马蹄焰窑炉设计说明说-大连工业大学

原始资料产品：高白料机制玻璃瓶罐。出料量：每天熔化玻璃60吨。玻璃成分（设计）（%）：SiO2Al2O3CaO+MgOBaONa2O+K2O71%3.5%10.5%0.5%14.5%料方及原料组成：原料料方%原料化学组成（%）外加水分%SiO2Al2O3CaOMgONa2OFe2O3其它失量石英砂51.98599.350.20.10.050.0515.0长石28.85865.1319.940.240.1114.030.120.43石灰石18.92610.255.260.30.02碳酸钠99.2硝酸钠98.12硫酸钠0.14等等纯碱18.0657.877.0硝酸钠1.1621.5重晶石0.5241.16氧化钡63.35合计119.515碎玻璃数量：占配合料量的33%。配合料水分：靠石英砂和纯碱的外加水分带入，不另加水。玻璃熔化温度：1400℃。工作部玻璃液平均温度：1300℃。重油。元素组成（%）低热值（千卡/公斤）加热温度（℃）CHONSAW86.4212.160.550.20.150.020.510000125雾化介质：用压缩空气，预热到120℃，用量为0.6m3/公斤油。喷嘴砖孔吸入的空气量：0.5m3/公斤油。助燃空气预热温度：1050℃。空气过剩系数a：取1.2。火焰空气内表面温度：熔化部1450℃，工作部1350℃。窑体外表面平均温度（℃）：窑顶侧胸墙前后胸墙电容锆砖池墙池底熔化部250180200160130175熔化池内玻璃液温度（℃）：液面窑池上部（平均）窑池上下部交接层窑池下部（平均）池底1400900128012651250池深方向玻璃液温降：窑池上部为2℃/cm，窑池下部为1℃/cm。池墙、池底内表面温度按玻璃液温度（1250℃）取用。熔化部窑顶处压力：2米汞柱。玻璃形成过程耗热计算：100公斤湿粉料中形成氧化物的量原料名称形成玻璃液的氧化物量的计算氧化物数量（公斤）SiO2Al2O3CaOMgOBaONa2OFe2O3总数石英砂51.985/1.15*0.9935=44.9251.985/1.15*0.002=0.090451.985/1.15*0.001=0.04551.985/1.15*0.0005=0.02351.985/1.15*0.0005=0.02344.920.09040.0450.0230.02345.1014长石28.858*0.6513=18.79528.858*0.1994=5.754328.858*0.0024=0.069328.858*0.0011=0.031728.858*0.1403=4.048828.858*0.0012=0.01718.7955.75430.06930.03174.04880.01728.734石灰石18.926*0.01=0.1892618.926*0.002=0.0365218.926*0.5526=10.458518.926*0.003=0.056818.926*0.0002=0.03650.18960.036510.4590.05680.036510.778纯碱18.06/1.07*0.5787=9.7689.7689.768硝酸钠1.162*0.9812*0.365=0.4161.162*0.0014*0.435=0.0011.162*0.0011*0.585=0.0010.4160.4180.0010.001重晶石0.524*0.6335=0.3320.524*0.0116=0.0060.524*0.0017=0.0010.3320.3390.0060.001合计63.9045.88710.5730.11150.33214.230.09595.133玻璃成分（%）67.246.1911.130.120.3514.970.10100生成硅酸盐耗热（以1公斤湿粉料计；单位是千卡/公斤或千焦）；由CaCO3生成CaSiO3的反应耗热量q1q1=367Gcao=367*(0.104585+0.00045)=38.5千卡/公斤*4.184=161.084KJ由Na2CO3生成Na2SiO3的反应耗热量q2q2=227.3GNa2O=227.3*90.09765+0.00001)=22.2千卡/公斤*4.184=92.89KJ由硝酸钠生成硅酸钠的反应耗热量q3q3=990GNa2O=990*0.00416=4.12千卡/公斤*4.184=17.24KJ由硫酸钡生成BaSiO3的反应耗热量q4q4=540GBaO=540*0.00332=1.79千卡/公斤*4.184=7.49KJ一公斤湿粉料生成硅酸盐耗热q硅q硅=q1+q2+q3+q4=66.61千卡/公斤*4.184=278.7KJ100公斤湿粉料去气产物的组成原料名称去气产物量计算去气产物量H2OCO2O2SO2SiF4总量硅砂51.985-51.985/1.15=6.786.786.78长石28.858*0.0043=0.1240.1240.124石灰石18.926*0.4398=8.3248.3248.324纯碱18.06-18.06/1.15=2.3618.06/1.15*0.992*0.4155=6.0252.366.0258.385硝酸钠1.162*0.015=0.01741.162*0.0014=0.001631.162*0.9812*0.094=0.10721.162*0.9812*0.54=0.61571.162*0.0014*0.45=0.00071.162*0.0014*0.113=0.000181.162*0.0011*0.415=0.000050.00050.61570.10720.000180.00070.7339重晶石0.524*0.98*0.27=0.13870.524*0.98*0.067=0.0340.0340.13870.1727重量（公斤）9.26414.350.61570.1510.139424.52体积（标米3）11.527.2770.2980.1050.04919.249体积（%）59.8537.81.550.550.2551002.配合料用量计算在配合料中，粉料占70%，碎玻璃占30%。1公斤粉料需加碎玻璃量30/70=0.4286公斤。1公斤粉料加上碎玻璃0.4286公斤，得：1-0.01*24.52+0.4286=1.1834公斤玻璃液。熔成1公斤玻璃液需要的粉料和碎玻璃分别为：G粉=1/1.1834=0.845公斤G碎=1/1.1834=0.333公斤。熔成1公斤玻璃液需要的配合料量为G料=G粉+G碎=0.845+0.333=1.178公斤。3.玻璃形成过程的热平衡（以1公斤玻璃液计，单位是千卡/公斤，从0℃算起）支出热量(1) 加热玻璃液到1400℃耗热G**=1*0.3145*400=440.3千卡*4.184=1842.2KJ(2)加热去气产物到1400℃耗热0.01V去..G粉.t熔=0.01*19.249*0.845*0.48*1400=109.3千卡*4.184=457.3KJ(3)生成硅酸盐耗热q硅.G粉=66.61*0.845=56.92千卡*4.184=235.5KJ(4)形成玻璃耗热83G粉（1-0.01V去）=83*0.845*（1-0.01*19.249）=56.63千卡*4.184=236.96KJ(5)蒸发水分耗热595G水G粉=595*0.09264*0.845=46.58千卡*4.184=194.88KJ共计支出热量：(1842.2+457.3+235.5+236.96+194.88)KJ=709.1千卡/公斤=2966.84KJ收入热量由粉料和碎玻璃在玻璃形成过程+=0.845*0.23*20+0.333*0.1807*20=5.09千卡=21.3KJ熔化1公斤玻璃液在玻璃形成过程中的耗热量为：q玻=支出热量-收入热量=709.1-5.09=704千卡=2945.5KJ燃料燃烧计算重油化学组成（%）燃烧需量（标米3/公斤油）燃烧反应式燃烧产物量（标米3/公斤油）CO2O2N2H2OSO2总量C86.421.61C+O2=CO21.61H12.160.684H+O2=2H2O1.36S0.150.0011S+O2=SO20.0011N0.20.0063W0.5+2.291O0.55-0.003852.28725α=1.2时过剩O2量0.4570.457共需O2量2.74425引入N2量10.3010.30空气需要量13.04燃烧产物量（标米3）1.610.45710.321.3660.001113.75燃烧产物成分（%）11.703.3275.049.930.01100.0熔化部面积计算取熔化率1.5吨/米2.天，估算熔化部面积为40米2，其中熔化带占70%，面积28米2，初步确定熔化带5.4米，宽5.2米。火焰空间长5.4米，宽5.4米，胸墙高0.9,米，窑碹升高1/8，碹股0.65米。1、熔化带火焰空间容积与面积计算火焰空间底部面积：f1=5.4*5.4=29.16m2火焰空间顶部面积：f2=5.4*5.4*1.03885=30.29m2火焰空间端部面积：f3=（1+2/3*0.65）*5.4=7.2m2火焰空间侧墙面积：f4=0.9*5.4=4.86m2火焰空间容积：V空=（0.9+2/3*0.65）*5.4*5.4=38.88m32、火焰气体黑度（ε气）计算l有==5.4*=5.4*=1.83m=0.117*1.83=0.214（大气压·米）=0.0993*1.83=0.182（大气压·米）假定=1600℃，查图表得到，=0.075=0.075=1.05烟气黑度：=+=0.075+1.05*0.075=0.15383、火焰温度计算===0.516已定=1400℃假定=1600℃，=1450℃，=1370℃ ==1862.5Tg=1837-273=1564℃与假设得火焰温度相近，故上述假设的各条件温度均可使用。4、熔化部面积计算Qm,=85477.9Q熔=q玻*G=7363625KJ取n、=0.05，m=0.6熔化带面积F=Q熔,*（1-n、）/Qm,*m=32.6m2按70%的比例折算，熔化部面积为46.6平方米，略小于经验估算值（比经验值小15%左右）。说明经验值估算适用。五、燃料消耗量及窑热效率计算1、理论燃料消耗量计算：设x为每小时耗油量（kg），热量单位为千卡/h，从0℃算起，以熔化部为计算范围。（1）熔化部收入的热量a.重油的潜热=10000x千卡/hb.重油的物理热=0.5*125x=62.5x千卡/hC.压缩空气（雾化介质）的物理热=0.311℃=0.6*1.3*140x=22.5x千卡/hd.由喷嘴砖孔吸入空气的物理热吸入空气温度为40℃=0.311℃=0.5*0.311*40=6.2kJ/he.助燃空气（二次空气）的物理热二次空气量=13.04-0.6-0.5=11.94=0.3382千卡/kg℃=11.94*0.3382*1050=4250千卡/h（2）熔化部支出的热量a.消耗于玻璃形成过程的热量去气产物排出温度为1400℃，与玻璃熔化温度相同，故加热去气产物一项不必另行计算。=(2945.45KJ*60*1000）/24=1759948.6千卡/hb.加热回流的玻璃液考虑用下沉式流液洞，取回流系数为1.4，回流玻璃液量=（60*1000）*（1.4-1）/24=1000kg/h回流玻璃液的平均温度=（1400+1300）/2=1350℃=0.3090千卡/kg℃=1000*0.309*（1400-1300）=30900千卡/hc.窑体散热部位材质厚度(m)内温度外温度（kcal/m.h℃）散热面积散热量千卡/h窑顶硅砖0.314502501.585.2740.56256501.4侧胸墙硅砖0.314501801.5523.8814.0469183.5前胸墙硅砖0.314502001.561.583.96.531687.5上池墙铁砖0.313401603.0510.1724.12294360.5下池墙粘土砖0.312651300.9843.288.1630378池底粘土砖0.312501750.9923.3145.2489668流液洞底部30#0.312501750.353.311.922408流液洞盖板40#0.312652000.3810.10.48647.52合计774834d.辐射热损失辐射部位孔口面积F辐射处空间温度被辐射处空间温度孔口高/孔口深D/x门孔系数辐射热损失量（千卡/h）通过加料口0.361600500.115/0.4=0.2830.422340通过喷嘴砖孔0.01131600600.06/0.14=0.430.321175通过测温孔0.011600500.08/0.4=0.20.181100向小炉口1.41600（1350+1050）/2=12000.39/0.4=0.9750.62208431向工作部4.3216001400130/260=0.50.45267309合计479254e.溢流热损失由熔化部溢流出的烟气温度1400℃.查附表得℃通过部位溢流烟气温度孔口中心距窑顶高h溢流系数孔口面积F溢流量溢流热损失（千卡/hVV0加料口14001.491.3680.6320.620.01580.51242.322444测温孔14001.1101.0190.9810.620.010.0635.318730喷嘴砖孔14001.5701.4410.5590.820.002830.017105306共计87.646480其中：孔口中心到窑顶的几何压头h孔口处的压力，h=窑顶压力-=2-（mm水柱）V溢出温度时的溢流量：V0标准状况下的溢流量（）f.加热燃烧产物由小炉排出的烟气量为==13.75x+60*1000/24*0.78*19.249/100-87.6=13.75x-287.76排出烟气温度1400℃℃q6'=（13.75x_287.76）*0.379*1400=7310x-152685kJ/h（3）理论燃烧消耗量计算1、列热量收支平衡式10000x+62.5x+22.5x+4250x=175948+30900+774834+479254+7310x-152685理论耗油量x=412kg/h近似燃料消耗计算*hP=（60*1000）/（40*24）=62.5公斤/m2*h查表得（℃）W=65000取Q=（）/（1-）=153605.5近似耗油量为=153605.5*40/10000=614.4kg/h实际燃烧消耗量计算由于某些难以估计的热损失，考虑实际耗油量比理论耗油量大10％～20％实际耗油量=(1.1～1.2)*412=453.2～494.2kg/h参考经验数据，难以估计的热损失还可以适当低些，故取11％=1.11*412=457kg/h=10.968t/d列熔化部热平衡表 收入热量支出热量项目千卡/h％项目千卡/h％（1）重油潜热457000069.7（1）玻璃形成耗热175994828.28（2）重油物理热28562.53.49（2）加热回流玻璃液309000.496（3）压缩空气物理热10282.51.57（3）窑体散热77483412.45（4）吸入空气物理热2033.40.03（4）辐射热损失4792547.7（5）助燃空气物理热194225029.6（5）溢流热损失464800.075（6）加热燃烧产物285903545.9（7）其他热损失2734704.4共计6553928100共计62239211005.熔化部热负荷值，单位耗热量及窑热效率计算（按实际耗油量）熔化部热负荷值Q=(34570000+28562.5)/40=14964单位耗油量=10968/60000=0.1828kg/kg玻璃液窑热效率η=1759948/4598563*100％=38.3％据实践，入操作得当，单位耗油量可适当降低些，窑热效率可适当提高些。（六）蓄热室受热表面计算采用箱式蓄热室，格子体采用八筒形砖，格孔尺寸165mm*165mm,筒高150mm取比受热表面则由于格子体高度一般为7～9m，取8.5m,取格子体尺寸L*B*H为4.44*3.64*6实际则稳定系数为格孔流通面积为：格孔空气流速为：=1.37/9.7=0,141m/s废气流速为：=1.49/9.7=0.154m/s七、排烟系统阻力计算1.局部阻力计算列下表。局部阻力部位与性质V(标米3/秒)T（℃）F(㎡)W(m/s）γ（kg/m3）ζH备注进小炉口1.493614000.72.1341.2980.50.9056小炉内扩散1.493614001.42.1341.2980.10.18190°转弯1.493613101.41.0671.29820.857进蓄热室扩大1.493612005.741.0671.2980.720.287进格子砖1.493611002.40.6221.2982.60.328格子体中1.52366872.40.6351.29814.81.362漏风2%进炉条孔扩大1.56834003.340.471.2980.10.0035漏风5%出炉条孔扩大1.56834003.340.471.2980.050.0018底烟道90°转弯1.56833501.171.341.29820.532进烟道缩小1.56833300.81.961.2980.20.1097通过交换器1.56833200.453.4851.2980.50.856进烟道扩大1.64303200.453.651.2970.20.375漏风10%总烟道45°转弯1.64303000.91.8261.2970.50.227通过闸板2.02352800.62.8631.2961.31.399漏风15%进烟囱90°转弯2.02352800.91.9081.2961.50.717烟囱底部扩大2.02352800.91.9081.2960.50.239出烟囱口2.02352201.091.5611.29610.285合计8.6662.摩擦阻力计算列下表。局部阻力部位V(m3/s)T（℃）F(㎡)W(m/s）γ（kg/m3）l(m)D(m)λH备注小炉内1.493613551.121.331.33.430.90.060.157格子体内1.52356872.40.6351.35.630.130.501①漏风2%烟道内1.59963300.81.9921.340.920.060.143漏风5%总烟道内1.75963000.91.9561.3200.980.060.638漏风10%闸板后2.02352800.92.2481.30.980.060.203漏风15%烟囱内1.205525021.0121.3401.60.060.191合计1.8333.蓄热室几何压头计算。从蓄热室顶到底烟道的高：9.642米t车间=20℃tq0=855℃hp=9.642*[1.293*273/(273+20)-1.298*273/(273+855)=8.587mm水柱排烟系统阻力=hm+hf+hp=19.086mm水柱八、烟囱计算1.扩容计算烟囱克服的阻力，再计入15%的储备系数H=19.086mm水柱2.烟囱高度（H）计算[夏季温度最高37℃]H=19.086/[1.293*273/(273+37)-1.296*273/(273+250)]=41.3m取45米。3.烟囱出口直径(D)计算V=2.0235m3/s取1.561米/秒则F上=1.296m2D上=(4*1.296/п)0.5=1.3m目录TOC\o"1-3"\h\z\u一、原始资料 11．产品 12．出料量 13．玻璃成分 14．料方及原料组成 15．碎玻璃量 16．配合料水分 17．玻璃熔化温度 18．工作部玻璃平均温度 19．重油组成 110．雾化介质 111．喷嘴砖吸入空气量 212．助燃空气预热温度 213.空气过剩系数 214.火焰空间内表面温度 215.窑体外表面平均温度 216．熔化池内玻璃液温度 217．熔化部窑顶压力 2二、玻璃形成过程耗热量计算 21．生成硅酸盐耗热 32．配合料用量的计算 43．玻璃形成的热平衡 5三、燃料燃烧计算 PAG