43t玻璃池窑的设计-工程训练

武汉理工大学《工程设计训练》设计说明书④工作部胸墙的厚度胸墙高度350mm胸墙厚度范围230-300mm，本设计取300mm，电熔33#AZS-WS砖4.3玻璃液的分隔设备(流液洞)的设计本次设计玻璃液的分隔设备选取流液洞。流液洞的作用、特点：流液洞结构过桥，是熔化部和冷却部洞位于窑底上面的一个涵洞。熔化好的玻璃液流过洞进入冷却部，由于流液洞的截面积小，且处于窑池的深层，从而大大降低玻璃液的温度（降80-90℃），可减少玻璃液的循环对流。选用流液洞的形式，要根据日产量、玻璃料别、产品质量要求、熔化及成型温度、池窑的结构和尺寸等情况而定。流液洞的长度控制着玻璃液的降温程度。流液洞的宽度控制着流过玻璃液的均匀性，越宽越均匀，而对降温值得影响甚微。流高度控制着流过玻璃液的质量。流液洞尺寸：①流液洞的长度：洞长在600900mm之间，本次设计取800mm.②流液洞的宽度：流液洞宽度范围300-500mm，本次设计取450mm；③流液洞的高度：流液洞高度范围200-400mm，本次设计取350mm；洞宽/洞高=450/300=1.5在1.2—1.6之间，符合要求；④流液洞个数：因为本次设计无其他特殊要求，一个流液洞已经可以满足要求，因此流液洞个数取1个。流液洞流量负载校核：K=431000/(304524)=1.45[kg/(cm2.h]比较：1<1.45<2.5故而流液洞的尺寸设计合理。4.4小炉口的计算与设计小炉口作用：小炉是玻璃池窑的燃烧设备，承担组织火焰的任务，并且连接熔化池和热回收装置，在蓄热池窑中的小炉还是排出废气的通道。小炉尺寸的计算：已知参数：空气过剩系数α=1.12①每公斤重油消耗空气量12.29Nm3/kg（表8中的空气需要量）②每小时重油消耗量x=17.52kg/(㎡*h)*28.67m2=502.30kg/h则每秒钟应喷入的空气量V标=502.30×12.00/3600=1.67Nm3/s空气被预热到1208℃，此时体积为VTVT=V标×（273+1208）/273=1.76×（273+1208）/273=9.06m3/s气体喷出速度v=L焰+5-6m/s,本设计取5，即v=L焰+5=6.8+5=11.8m/s,现在一般选用取10m/s③马蹄焰窑炉小炉口宽度b为900—1200mm，本设计取b为1200mm火焰覆盖系数：喷火口(小炉)宽度/熔化池宽度=1.2/4.2*100%=28.57%,(合理范围为25%-30%)所以合理；④小炉口为扁平状较合理，即b/h=2.0-2.5。本实验设计取宽高比=2，则小炉高度h=600mm；⑤小炉口股跨比（碹升高/跨度）f为1/8-1/10，本实验设计取1/8,则小炉碹股高为：（1/8）*b=（1/8）×1200=150mm⑥实际根据公式喷火口面积：F炉=b·h+（2/3）·b2·1/8=1.2×0.6+（2/3）×1.22×（1/8）=0.84m2校核：F炉/F熔=0.84/28.67×100%=2.93%，F炉/F熔的值在2%~3%合理；小炉距离胸墙需要≥350mm,取600mm；两个小炉间距≥500mm,实际间距1200mm。4.5蓄热室的计算与设计蓄热室的作用：蓄热室为周期性换热设备，属周期性不稳定温度场，传热过程为不稳态传热，工作特点类似于逆流换热器，故通常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。蓄热室回收余热的原理是：利用废气与空气交替地通过其内的格子体，以格子体为传热的中间体，从而使得空气间接地获得废气的余热。格子体的作用：提高了蓄热室强度，增加了换热面积。①本设计用李赫特式蓄热室（李赫特式单位体积的受热面积较大、气流路程长、稳定性好）：用230×114×65的标准砖砌成格字体，砖长L=230mm，高度h=114mm，厚度δ=65mm,格子体规格选择李赫特式;格孔尺寸为100mm×100mm,则a=b=100mm.②李赫特式的单位格子体受热面积为：f=19㎡/m³蓄热室面积F=熔化部的面积×30-40m2/m2,蓄容比取35，则F=28.67×35=1003.45㎡格子体的体积：V=F/f=1003.45/19=52.81m³根据公式所以，格子体的截面积Fs=Va/(WO*S)=1.67/(0.4*0.37)=11.28㎡。其中：单位格子体横（纵）断面面积上的气体的流通断面面积（m2/m2）S=ab/(a+δ)(b+δ)=100×100/(100+65)(100+65)=0.37m2/m2Va预热气体通过格子体的流量，即每秒钟应喷入的空气量V标=502.30×12.00/3600=1.67Nm3/s预热空气的速度0.2—0.4Nm/S,取0.2Nm/S烟气的速度0.25—0.5Nm/S，取0.4Nm/S格子孔中气流速度v0=0.2-0.4m/s，本设计取v0=0.4m/s③格子体的高度H=V/Fs=52.81m³/11.28㎡=4.69m,计算构筑系数：Φ=H格/F格1/2=4.69/91/2=1.56<2,所以尝试取,取Fs=7.34㎡,则高度H=V/Fs=52.81/7.34=7.2m计算构筑系数Φ=H格/F格1/2=7.2/91/2=2.4注：Φ在2.0~3.0之间合理。由于应为格子体的整数倍，所以7.2/0.113=63.72,取64层，所以H=64*114=7232mm.格子体宽度范围为1.9-2.6m,且B=n(a+δ)+δ，取n=13因此本设计取B格=13×(100+65)+65=2210mmL=V/BH=52.81/(2.21×7.2)=3.32m取n=20,则L格=20×（100+65）+65=3300mm蓄热室内尺寸：每边比格子体大50mm,则长L=3300+100=3400mm宽B=2210+100=2310mm蓄热室碹升高h蓄=(1/4)·B蓄=(1/4)×2310=578mm格子体上部空间尺寸取1500mm左右，取1533mm.④炉条作用：炉条是承重蓄热室格子体重力的砖材结构，它是由单一碹砖砌成的一条条拱碹，条碹与条碹之间有空隙，以便让气体通过，故俗称炉条。炉条碹（中心角120o）：碹半径=2310/=1333.68mm碹宽度≧150mm，取151mm。碹升高=1333.68-1333.68*0.5=666.84mm,取667mm。碹间距：两炉条间距346mm，两条靠近墙的炉条与墙的距离分别为152和21.最右边两个炉条间距为231mm，共8条。所以，115×8+231+152+21+346×6=3400mm4.6烟道与烟囱尺寸的确定4.6.1烟道作用：烟道一端与蓄热室相连，另一端与烟囱相连。烟道既是排烟道又是进气通道。烟道的设计应该力求做到路线短、转弯少，避免急转弯等，以减少经过烟道时气流的阻力损失。烟道宽度范围800~1200mm,本设计取900mm烟道高度范围1000~1400mm,本设计取1200mm总废气量=（烟气量+烧失量）*1.2烟气量=（13.02/12.9*1.67+)=2.2废气量=所以，总废气量=2.2+0.138=2.338S=0.9*1.2=1.08m2V=总烟气量/S=2.338/1.08=2.16m/s ,烟气速度范围是范围1-3m/s，在范围内，所以合理。4.6.2烟囱作用:玻璃池窑排气系统中烟囱的作用是将池窑内的废气经小炉、蓄热室和烟道排入大气，使池窑内保持适当的压强，以保证正常生产。小型窑炉烟囱高度30m,35m，40m，45m，本设计取40m5各部位墙体设计5.1熔化部池壁厚度及材料选择：玻璃液的主要侵蚀为横向硅缝处。因此应尽量避免在高温区出现横向裂缝，通常采用整块大砖立砌。但是即使是立砌的竖向砖缝也是熔窑的薄弱部位，因而要求立砌排砖尺寸必须相当精确，结合面应加工磨制加工达到硅缝密接其目的并不是为了防止玻璃液的流出，而是为了减少玻璃液对砖材的侵蚀。

本设计300mm33#电熔AZS砖，立砌；保温层,235mm，轻质高铝砖池底厚度及其材料选择：耐磨层：100mm,电熔AZS-WS主体层：300mm粘土大砖保温层：350mm轻质粘土砖5.2熔化部火焰空间火焰空间材料选择及保温材料确定:火焰空间既受到配合料粉尘和玻璃液挥发物的高温侵蚀，还要承担较高的高温载荷以及换火带来的周期性温度波动。大碹和胸墙主要受到碱性硫酸盐凝聚形成的蜂窝状蚀损以及烧损，其耐火砖在高温下对玻璃液挥发物要稳定，荷重软化温度和抗蠕变性能要较高。大碹碹顶厚度：300mm,优质硅砖；保温层厚度：200mm,轻质硅砖。胸墙胸墙厚度：300mm，优质硅砖；外层厚度取200mm,轻质硅砖。5.3投料池投料池材料选择：在实际生产中，投料口受损的情况非常严重，尤其在投料池的拐角处。这是由于在拐角处两面受热，散热面小，冷却条件差，又经常受到配合料的强烈侵蚀和机械磨损作用，所以投料池的拐角处需要用高质量的耐火材料砌筑。投料池壁厚：300mm,电熔AZS；120mm，保温层，轻质粘土砖。拐角砖：电熔AZS砖工作部：外层保温层厚度范围170~230mm，本设计取200mm，轻质硅砖工作部的碹顶厚度300mm，优质硅砖。5.4小炉炉用砖要求：耐高温、耐侵蚀、耐冲刷、抗热震。斜坡碹和水平通道碹都选用230mm硅砖；下层用200mm轻质硅砖保温；喷火口，喷嘴转均选用33#电熔AZS砖;碹顶保温材料选用200mm轻质硅砖。小炉的耐火材料厚度：230mm硅砖,120mm轻质硅砖。5.5格子体格子体内部材料的选择：格子体应有较好的耐侵蚀性，且高温强度要大，抗热震性要好，受侵蚀后生成物的粘度小，从格子体上中部碱性粉尘和碱蒸汽浓度较大来考虑。本设计中具体材质如下所示：64层李赫特式，51层粘土砖,13层高铝砖。5.6蓄热室蓄热室材料选择：蓄热室的侵蚀主要来自配合料及其挥发物，但其侵蚀比熔化部上部慢，故而碹顶采用硅砖即可。保温材料：300mm轻质硅砖。蓄热室的侧墙主要用350mm粘土砖和350mm轻质高铝砖；蓄热室碹顶保温材料采用2层保温，从内到外分别是：200mm粘土砖，250mm高铝砖。5.7烟道烟道材料选择：本设计中选取烟道墙体及碹顶材质选用粘土砖，碹顶外层保温材料为建筑红砖,在墙体外围加一层230mm的粘土砖保温加强。烟道底面采用一层粘土砖加一层保温轻质粘土砖。6主要技术经济指标①熔化量=43t/d②熔化率=1.5t/m²*d③熔化部面积=28.67m2④工作部面积=0.36m2⑤一侧蓄热室格子砖的受热面积=1003.45m2⑥单位熔化部面积所占格子砖受热面积=35m2/m2⑦每公斤玻璃液所消耗的热量=11793.02kJ/kg⑧燃料消耗量=12.06t/d⑨玻璃熔成率=81.91%6参考文献【1】姜洪舟等编，无机非金属材料