玻璃马蹄焰池窑课程设计说明书

1、修假4件菽大专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1绪论2设计依据：2简述玻璃窑炉的发展历史及今后的发展动向2对所选窑炉类型的论证3有关工艺问题的论证42.设计计算内容5日出料量的计算5熔化率的选取5熔化部面积计算5冷却部面积的计算6窑池长度、宽度的确定6池窑深度的确定7熔窑基本结构尺寸的确定7窑体结构设计7火焰空间8流液洞8投料口9燃料燃烧计算9理论空气需要量及燃烧产物量的计算9理论烟气量的计算9燃料消耗量的计算10全窑热平衡热支出主要有三项10窑

2、炉热量收入10校核各项经济指标11熔化热效率“熔11小炉结构的确定与计算11初定小炉尺寸12小炉喷嘴12小炉口材质12蓄热室的设计12窑体主要部位所用材料的选择和厚度的确定133 .主要技术经济指标134 .对本人设计的评述14参考文献161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

3、作打下良好的基础。同时为毕业设计（论文）奠定良好的基础。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行列机高白酒瓶75只/分钟QD6行列机高白酒瓶42只/分钟产品合格率：90%玻璃熔化温度1430c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CarHarNarOarSarMarAar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，

4、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（一月在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/平方米熔化面积大），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

5、采用电助熔和纯氧燃烧技术，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燃

6、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年代的无槽引上、格拉威伯尔法的发展时期。第

7、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2010年远景目标明确提出要开发和推广此项技术。本世纪40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，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

8、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。阶段燃料窑型窑龄古代木材直火式地竭窑几个月奠基煤炭用竭窑，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.火焰行程长

9、，燃烧完全。只需在窑头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定值练成的曲线。山w形桥形海度曲线的类型图常温”指胸墙挂钩砖温度。依靠燃料消耗比例调节

10、。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1/223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(+5P0),微冒火。测点在澄清带处大柄或胸墙。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。日用玻璃池窑要求土，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(5)气氛制度通过烟气中O2含量和CO含量判断。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

11、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）=75X60X24X450X10-6X325乂95%X90%=/年单台DQ6列机年产合格瓶量（吨/年）m为m（DQ6）=42X24X450X10-

12、6X325X95%X90%=/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行列机就能满足生产需求，则玻璃熔窑日出料量G（t/d）为G=（75X1+42X4）X60X24X450X10-6=（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：

13、K=d熔化部面积计算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5熔=6水(G-日出料量，K-熔化率，t/(md)得5熔二=取冷却部面积的计算根据经验值，参考教材P98表4-9,取F冷/F熔=20%。则F冷=X20%=F冷=1/2Xxr2+2rL取r=L=所以5冷=(1/2)XX+2XX087=根据玻璃品种，供料道条数，成型机部位操作条件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：窑池长度、宽度的确定长度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

14、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300mmx300mmx1000mm本设计取长宽比实际熔化池长L=B=具体形状如下图所示：调整后：实际熔化部面积：F熔=X1/2XX(一)/2X2=实际熔化率=G/F=(m2d)实际F冷/F熔=%池窑深度的确定确定合理的池深，必须综合考虑到玻璃的颜色，玻璃液粘度，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=

15、x(1+20%30%=MH=取窑坎高800mm，一般置于熔化池长23处玻璃液的平均密度为cm3,即m3则玻璃液停留时间t=xx=大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窑体结构设计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。本设计采用：300mmAZS33QaY+30mm结质捣打料+115mmLZ-55(NZ40)+100mm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

16、多层式复合池底结构，本设计采用：75mmAZS33WS-Y+35mm结质捣打料+32mm烧结培英石砖+30mm培质捣打料+300mm浇注大砖+280mm轻质粘土砖+10mm石棉板+8mm钢板火焰空间火焰空间长度与窑池长度相等即Li=,宽度比窑池每侧宽100200mm,本设计取200mm,则火焰空间的宽Bi=B+400=6700mm=火焰空间的高度由胸墙高度和大储股高度合成，参考教材P96,表4-8,取储升高1/8,则得石宣股为f=8=。胸墙高度取h=0则火焰空间的容积为：V=BXLiX（1+23f）=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

17、材的侵蚀。化学、温度稳定，抗法性强；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。流液洞只取一个流液洞，本设计日出料量大，采用下沉式流液洞。一、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700mm。2）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500mm。3）长度：控

18、制玻璃液的降温程度。一般洞长9001200mm越长降温越多。C/cmo本设计选洞长1000mm,如下图所示：则流液洞的长义宽义高为100OX500X400流液洞流量负载Ot=G/BH=X1000/(50X40X24)=(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、挡砖均用电熔结刚玉砖投料口按时按量加入、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

19、浅些，取1100mm燃料燃烧计算理论空气需要量及燃烧产物量的计算理论氧气量：V0O2=(C/12+H/2X1/2+S32-O/32)乂100=kg重油理论空气量：V0空气=100/21X(C/12+H/2X1/2+S32-O/32)X100=100/21X(12+4+32)X100=kg重油空气过剩系数a=,取a/艮据教材及课件实际空气量Va=x=Nm3kg重油理论烟气量的计算理论烟气各组成：Vn2=N/28X100+V0O279/21=28X100+XX79/21=kg重油Vco2=C/12X100=12X100=Nm3/kg重油Vh2o=(H/2+M/18)x100=Nm3/kg重油Vso

20、2=S32X100=32X100=Nm3/kg重油理论烟气量：V0=+=x+x+x3+x+x=Nm3/kg重油实际烟气量丫产=流产+V0空气(a-1)=+=Nm3/kg重油实际烟气各组成：VN2=N/28X100+aVo279/21=2佻100+XX79/21=Nm3/kg重油Vco2=C/12X100=12X100=Nm3/kg重油Vh2o=（H/2+M/18）X100=Nm3kg重油Vso2=S32X100=32X100=Nm3/kg重油燃料消耗量的计算全窑热平衡热支出主要有三项（1）熔化玻璃消耗的热量Q1Qi=Pq玻P为玻璃液熔化量，kg/（m2h）q玻玻璃形成过程耗热量Qi=24X10

21、3X2350=X107KJ/h（2）烟气离开蓄热室带走的热量Q2Q2=KQK=取K=（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，Q3以W表示，查课件得W=55800w/m2本设计采用全保温，减少2530%，取25%。Q3=（1-25%）w=41850w/m2w=41850XX10-3X3600kJ/h=x106kJ/h总的热量Q=Q1+Q2+Q3=Pq玻+KQ+WQ=（Pq玻+W）/（1-K）=（X107+X106）/=X107kJ/h=X108kJ/d根据经验公式进行校核：Q1=+F热）+其中：Q为每天耗热量，x106kJ；F为窑池加热面积，m2；T为每

22、天熔化玻璃液量，t。Q1=+x+xkJ/d=X108kJ/dQ1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。窑炉热量收入燃料为重油时，窑收入热量为：Q入=8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=8油Q油=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar=x104kJ/kg重油所以B油=X107/(X104)=xi02kg重油/h校核各项经济指标1)火焰空间热负荷q=B油Q油/V火=x

23、102XX104(3600X=m3所彳4q在5893(X103w/m3)所以q满足要求2)热负荷值一一每小时每m2熔化面积上消耗热量，W/m2;Q=Q/F=X107/=X105W/m23)单位耗热量一一熔化每千克玻璃液所耗总热量，kJ/kg玻璃；Q1=Q/D=24Xx107/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=x102x24/X103)=油/kg玻璃根据经验值，查表可知，上述指标都符合要求熔化热效率”熔V熔=(熔化过程有效耗热量/供给系统热量)x100%=pq油/QX100%=X107/X1

24、07)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，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.初定小炉尺寸见教材P102,射喷火口空气预热温度为1000C,空气出口速度为亚空=.烟气排出温度14005喷=(V空+V煤)X(t喷+273)/(237XW喷)F喷为喷火口面积,m2；V空、V煤为小炉的空气、

25、煤气量，Nm3/s；t喷为喷火口处火焰温度，；W喷为火焰喷出速度，m/s。带入数据得Fft=(X897)X(273+1000)/(3600X273X10)F喷/F熔=%符合要求。见教材P103表4-15,表4-16,取空气出口宽度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，小炉口储升高1/10,则储升高f1=1600/10=160mm,小炉口面积X(+Z3X)=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=89

26、相重油/查表4-15，知设计符合要求小炉喷嘴本设计每只小炉采用高压内混式喷嘴3个，共6个，属GNB型小炉口材质喷火口碹砖、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160

27、X160X150,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=F熔XA=35X=f蓄为单位格子体所具有的受热面积m2/m2查得格子体体积：V/&=F蓄/f蓄=经验确定格子体的长、宽、高，格子体结构为LXBXH=XX则实际V格=XX=Ft=VXf=X=A=Rr/F熔=m2计算格子体中：格子体稳定系数：H/（LB尸X=格子体流通面积：&=xx=格子体空气流速：0空=丫0空=x897/X3600）=m2格孔废气流速：W底=Vr/F蓄=X897/（X3600）=m2参考教材P108,表4

28、-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石宣顶（由内向外）：300mm硅砖+30mm硅质密封料+115mm轻质硅砖+50mm硅质保温层料胸墙（由内向外）：300mm硅砖+4mm硅质密封料+65mm轻质硅砖+115mm轻质高铝转+50mm硅钙板池壁：300mmAZS33QaY+30mm培质捣打料+115mmLZ-55（NZ40）+230mm硅钙板池底：75mmAZS33WS-Y+35mm结质捣打料+32mm烧结培英石砖+300mm浇注大砖+280mm轻质粘土砖+10mm石棉板+8mm钢板3 .主要技术经济指标在舁厅P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燃料不恢重油7熔窑型式蓄热室马蹄焰流液洞池窑8熔化率t/(m2d)9熔化面积m210熔化池长X宽mx11熔化池深m12流液洞长X宽X深mm1000X500X40013加料口长X宽X深mm1350/1450X800X110014火焰空间长X宽X胸高/值升高mXX15冷却部面积m216F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/m3X10420空气口宽