玻璃工业热工设备

第一章第一章池池窑窑玻璃池窑是玻璃工业生产中关键的热工设备，在玻璃生产中起着十分重要的作用，常比作玻璃工厂的“心脏”，它对玻璃的熔制质量、熔化效率关系极大，直接关系到玻璃生产的产量、质量、能耗和企业的经济效益。严禁上传至网络！本章学习内容：本章学习内容：玻璃的熔制过程玻璃池窑的分类、构造和窑型玻璃池窑工作原理作业制度结构设计能耗计算要求：要求：掌握池窑的工作原理熟悉池窑各部位的结构能够独立设计池窑（包括经验设计与理论计算）教材及教材及主要参考书：主要参考书：1.《玻璃工业热工设备》（陈国平、毕洁主编，化工出版社）2.《玻璃工业热工设备》（孙承绪主编）3.《玻璃窑炉热工计算及设计》（孙承绪等编著）4.《浮法玻璃生产技术与设备》（张战营等编著）5.《浮法玻璃》（陈正树等编著）6.《玻璃池窑设计及运行实用指南》（梁德海著）7.各种期刊杂志中关于玻璃熔窑及其节能方面的文献一、熔制的目的：一、熔制的目的：获得均匀、纯净、透明、并且适于成型的玻璃液。二、玻璃的熔制过程：二、玻璃的熔制过程：是指将玻璃配合料经过高温加热形成玻璃液的过程。玻璃的熔制过程是一个非常复杂的过程，它包括一系列的物理的、化学的以及物理化学的现象和反应。●玻璃熔制过程大致可分为五个阶段：（一）硅酸盐形成阶段：（二）玻璃液形成过程：（三）玻璃液澄清阶段：（四）玻璃液均化阶段：（五）玻璃液冷却阶段：第一节第一节玻璃的熔制过程玻璃的熔制过程配合料熔化阶段配合料熔化阶段严禁上传至网络！※玻璃的熔制是在熔窑中进行的。※玻璃熔窑分为池窑和坩埚窑。池窑—配合料在这种窑的槽形池内被熔化成玻璃液。坩埚窑—在窑内放置坩埚，在坩埚内将配合料熔化成玻璃液。三、玻璃熔制过程对玻璃池窑提出的要求1.满足熔制工艺的要求。如必需的熔化温度、足够的澄清时间、充分均化的条件等，使加入的配合料熔化、澄清、均化都很完全、彻底。2.满足成型工艺的要求。如一定的冷却速度和时间、持续均化的条件、供给一定温度和数量的料滴的条件。3.能适应出料量、玻璃品种、玻璃质量在一定幅度内的变动。4.能适应原料粒度、水分、碎玻璃加入量、燃料成分和温度在容许范围内的波动。5.允许用较低的能耗来进行熔制过程，并有可能进一步采用节能措施。6.允许用较少的劳动量和较良好的劳动条件来运行和管理熔制过程。7.便于测量和控制过程中的各项热工参数。8.便于处理各种事故。一、分类一、分类1、按使用热源分：（1）火焰窑（2）电热窑（电炉）（3）火焰—电热窑2、按熔制过程的连续性分：（1）间歇式窑（如日池窑）（2）连续式窑3、按烟气余热回收设备分：（1）蓄热式窑（2）换热式窑严禁上传至网络！第二节第二节玻璃池窑的分类、构造和窑型玻璃池窑的分类、构造和窑型4、按窑内火焰气体流动方向分：（1）横焰窑（2）马蹄焰窑（3）纵焰窑（1）横焰窑（2）马蹄焰窑（3）纵焰窑（属蓄热式池窑）（属换热式池窑）（属换热式池窑）（属换热式池窑）蓄热式马蹄焰池窑双马蹄焰池窑立式[垂直]马蹄焰池窑蓄热式马蹄焰池窑双马蹄焰池窑立式[垂直]马蹄焰池窑5、按制造的产品分：（1）平板玻璃池窑；（2）日用玻璃池窑。图：燃煤气横焰窑AAA-ABBB-BC-CCC[单击图片放大]图：燃油蓄热式马蹄焰窑A-AAAB-BBBC-CCC[单击图片放大]图：燃煤气蓄热式马蹄焰窑[单击图片放大]投料池投料池熔化池熔化池小炉1#2#3#小炉1#2#3#冷却池冷却池（3对小炉、燃油流液洞池窑）（1）横焰窑平面示意图空气蓄热室空气蓄热室流液洞流液洞空气蓄热室空气蓄热室油喷嘴熔化池横焰窑横剖面示意图空气烟气空气烟气火焰空气蓄热室空气蓄热室油喷嘴油喷嘴熔化池横焰窑横剖面示意图空气烟气空气烟气火焰空气烟气火焰加料池熔化池小炉流液洞冷却池蓄热室加料池熔化池小炉流液洞冷却池蓄热室蟹型窑（小横焰窑）平面示意图（2）马蹄焰窑平面示意图投料池投料池熔化池熔化池冷却池冷却池小炉小炉小炉小炉流液洞流液洞①蓄热式燃油马蹄焰窑蓄热室蓄热室投料池投料池熔化池熔化池冷却池冷却池小炉小炉小炉小炉流液洞流液洞换热器——属换热式池窑②双马蹄焰池窑图：双碹顶池窑[单击图片放大]●玻璃池窑构造包括：火焰空间熔化池火焰空间熔化池火焰空间分隔装置玻璃液分隔装置火焰空间分隔装置玻璃液分隔装置冷却部空间冷却池冷却部空间冷却池熔化部分隔装置冷却部熔化部分隔装置冷却部——即小炉——即蓄热室或换热器、余热锅炉——即烟道及烟道上的设备、烟囱玻璃熔制部分热源供给部分余热回收部分排烟供气部分（窑体部分）玻璃熔制部分热源供给部分余热回收部分排烟供气部分（窑体部分）二、构造二、构造※玻璃池窑熔化部的主要钢结构(1)窑柱窑柱主梁主梁次梁次梁池底池底池壁[墙]池壁[墙]扁钢或钢板扁钢或钢板柱脚角钢[槽钢]柱脚角钢[槽钢]池壁顶铁池壁顶铁池壁顶丝池壁顶丝下巴掌铁下巴掌铁胸墙托板胸墙托板胸墙胸墙下间隙砖下间隙砖窑顶[大碹]窑顶[大碹]拉条拉条上间隙砖上间隙砖上巴掌铁上巴掌铁立柱立柱碹脚[碴]碹脚[碴]挂钩砖挂钩砖碹脚角钢碹脚角钢※小型玻璃池窑熔化部的主要钢结构(2)拉条窑柱主梁次梁池底池壁[墙]扁钢或钢板柱脚角钢[槽钢]池壁顶铁池壁顶丝下巴掌铁胸墙托板胸墙下间隙砖窑顶[大碹]碹脚角钢立柱碹脚[碴]挂钩砖拉条窑柱窑柱主梁主梁次梁次梁池底池底池壁[墙]池壁[墙]扁钢或钢板扁钢或钢板柱脚角钢[槽钢]柱脚角钢[槽钢]池壁顶铁池壁顶铁池壁顶丝池壁顶丝下巴掌铁下巴掌铁胸墙托板胸墙托板胸墙胸墙下间隙砖下间隙砖窑顶[大碹]窑顶[大碹]碹脚角钢碹脚角钢立柱立柱碹脚[碴]碹脚[碴]挂钩砖挂钩砖※玻璃池窑熔化部的主要钢结构(3)窑柱主梁次梁池底池壁[墙]扁钢或钢板柱脚角钢[槽钢]池壁顶铁池壁顶丝下巴掌铁胸墙托板胸墙下间隙砖窑顶[大碹]顶梁上间隙砖上巴掌铁立柱碹脚[碴]挂钩砖碹脚角钢碹脚顶丝窑柱窑柱主梁主梁次梁次梁池底池底池壁[墙]池壁[墙]扁钢或钢板扁钢或钢板柱脚角钢[槽钢]柱脚角钢[槽钢]池壁顶铁池壁顶铁池壁顶丝池壁顶丝下巴掌铁胸墙托板胸墙胸墙下间隙砖下间隙砖窑顶[大碹]窑顶[大碹]顶梁顶梁上间隙砖上间隙砖上巴掌铁立柱碹脚[碴]碹脚[碴]挂钩砖挂钩砖碹脚角钢碹脚顶丝※浮法玻璃池窑熔化部上部空间结构简图图6-4图6-5第一、二节复习题1.玻璃熔制过程包括哪几个阶段？2.玻璃池窑按照使用热源、烟气余热回收设备、窑内火焰流动方向等各分为哪几种窑型？试比较横焰窑与蓄热式马蹄焰窑。1.主要是由于温度差引起的玻璃液的自然对流*；2.由于加料机的推力和成型机的取料形成的生产流（作业流）；3.在熔化部，未澄清好或未熔化完全的玻璃液与已澄清好的玻璃液存在密度差，亦能引起自然对流。（一）窑池内玻璃液产生流动的原因：严禁上传至网络！一、窑池内玻璃液流的研究一、窑池内玻璃液流的研究第三节第三节玻璃池窑工作原理玻璃池窑工作原理Pb′Pb′HaHaHbHbPa＝PbP＝Haag＝HbbgPaPaPbPbHa′Ha′Hb′Hb′Pa′Pa′Pa′Pb′池深静压Pa′Pb′池深静压O′OO′O在O—O′截面以上，A处玻璃液静压大于同一水平面上B处静压；在O—O′截面以下，B处玻璃液静压大于同一水平面上A处静压。PaPbabABPaPbabPaPbabABabBAabBAabBABA热对流（玻璃液的自然对流）的形成：1.温度差2.玻璃的性质⑴玻璃液密度与温度的关系⑵玻璃液粘度及其与温度的关系⑶玻璃的颜色3.窑结构4.其它操作因素（二）影响玻璃液对流的因素1.按液流的流动方向分：（三）液流种类纵流横流回旋流纵流横流回旋流直流回流直流回流●纵流是沿窑长方向流动的液流。在玻璃液表面，由热点流向投料口和由热点流向成形部方向的液流称为直流，而在玻璃液深层，回到热点的液流称为回流。●横流是沿窑宽度方向流动的液流。●纵流、横流搅合在一起称为回旋流（螺旋状流）。2.按液流所处的位置分：表面流深层流表面流深层流●热点：沿玻璃池窑纵向的玻璃液的最高温度部位。b—流液洞池窑（单环流）a—平板（浮法）池窑c—流液洞池窑（双环流）窑池内玻璃液流动情况的示意图1.采用模型研究的方法：即以相似理论为指导，采用适当的液体及缩小了的窑炉模型来模拟玻璃池窑内玻璃液的流动情况。2.通过停炉后观察耐火材料的侵蚀情况来分析判断。（四）液流的研究研究窑池内玻璃液流的规律，目的就在于扬长避短，即利用其有利的一面，避免其不利的一面。1.有利的一面：⑴指导我们合理设计窑炉：①提高产量；②改善质量；③减少热耗；④减轻侵蚀。⑵指导我们正确操作：①正确控制熔化操作——控制泡界线*位置；②利用加大向投料口的对流来加速熔化。2.不利的一面：⑴侵蚀窑体；⑵由于回流的存在，增加了热耗；⑶如作业不稳，影响质量。（五）液流研究的实际意义●泡界线的形成：（见补充材料之p.156）在连续式玻璃池窑的熔化部，由于热点与投料池的温差，表层玻璃液向投料池方向的流动，使无泡沫的玻璃液与有泡沫的玻璃液之间有一明显的界线，称为泡界线，又称泡切线。●泡界线：※本小节讨论火焰空间内的气体流动二、窑内气体流动二、窑内气体流动（一）火焰空间内气体流动的特性1.弯曲现象※弯曲程度与喷出火焰的速度、火焰离开喷火口的时间、火焰温度及周围气体温度有关。※火焰的弯曲现象对火焰的刚性、火焰在窑内的传热、窑内的温度分布、窑的寿命都有一定影响。2.循环现象※气流的循环现象影响着窑内温度分布的均匀性、火焰向物料的传热以及窑的寿命。1.燃料种类※燃油时的火焰比燃煤气时的火焰刚性强，循环较剧烈，能紧贴液面，但铺展性差。2.喷入窑内的气流方向——火焰与液面的夹角3.喷火口位置4.火焰排出口位置5.火焰空间的大小（二）影响火焰空间气体流动的因素喷火口位置不同时窑内气体流动情况和液面上压力分布※马蹄焰的形成影响马蹄焰的因素：⑴火焰的喷出速度；⑵排出口内的负压；⑶喷出口与排出口的间距；⑷火焰空间的形状与大小等。马蹄焰是怎样形成的？（见补充材料之p.158）（一）火焰空间内的热交换式中：0＝5.67×10－8W/(m2·K4)，称为黑体辐射常数。※∵1＞气＞0，∴T气＞T衬＞T物气越大，使T衬趋向于T气，气越小，T衬就趋向于T物※火焰和窑体都对玻璃液辐射，如果气很大，则窑体的辐射热量很少能到达玻璃液，因为辐射热量在途中已被气体（火焰）吸收，这时主要靠火焰的辐射热量来加热玻璃液。T衬＝T衬＋4气[1＋衬物(1－气)(1－物)]气＋衬物(1－气)[物＋气(1－物)](T气－T物)444T衬＝T衬＋4气[1＋衬物(1－气)(1－物)]气＋衬物(1－气)[物＋气(1－物)](T气－T物)444Q物净＝F物气物1＋衬物(1－气)气＋衬物(1－气)[物＋气(1－物)]0(T气－T物)44Q物净＝F物气物1＋衬物(1－气)气＋衬物(1－气)[物＋气(1－物)]0(T气－T物)44三、窑内热交换三、窑内热交换1.提高火焰温度措施：⑴选用高热值燃料；⑵提高空气预热温度。2.增大火焰黑度，以及采用合理先进的燃烧方法。3.增大火焰流速，并有合理的火焰喷出角及长度。4.改进窑结构，增大角系数。5.采用薄层加料方法，扩大配合料受热面积。6.提高空气预热温度。7.加强窑体保温。8.选用优质耐火材料。●提高玻璃熔窑的熔化能力，必须着重以下几方面：1.火焰温度及火焰黑度2.窑结构3.耐火材料的质量●影响火焰空间热交换的因素●玻璃液传热过程包括：火焰、窑墙液面、液面空间的辐射传热火焰、窑墙液面、液面空间的辐射传热上层玻璃液下层玻璃液、池壁、池底的辐射传热上层玻璃液下层玻璃液、池壁、池底的辐射传热玻璃液内对流传热玻璃液内传导传热●影响玻璃液传热的因素：1.玻璃的着色程度2.玻璃液的温度3.火焰中的含碳量4.玻璃液的对流5.气泡在玻璃液中的翻腾程度（二）玻璃液内热交换黑体及发光火焰之辐射●加强配合料内的传热，可采取以下措施：1、扩大配合料受热面积——采用薄层加料2、将配合料密实化，以提高配合料的导热系数。3、增设预熔池*。（三）配合料内的