玻璃马蹄焰池窑课程设计说明书

1、玻璃窑炉及设计课程设计说明书题目 年产42200吨高白料酒瓶燃油蓄热式马蹄焰池窑设计学生姓名：学号：院（系）：材料科学与工程学院专业：无机非金属材料工程指导教师：2013年6月20日目录1绪论课程设计是培养学生运用窑炉及设计（玻璃）课程的理论和专业知识，解决实际 问题，进一步提高设计、运算、使用专业资料等能力的重要教学环节。目的是使学生 受到设计方法的初步训练，逐步树立正确的设计观点，增强设计能力、创新能力和综 合能力，初步掌握窑炉及其它热工设备设计的基本知识和技能，并对所学窑炉热工理 论知识进行验证和深化，为将来从事生产、设计、研究及教学等方面工作打下良好的 基础。同时为毕业设计（论文）奠定

2、良好的基础。设计依据：（1）设计题目：年产42200吨高白料酒瓶燃油马蹄焰玻璃池窑的设计（2）原始数据：产品规格：高白酒瓶容量550mL,重量450g/只行列机年工作时间及机时利用率：325天，95%机速：QD8亍列机高白酒瓶75只/分钟QD6亍列机高白酒瓶42只/分钟产品合格率：90%玻璃熔化温度1430E玻璃形成过程耗热量q玻=2350kJ/kg玻璃液重油组成（质量分数%，见表1。表1重油组成CarHarNarOrSrMrAr合计100简述玻璃窑炉的发展历史及今后的发展动向玻璃生产专用热工设备统称为玻璃窑炉玻璃窑炉是玻璃行业生产的心脏，是能源消耗的主要设备。目前我国正在运行的 窑炉以火焰炉

3、为主，能耗水平较高 （一般在 300500公斤标煤 / 吨成品左右，国际先进 水平为相当于150200公斤标煤/吨成品）；熔化率低（一般在1。52吨玻璃液/平 方米熔化面积天，国际先进水平为 33。6吨工字钢玻璃液/平方米熔化面积天）， 周期熔化率低（国际可超过 10000吨玻璃液/窑炉运行周期，国内在 24006200吨玻 璃液/窑炉运行周期） 这也与我们企业的产品结构、窑炉熔化面积的大小、生产线的合 理配置有关；在能源结构方面，我们目前主要选用煤和油，热利用率低且污染严重， 而目前国际上则普遍采用天然气和电等清洁能源，热利用率高污染少。即使用油为燃 料的企业，大部分都采用电助熔和纯氧燃烧技

4、术，以提高热效率和熔化率减少污染。 在窑炉寿命方面，我们的窑炉一般在 46年，而国际先进水平都在 10年左右，有少数 的窑炉寿命超过 12年。当然在采用耐火材料和一次性投资造价较高，但算总账可能比 45年搞一次窑炉停产大修的投入还要低一些，我们需要结合国情有针对性地吸取国 际先进经验。在窑炉自动控制方面，国外几乎都采用了玻璃液熔化过程的自动控制技 术，而我们的大多数窑炉没有安装自动控制系统，要提高熔化质量、延长窑炉寿命及 做好节能减排，窑炉自动控制系统是不可缺少的。玻璃制造有 5000年历史，以木柴为燃料、在泥罐中熔融玻璃配合料的制造方法延 续了很长时间。 1867年德国西门子兄弟建造了连续式

5、燃煤池窑。 1945年后，玻璃熔窑 迅速发展。我国玻璃行业约拥有玻璃窑炉 40005000座，生产各种玻璃 28003500万吨。其 中大部分玻璃窑炉基本上都是火焰池窑、其基本结构为：玻璃容制、热源供给、余热 回收、排烟供气部分。目前我国主要耗用能源（主要燃料为煤炭、重油、天然气及电 等）折合标准煤 17002800万吨。平板玻璃国内平均能耗为 7800kJ/kg 玻璃液，比国 际先进水平高出 30%，窑炉热效率相比低 12%。玻璃窑炉节能潜力很大，走可持续发展 的新路。我国平板玻璃熔窑的发展历史大致可分为三个时期。第一个时期是 50年代至 70 年代的有槽垂直引上时期。第二个时期是 80年代

6、的无槽引上、格拉威伯尔法的发展时 期。第三个时期是 90年代及以后的浮法大发展时期。近年来，前景广阔的玻璃熔窑富氧助燃技术是建材企业“脱困增效”的重要途 径，研究开发和推广应用玻璃熔窑节能降耗的新方法、新技术，是实现玻璃行业节能 降耗乃至“脱困增效”目标的当务之急。玻璃熔窑富氧助燃技术在节能降耗、环境保 护、经济效益等方方面面均具有显着的优越性，因此，建材工业“九五”计划和2 0 10年远景目标明确提出要开发和推广此项技术。本世纪4 0年代，美国康宁玻 璃公司为促进配合料的熔化和补充热量，开始在玻璃熔窑上采用天然气氧气燃 烧技术，从而开创了玻璃熔窑富氧助燃的先河。近年来，由于燃料成本和环保因素

7、，国外对富氧助燃技术的研究与应用方兴未艾。我国对该技术的开发应用才刚刚起步， 随着科学技术的进步和人们的环保意识的增强，国内国外出现许多新技术、新设备， 如减压澄清、纯氧燃烧、纯氧助燃，顶插全电熔窑，澄清池，三通道蓄热室等。通过 采用新技术、新工艺，可进一步降低能耗，提高玻璃液质量，减少环境污染，走出一 条节能环保的可持续发展道路。对所选窑炉类型的论证阶段燃料窑型窑龄古代木材直火式坩埚窑几个月奠基煤炭坩埚窑,发明池窑年年缓慢煤炭19201945年池窑12年飞跃高热值19451960年池窑34年持续高热值1960至今池窑78年表1玻璃窑炉发展情况本设计选用 蓄热室马蹄 焰流液洞池 窑优点：a.火

8、焰行程 长，燃烧完 全。只需在 窑头端部设 一对小炉，占地小，投资省，燃料消耗较低，操作维护简便。b.火焰对冷却部有一定影响，在个别情况下可借此调节冷却部的温度缺点：a.沿窑长方向难以建立必要的热工制度，火焰覆盖面积小，在窑宽度上温 度分布不均匀，尤其是火焰换向带来了周期性温度波动和热点的移动。b. 一对小炉限制了窑宽，也限制了窑的规模。c. 燃料燃烧时对配合料堆有推动作用，不利于配合料的澄清。并对花格 墙，流液洞盖板和冷却部空间砌体有烧损作用。有关工艺问题的论证合理的玻璃熔制制度是正常生产的保证。(1) 温度制度温度制度一般是指窑长方向的温度分布，用温度曲线表示。温度曲线是一条有几 个温度测

9、定值练成的曲线。“窑温”指胸墙挂钩砖温度。依靠燃料消耗比例调节。马蹄焰和纵焰池窑的热点 值取决于熔化玻璃的品种、燃料和耐材质量。热点位置选在熔化部的1/22/3处，不易控制。(2) 压力制度压强或静压头，沿气体流程。玻璃液面处静压微正压（+5Pa，微冒火。测点在澄清带处大碹或胸墙。用烟道的开度调节抽力压强。（ 3 ）泡界限制度 人为确定玻璃液热点位置。马蹄焰池窑稳定性不很强。（ 4）液面制度 稳定。波动会加剧液面处耐材侵蚀。对成型也有影响。日用玻璃池窑要求，轻 量瓶为 ）。探针式和激光式测量方法。安装在供料道或工作池。依靠控制加料机的加料速率 来进行。（ 5）气氛制度通过烟气中02含量和CC含

10、量判断。多数玻璃需氧化焰，但芒硝料要求还原焰。 改变空气过剩系数来调节（空气口大小和鼓风用量）。Fe2深绿色，透光性差，透热差。Fe3浅黄色，透热、透光性强。 火焰亮度判断，明亮为氧化焰，不大亮为中性焰，发浑者为还原焰。（ 6 ）换向制度 池窑定期倒换燃烧方向。使蓄热室格子体系统吸热和换热交替进行。换向间隔一 般为 2030/min ，烧重油熔窑，换向时先关闭油阀，然后关小雾化剂阀，留有少量雾 化剂由喷嘴喷出（ 7）加料方式：采用单侧加料。2.设计计算内容日出料量的计算日出料量由年产量和原始数据计算得：单台DQ8列机年产合格瓶量（吨/年）m为m（DQ8）=75 60 X 24X 450X 10

11、-6 X 325X 95%X 90%吨/ 年单台DQ6列机年产合格瓶量（吨/年）m为m（DQ6）=4X 24 X 450 X 10-6 X 325 X 95%X 90%吨/ 年 由于给定年产 42200吨高白料酒瓶，则需要DQ8行列机台数n = 42200/ =台需要DQ6行列机台数n = 42200/ =台因此选择1台DQ8行列机,4台DQ6亍列机就能满足生产需求，贝U玻璃熔窑日出料 量 G（ t/d ）为G=(75X 1+42X 4) X 60X 24X 450X 10-6= (t/d )熔化率的选取熔化率k :窑池每平方米面积上每昼夜熔化的玻璃液量。熔化率 K 的选择依据：1 )玻璃品种

12、与原料组成； 2)熔化温度；3)燃料种类与质量； 4)制品质量要求； 5)窑型结构，熔化面积； 6)加料方式和新技术的采用； 7)燃料消耗水平； 8)窑炉寿命和管理水平。参考教材P92,表4-2，取熔化率为：K=d一般蓄热室马蹄焰池窑的熔化面积为 1560m2熔化部面积按已定的熔窑规模/日产量和熔化率k估算2F熔=G/K(G-日出料量，K-熔化率，t/(m d)得 F 熔=取根据经验值，参考教材P98表4-9 ,取F冷/F熔=20%贝U F冷=X 20%=2F 冷=1/2 XX r +2rL取 r=所以 F 冷=(1/2) XX +2XX 087= 根据玻璃品种，供料道条数，成型机部位操作条件

13、等来决定冷却部的形状，本设 计采用半圆形供料道。冷却部比池深浅 300mm取1000mm具体形状如下图所示：长度L:保证玻璃液在窑内停留一段时间，满足其澄清。满足燃料充分燃烧，不 造成大温差，不直接烧吸火口。宽度B:火焰扩散范围，小炉宽、中墙宽和小炉与胸墙间距来定。 窑池长宽有一定比例保证玻璃充分熔化和澄清，与火焰燃烧配合。已知池底砖规格 300mmX 300mmX 1000mm本设计取长宽比 实际熔化池长 L=具体形状如下图所示:调整后:实际熔化部面积:F 熔=X 1/2 XX() /2 X 2=实际熔化率=G/F=(m2- d)实际F冷/F熔=%确定合理的池深，必须综合考虑到玻璃的颜色，玻

14、璃液粘度，熔化率，制品质 量，燃料种类，池底砖质量，池底保温层情况，鼓泡、电助熔及新技术的采用等因 素。根据教材P93页知高白料池深一般为9001000mm初选若池底采取保温则增加20%30%，池底保温 H=X( 1+20%30%=取 H=取窑坎高800mm一般置于熔化池长2/3处玻璃液的平均密度为cm5,即m则玻璃液停留时间t= XX =天 因玻璃液在窑内停留一天以上，故冷却算合理，冷却部池深取浅，本设计取 h= 熔窑基本结构尺寸的确定池壁玻璃液的主要侵蚀为横向砖缝处，因此尽量避免在高温区出现横向砖缝。池壁通 常采用整块大砖立砌。要求立砌排砖的尺寸必须相当精确，结合面应磨制加工达到砖 缝密接

15、。本设计采用：300mmAZS33QXY+30mn锆质捣打料 +115mmLZ-55( NZ-40) +100mr硅钙板 池底 随着温度的提高，出料量的增加，炉龄的增加，更主要的是为减少散热损失，节 约能源，现代熔窑池底多采用多层式复合池底结构，本设计采用：75mmAZS33WS-Y+35锆质捣打料+32mm烧结锆英石砖+30mn锆质捣打料+300mn浇 注大砖+280mn轻质粘土砖+10mn石棉板+8mmS钢板火焰空间长度与窑池长度相等即 L1=,宽度比窑池每侧宽100200mm本设计取200mm则火焰空间的宽 B=B+400=6700mm=火焰空间的高度由胸墙高度和大碹股高度合成，参考教材

16、P96,表4-8，取碹升高1/8，则得碹股为f=8=。胸墙高度取h=。则火焰空间的容积为：V=B1X L1X( 1+2/3f ) =XX +2/3X =火焰分隔方式：全分隔火焰空间要求：1) 能经受火焰烟气冲刷、烧损，配合料、其他耐材的侵蚀。化学、温度稳定，抗 渣性强； 2)严密不透气。砖缝小； 3)稳固。钢结构牢固； 4)散热少。采取保温。只取一个流液洞，本设计日出料量大，采用下沉式流液洞。、流液洞的作用：撇渣器和冷却器的作用1）对玻璃液的选择作用； 2）玻璃液的冷却作用好； 3）减少玻璃液的循环对流， 减少热损失； 4）提高玻璃液的均匀性； 5）下沉式。对玻璃液的选择作用、冷却作用 好，减

17、少回流二、几何尺寸：希望为长方形。1）宽度：控制玻璃液的均匀性。越宽越均匀。一般中小型池窑 300500mm大型可达700mm2）高度：控制玻璃液的质量。越低质量越好，而温降越大。中小型池窑200400mm大型可达500mm3）长度：控制玻璃液的降温程度。一般洞长9001200mm越长降温越多。C /cm。本设计选洞长 1000mm， , 如下图所示： 则流液洞的长X宽X高为 1000X 500X 400 流液洞流量负载K流=G/BH=X 1000/（50 X 40X 24）由教材 P95,96 表 4-6 可知，在 4 之间，该流液洞尺寸满足要求。 材质：侧墙、盖板、挡砖均用电熔锆刚玉砖 按

18、时按量加入、液面稳定，薄层加入，预熔作用，减少粉料飞扬。 马蹄焰池窑为侧面投料，只放一台投料机。宽稍大于投料机宽，两侧留50100mm深比窑池浅些。本设计采用薄层加料方式，加料口向喷火方向倾斜。取长为1350/ 1450mm窑内宽800mm窑外宽600mm深比熔化池浅些，取 1100mm燃料燃烧计算理论氧气量： V0O2=（C/12+H/2X 1/2+S/32-O/32 ）X 100=kg 重油理论空气量：V0 空气=100/21 X（ C/12+H/2X 1/2+S/32-O/32 ） X 100=100/21 X（ 12+4+32）X 100=kg 重油空气过剩系数a=,取&=根据教材及课

19、件实际空气量 Va=X =kg 重油理论烟气各组成： VN2=N/28X 100+V0o279/21=28X 100+XX 79/21=kg 重油VCO2=C/12X 100=12X 100=kg 重油 VH2O=（H/2+M/18） X 100=kg 重油VSO2=S/32 X 100=32X 100=kg 重油理论烟气量：=+重油实际烟气量V产=Vo产+V0空气(a-1)=kg重油 实际烟气各组成：VnfN/28X 100+aVo279/21=28X 100+xx 79/21=kg 重油 Vco=C/12X 100=12x 100=kg 重油 Vh2O=(H/2+M/18) X 100=k

20、g 重油 Vso=S/32 X 100=32X 100=kg 重油燃料消耗量的计算(1 )熔化玻璃消耗的热量 Q1Q=Pq玻P为玻璃液熔化量，kg/ (mih)q 玻玻璃形成过程耗热量37Q1=24X 103X 2350=X 1 07KJ/h( 2)烟气离开蓄热室带走的热量 Q2Q=KQK K=Q3 以 W表( 3)全窑散失热量 Q3 取决于窑的大小，窑愈小，单位熔化面积散热量愈大，热效率愈低， 示，查课件得 W=55800w/m2本设计采用全保温，减少 2530%，取 25%。2Q3=(1-25%)w=41850w/m2-3w=41850XX 10-3X 3600kJ/h=X 1 06 kJ

21、/h总的热量 Q=Q1+Q2+Q3=Pq 玻+KC+WQ=( Pq 玻 +W)/ ( 1-K) =(X 107+X 106) / =X 1 07 kJ/h8=X 1 08 kJ/d根据经验公式进行校核：Q=+热)+其中：Q为每天耗热量，x 106kJ;F 为窑池加热面积， m2；T 为每天熔化玻璃液量， t 。Q=+x +x kJ/d= x 108kJ/dQ与Q相近，由于采用了全保温式，所以散热少，故实际耗热量比经验值小，可 取。燃料为重油时，窑收入热量为：Q入=B油(Q油+Q油物+Q介物)B油为重油耗用量，kg/(m2h) ； Q油低热值，kJ/kg ； Q油物为重油物理热，kJ/kg ；Q

22、介物为雾化介质物理热，kJ/kg本设计中为简化计算，忽略了 Q油物和Q介物从而得到Q入=B油Q油=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar=x 104kJ/kg 重油所以 B 油= X1O7/ (x 104) =x 102kg 重油 /h1) 火焰空间热负荷q=B油Q 油 N火=x 102xx 104/(3600 x =m3所得q在5893 (x 103w/mi)所以q满足要求2) 热负荷值每小时每 m2 熔化面积上消耗热量， W/m2；Q=Q/F=x 107/= x 105W/m23) 单位耗热量熔化每千克玻璃液所耗总热量，kJ/kg 玻璃；Q1=Q/D=2x4 x

23、 107/x103)=x103kJ/kg 玻璃液4) 耗煤量或耗油量熔化每千克玻璃液耗用的标准煤量或油量，kg煤/kg玻璃或kg油/kg玻璃。t=m/D=x 102x24/ x 103)=油/kg 玻璃根据经验值，查表可知，上述指标都符合要求n熔n熔=(熔化过程有效耗热量/供给系统热量)x 100%=pq 油 /Qx 100% =x107/x 107) x100%=%根据经验值，上述结果符合要求小炉结构的确定与计算一般油喷嘴安装在小炉口下面。本设计采用小交角式小炉特点：空、煤气交角小，预燃室长，舌头探出（长舌）。小炉火焰平稳、较长，火根与火梢温差较小，易 控制，自然通风，检修方便；但体积较大，

24、散热损失大，占地多。见教材 P102。本设计中，油喷嘴间中心距取 700mm油嘴直径为,油嘴中心距液面高度为300mm油嘴距池墙外壁 450mm.见教材P102,射喷火口空气预热温度为1000r，空气出口速度为W空 =s,烟气排出温度1400CF 喷=（V空+V煤）X （t 喷+273）/ （237X W贲）F 喷为喷火口面积 ,m2；V空、V煤为小炉的空气、煤气量，Nm3/s； t喷为喷火口处火焰温度，C；W贲为火焰喷出速度，m/s。带入数据得F 喷 =（X 897）X（ 273+1000） /（3600 X 273X 10）F喷/F熔=%符合要求。见教材P103表4-15，表4-16，取空

25、气出口宽度1200mm高取280mm则出口宽高比为 1200/280=由于小炉口宽度约占池宽的2530%所以取宽为1600mm宽高比为（，最大取）取，则高取800mm小炉口碹升高1/10,则碹升高f1=1600/10=160mm,小炉口面积X（ +2/3 X）=小炉口间距取1200mm空气下倾角取220小炉水平长度为（20003000mm取2600mm小炉口热负值q=897/=重油/查表 4-15，知设计符合要求本设计每只小炉采用高压内混式喷嘴 3个，共6个，属GNB型喷火口碹砖、喷火口侧墙砖、底板砖、斜碹夹层砖、舌头砖和喷嘴砖均用电熔AZS-33 砖蓄热室的设计蓄热室为周期性换热设备，属周期

26、性不稳定温度场，传热过程为不稳态传热。工 作特点类似于逆流换热器，将蓄热室看作逆流式换热器对整个周期进行传热分析。 主体为格子体。作用是蓄热和换热。格子体的排列方式有：西门子式、李赫特式、连 续通道式和编蓝式。一般以标型砖码砌，砖厚 65mm近年来出现波形砖、十字砖、筒 形砖等。提高了格子体强度、增加了换热面积，砖厚40mm。本设计采用箱式蓄热室，格子体采用八角筒砖160X160X150,砖厚40mm由教材Pg107表4-18初步确定一侧蓄热室的比受热表面。取 A=35m2/m2比受热面积：每平方米熔化面积所需的格子体的受热表面。A=F蓄/F熔F蓄=卩熔X A=35X =f蓄为单位格子体所具有

27、的受热面积 m/m2查得格子体体积:V格=卩蓄/f蓄=经验确定格子体的长、宽、高，格子体结构为 LX BX H=XX则实际V#=xx =F=VX f= X =2A=Ff /F 熔=m计算格子体中：格子体稳定系数： H/(LB)= X =格子体流通面积：F空 =XX =格子体空气流速：wfe=V)/F空=X 897/ X 3600)=01格孔废气流速：W底=Vfc/F 蓄=X 897/ (X 3600) =m参考教材P108,表4-19可知，格子体设计合理。确定格子体上中下材质：上部电熔高纯镁砖、中部镁橄榄石或镁铝砖、下部低气孔粘 土砖。窑体主要部位所用材料的选择和厚度的确定碹顶(由内向外)：3

28、00mn硅砖+30mn硅质密圭寸料+115mnfe质硅砖+50mr硅质保温 层料胸墙(由内向外)：300mn硅砖+4mn硅质密圭寸料+65mnfe质硅砖+115mnfe质高铝转+50mn硅钙板池壁:300mmAZS33QXY+30mr锆质捣打料 +115mmLZ-55( NZ-40) +230mr硅钙板 池底:75mmAZS33WS-Y+35锆质捣打料+32mn烧结锆英石砖+300mn浇注大砖 +280mnfe质粘土砖+10mn石棉板+8mmi钢板3主要技术经济指标序号项目单位指标1产品类型高白料酒瓶2玻璃品种高白料玻璃3成型设备QD8、QD6制瓶机；4成型机速只/分钟75、425日出料量t/d6燃料种类重油7熔窑型式蓄热室马蹄焰流液洞池窑8熔化率t/(m2 d)9熔化面积2 m10熔化池长X宽mX11熔化池深m12流液洞长X宽X深mm1000 X 500 X 40013加料口长X宽X深mm1350/ 1450X 800 X 110014火焰空间长X宽X胸咼/碹升咼mXX15冷却部面积2 m16F冷/F熔%17燃料消耗量t/d18每吨玻璃燃料消耗量kg/t13619火焰空间热负荷W/m3X 10420空气口宽X高mm1200X 28021空气下倾角02222燃油喷嘴型号及个数GNB3X 223畜热室