Проектирование и эксплуатация высокотемпературных установок. Изучение и анализ конструкции ВТУ

Национальный исследовательский  университет

 Московский Энергетический  институт

 

 

Кафедра Энергетики высокотемпературных  технологий.

 

Типовой расчет

Проектирование и эксплуатация высокотемпературных установок.

Изучение и анализ конструкции ВТУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа: ФП-01-07

Студент: Свистунов И.Н.

Преподаватель: Бернадинер И.М.

 

 

 

 

 

МОСКВА 2012

Ванная  стекловаренная печь.

1. Назначение и характеристика выбранной печи.

Стекловаренная печь, предназначается для варки стекла и его подготовки к формованию. Варка стекла является процессом, включающим сложные физические, физико-химические и химические явления особенности его протекания практически полностью определяют качество стекла.  Процесс формования предъявляет к стекломассе ряд требований, выполнение которых в значительной мере определяется характером процесса варки, его продолжительностью, уровнем температур и качеством огнеупорных материалов.

Процессы в пламенном  пространстве и в варочном бассейне стекловаренной печи тесно связаны  между собой. Для поддержания  стабильных условий варки газовая  атмосфера в печи должна быть постоянна. Изменение состава или давления печных газов, на первый взгляд не имеющие  большого значения, могут оказать  существенное влияние на качество стекла.

При пламенном отоплении  тепло в стекловаренную печь поступает  от факела к поверхности стекломассы, к стенам и своду, а так же от стен и от свода к поверхности  стекломассы. Хотя факел и характеризуется  самой высокой температурой в  печи, ее величина не одинакова по длине  факела. Вследствие этого необходимо проводить его настройку, обеспечивающую оптимальные условия теплопередачи.

Высокая скорость распространения  факела приводит к значительному  пылению шихты, воздействующему  на элементы верхнего строения и регенераторы. По аналогии с распределением температур пламенного пространства в печи должна поддерживаться строго определенная газовая  атмосфера.

Отрицательное воздействие  на нее оказывают подсосы холодного  воздуха. Для их предотвращения печь должна использоваться при слабо  положительном давлении. Пламя должно быть слабо окислительным или  нейтральным, а в районе расположения шихты и пены - слабо восстановительным. При выходе из трубы дым должен быть бесцветным. Длина факела в  пламенном пространстве должна быть равна 2/3 ширины бассейна. Перелеты пламени  не допускаются. Пламя должно быть настильным и хорошо омывать поверхность  шихты и стекломассы в зоне варки.

Контроль газовой атмосферы  осуществляется путем проведения анализа  дымовых газов, отбор которых  производят в горелках отходящей  стороны, непосредственно за влетом горелки по центру потока дымовых  газов. Состав газовой среды в  печи характеризуется величиной  коэффициента избытка воздуха. Природный  газ в зоне варки должен сжигаться  с коэффициентом избытка воздуха = 1,05-1,2% ( при этом значении обеспечивается максимальная температура факела), а на горелках в районе чистого  зеркала 1,25-1,3%.

Давление в газовом  пространстве влияет так же на расположение факела и распределение температур по верхнему строению.

При избыточном давлении имеет  место перерасход топлива, при отрицательном  давлении (разряжении) - подсосы холодного  воздуха с последующим переохлаждением.

Кроме того, изменение давления в газовом пространстве приводит к нарушению потоков стекломассы  в бассейне в следствии изменения  положения факела, что вызывает ухудшение  качества стекла. Регулировка давления в пламенном пространстве печи осуществляют изменением степени открытия шибера дымовой трубы.

 В стекловаренных непрерывных ванных печах шихта (сырьевые компоненты) в процессе нагревания (обычно до 1500—1600 °С) проходит стадии силикатообразования, взаимного растворения силикатов и остаточного кремнезёма, осветления (обезгаживания), а затем превращается в стекломассу, пригодную для формования изделий. К периодическим стекловаренным печам относятся горшковые, а также небольшие ванные печи. Эти печи применяются для варки специальных стекол: оптического стекла, цветного, светотехнического стекла, хрусталя и др., выработка которых производится в основном вручную.  Производительность непрерывных ванных стекловаренных печей до 300 т/сут и более стекломассы.

Бассейны ванных печей сооружаются из огнеупоров

Удельная производительность рассматриваемой печи составляет 4.5 тонны в сутки. Данная печь является реальной установкой, используемой на Гусевском заводе стекловолокна.

2. Фундамент: материал, тип конструкции, глубина заложения, высота надземной части.

Фундамент данной печи выполняют из бетона, железобетона или бутового камня. Наибольшее распространение получили бетонные фундаменты.

Площадь основания фундамента зависит от нагрузки печи и допустимых давлений на грунт. Толщина (высота)  фундамента обычно составляет для основания  под стены регенераторов не менее 0,4 м, а для колонн под ванными  печами - 0,6 м и более. Допустимая температура прогрева фундамента не выше 300 градусов Цельсия. В фундаменте предусматривают гнезда для колон  обвязки регенераторов и рекуператоров.

Масса кладки каналов и  регенераторов непосредственно  воспринимается фундаментами, масса  самой печи передается на фундамент  через промежуточные опоры. Опорные  столбы (колонны) для дна бассейна ванных печей выкладываются из строительного  кирпича на цементном растворе с  толщиной шва не более 8 мм. Для создания жесткости конструкции между опорным столбами в них (на высоте около 5 м от основания) закладывают в продольном и поперечном направлении стальные двутавровые балки(рис. 1).

Рис 1. Фрагмент фундамента печи.

 

3. Каркас. Тип конструкции, способ сопряжения с фундаментом, назначение основных частей.

Чаще всего для таких  типов печей используют обвязывающий стальной каркас. Он служит для восприятия усилий от распора сводов и давления стекломассы, предупреждения разрушения кладки при изменениях температуры, а так же подвески свода и стен пламенного пространства. Обычно обвязывающий каркас состоит из вертикальных металлических  колонн (прокатный профиль), стянутых связями  вверху и внизу. Часто  колоны в нижней части закрепляют наглухо ,а вверху с помощью связей из круглой или полосовой стали.

Различают нижнюю и верхнюю  обвязку рабочей камеры печи. Нижняя обвязка крепит колонны у дна, а верхняя — колонны у свода и воспринимает распор свода.. При разогреве печи динасовые своды и стены расширяются и происходит усадка кладки бассейна, поэтому предусматривают возможность гибкой регулировки обвязки печи.

Вертикальные колонны  укрепляют на швеллерной балке, наглухо  соединенной с поперечными поддонными балками . Давление стекломассы на донные брусья и стеновые воспринимается болтами . Колонны несут на себе два ряда кронштейнов. Нижние кронштейны воспринимают нагрузку стен пламенного пространства печи, а верхние — распор главного свода. На кронштейнах устанавливаются  чугунные полки (лафеты), несущие на себе опорные брусья свода или  стены. Дно ванной печи лежит на поперечных двутавровых балках, которые покоятся на нескольких продольных балках. Продольные балки, укладывают на кирпичные колонны (столбы). Обвязка стен и свода печи состоит из швеллерных или двутавровых балок. Обвязка бассейна должна легко и быстро сниматься по мере необходимости(рис 2)

Рис. 2. Фрагмент каркаса печи.

 

4. Ограждение: тип конструкции, узлы взаимодействия с каркасом, количество слоев, их толщина и используемые материалы, особенности отдельно для пода, стен, свода.

Данная ванная печь прямого  нагрева проточного типа предназначена  для варки алюмоборосиликатного стекла типа "Е" для выработки  стекловолокна одностадийным способом.

Варочный бассейн печи представляет собой прямоугольник  длинной 6.82 м, шириной 1.6 м. Глубина бассейна 0.6 м. Площадь варочной части печи - 10.4м. Бассейн и дно печи имеют  три слоя огнеупорной кладки: окись  хрома, магнезитохромит и шамот (рис. 3). Футеровка пода печи не имеет принудительного охлаждения, ее толщина составляет 300 мм[1].

Рис. 3. Фрагмент футеровки  бассейна печи.

 

Проток печи имеет размеры 0.25м х 0.18м. Отбор стекломассы производится с глубины 0.35м. Материал огнеупора протока - хромоксид.

Такие огнеупоры наиболее выгодно применять, так как они способны выдерживать высокие температуры, поскольку варка обычных промышленных стекол происходит при температуре 1520-1550 градусов Цельсия, а некоторых специальных около 1600 градусов Цельсия.

Свод и стены верхнего строения печи сложены из корунда  плотного ТУ 14-8-187-75[2].

 

5. Температурные швы: места расположения, толщина, частота, особенности конструкции отдельно для пода, стен, свода.

Для расширения кладки при  нагревании в высокотемпературных  установках предусматриваются температурные  швы. Размеры таких швов зависят  от вида материала кладки и его температуры нагрева. Они должны выполняться без ослабления прочности и без нарушения газоплотности. Пространство температурных швов  часто заполняют влажной огнеупорной массой с 20-30% асбеста (по объему). В стенах и сводах длинной до 6м температурные швы устраивают только в углах стен и по торцам сводов, при большей длине - посередине стены и свода.

На чертеже данной печи температурные швы не показаны.

 

6. Устройства для загрузки транспорта в РК и выгрузка обрабатываемого материала.

Загрузка шихты и стеклобоя в стекловаренную печь должна производиться механическими загрузчиками, сблокированными с автоматическими уравнемерами, что обеспечивает поддержание постоянного уровня стекломассы в ванной печи и постоянной картограммы зеркала стекломассы. Соотношение шихты, обратного и покупного стеклобоя в бункерах всех установленных на печи загрузчиков. Загрузочные карманы должны быть герметичными. Важно чтобы загрузка в печь была тонкослойной, в ванной печи не должны наблюдаться кучи шихты. Нормальными считаются такие условия механической загрузки, когда загрузчики работают не менее 75% времени. Загрузка шихты механическая или кучами вызывает колебания уровня стекломассы, в результате чего усиливаются разрушения огнеупоров и загрязнение стекломассы. При периодической загрузке крупными порциями (высокими кучами) в печь засасывается холодный воздух, который нарушает установившийся температурный режим: периодические термические толчки разрушительно действуют на огнеупоры ванны.

В данной печи процесс загрузки шихты и боя производится при  помощи плунжерного загрузчика наклонного типа. Транспортировка шихты производится тельфером в кюбелях.

 

7. Горелки: тип, особенности конструкции, расположение.

Отопление исследуемой ванной печи производится природным газом - "сырым", либо после конверсии. Для сжигания газа были применены  комбинированные газовые горелки  ГК-1и плоскопламенные горелки ГПП-3, для выработочной части - плоскопламенная горелка ГПП-3.

Горелки типа ГК-1 расположены  по обеим сторонам в осветительной  и варочной части печи (10 пар), с  межосевым расстоянием 500 мм, максимально  приближенны в зеркалу стекломассы  и наклонены к ней под углом 8(рис 4).

Рис 4. Пример расположения горелок.

Радиационные плоскопламенные горелки ГПП-3 установлены в своде загрузочного кармана и исключают прямой удар факела в шихту. Установка произведена таким образом, что при возникновении недостатка тепловой мощности сводовых горелок могут включаться две ближайшие к ним прямоструйные горелки ГК-1, расположенные в боковых стенах загрузочной части.

Выработочная часть печи также должна иметь отопление. Оно  необходимо при разогреве печи и  варке стекла, а также при нормальной работе печи и в периоды аварийных  простоев. В связи с этим предусмотрено  самостоятельное отопление выработочной части печи при помощи плоскопламенной  горелки ГПП-3

Так же при работе по схеме  с химической регенерацией на воздушном  дутье для подогрева воздуха  используются две дополнительные газовые  горелки, установленные в наклонном  дымовом канале к рекуператору навстречу  друг другу.

В качестве дополнительных горелок применены работавшие в  этой печи газомазутные инжекционные двухпроводные горелки Т 14-776, разработанные ОКБ ЭТХИМ, ныне ПО "Техэнергохимпром".

Горелки модифицированы под  нужды данной печи (вместо "водоохлаждаемого носика ставится неохлаждаемый "носик" из нержавеющей стали, мазутная форсунка демонтируется, отверстие газораспределителя и круговая инжекционная щель закрываются крышками), благодаря чему становится возможным использовать данное горелочное устройство в качестве воздушного сопла для подачи холодного воздуха с целью уменьшения температуры дымовых газов на входе в рекуператор при необходимости снижения температуры стен трубок выходной ступени рекуператора.

 

8. Проемы и отверстия в стенах: назначение, расположение, особенности конструкции.