Проектирование стекловаренной печи с полным сжиганием кислорода

Проектирование и выбор материалов для стекловаренной печи с полным сгоранием кислорода

Проектирование печи для сжигания в атмосфере чистого кислорода

Во многих университетах и проектных институтах Китая уже проводились теоретические исследования печей для сжигания в атмосфере чистого кислорода, однако в настоящее время в Китае печи для сжигания в атмосфере чистого кислорода в основном полностью импортируются из-за рубежа, включая дизайн, технологии и даже целые производственные линии. Это не только влечет за собой большие инвестиции, но и замедляет развитие собственных технологий сжигания в атмосфере чистого кислорода. В последние годы мы принимали непосредственное участие в импорте и адаптации проекта нескольких печей с кислородным бассейном в Китае, проводили исследования передовых зарубежных технологий и накопили определенный опыт в проектировании стекловаренных печей с кислородным бассейном. Поскольку основное различие между печами для сжигания в атмосфере чистого кислорода и печами с рекуперацией тепла заключается в части плавильного бассейна, в данной статье рассматривается только проектирование плавильного бассейна.

2.1Плавильный бассейн

Проектирование плавильного бассейна печи для сжигания в атмосфере чистого кислорода аналогично проектированию плавильного бассейна традиционной печи для сжигания в воздушной среде. Главное - определить площадь и объем печи.

Во-первых, на основе установленных параметров печи (суточная производительность) и показателей скорости плавления оценивается площадь плавильного бассейна. При этом необходимо также учитывать такие факторы, как загрузка шихты, осветление и гомогенизация, свойства шихты и температура формования, а также условия горения и пламени, и выбрать подходящее соотношение сторон. В стекольной промышленности соотношение сторон обычно составляет2～3. Во-вторых, после оценки площади плавильного бассейна можно использовать уравнение теплового баланса для теоретического расчета площади зоны плавления и площади зоны осветления в зависимости от процесса плавления стеклянной шихты, чтобы проверить оценку площади печи.

Поскольку физические, химические и физико-химические реакции внутри печи сложны, а некоторые данные, такие как коэффициент расхода, толщина слоя потока и температура расплавленного стекла в разных местах, имеют большие погрешности, теоретический расчет не может полностью отразить сложные условия внутри печи. Поэтому теоретический расчет должен сочетаться с опытными значениями.

2.1.1Конструкция днища бассейна

Конструкция днища плавильного бассейна печи для сжигания в атмосфере чистого кислорода аналогична конструкции днища плавильного бассейна обычной печи для сжигания с воздушным дутьем. В соответствии с определенной площадью печи, соотношением сторон и требованиями к качеству плавления стекла следует разумно выбирать толщину и огнеупорный материал днища, а также разумно проектировать теплоизоляцию. Кроме того, следует также проектировать продувку, стенки, электродуговой нагрев и точки термопар в соответствии с фактическими условиями плавления стекла. Для днища обычно используется литой циркониево-корундовый продукт AZS-33WS.

2.1.2Конструкция стенок бассейна

Конструкция стенок бассейна связана с глубиной печи, которая является важным показателем при проектировании печи и имеет большое значение для качества стекла.

Поскольку теплопроводность расплавленного стекла низкая, а теплопроницаемость еще ниже, чем глубже печь, тем ниже температура расплавленного стекла и тем хуже его текучесть. Поэтому расплавленное стекло, расположенное вблизи днища, хотя и имеет1100～1500температуру, но не течет, образуя неподвижный слой. При изменении температуры внутри печи неподвижный слой может быть перенесен в формовочный участок, что повлияет на качество расплавленного стекла. При определении глубины печи необходимо учитывать вязкость расплавленного стекла, скорость плавления, тип топлива, теплоизоляцию днища и использование новых технологий (электродуговой нагрев, продувка, стенки). Для верхней части стенок бассейна/участков продувки и стенок обычно используется литой AZS-41WS

2.1.3Отверстие для выпуска расплава

Отверстие для выпуска расплава предназначено для быстрого охлаждения осветленного расплавленного стекла, предотвращения попадания в него нерасплавленных песчинок и шлака на поверхности, а также для регулирования потока расплавленного стекла. Ширина отверстия для выпуска расплава определяет равномерность потока расплавленного стекла: чем шире, тем равномернее. Высота отверстия для выпуска расплава определяет качество расплавленного стекла: чем ниже, тем лучше качество. Длина отверстия для выпуска расплава определяет степень охлаждения расплавленного стекла: чем длиннее, тем больше охлаждение.

Проектирование отверстия для выпуска расплава основано на условиях потока расплавленного стекла в отверстии для выпуска расплава. На основе практического опыта можно оценить значения ширины, глубины и длины отверстия для выпуска расплава. Необходимо также выбрать подходящую форму отверстия для выпуска расплава в зависимости от суточной производительности, требований к качеству продукции, температуры плавления и формования, а также размеров печи. Распространенные формы отверстий для выпуска расплава включают плоское, погруженное и наклонное. Для отверстия для выпуска расплава используется литой циркониево-корундовый продукт AZS-41WS.

2.2Проектирование пространства для пламени

Пространство для пламени состоит из передней стенки и свода и заполнено частично раскаленными газообразными продуктами горения, поступающими от источника тепла. Здесь газообразные продукты горения передают свое тепло расплавленному стеклу, передней стенке и своду. Размер пространства для пламени должен обеспечивать полное сгорание топлива, гарантировать подачу тепла, необходимого для плавления и осветления, и по возможности уменьшать теплопотери в окружающую среду. Для пространства для пламени обычно используется литой циркониево-корундовый продукт AZS-33WS/PT.

2.2.1Конструкция свода

Свод выполняет две функции: во-первых, обеспечивает равномерное распределение лучистого излучения по всей поверхности расплава, во-вторых, служит отражателем лучистого тепла. Чем ближе свод к поверхности расплава, тем больше лучистой энергии отражается в расплавленное стекло. Из вышесказанного следует, что при проектировании свода необходимо минимизировать толщину свода. При определении высоты свода необходимо также учитывать прочность конструкции свода. Для свода обычно используется литой циркониево-корундовый продукт AZS-33WS/PT с низким содержанием кремния и натрия.

2.2.2Проектирование передней стенки

После определения высоты свода высота передней стенки определяет объем пространства для пламени. Пространство для пламени является не только пространством для теплопередачи и рассеивания тепла, но и пространством для горения. Пространство для пламени должно иметь определенный объем для обеспечения полного сгорания топлива. Объем пространства для пламени можно рассчитать по значению тепловой нагрузки пространства для пламени. Поскольку условия в разных печах различны, тепловая нагрузка пространства для пламени не может использовать данные обычной камеры сгорания, иначе срок службы печи значительно сократится.

Поэтому при определении высоты передней стенки необходимо учитывать тип топлива, скорость плавления, теплоту плавления, размер печи и другие факторы. Для передней стенки обычно используется литой циркониево-корундовый продукт AZS-33WS/PT.

3.Выбор огнеупорных материалов

Выбор огнеупорных материалов в печи для сжигания в атмосфере чистого кислорода является очень важной частью, поскольку состав газов после сжигания в атмосфере чистого кислорода значительно отличается от состава газов в печи для сжигания с воздушным дутьем: резко возрастает содержание воды и углекислого газа, а также концентрация щелочных паров. Большое количество водяного пара, образующегося при сжигании в атмосфере чистого кислорода, повышает концентрацию щелочей, растворенных в расплавленном стекле, что приводит к изменению свойств расплавленного стекла: снижается вязкость, концентрация и поверхностное натяжение, что повышает тенденцию к кристаллизации и разделению стеклянной фазы в расплавленном стекле, а также ускоряет проникновение пероксида натрия и окиси калия в кирпич. Этот процесс проникновения не только изменяет состав стеклянной фазы огнеупорного материала, но и снижает температуру выщелачивания стеклянной фазы, что приводит кAZSСкорость эрозии кирпича увеличивается. Кроме того, пары щелочей в сжигаемом газе (NaOHиKOH) влияют на износ силикатного кирпича. Поэтому, если в кислородной печи используется силикатный свод, для уменьшения износа силикатного кирпича необходимо поддерживать на его поверхности подходящую температуру, избегать восстановительного пламени, чтобы уменьшить содержание в сжигаемом газеNaOH(поскольку восстановительное пламя способствует испарению щелочей), а также уменьшить скорость потока газа на поверхности силикатного кирпича. Это очень сложно в плане эксплуатации, работы и обслуживания печи, поэтому силикатный кирпич не подходит для свода кислородной печи. По имеющимся данным, более подходящей заменой свода является электроплавленый кирпич, в том числе: электроплавленый циркониевый корунд, электроплавленый циркониевый кирпич, электроплавленый корундовый кирпич.

Что касается конструктивных решений для других частей, таких как ванна и рекуперативная камера, требования к стекловаренным печам практически не отличаются, поэтому подробное описание не приводится. При выборе огнеупорных материалов, поскольку кислородная печь вызывает более сильную эрозию огнеупорных материалов, чем традиционная рекуперативная печь, следует учитывать необходимость минимизации эрозии, повышения качества стекла, обеспечения более стабильной и надежной работы печи, эффективного увеличения срока службы печи и т.д., можно рассмотреть электроплавленый оксид циркония.

4.Ежедневная эксплуатация и техническое обслуживание

Отличное качество кладки, правильная обжиг и нагрев закладывают лишь основу для хороших теплотехнических характеристик и срока службы печи. Для обеспечения длительной и эффективной работы печи в соответствии с технологическими требованиями и максимального продления срока службы печи, решающую роль играет регулярное техническое обслуживание.

 

Опасность для печи исходит от не выявленных потенциальных проблем, которые не были своевременно устранены, и от непредвиденных аварий, последствия которых часто катастрофичны. Проведение осмотра печи, постоянное отслеживание изменений в различных частях печи, понимание ситуации, предотвращение и подготовка к возможным опасностям — одна из основных целей осмотра печи; во-вторых, осмотр печи позволяет своевременно проводить ремонт поврежденных участков и неисправностей, обеспечивая нормальную теплотехническую работу печи, эффективно предотвращая расширение проблемных участков и предотвращая возникновение аварийных ситуаций, создавая основу для нормального производства.