玻璃马池焰窑炉课程设计说明书

1、目录1.绪论12. 计算内容42.2 熔化率的选取42.3熔窑基本结构尺寸的确定52.4 窑体主要部位所用材料的选择和厚度的确定62.5 燃料燃烧计算82.6燃料消耗量的计算82.7 小炉结构的确定与计算102.8蓄热室的设计112.9 窑体主要部位所用材料的选择和厚度的确定123.主要技术经济指标134.对本人设计的评述14参考文献151.绪论课程设计是培养学生运用玻璃窑炉及设计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。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，逐步掌握窑炉及其他热工设备设计的基础知识和技能，

2、并对所学窑炉热工设备理论知识进行验证和深化，为将来从事生产、设计、研究及教学奠定良好的基础，同时为毕业论文打下坚实的基础。1.1设计依据设计内容：年产12000吨高白料酒瓶燃油蓄热式马蹄焰池窑（1） 原始数据：a) 产品规格：青白酒瓶容量500mL, 重量400g/只 b) 行列机年工作时间及机时利用率：313 天，95% c) 机速：QD6行列机 青白酒瓶38只/分钟 d) 产品合格率：90% e) 玻璃熔化温度1430 f) 玻璃形成过程耗热量q玻=2350kJ/kg玻璃液 g) 重油组成（质量分数%），见表11 表11 重油组成CarHarNarOarSarMarAar合计89.436.

3、500.600.010.433.000.031001.2 述玻璃窑炉的发展历史及今后的发展动向玻璃窑炉是熔制玻璃的热工设备，利用燃料的化学能、电能或其它能源产生热量，造成可控的高温环境，使玻璃配合料在其中经传热、传质和动量传递过程，完成物理和化学变化，经过熔化、澄清、均化和冷却等阶段，为生产提供一定数量和质量的玻璃液。我国的玻璃窑炉古已有之，其经历了一个漫长的发展史，通过燃料和技术的发展提高，玻璃窑炉现在已经有了较大的进步。我国的玻璃窑炉基本上都为火焰池窑，其基本结构为：玻璃熔制、热源供给、余热回收、排烟供气四部分。目前我国玻璃窑炉的主体要燃料有煤、重油、发生炉煤气、天然气，其中最普遍采用的是

4、煤和重油，为节能降耗减少污染，也有许多窑炉采用发生炉煤气和天然气，如下表1-2介绍了我国玻璃窑炉的发展史：表1-2介绍了我国玻璃窑炉的发展史阶段燃料窑型窑龄古代木材直火式坩锅窑几个月奠基煤炭坩锅窑、发明池窑0.5年-1.0年缓慢煤炭1920-1945年池窑1-2年飞跃高热值1945-1960年池窑3-4年持续高热值1960-至今池窑7-8年我国现阶段的玻璃池窑主要有平板池窑，横焰流液洞池窑、换热式单（双）碹池窑、蓄热式马蹄焰流液洞池窑，另外我国玻璃窑炉还有坩锅窑、电熔窑和浮法玻璃池窑。近年来随着科学技术的进步和人们环保意识的增强，国内国外新技术，新设备，如减压澄清、全氧燃烧、纯氧助燃、顶插全电

5、熔窑、深澄清池、三通道蓄热式等。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，走出一条仅能环保的可持续发展道路。1.3 所选窑炉类型的论证本设计采用蓄热式马蹄焰流液洞池窑。（1） 其优点有：a. 热利用率高，火焰行程长，因而燃料燃烧充分，同时窑体表面积小，热散失少，可提高热利用率，降低燃料消耗；b. 结构简单，造价低，只有一对小炉布置在熔化部端墙上。(2) 但该窑也有缺点：a. 沿窑长方向难以建立必要的热工制度，火焰覆盖面积小，在炉宽上温度分布不均匀，尤其是火焰换向带来的周期性的温度波动和热点移动；b. 一对小炉限制了炉宽，进而限制了生产的规模；c. 燃料燃烧喷出的火

6、焰诱使对料堆有堆料作用，不利于配合料的熔化和澄清，并对花格墙、流液洞盖板和冷却部空间砌体有烧损作用。其适用于各种空心制品、压制品和玻璃球的生产。1.4关工艺问题的论证（1）温度制度： “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

7、影响。日用玻璃池窑要求±0.5mm，轻量瓶为±0.10.3mm）。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。通常借助改变空气过剩系数来调节窑内气氛的性质（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:蓄热式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

8、后关小雾化剂阀，留有少量雾化剂由喷嘴喷出，为的是避免排走废气时喷油嘴被加热，喷嘴内重油碳化，堵塞喷油嘴。（7）加料方式：采用单侧加料。2.计算内容2.1 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DQ6列机年产合格瓶量（吨/年）m为m=机速(只/分钟)×60×24×瓶重×10-6×行列机年工作时间×机时利用率×产品合格率QD6 ：m=38×60×24×400×10-6×313×95%×90%=5857.55712吨/年 因设计要求年产量为1200

9、0吨/年的玻璃酒瓶，则选用QD6行列机台数n=12000/5857.6=3故玻璃熔窑日出料量G（t/d）G=机速(只/分钟)×60×24×瓶重(g/只)×10-6×台数G=38×60×24×400×10-6×3 =65.7t/d 计算玻璃熔窑日出料量G（t/d）2.2 熔化率的选取熔化率K是玻璃窑炉一个重要的技术指标，它是指窑池每平方米面积上每天熔制的玻璃液量，单位是kg/(m2d)或t/(m2d)。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

10、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A,P92表4-2。K=2.02.2 t/(m2·d) 取熔化率为：K=2.0t/d2.3熔窑基本结构尺寸的确定 熔化部面积计算熔化部池窑面积根据已定的熔窑规模（日产量）和熔化率K估算，由教材A,P91式（4-1）有：熔化池面积F熔=G/K=65.78/2.0=32.9m2 冷却部面积计算根据经验值，参考教材A,P98表4-9，取F冷/F熔=20%，则F冷=32.9×20%= 6.58m2根据玻璃品种、供料道条数、成型机部位和操作条件来决定冷却部形状，本设计

11、采用扇形供料道，冷却部一般比窑池浅300mm,取900. F冷、=32.9×20%=6.58 m2如图2-1所示则F冷=1/2= 1/2×3.14×2.12=6.92 m2所以F冷/F熔=21.0% 窑池长度和宽度的确定由教材A，P93，表4-3可知，烧重油时马蹄焰池窑的长宽比较烧发生炉煤气的稍大些。这是由于采用了高压外混喷嘴，特别是直流式，喷出火焰射程长，冲量大，刚性强，火焰转弯困难，为了避免冷却部温度过高，流液洞盖板过早烧损一囧窑池横向出现温度差，必须把窑池放长；另外，烧重油后火焰温度升高，加快了熔化速度，增大了出料量。为了确保玻璃液的质量，有必要将窑池适当放

12、长。但长宽比过大时，在火焰喷出的正前方空间燃烧产物排除困难，逐渐积聚，压力增大，是火焰变短。基于以上原则，马蹄焰池窑池长不宜小于4m，熔化面积较大时，长宽比可取低些，否则窑池过长，火焰很难同时满足熔化与澄清的要求。本设计长宽比取1.6.则F熔 =1.6×B2 解得：L=7.2m , B=4.5m如图2-1所示实际熔化面积：F熔实际=7.2×4.5=32.4m2 （2-3-3）实际熔化率：K=G/ F熔实际= 65.7t/d/32.4 m2=2.03t/(m2·d) （2-3-4）熔化池深同玻璃液质量关系很大,池深须使窑内不形成不动层。深影响窑容量，即窑内停留时间,

13、停留1.52天。合理的池深必须综合考虑到玻璃颜色、玻液粘度、熔化率、制品质量、燃料种类、池底砖质量、池底保温和新技术采用（鼓泡、电助熔）等。参考教材A,Pg93表4-4和近似式（4-2）池壁高度 即为池深，一般取m。初取h=0.9m.校核：池深h可按近似公式计算 h=0.4+（0.5±a）lgV V熔化池容积，m3；a系数，其值00.135.h=0.4（0.5-0.02）lg(31.5×0.9)=1.1m解得：h=1.1m由于此池窑熔化率较大，所以池窑深度应深一些，因此h取1.2m. 熔化池窑坎可以强化熔化率，取窑坎高600mm，一般置于熔化池长的2/3处。玻璃液的平均密度

14、为2.45g/cm3,即2.45t/m3则玻璃液停留时间 t=31.5×1.2×2.45/65.7=1.41天 因玻璃液在窑内停留一天以上，故上述计算合理。冷却部池深取浅（比熔化池浅300mm），本设计取h=0.9m冷却率=正常流动负荷/冷却部面积。（t/d·m2）313范围。K冷=G/F冷=65.7/6.58=9.98 符合范围t=冷却部容积/正常流动负荷（m3/d）h 符合要求玻璃液停留时间。愈长愈稳定，但需更多空间，回流多。最小存3小时玻璃流量。 2.4 窑体主要部位所用材料的选择和厚度的确定 窑体结构设计（1）池壁玻璃液的主要侵蚀为横向硅缝处。因此应尽量避

15、免在高温区出现横向裂缝，通常采用整块大砖立砌，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。本设计采用300mmAZS33QXY + 30mm锆质捣打料+115mmLZ-55（NZ40）+100mm硅钙板 （2）池底 结构：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。有：主体层：黏土大砖75mmAZS33WS-Y + 35mm锆质捣打料 + 32mm烧结锆英石砖+ 30mm锆质捣打料+ 300mm浇注大砖+280mm轻质粘土砖+10mm石棉板+8mm钢板（3）火焰空间火焰空间长度与窑池长度相等，宽度比窑池

16、宽度多200400mm，本设计取400mm,则火焰空间宽度B=4500+400=4900mm，长度L=7200mm.火焰空间高度由胸墙高度和大碹碹股高度合成，参考教材A，P96表4-8，取大碹升高为1/8，则得碹股f=4700×1/8=587.5mm。胸墙设取1000mm，则火焰空间容积为：V= V=L×B×(1+2/3f)=4.9×7.2×(1+2/3×0.5875)=49.1 m3 (2-3-8)火焰分隔方式为全分隔。 流液洞马蹄焰池窑一般只取一个流液洞，本设计出料量大，采用下沉式流液洞,下沉式对玻璃液的选择作用、冷却作用好，减少

17、回流。它可以选择质量较好的玻璃液，可以提高降温效果，提高玻璃液质量。 本设计选取流液洞几何尺寸：希望为长方形.宽度：控制玻璃液的均匀性。越宽越均匀。一般中小型池窑250500mm， 取宽为400mm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，取高为300mm长度：控制玻璃液的降温程度。越长降温越多，洞长一般取9001200mm，本设计选洞长为1000mm，下沉量取150mm.则流液洞的长×宽×高为1000×400×300，如图2-1所示流液洞流量负载K流= K流=65.7×1000/(40×30

18、15;24)=2.28kg/( cm2×h)（2-3-9）一般为24由教材A,P96,表4-6可知，该流液洞满足要求。材质：侧墙、盖板、挡砖均用电熔镐刚玉砖.2.4.4 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,深比熔化池浅些，取900mm2.5 燃料燃烧计算 理论空气需要量及燃烧产物量的计算参考教材B,V空气 =100/21×（C/12+H/2

19、15;1/2+S/32-O/32）×22.4/100 =100/21×（89.43/12+6.5/4+0.43/32-0.01/32）×22.4/100 =9.7Nm3/kg重油取空气过剩系数a=1.15，根据教材及课件 实际空气量Va=1.15×9.7=11.2 Nm3/kg重油 理论烟气量的计算 =0.089×89.43+0.323×6.5+0.0124×3.00+0.033×0.43+0.008×0.6-0.0263×0.01 =10.1 Nm3/kg重油实际烟气量V产=V0产+V0空气(

20、a-1) =10.1+9.7×(1.15-1) =11.6 Nm3/kg重油1kg液体燃料燃烧所需理论氧气量 VO2 =21/100×Va0=9.7×0.21=2.04 Nm3/kg重油 实际烟气组成：VN2 =N/28×22.4/100+aVo2 79/21=0.6/28×22.4/100+1.15×2.04×79/21=8.8 Nm3/kg重油VCO2 =C/12×22.4/100=89.43/12×22.4/100=1.67 Nm3/kg重油VH2O =(H/2+M/18) ×22.4/1

21、00=0.765 Nm3/kg重油VSO2 =S/32×22.4/100=0.43/32×22.4/100=0.003 Nm3/kg重油2.6燃料消耗量的计算 本设计采用近似计算方法计算燃料消耗量 窑炉热量支出 全窑热平衡热支出主要有三项，即（1）熔化玻璃消耗的热量Q1Q1=Pq 其中：P 玻璃液熔化量，kg/（m2h）q 玻璃形成过程耗热量Q1=65.7×1000/24×2350=6.43×106 KJ/h（2）烟气离开蓄热室带走的热量Q2 Q2=K1Q（K1=0.20.3），本设计 K1取0.25（3）全窑散失热量Q3取决于窑的大小，窑愈小

22、，单位熔化面积散热量愈大，热效率愈低，Q3以W表示,W=61650w/ m2.本设计采用全保温，减少2530% Q3=(1-25%)w=46237.5w/ m2将单位转化为kJ/h,有W =46237.5×31.5×10-3×3600kJ/h=5.24×106 kJ/h 总的热量Q=Q1+Q2+Q3=Pq+K1Q+W Q =（ Pq+W）/（1-K1） =（6.43×10 6+6.05×106）/(1-0.25) =1.66×107 kJ/h =6.91×105 kJ/d根据经验公式进行校核 Q=(52.75+0.

23、0588 F热) +5.697T其中：Q 每天耗热量×106kJ；F热窑池加热面积，m2；T 每天熔化玻璃液量，t。Q=(52.75+0.0588×31.5) +5.697×65.7×103kJ/d=3.7×105 kJ/dQ与Q想近，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 Q入=B油（Q油+q油物+q介物）其中B油重油消耗量kg/(m2.h) Q油低热值kJ/kgq油物物理热kJ/kgq介物D 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油参考教材A,P38，式（1

24、-82）得 Q油=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25×Mar= 339×89.43+1030×6.5-109×(0.01-0.43)-25×3.00 = 36982.55kJ/kg重油Q入=Q出=3.17×107 kJ/h所以B油=3.17×107 kJ/h /36982.55kJ/kg重油=857.16kg重油/h校核各项经济指标（1）火焰空间热负荷每单位空间容积每小时燃料燃烧所放出的热量，单位是W/ m2。 q= B油Q油/V火=857.16×36982.55×1000/(3

25、600×134)=65.71 kw/m3参考教材A，P103.表4-7，所得q在5893（×103 w/m3 ）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=3.17×107/76.9=4.12×105W/m2（3）单位耗热量熔化每千克玻璃液所耗总热量，kJ/kg玻璃； q=Q/D=3.17×107×24/(157.464×103)= 4831.58KJ/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= 857.16

26、5;24/(157.464×103)=0.131kg油/kg玻璃根据经验值0.1200.137，查表可知，上述指标都符合要求熔化热效率热热效率是指对外界供给热量有效利用的程度。热=（熔化过程有效耗热量/供给系统热量）× 100% = pq油/Q×100% =15.42×106/(36982.55×857.16) ×100% =48.6%根据经验值，上述结果符合要求2.7 小炉结构的确定与计算 马蹄焰池窑的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

27、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。参考教材A,Pg102,本设计中，油嘴中心距取700mm,油嘴直径为30mm,油嘴中心距液面高度为350mm,油嘴距池墙外壁300mm.2.7.1 初定小炉尺寸参考教材教材A,Pg103表(4-15)，射喷火口空气鱼人温度为1050烟气排出温度1450，取空气出口速度为W空=8.5m/s。则根据教材教材A,Pg99，式(4-3)，确定喷火口面积F喷= 【（V0空+VO煤）×（1+t喷/273）】/W喷F喷 喷火口面积, m2； V0空每秒流过小炉的空气量，Nm3/s；VO煤每秒流过小炉的空气量，Nm3/s，烧油时取0；t

28、喷 为喷火口处火焰温度， ；W喷火焰喷出速度，m/s。带入数据，得F喷=（11.2× 857.16）×（1+1050/273）/(3600×8.5) =1.52m2 校核： F喷/F熔=1.52/76.9 =2.0%，符合2.0%3.0%的范围要求。参考教材A，P103.表（4-16），取空气出口宽度为2000mm，高取450mm，出口比为2000/450=4.4。2.7.2 小炉尺寸的确定由于小炉口宽度约占池宽的2030%，所以取宽为2000mm,宽高比为3.2，则高取625mm,小炉口碹升高1/10,则碹升高f=2000/10=200mm, 小炉口面积：2&#

29、215;（0.625+2/3×0.2）=:1.52小炉口间距取1000mm,空气下倾角取220小炉水平长度取2500mm 小炉口热负值q= 857.16/1.52= 563.92kg重油/(m2h)查教材A，P103.表（4-15），知小炉口热负值(550650),设计符合要求2.7.3 喷嘴的选择本设计每只小炉采用高压内混式喷嘴3个，共6个，属GNB型2.7.4 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2.8蓄热室的设计 蓄热室周期性换热设备，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

30、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160×160×150mm，砖厚40mm由教材A,Pg107表(4-l8)初步确定一侧蓄热室的比受热表面。比受热面积：每平方米熔化面积所需的格子体的受热表面。取A=35m2/ m2,则 A=F蓄/F熔 F蓄= F熔×A=35×76.9=2691.5 m2 格子体体积V格= F蓄/

31、f蓄=2691.5/14.94=180.15 m3其中：f蓄为单位格子体所具有的受热面积m2/ m2 ，查得14.94经验确定格子体高度H=0.15×60=9.0m .一般取值7.09.0则格子体底面积S=V/H=180.15/9.0=20m2格子体长L=（160+40×2+160）n+40 mm=0.4n+0.04m当n=12时，L=0.4×12+0.04=4.84m格子体宽B=S/L=20/4.84=4.123m B=（160+40×2+160）n+40 mmn=10.2，取n=10，则B=4.04m经排列得格子体长×宽×高=4.

32、84×4.04×9.0mm。则格子体实际体积为V=4.84×4.04×9.0=176 m2实际F蓄=V格×f蓄= 176×14.94= 2629.44m2稳定系数：H/(LB)0.5=9.0/(4.84×4.04)0.5= 2.0格子体流通面积：F空=4.84×4.04×0.6= 11.73 m2空气的流速:W空=V0/F空=11.2×857.16/(11.73×3600)=0.23Nm/m2烟气的流速:W底=V蓄/ F蓄=11.6×856.16 /（11.73×3

33、600）=0.24Nm/m2参考教材A，Pg108，表（4-l9）校核，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。2.9 窑体主要部位所用材料的选择和厚度的确定 耐火材料的选择关系到整个窑炉的运行情况，对于能否得到优质的制品，能耗的多少与窑炉的寿命长短有关。选择时应充分考虑到各部分的受热情况，受玻璃液的冲刷情况，受火焰的蚀损额情况等，而且更为重要的事经济性。根据经验本设计各部分耐火材料选用如下：碹顶（由内向外）：300mm优质硅砖+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+6mm硅质密封料+65mm轻质硅砖+115mm轻质高铝转+50mm硅钙板池壁（由内向外）: 300mm电熔锆刚玉砖+35mm锆