1、窯爐課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：年產(chǎn)3000噸高硼硅玻璃電熔窯爐的設(shè)計(jì) 目錄前言一、設(shè)計(jì)任務(wù)及原始資料31.1 設(shè)計(jì)題目：31.2 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)：3二、窯型選擇4三、窯體主要尺寸選擇53.1 熔化池面積53.2熔化池的長(zhǎng)度和寬的63.3 熔化池的深度7四、電極材料的選擇及插入方式84.1 電極材料的選擇84.2 電極尺寸的選擇94.3 電極插入方式選擇104.2 電極連接方式選擇11五、耐火材料的選擇與計(jì)算125.1耐火材料的選擇125.2耐火材料的計(jì)算13六、窯爐電工熱工計(jì)算146.1玻璃熔化熱計(jì)算146.2 玻璃耗電量計(jì)算156.3玻璃熱效率計(jì)算15七、小結(jié)16參考文獻(xiàn)16前 言玻璃電熔技術(shù)

2、是目前國(guó)際上最先進(jìn)的熔制工藝，是玻璃生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗，從根本上消除環(huán)境污染的十分有效的途徑。對(duì)于15t/d以下的小型玻璃熔窯來(lái)說(shuō)，在電力充足和電價(jià)適中的地區(qū)，用電熔工藝來(lái)生產(chǎn)各類(lèi)玻璃制品的綜合經(jīng)濟(jì)效益是很理想的；在電價(jià)較高的地區(qū)，對(duì)于彩色玻璃、乳濁玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鉛玻璃、高揮發(fā)組分玻璃或特種玻璃生產(chǎn)也是合算的。過(guò)去我國(guó)小型電熔窯的應(yīng)用一直進(jìn)展不太大，主要原因有兩條：首先是人們普遍認(rèn)為電熔的價(jià)格昂貴，熔制成本高，忽視了電熔可帶來(lái)的整體效益；其次，以往引進(jìn)的國(guó)外電熔窯由于包含大量的技術(shù)費(fèi)用，選材過(guò)于講究，因而投資很大，一座熔化面積不到2m2，日產(chǎn)量4噸的小型電熔窯，少則二三百萬(wàn)元

3、，多則近千萬(wàn)，對(duì)于生產(chǎn)一般玻璃制品來(lái)說(shuō)，是難以接受的。即使引進(jìn)了也往往因?yàn)檎叟f費(fèi)用過(guò)高而被迫停用。我們?cè)O(shè)計(jì)的電熔窯，以我國(guó)的國(guó)情為基礎(chǔ)，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)確定適當(dāng)?shù)母G齡，著重考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益，大量采用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)材料，在滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，大大降低了電熔窯的造價(jià)。以上述規(guī)模的電熔窯為例，包括電極和全套電熔自動(dòng)控溫裝置在內(nèi)的設(shè)備投資只需約100萬(wàn)元，每次冷修費(fèi)用也不過(guò)十余萬(wàn)元，為玻璃全電熔技術(shù)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。玻璃熔窯有如下優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有廢氣，防止空氣污染；降低揮發(fā)性配合料組分的揮發(fā)；玻璃均勻；降低因結(jié)石造成的產(chǎn)品損失；在節(jié)假日停產(chǎn)后恢復(fù)生產(chǎn)的1困難較少；熔窯大修較快；在整個(gè)窯期內(nèi)可始終保持滿(mǎn)負(fù)荷的

4、出料量；占地面積??；二氧化碳的回收 ；熱量散失減少；玻璃質(zhì)量好、效率高、成本低；建設(shè)投資少；全電熔窯易于調(diào)節(jié)控制，操作范圍廣，熱工制度比池爐穩(wěn)定?？傊诃h(huán)保要求嚴(yán)格、電價(jià)低兼、玻璃熔化困難、玻璃質(zhì)量要求高、生產(chǎn)規(guī)模小時(shí)可考慮全電熔窯。2一、設(shè)計(jì)任務(wù)及原始資料1.1設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)3000噸高硼硅玻璃電熔窯爐的設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)：1、坯料的化學(xué)組成（%）：成分SiO2Al2O3CaONa2OB2O3含量（%）802.60.35.1122.熔窯生產(chǎn)能力： G=3000/300=10t/d；3.熔化率：k=1500kg/(2d)；4.k系數(shù)：K=0.3；5.玻璃熔化溫度：t=1450 ；6

5、.玻璃液密度：=2.4 t/3；7窯爐長(zhǎng)寬比：L/B=11.5； 3二、窯型選擇我國(guó)熔制硼硅酸鹽玻璃的電熔窯大多為小型窯，冷頂電熔窯與火焰窯相比具有節(jié)能、提高質(zhì)量、降低成本等顯著的優(yōu)越性。（1）小型電熔窯有較好的經(jīng)濟(jì)性，以日產(chǎn)2.0噸的高硼硅玻璃球窯為例,從燃料和硼揮發(fā)兩頂進(jìn)行比較如表1表1生產(chǎn)方式項(xiàng)目火焰窯熱頂電熔窯冷頂電熔窯硼揮發(fā)%18103窯的熱效率%6.54060(2)玻璃質(zhì)量好，在火焰池窯中由于窯溫、窯壓、氣氛和產(chǎn)量等工藝條件發(fā)生變化，都要引起硼的揮發(fā)率的變化，使玻璃不均勻。同時(shí)火焰窯和熱頂電熔窯，硼的揮發(fā)嚴(yán)重腐蝕了上部結(jié)構(gòu)，不但縮短了窯爐的壽命，而且碹滴落入玻璃窯內(nèi)，影響了玻璃質(zhì)量

6、。冷頂電熔窯完全可以避免上述弊病，獲得高質(zhì)量的玻璃。本窯爐產(chǎn)量為10t/d。選用小型電窯。4三、窯體主要尺寸的確定3.1 熔化池面積在確定電熔窯主要尺寸之前，首先要知道所熔制的玻璃成分和窯的日熔化量，電熔窯的熔化率取決于玻璃的種類(lèi)、電熔窯的大小。玻璃電熔窯的熱量是通過(guò)所熔化的玻璃的整個(gè)體積引入的，應(yīng)以每天、每立米的體積熔化量來(lái)確定電熔窯的結(jié)構(gòu)。表2是現(xiàn)有的一些全電熔窯的面積熔化率。玻璃種類(lèi)電熔窯的大小面積熔化率(T/m2.d)普通鈉鈣玻璃小型窯1.5大型窯2.5琥珀式玻璃小型窯1.0大型窯1.6綠色玻璃小型窯1.0大型窯1.6硼硅酸鹽玻璃小型窯1.5大型窯1.8乳白玻璃小型窯2.5大型窯3.0

7、黑色玻璃小型窯1.5大型窯2.0表2 5由于配合料的熔化過(guò)程仍在窯池表面進(jìn)行。因此，熔窯的融化池面積讓可以用下式計(jì)算： F熔 =G/K式中：G 熔窯的生產(chǎn)能力，kg/d; K 熔化率，kg/(2d)。則：F熔=10/1.5=6.67（2）。3.2熔化池的長(zhǎng)度與寬度L/B越大，投入窯爐的玻璃原料從熔化到完成澄清，其間的玻璃“行程”越長(zhǎng)，也越有利于熔化和澄清。早期設(shè)計(jì)的單元窯熔他是很長(zhǎng)的，日產(chǎn)量在850t/d，（L/B）54。隨著單元窯配合料微粉化及熔制工藝和鼓泡技術(shù)的發(fā)展與成熟，以及窯體耐火材料的質(zhì)量提高和采用保溫技術(shù)等措施，使熔池長(zhǎng)寬比在3左右，也同樣可以獲得滿(mǎn)意的玻璃質(zhì)量。為了提高熔窯的熱效

8、率，熔窯的散熱比表面積應(yīng)比較小，熔化池的長(zhǎng)度L和寬度B之比，應(yīng)符合下面條件： L/B=11.5取L/B=1則：L=2.58 ,B= 2.58 。6 3.3熔化池的深度電熔窯的深度H取決于在其中連續(xù)進(jìn)行熔化、澄清和冷卻三個(gè)層次的厚度。很明顯，玻璃的熔化率將影響各個(gè)層次的厚度，而不同組分的玻璃的熔化率是由配合料的熔透速度和玻璃液完全排除氣泡在高溫區(qū)逗留時(shí)間決定的。因此，電熔窯窯深（或高度）H，可由下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： H=0.1+h1+h2+h3式中：0.1通常控制的配合料層高度，m； H1配合料與熔體接觸面到上排電極上邊緣的距離，m； H2高溫區(qū)的高度，m； H3下排電極下邊緣至窯底得距離，m。配

9、合料與熔體接觸面到上排電極上邊緣的距離，可以按下式計(jì)算 H1=kb=0.3*成對(duì)電極之間的距離=0.3*1.38=0.414 m H2=0.84*k/=0.525 m H3=1.1 m則：H=0.1+h1+h2+h3=0.1+0.414+0.525+1.1=2.1 m7四、電極選擇及插入方式4.1電極材料選擇 金屬電極中以鉬電極最為普遍，除含鉛玻璃外，是對(duì)多種玻璃熔制都適用的材料。鉬的熔點(diǎn)高，導(dǎo)電性好，機(jī)械強(qiáng)度大，熱膨脹系數(shù)底，加工容易，不污染玻璃液，是比較理想的電極材料。1986年某廠(chǎng)從Sorg公司引進(jìn)一座鉛晶質(zhì)玻璃全電熔窯，該電熔窯的熔化池呈六角形，電極分布在三面池墻上，按接法或Y接法與三

10、相變壓器連接。其優(yōu)點(diǎn)是允許三相有均衡的負(fù)荷。電熔窯橫截面電流分布比較均勻。有利于配合料均勻熔化。熔化池與澄清池面積基本相同。熔化池裝有三層直徑48mm的鉬電極。設(shè)計(jì)熔化能力5.46.6T/d。 該電熔窯容量大，玻璃液在熔化池逗留時(shí)間較長(zhǎng)。熔化率為2.6T/m2d，單耗為1.12kWh/kg玻璃。該電熔窯的熔化量具有較大的潛力。其“翻轉(zhuǎn)限”僅比最大熔化量低20%。在熔制鉛玻璃時(shí)，由于鉬和氧化鉛等發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使鉬電極受到腐蝕。所以應(yīng)適當(dāng)降低電流密度，以減少鉬電極損耗，相應(yīng)減少鉛損失，提高玻璃質(zhì)量，延長(zhǎng)窯爐壽命。 84.2電極尺寸選擇(1) 玻璃液電阻率與溫度有關(guān) a=3.8306+0.003

11、761*0.8+0.0326*0.12+0.08514*0.003+0.1776*0.051=5.4706;b=1.7738+6.254*100000*0.8+0.0087*0.12+0.058*0.003-0.0539*0.051=1.6257。.則：=12.88 cm;兩根水平放置的棒狀電極間玻璃液電阻為： R=n1*n2*()/(3.14*l)*Ln(b/r)=1.1*1.3*12.88/3.14/100*Ln(138/2.5)=0.24;（2）電熔窯總功率P P=G*q=10000/24*2.4=1000 kw(3) 電熔窯電壓 V和電熔窯電流 I電熔窯通常采用隔離變壓器供電。一次電壓

12、采用可控硅恒溫、恒壓(或恒流)控制儀控制，變壓器二次側(cè)通過(guò)電極向熔體供電。計(jì)算出的電壓和電流，既能供操作時(shí)參考，又能用來(lái)復(fù)核事先選定電極大小和布置位置是否合適。電熔窯的電流、電壓按下式計(jì)算：9， 式中P為電極功率，R為電阻。 電壓的選擇原則：小于耐火材料的最低擊穿電壓。在保證安全的情況下，盡可能選用高電壓，以便降低二次電流。這有利于降低變壓器的負(fù)載和電極的成本。電壓、電流在可控范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的幅度應(yīng)有較大余量。則：上層電極電壓電流, =268.3 v =1118 A下層電極電壓電流, =219.1 v =912.9 A (4)電極電流密度 j J上=I/A=1118/(3.14*2.5*2.5+3

13、.14*5*60)/2=0.6 (A/cm2)J下=I/A=912.9/(3.14*2.5*2.5+3.14*5*60)/2=0.5 (A/cm2)4.3電極插入方式選擇電極插入深度與電極性質(zhì)、數(shù)量、電流密度、電熔窯結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。如圓柱形氧化錫電極采取垂直安裝方式，插入深度約為250mm，在電熔窯運(yùn)行期間電極不能推進(jìn)。如棒狀鉬電極水平安裝，插入深度為300600mm。隨著鉬電極逐漸消耗，電極間玻璃電阻不斷增加，變壓器電壓不斷升高（使電流10保持恒定）。當(dāng)變壓器電壓調(diào)到極限，應(yīng)推進(jìn)鉬電極，電流、功率諸參數(shù)才能恢復(fù)正常。水平棒狀電極是最普遍的布置方式之一。電極或電極對(duì)相對(duì)布置，電流密度呈層狀分布

14、。電極間的距離必須大一些，可避免電流前驅(qū)電流密度過(guò)大。電極端部之間的自由距離應(yīng)大于電極插入部分長(zhǎng)度的兩倍。電極長(zhǎng)度與其直徑之比應(yīng)小于20.電極于池深1/31/2側(cè)墻處插入窯內(nèi)5090cm。 采用兩層四對(duì)電極供應(yīng)，第一層電極與第二層電極的負(fù)荷分配之比為60:40。4.4電極連接方式當(dāng)采用單相電源，電流從窯爐的一側(cè)墻流向另一側(cè)墻。不論采用板狀或棒狀電極，電流從池壁的一側(cè)流向另一側(cè)，都能達(dá)到均勻分布的溫度場(chǎng)。單相系統(tǒng)多用于正方形或長(zhǎng)方形、低容量的電熔窯上，即日產(chǎn)量不超過(guò)30T，功率可達(dá)1500Kw，一般不會(huì)出現(xiàn)相負(fù)荷的平衡問(wèn)題，即使出現(xiàn)也可以使用相平衡設(shè)備。板狀或棒狀電極間的距離，可根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)，

15、以達(dá)到均勻且較小的電流密度。為整個(gè)窯池內(nèi)創(chuàng)造均勻熔化和澄清的良好條件。 11五、耐火材料選擇與計(jì)算5.1耐火材料的選擇合理選用全電熔窯各部位耐火材料，以滿(mǎn)足熔制工藝上的要求，直接關(guān)系到電熔窯的產(chǎn)量、玻璃的質(zhì)量、電熔窯的壽命、投資的成本。因此必須充分重視。全電熔窯對(duì)耐火材料的要求：（1）對(duì)玻璃無(wú)污染或污染程度很小，（2）在正常使用溫度下，必須具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，能抗配合料和玻璃液的侵蝕，相鄰耐火材料之間無(wú)接觸反應(yīng)。（3）必須具有很高的高溫機(jī)械強(qiáng)度。（4）必須具有很高的耐火度。（5）必須具有很高的抗熱沖擊性能。（6）在正常使用溫度下，體積的固定性要好，重?zé)湛s率和膨脹率應(yīng)盡可能小。（7）在正常使

16、用溫度下，必須具有很高的電阻率。（8）尺寸要準(zhǔn)確。此外，選擇耐火材料時(shí)要全盤(pán)考慮，不要由于局部薄弱環(huán)節(jié)而對(duì)整座電熔窯的壽命造成不良影響。根據(jù)玻璃液熔化溫度，以及各個(gè)區(qū)域?qū)δ突鸩牧系牟煌?，選擇耐火材料如下表所示：12區(qū)域種類(lèi)耐火度規(guī)格(長(zhǎng)*寬*高)窯墻內(nèi)側(cè)硅磚16701750500*150*100窯墻中間層粘土磚1580600*113*300窯墻外側(cè)普通磚240*120*50窯底內(nèi)側(cè)電熔AZS磚1730600*113*300窯底中間層粘土磚1580600*113*300窯底外側(cè)普通磚240*120*50窯頂內(nèi)側(cè)電熔AZS-33磚1730230*114*32窯頂中間層粘土磚1580230*11

17、3*30窯頂外側(cè)普通磚240*120*505.2耐火材料的計(jì)算（1）窯底內(nèi)側(cè)電熔AZS磚塊數(shù)=（2.58*2.58*1000000）/(600*113)=99 ( 2 ) 窯頂內(nèi)側(cè)電熔AZS-33磚塊數(shù)=（2.58*2.58*1000000）/(230*114)=254（3）窯墻內(nèi)側(cè)硅磚塊數(shù)=4*（2.58*2.432*1000000）/(500*100)=4*125=500（4）窯底中間層粘土磚塊數(shù)=（2.88*2.88*1000000）/(600*113)=12313（5）窯頂中間層粘土磚塊數(shù)=（2.88*2.88*1000000）/(230*113)=320（6）窯墻中間層粘土磚塊數(shù)=4

18、*（2.762*2.88*1000000）/（600*113）=4*120=480（7）窯底外側(cè)普通磚塊數(shù)=（3.18*3.18*1000000）/（240*120）=351（8）窯頂外側(cè)普通磚塊數(shù)=（3.18*3.18*1000000）/（240*120）=351（9）窯墻外側(cè)普通磚塊數(shù)=4*（3.092*3.106*1000000）/（240*50）=4*801=3204總計(jì)：硅磚 510塊；電熔AZS磚 102塊；電熔AZS-33磚 260塊；普通磚 3920塊；粘土磚（230*113*30）325塊；粘土磚（600*113*300） 610塊。六、窯爐電工和熱工計(jì)算6.1玻璃熔化熱計(jì)算玻璃熔化熱計(jì)算： Qg =q*G q=404.4 kcal/kg, G=10*1000/24=416.7 kg/h;14則： Qg =404.4*416.7=168500 kcal/h;6.2玻璃耗電量計(jì)算耗電量計(jì)算：Q=F*GF=1.6kw/kg ; G=10*1000/24=416.7 kg/h;則： Q=1.6*416.7=666.72 kw/h=574206 kcal/h;6.3玻璃熱效率計(jì)算熱效率：=Qg/Q=168500/574206=0.2915七、小結(jié)根據(jù)生產(chǎn)