年产3000吨高硼硅玻璃窑炉的设计

2020年1月2日年产3000吨高硼硅玻璃窑炉的设计目录1.前言..............................................................................................................................................12.设计任务与原始资料...................................................................................................................23.窑型选择.......................................................................................................................................23.1全电熔窑的优点................................................................................................................23.2全电熔窑的缺点................................................................................................................44.窑体主要尺寸确定.......................................................................................................................44.1熔化池面积.......................................................................................................................44.2熔化池的长度与宽度........................................................................................................54.3熔化池的深度....................................................................................................................55.电极选择及插入方式...................................................................................................................65.1电极尺寸选择....................................................................................................................65.2钼电极的插入方法............................................................................................................76.耐火材料选择及计算...................................................................................................................76.1可用耐火材料规格............................................................................................................86.2耐火材料的使用................................................................................................................87.窑炉电工和热工计算...................................................................................................................87.1玻璃熔化热计算................................................................................................................87.2玻璃耗电量........................................................................................................................97.3玻璃热效率........................................................................................................................98.小结..............................................................................................................................................99.参考文献.....................................................................................................................................101年产3000吨高硼硅玻璃窑炉的设计1.前言1902年，弗尔克（Voelker）获准了一个基本专利，其内容是利用电流通过玻璃配合料产生的热来熔化玻璃。自那以后，玻璃电熔技术得到了广泛应用。1979年，据RusselBurman估计，世界上近半数的玻璃熔窑都将采用电熔技术。玻璃电熔窑原理：玻璃电熔是将电流通过电极引入玻璃液中，玻璃液直接通电加热，通电后两电极间的玻璃液在交流电的作用下产生电流焦耳热，从而达到熔化和调温的作用。玻璃液之所以具有导电性，主要是因为电荷通过离子发生迁移。硅酸盐玻璃具有一个稍无序的网络结构，包含硅、氧、玻璃改良剂离子，玻璃改良剂离子是相对自由的，特别是碱金属离子，它们结合能力最弱，是电流的载体，在硼硅酸盐玻璃中，碱金属离子较少，导电性较差。玻璃电熔技术是目前国际上最先进的熔制工艺，是玻璃生产企业提高产品质量，降低能耗，从根本上消除环境污染的十分有效的途径。对于15t/d以下的小型玻璃熔窑来说，在电力充足和电价适中的地区，用电熔工艺来生产各类玻璃制品的综合经济效益是很理想的；在电价较高的地区，对于彩色玻璃、乳浊玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅玻璃、高挥发组分玻璃或特种玻璃生产也是合算的。过去我国小型电熔窑的应用一直进展不大，主要原因有两条：首先是人们普遍认为电容的价格昂贵，熔制成本高，忽视了电熔可带来的整体效益；其次，以往引进的国外电熔窑由于包含大量的技术费用，选材过于讲究，因而投资很大，一座融化面积不到2m2、日产量4吨的小型电熔窑，少则二三百万元，多则近千万元，对于生产一般玻璃制品来说，是难以接受的，即使引进了也往往因为折旧费用太高而被迫停用。所以我们要设计的电熔窑，必须以我国的国情为基础，根据产品特点确定适当的窑龄，着重考虑综合经济效益，大量采用国产优质材料，在满足产品质量要求的前提下，尽量降低电熔窑的造价。以上述规模的电熔窑为例，包括电极和全套电熔自动控温装置在内的设备投资只需约100万元，每次冷修费用也不过十余万元，为玻璃全电熔技术的广泛应用创造了条件。22.设计任务与原始资料设计任务：年产3000吨高硼硅玻璃电熔窑炉的设计，年工作日300天原始资料：表1.玻璃配方（重量百分比）SiO2Al2O3CaONa2OB2O380%2.6%0.3%5.1%12%3.窑型选择根据资料显示，在环保要求严格、电价低廉、玻璃熔化困难、玻璃质量要求高、生产规模小时，可考虑全电熔窑。3.1全电熔窑的优点（1）没有废气，防止空气污染。由于没有火焰窑的燃烧气体，厂区外不存在有害烟尘弥散的问题，各种挥发物都被配合料覆盖，唯一的挥发物是二氧化碳，但它不是污染物，况且还能加以回收。（2）降低挥发性配合料组分的挥发。氟化物的挥发量可降低到火焰加热熔窑的40%左右，氧化铅的挥发量可降低到火焰加热熔窑的10%～20%。由于垂直熔化，在熔化过程中易挥发组分被凝聚在生料层中，当生料熔化时又重新转移到玻璃液中去。表2表明电熔窑使挥发损耗显著地减少。（3）玻璃均匀。采用全电熔时，全部玻璃基本上都经历相同的热历史，所以供给成型机的玻璃液在成形性能上均匀得多。因此，成型机能工作的很好，使钠钙玻璃瓶罐的合格率提高2%～4%，乳白玻璃、硼硅玻璃和铅玻璃的合格率提高20%以上。表2.采用电熔窑熔化挥发损耗[%]的减少挥发组分柴油、燃气窑炉电熔窑氟60～703铅100.2硼10～1513（4）降低因结石造成的产品损失。在钠钙玻璃瓶生产的一个窑期中，因结石缺陷造成的制品废品率通常仅为0.3%。（5）在节假日停产后恢复生产的困难较少。当一座燃料加热的熔窑节假日停产之后，再恢复生产，至少要半天左右时间；若是全电熔窑，则仅需半天左右时间。（6）熔窑大修较快。一座电熔窑的大修，在10天的期限内（从加碎玻璃烤炉到出玻璃料）可顺利地完成。窑顶和胸墙蚀损不大，因为它们暴露在高温下的时间不长。现在由于采用较厚的电熔锆刚玉砖铺砌池底，所以电熔窑的寿命是令人满意的。有一座熔制琥珀色玻璃的电熔窑，窑底铺砌30cm厚的电熔铬刚玉砖，运转了17年任然状态良好。（7）在整个窑期内可始终保持满负荷的出料量。在燃料加热的熔窑中，保持热量输入的能力及玻璃的出料量，往往因燃烧系统恶化而受到限制。在电熔窑中，通过提高电压来提高电功率的输入方法，即可迅速而简便地补偿由于侧墙造成的额外热量损失。（8）占地面积小。电熔窑仅包括熔化池、流液洞和上升道（采用目前的耐火材料，熔化率约为2.2t/m2·d），不需要蓄热室、烟道、烟囱。（9）二氧化碳的回收。除了能收集其他可蒸发的配合料组分之外，二氧化碳也可以作为电熔的一种副产品加以收集，每生产出100吨玻璃，将放出15吨CO2。这种气体的纯度达99.5%，只需要经过简单的湿法化学洗涤处理，便适用于商业用途。（10）热量散失减少，能耗大大降低。全电熔窑是靠玻璃液自身导电来实现其熔化的，它是内热式的，由于是垂直熔化，玻璃液面被一层生料所覆盖，上部空间的温度只有100℃~250℃左右。而火焰窑是靠火焰的高温辐射从表面向内部传导对流来实现的，玻璃液上部空间温度高达1600℃，窑顶散热很大，即使经过热交换设备，废气的温度依然很高，热效率只能达到30%。玻璃电熔窑热效率可达78%左右。每公斤玻璃液的电耗仅为0.62~1.2kWh。（11）玻璃质量好、效率高、成本低。由于熔化是在玻璃液内部进行，沿熔化池深度温差很小；挥发少，玻璃成分稳定；垂直熔化减少了高铅玻璃的分层。所有这些保证了玻璃液有良好的均匀性、稳定性