玻璃马蹄焰池窑课程设计说明书.docx

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玻璃马蹄焰池窑课程设计说明书

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

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1430℃

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

Car

Har

Nar

Oar

Sar

Mar

Aar

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，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300~500公斤标煤/吨成品左右，国际先进水平为相当于150～200公斤标煤/吨成品）；熔化率低（一般在1。

5~2吨玻璃液/平方米熔化面积·天，国际先进水平为3~3。

6吨工字钢玻璃液/平方米熔化面积·天），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2400～6200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4~6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4~5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4000~5000座，生产各种玻璃2800~3500万吨。

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1700~2800万吨。

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

表1玻璃窑炉发展情况

阶段

燃料

窑型

窑龄

古代

木材

直火式坩埚窑

几个月

奠基

煤炭

坩埚窑,发明池窑

年~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

本设计选用蓄热室马蹄焰流液洞池窑

优点：

a.火焰行程长，燃烧完全。

只需在窑头端部设一对小炉，占地小，投资省，燃料消耗较低，操作维护简便。

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。

“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1/2~2/3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。

对成型也有影响。

日用玻璃池窑要求±，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。

改变空气过剩系数来调节（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

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20~30/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）=75×60×24×450×10-6×325×95%×90%=吨/年

单台DQ6列机年产合格瓶量（吨/年）m为

m（DQ6）=42×24×450×10-6×325×95%×90%=吨/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=（75×1+42×4）×60×24×450×10-6=（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：

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15~60m2

熔化部面积按已定的熔窑规模/日产量和熔化率k估算

F熔=G/K（G-日出料量，K-熔化率，t/（m2·d）

得F熔==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=×20%=

F冷=1/2××r2+2rL

取r=L=

所以F冷=（1/2）××+2××087=

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300mm×300mm×1000mm

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=×—1/2××（—）/2×2=

实际熔化率=G/F==（m2·d）

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900~1000mm，初选若池底采取保温则增加20%~30%，

池底保温H=×（1+20%~30%）=~取H=

取窑坎高800mm,一般置于熔化池长2/3处

玻璃液的平均密度为cm3,即m3则玻璃液停留时间t=××=天

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：

300mmAZS33QX—Y+30mm锆质捣打料+115mmLZ-55（NZ—40）+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多层式

复合池底结构，本设计采用：

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

火焰空间

火焰空间长度与窑池长度相等即L1=，宽度比窑池每侧宽100~200mm，

本设计取200mm，则火焰空间的宽B1=B+400=6700mm=

火焰空间的高度由胸墙高度和大碹股高度合成，参考教材P96，表4-8，取碹升高1/8，则得碹股为f=8=。

胸墙高度取h=。

则火焰空间的容积为：

V=B1×L1×（1+2/3f）=××+2/3×=

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、其他耐材的侵蚀。

化学、温度稳