确定玻璃池窑余热回收设备的种类

确定玻璃池窑余热回收设备的种类玻璃池窑余热回收的意义玻璃池窑是玻璃工厂能耗最大的热工设备。其能耗玻璃厂总能耗的80%以上。达从玻璃池窑出来的废气温度高达1300~1500℃，从而带走大量热量。合理地利用这部分余热对于玻璃池窑的热利用率有着重大意义。玻璃池窑余热回收的主要装置在玻璃厂，预热空气、煤气的主要设备是换热器和蓄热室。换热器只能预热空气；而蓄热室既可以预热空气，也可以预热煤气。由于换热器的换热效率不及蓄热室（尤其对于大型玻璃池窑），所以，蓄热室在玻璃厂比换热器得到了更广泛的应用。蓄热室蓄热室是一种热回收装置。玻璃熔窑之所以必须要有蓄热室，不仅仅是为了节能，更是为了提供熔制高质量的玻璃液所要求的高温。为了使燃烧火焰有足够高的温度，空气、煤气必须预热，即使是对于使用高热值燃料——重油和天然气为热源的熔窑，如空气不预热，也很难达到所要求的温度。蓄热室余热回收原理当高温废气通过蓄热室内的格子体时，废气以对流与辐射的方式把热量传给格子体，使得格子体受热升温，积蓄热量，而废气向格子体传热后其本身的温度降低；而当空气通过蓄热室内的格子体时，格子体就把所积蓄的热量以对流的方式再传给空气，使得空气受热升温，格子体散热降温，这样就实现了空气通过格子体获得废气余热目的。蓄热室内的传热方式包括：烟气对格子砖的辐射和对流换热。格子砖内部的传导传热格子砖向空气或煤气的对流及辐射换热。蓄热室的形式1）根据气流方向的不同，有立式与卧式之分，两者比较：立式蓄热室内气流阻力小，可用于自然通风的熔窑，气流分市也较均匀，且格子砖热修方便，所以采用的比较普遍。卧式蓄热室气体分层现象较严重，阻力也较大，需要机械通风。连通式与分隔式烟道分隔式又称半分隔式结构特征：蓄热室相通，支烟道和总烟分隔；支烟道上闸板调节各蓄热室的排烟量和空气供给量废气和空气分别换向。性能特点：增大了换热面积；气流分布均匀；空气预热温度提高；热回收率提高。使用特点：烟道分隔式蓄热室的应用正在逐步推广。也称超级烟道。单通道与多通道多通道即将原单一通道分割成数段。一般用双通道与三通道。常以双通道居多。可在不增加厂房高度下扩大换热面积。蓄热室的利用率和热回收率有所提高，还改善了热修条件，蓄热室的整体寿命也稍有延长。但相应的气流阻力会增大、烟囱要加高。较合适的是双通道蓄热室。蓄热室与小炉部位的连接方式垂直通道式、直后墙、斜后墙、流线型后墙、箱式蓄热室换热器凡能将热能有效地从高温载热流体通过器壁传向低温受热流体的设备，都称之为换热器。换热器的工作原理换热器内烟气通过器壁对空气的热交换过程属于综合传热。其中，空气侧器壁向空气的传热几乎完全以对流方式进行，空气内的少量水蒸气的辐射和吸收能力极小，而对流换热系数主要随空气的流速和密度的增加而迅速增大，与温度关系较小。在烟气侧，烟气与器壁的传热过程中，辐射作用远远超过对流作用，其辐射传热系数随烟气温度、成分、气层厚度而变化。换热器的类型按气流流动方向分为：顺流式、逆流式、错流式、复合形式。按材料不同分类分为：陶制换热器、金属换热器两种。常用的陶质换热器：由粘土质（少数用锆刚玉质或碳化硅质）耐火材料砌成。筒形砖立式换热器、筒形砖卧式换热器和用标形砖砌的风火道形式的换热器等，例如坩埚方炉的换热器。常用的金属换热器：根据使用温度不同，用各种耐热铸铁或合金钢材料制成，其结构型式以及连接方式较多。如：辐射式金属换热器、流式金属换热器、同心空气管式换热器几种换热器的特点及适用范围顺逆流换热器：逆流式的空气预热温度最高，而顺流式的器壁温度最低。因此，从传热观点看，换热器以逆流形式为好，但对于要求器壁温度不能过高的某些金属换热器来说，则有时采用顺流式，或者也可采用顺流逆流联合形式。金属换热器：优点：传热系数大；气密性好；能获得较高的空气出口压强；结构紧凑、机械强度高等。缺点：材料耐高温耐侵蚀性能较差，因而限制了它的使用温度和寿命（目前使用的一般空气预热温度700℃以下。陶质换热器：优点：可用于较高温度（空气预热温度900～1100℃），缺点：气密性差（漏风量甚至达烟气量的20％～30％）如综合传热系数、强度和结构紧凑等方面也都不如前者。玻璃熔窑上使用换热器（陶质）：优点：空气预热温度稳定；不需换向设备，结构紧凑，占地面积小；造价较低；操作简单。缺点：空气预热温度较低；由于气密性问题，一般不用于预热煤气。目前在大中型玻璃窑上很少采用换热器。而小型熔窑上则能显示出它的优越对比蓄热室和换热器的优缺点，在本任务中选连通式蓄热室。确定蓄热室的结构尺寸与材质蓄热室的结构和尺寸蓄热室的尺寸取决于预热空气（煤气）的流量和要求的预热温度，一般与熔化面积成正比。确定蓄热室的尺寸，实际上就是确定蓄热室格子体的尺寸。用扩大指标的经验计算法计算格子体的尺寸，首先要确定格子体的受热面积和格子体的体积。格子体的受热面积取决于预热空气的（煤气）的流量和要求的预热温度。采用扩大指标的经验计算法时，这两个参数可用熔化面积来代替，则格子体的受热面积F蓄与熔化部面积F熔成正比，即：𝐹蓄=𝐾𝑎⋅𝐹熔对于烧发生炉煤气的熔窑：Ka=20～30m2/m2，对于烧高热值燃料的熔窑ka=15～25m2/m2在这里Ka=20m2／m2𝐹蓄=𝐾𝑎⋅𝐹熔=20×347.8=6956𝑚2求得格子体的受热面积之后，根据所采用的的格子体的结构形式和砖形尺寸及其基本特征，可计算出单位格子体体积所具有的受热面积。δ=65，a=75，b=150，h=150𝑓=2𝛿+𝑎+𝑏(𝑎+𝛿)(𝑏+𝛿)+𝛿(𝑎+𝑏)ℎ(𝑎+𝛿)(𝑏+𝛿)=2×65+75+150(75+65)×(150+65)+65×(75+150)150×(75+65)×(150+65)=0.015𝑚2有计算得到单位格子体所具有的受热面积f，就可以按下式计算格子体的体积V蓄，即：𝑉蓄=𝐹蓄∕𝑓𝑉蓄=𝐹蓄𝑓⁄=69560.015⁄=463733𝑚3由式计算得到蓄热窑格子体的体积，即可根据蓄热室结构分别计算确定格子体的尺寸。本次任务中燃料为天然气，所以只需要预热空气。L=𝑑1+(𝑛−1)𝑑2+𝑑3d1——1#小炉中心线到蓄热室前端墙内侧的距离，一般d1=1.2～1.6m,或d1=d2/2；n——小炉的对数；d2——小炉中心线距；d3——末对小路中心线到蓄热室后端墙内侧的距离，一般𝑑3=𝑑1小炉对数取8对，d2=3.7，d1=1.2L=𝑑1+(𝑛−1)𝑑2+𝑑3=1.2+(8−1)×3.7+1.2=28.3𝑚蓄热室格子体的高度H、宽度B和长度L之间存在所谓“构筑系数”的关系，即φ=𝐻√𝐵⋅𝐿构筑系数是衡量格子体结构是否合理、气流分布能否均匀的一个指标，一般为0.6～1.0。取𝐻√𝐵⋅𝐿=0.8，因为𝑉蓄=𝐿𝐵𝐻，𝐿𝐵=𝑉蓄𝐻，得LB=𝐻30.64，则有：𝑉蓄=𝐻30.64，𝐻=√𝑉蓄×0.643=√463733×0.643=𝑚𝑉蓄=𝐿𝐵𝐻，𝐵=𝑉蓄𝐿𝐻=463733544.78×28.3=30𝑚蓄热室的材质在砌筑带有U形火焰流向的玻璃熔窑的蓄热室及烟道时，其材料消耗量约占窑的材料总消耗量的50%左右。在这些材料中可区分为耐火材料、隔热材料及格子砖。热内衬和冷内衬。对于蓄热室的热内衬来说，选择耐火材料的方法有所不同，通常采用MgO含量不同的（从高至低为97%至92%）镁质耐火材料来砌筑。因此，要严格遵循下列程序：对于碱性介质，采用碱性耐火材料。这是设计蓄热室砌体结构的常规方法。在蓄热室壁中需要采用镁砖，因为它对窑内配料中的固体粉状组分（由窑的熔炼部携出的物质）及碱性气体介质（燃料的燃烧产物及窑配料的烧损）的侵蚀作用有抵抗能力。因此，蓄热室高温部位的热内衬应当采用此种耐火材料砌筑。通常，为了砌筑蓄热室上部壁，采用MgO含量97%的镁砖，并过渡到采用MgO含量95%的镁砖。蓄热室壁其余部分的热内衬则选用高铝砖和粘土砖砌筑，用以取代镁砖。取代镁砖的主要原因是：镁砖热导率和热膨胀系数高、与硅酸铝质隔热材料不能同时并用，以及成本较高。还应指出：在蓄热室的中部和下部，含粉尘的可燃介质对砌体的侵蚀作用小。对于蓄热室顶的砌体而言，完全可以采用玻璃熔窑用硅砖来取代镁砖。根据熔炼时硅砖顶的性状、开发的有效隔热层工艺、较低的操作温度和在蓄热室上部空间没有循环气流等因素，可以认为在蓄热室的此类结构砌体中采用硅质耐火材料是合理的。当然在硅砖砌体和镁砖砌体之间应当采用中性火泥层隔开。除了镁质耐火材料之外，在该结构中还采用了硅砖、高铝砖、硅酸铝砖和陶瓷砖，以及俄罗斯生产的隔热材料。减少进口镁质耐火材料的使用量不仅能显著地降低蓄热室的砌筑成本，而且还能显著地缩小砌体的热膨胀率，从而可以改变蓄热室整个结构的垂直尺寸。首先应当注意到的是：采用镁砖时要求热内衬和冷内衬之间的砌体采用昂贵的高铝砖。在这种情况下，尽管隔热层已经相当厚，但室壁的某些部位外部温度高及向周围介质散失的单位热量高。在横断面1-1和2-2内砌体的内部温度相同（1431℃），硅砖顶的外表面温度及通过它的热流分别比采用MgO97%的镁砖时低25%和3%。横断面4-4和5-5内的温度分布说明不仅可以采用高铝砖和粘土砖取代镁砖，而且采用廉价的建筑陶瓷砖砌筑室壁的冷内衬也是合理的。对蓄热室内的耐火砖和隔热砖实施合理砌筑可以显著地降低其造价。此时还保持了它长期生产操作所需要的全部条件。采用热膨胀率低的耐火材料取代一部分镁砖时，仍可保证在玻璃熔窑中进行熔炼时砌体的物理性能。蓄热室的砖格子。对砖格子用耐火材料质量的要求是：一方面是热物理性能；另一方面是对含尘可燃介质侵蚀作用的抵抗性。材料的热导率及热容量影响烟气向砖砌体（排烟阶段）的总传热率的值和从砖向被加热空气（空气阶段）的总传热率的值。砖格子的使用寿命在诸多方面取决于窑役的持续时间。这与下列因素有关：对正在生产的窑（例如具有U形火焰流向的窑）中更换砖格子几乎是无法实现的。清理砖格子（机械法、热法）会影响其生产效率。当前对砌筑砖格子砌体用材料质量方面的要求已确定。其基础是：根据可燃介质状态变化及与砖格子材料发生反应的特点来以不同方法看待耐火材料的化学成分和砖格子砌体用材料的质量。对砖格子的结构要求，如加热面较大的部位，在罐式砖格子的砌体中得以实现。在俄罗斯及国外的生产实践中广泛地采用此种类型的砖格子，在当前它是玻璃熔窑的基本组成部分。在蓄热室中采用该结构砖格子的工艺已很成熟，可以制造高度超过10m的砖格子。由于具备所需要的性能，这为加热面面积计算及为达到规定温度的砖格子体积的具体计算创造了条件。最后应当指出，尽管在玻璃熔窑蓄热室用耐火材料的开发和生产方面取得了巨大的成就，但是在其热效率及使用寿命方面仍存在需要迫切研究的问题。减少昂贵牌号砖（例如：QMZR-12和AMZ-97）的使用量可以降低蓄热室砖格子的砌筑成本。选镁砖m—6a=65b=300c=150