*9.63+2*9.6）=0.59已定=1400假定=1600，=1475，=1350=1837.4K=1564.4=1564.4 与假定的火焰温度接近，故上述各假定的温度均可用。（五）燃料消耗量及窑热效率计算1.理论燃料消耗量计算设x为每小时耗油量（kg），热量单位为kJ/h，从0算起，以熔化部为计算范围。（1） 熔化部收入的热量a.重油的潜热=10000x*4.18=4.18* kJ/hb.重油的物理热=0.5*125x*4.18=261.25x kJ/hC .压缩空气（雾化介质）的物理热=0.311*4.18=1.3 =0.6*1.3*120x=93.6x kJ/hd.由喷嘴砖孔吸入空气的物理热吸入空气温度为40 =0.31*4.18=1.2958 =0.5*1.2958*40x=26x kJ/he.助燃空气（二次空气）的物理热二次空气量=13.08-0.6-0.5=11.98 =0.3382*4.18=1.414kJ/kg=11.98*1.414*1050x=17786.7x kJ/h（2）熔化部支出的热量a.消耗于玻璃形成过程的热量去气产物排出温度为1400，与玻璃熔化温度相同，故加热去气产物一项不必另行计算。=2611.84*（120*1000）/24=13059200 kJ/hb.加热回流的玻璃液考虑用平底式流液洞，取回流系数为1.4，回流玻璃液量=（120*1000）*（1.4-1）/24=2001.6 kg/h回流玻璃液的平均温度=（1400+1300）/2=1350=1.292 kJ/（kg*）=2001.6*1.292*（1400-1300）=258606.72 kJ/hc.窑体散热见表5.1d.辐射热损失见表5.2e.溢流热损失由熔化部溢流出的烟气温度1400.查附表得 则溢流热损失：见表5.3（1）喷火侧的加料口不冒火，故只算一直加料口面积，并且考虑其一半被料堆遮盖。F=0.1/2=0.05（2）回火侧两只喷嘴砖孔有溢流，考虑其一半被喷嘴挡住，实际的孔口面积为：F=3*(/4) *0.062*0.5=0.00425 m表5.3 溢流热损失通过部位H（m）h孔口面积F（）V加料口14001.6381.5040.4960.620.0510.21123.36273601.38测温孔14001.1881.0910.9090.620.010.05733.4874255.63喷嘴砖孔14001.5381.410.590.820.0042520.02715.8635176.05共计172.7383033.06其中： -溢流烟气温度（）H-孔口中心距窑顶高（m）-孔口中心到窑顶的几何压头h-孔口处的压力，h=窑顶压力-=2-（mm水柱）-溢流系数V-溢出温度时的溢流量V=（2gh/）1/2（m3/s-标准状况下的溢流量（）-溢流热损失= kJ/h注释：表5.1 窑体各部分结构散热散热部位材质砖材厚度内表面温度外表面温度导热系数（kcal/m.h）散热面积F（m2）散热量=F（-）/窑顶硅砖0.314502500.9+80*10-5（1450+250）/2=1.585.2776.822030684.46侧胸墙硅砖0.414501800.9+80*10-5（1450+180）/2=1.5523.8820.68413595.15前胸墙硅砖0.414502000.9+80*10-5（1450+200）/2=1.563.97.215147023.7上层池墙33AZS0.313401602.1+19*10-4（1340+160）/2=3.42511.4218.3961036210.04下层池墙铁砖0.312651202+14*10-4（1265+120）/2=2.979.918.156860275池底粘土砖0.312501750.6+55*10-5（1250+175）/2=0.9923.3169.11027757.8流液洞底壁33AZS0.312501752.1+19*10-4（1250+175）/2=3.42511.511.9299303流液洞盖板33AZS0.312652002.1+19*10-4（1265+200）/2=3.511.670.2412468分隔墙 硅砖 0.4 1450 180 0.9+80*10-5（1450+180）/2=1.552 3.88 9.24 桥墙盖砖 硅砖 1.2 1450 180 0.9+80*10-5（1450+180）/2=1.552 1.29 1.62总计 387506.511094 6025917.37表5.2 辐射热损失辐射部位孔口面积F辐射处空间温度被辐射处空间温度孔口高/孔口深D/x门孔系数辐射热损失量kJ/h通过加料口0.11600500.1/0.4=0.250.42107226.09通过喷嘴砖孔0.0171600600.06/0.14=0.430.3213834.7通过测温孔0.011600500.08/0.4=0.20.184598向小炉口1.81600（1350+1050/2=12000.73/0.4=1.8250.621297377.3共计1423036.09其中：辐射热损失量=F*kJ/hf.加热燃烧产物由小炉排出的烟气量为=13.78x+120*1000/24*0.63*19.507/100-172.7=13.78x+441.77排出烟气温度1400 =（13.78x+441.77）*1.58*1400=30481.36x+977195.24 kJ/h（3）理论燃烧消耗量计算列热量收支平衡式41800x+261.25x+93.6x+25.916x+17786.7x=13059200+258606.72+6025917.37*0.8+1423036.09+383033.06+30481.36x+977195.24理论耗油量x=709kg/h2. 近似燃料消耗计算P=（120*1000）/（60*24）=83.33 查表得（）W=44000 取Q=（）/（1-）（83.33*2611.84/4.18+1.08*44000）/（1-0.25*1.08）=136422近似耗油量为=136422*60/1000=819 kg/h3. 实际燃烧消耗量计算 由于某些难以估计的热损失，考虑实际耗油量比理论耗油量大1020 实际耗油量=(1.11.2)*709=779.9850.8 kg/h 参考经验数据，难以估计的热损失还可以适当低些，故取14.6=1.146*709=813 kg/h=19.51 t/d4. 列熔化部热平衡表见表5.4表5.4 熔化部热平衡表收入热量支出热量项目kJ/h项目kJ/h（1）重油潜热3398340069.7（1）玻璃形成耗热1305920029.79（2）重油物理热2123960.436（2）加热回流玻璃液2586070.53（3）压缩空气物理热760970.156（3）窑体散热48207349.89（4）吸入空气物理热211380.043（4）辐射热损失 14230362.92（5）助燃空气物理热1446059529.61（5）溢流热损失3830330.79（6）加热燃烧产物2575854152.83（7）其他热损失50508.10.10共计48753659100共计487536591005.熔化部热负荷值，单位耗油量及窑热效率计算（按实际耗油量 ）熔化部热负荷值Q=(33983400+212396)/60=569930 单位耗油量=19510/120000=0.163 kg/kg玻璃液窑热效率 =13059200/(33983400+212396)*100=38.2据实践，如操作得当，单位耗油量可适当降低些，窑热效率可适当提高些。（六）蓄热室受热表面、空气交换器及烟道的计算1.蓄热室计算 采用箱式蓄热室，格子体采用八角筒形砖，格孔尺寸格孔尺寸160 mm*160 mm,筒高150 mm取比受热表面则由于格子体高度一般为79 m，格子体长宽尺寸应为砖的长度的整数倍。故设格子体尺寸L*B*H为5.25*3.5*7.65实际则稳定系数为/=7.65/=1.78格孔流通面积为：格孔空气流速为：= / =11.98*813/3600/11.03=0.1245 m/s废气流速为：=/=13.78*813/3600/11.03=0.282 m/s2. 空气交换器采用闸板式，设漏气量为10 空气口尺寸设计成高*宽*碹升为0.80m*0.95m*0.15m 则 3. 烟道采用地下烟道，漏气量为15% 总烟道口尺寸高*宽*碹升高为1.55m*0.9m*0.15 （七）排烟系统阻力计算1. 局部阻力计算见表7.1 表7.1 局部阻力计算编号局部阻力部位与性质F漏风1进小炉口3.114000.93.441.2980.52.4012在小炉内扩散3.114001.81.721.2980.10.120390度转弯3.113101.81.721.29822.2724进蓄热室扩大3.1120018.3750.171.2980.720.0075进格子砖3.111002.81.111.2982.61.0676在格子体中3.1626872.81.131.29814.84.4012%7进炉条孔扩大3.3204003.340.991.2980.10.0165%8出炉条孔扩大3.3204003.340.991.2980.050.0089底烟道90度转弯3.3203501.172.841.29821.43810进烟道缩小3.3203301.532.171.2980.20.13811通过交换器3.3203200.7604.371.2980.51.37412进烟道扩大3.6523200.7604.811.2970.20.66510%13总烟道45度转弯3.6523001.522.401.2970.50.40014通过闸板4.2002801.143.681.2961.31.35815%15进烟囱90度转弯4.2002801.522.761.2961.51.53016烟囱底部扩大4.2002801.522.761.2960.50.51017出烟囱口4.2002201.383.041.2961.01.10416.001其中：2. 摩擦阻力计算见表7.23. 蓄热室几何压头计算从蓄热室顶到底烟道高：10.3m（车间平均温度）=20 hp=10.3*1.293*273/（273+20）-1.298*273/（273+855） 则排烟系统阻力=表7.2 摩擦阻力计算编号摩擦阻力部位F漏风%1小炉内3.113550.93.441.2983.31.1060.060.8372格子体内3.1626872.81.131.2987.650.1251.09223烟道内3.3203301.172.841.29840.920.060.30854总烟道内3.6523001.522.401.297200.980.060.980105闸板后4