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供料道的電加熱——供料道電加熱的設(shè)計(jì)

2023-06-17  來自: 承德新羲玻璃技術(shù)有限公司 瀏覽次數(shù):435

14.2 料道與工作池的接口

料道入口與工作池接口通常有以下幾種形式:

1.敞開式:它指的是料道上部空間和澄清池空間是連通的。料道借助于工作池內(nèi)火焰。本意是減少料道電加熱量。結(jié)果是雖然在料道中使用了電加熱,但不能完全補(bǔ)償工作池帶來的溫度波動(dòng)。所以這種料道一般用于成型溫度寬、質(zhì)量要求低的玻璃品種。

2.火焰空間隔離式:在敞開式料道入口處加一塊擋磚隔離工作池火焰。料道溫度由電加熱單獨(dú)控制。這種料道可獲得穩(wěn)定的成型溫度。但電加熱功率要相應(yīng)增加。

3.料道入口的截面較小:料道底部有斜坡,擋磚沉入玻璃液面下2-7cm,徹 底實(shí)現(xiàn)工作池和料道隔離。這種料道實(shí)現(xiàn)更為精 確的溫度控制,取工作池中下層料,避開工作池料皮可能引起的產(chǎn)品缺陷。但應(yīng)注意:由于料道入口處玻璃液流速較快,擋磚通常用氧化法生產(chǎn)的AZS41號(hào)磚,如用其它材料做擋磚玻璃液以下的部分很快就會(huì)被侵蝕掉;狹長的料道入口將導(dǎo)致玻璃液溫度下降100℃以上,所以這種料道要投入較多電加熱功率;料道入口玻璃液溫度低電阻大,變壓器為高電壓、低電流的工作方式,所以必 須有安全措施;狹長料道入口會(huì)給料道啟動(dòng)帶來困難,所以變壓器二次側(cè)繞組應(yīng)有靈活抽頭和接法,啟動(dòng)高壓一般不大于400伏。

14.3 電加熱料道能耗的計(jì)算和變壓器功率確定

變壓器功率的數(shù)值依賴于玻璃液的熱工參數(shù):比熱C、出料量m和溫升△t。玻璃液每分鐘吸取的熱量為Q玻=GC△t=GC(t2-t1),并等效電加熱產(chǎn)生的焦耳熱量Q電=0.24P×60=14.4P,即GC△t=14.4P,式中G-出料量Kg/min,△t-溫升℃,C-比熱Kcal?!妫煌牟Aб簻囟葘?duì)應(yīng)著不同的玻璃比熱C,由表14.3.1給出了棕色啤酒瓶的比熱。在熔融玻璃液中,當(dāng)玻璃液的溫度有一微小變化時(shí),將引起一個(gè)微小的電功率變化,當(dāng)玻璃液基本溫度t1=1000℃時(shí),不同的加熱溫度代入式Q玻=GC△t=GC(t2-t1)計(jì)算的電功率數(shù)值見表14.3.2。通常料道溫度取1020-1070℃范圍,這時(shí)P的范圍在0.377G-1.33G(Kw)。(不考慮料道散熱)

1.電加熱能耗的計(jì)算

    電加熱的能耗是指料道正常生產(chǎn)時(shí)需要補(bǔ)充的熱量。玻璃液在料道中是一個(gè)降溫過程,因此理想的情況應(yīng)該是不需要補(bǔ)充熱量的。但是由于流入料道的玻璃液有溫差,而且玻璃液在料道中冷卻過程還會(huì)產(chǎn)生溫差。為了消除這些溫差,就需要外加熱量。

料道熱平衡如下:Qi+Qf=Ql+Qo+Qc+Qd,Qi-進(jìn)入料道的玻璃液帶入的熱量,Qf-電加熱帶入熱量,Ql-料道散熱損失,Qo-成型玻璃液帶走的熱量,Qc-冷卻風(fēng)帶走的熱量,Qd-克服玻璃液溫差所需的熱量。

電熱料道所需能耗與很多因素有關(guān),很難用一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)概括。如果用每米千瓦數(shù)來比較,則在實(shí)際料道中,高的達(dá)30Kw /m以上,低的則為0.2 Kw/m以下。對(duì)于一條特定的料道,可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)出該料道所需的每米千瓦數(shù),而估計(jì)的原則基本上就是以下歸納的七條。其中,玻璃液進(jìn)入料道的溫度、出料量和產(chǎn)品必需的成型溫度是主要的影響因素。

(1)進(jìn)入料道的玻璃液溫度:從流液洞的結(jié)構(gòu)和火焰空間的分隔來估算進(jìn)入料道的玻璃液溫度。①流液洞結(jié)構(gòu)的影響:熔化池流過來的玻璃液在進(jìn)入流液洞時(shí)都有相當(dāng)大的溫度降低,而這個(gè)溫度降低值又和流液洞的結(jié)構(gòu)形式有很大關(guān)系。在一些, 生產(chǎn)瓶罐產(chǎn)品的池窯中,流液洞寬、高、短,則玻璃液在進(jìn)入料道時(shí)溫度降低不多。但對(duì)于那些深型、長程(800-1000mm)且通道面積小的流液洞,則這個(gè)溫降最高可達(dá)300℃。②火焰空間分隔的影響:有些池窯的熔化池與工作池的火焰空間完全分隔,則工作池玻璃液的溫度較低;而有些池窯的熔化池與工作池的火焰空間部分分隔或不分隔,則工作池玻璃液的溫度相對(duì)較高。

所以進(jìn)入料道的玻璃液溫度,應(yīng)考慮到窯爐流液洞的結(jié)構(gòu)形式(流液洞是短程還是長程)。料道是深層取料還是中層取料,截面積是扁窄還是寬大。火焰空間是全分隔還是部分分隔。

(2)料道玻璃液的出料量:出料量大時(shí),所需補(bǔ)償?shù)臒崃烤托。怀隽狭啃r(shí),所需補(bǔ)償熱量就大;在零出料量時(shí),需補(bǔ)償?shù)臒崃窟_(dá)到極限值。在設(shè)有刮料、放料的料道中,不要把這部分出料量算進(jìn)去,而以正常生產(chǎn)中的最小出料量為依據(jù)。若電氣設(shè)備可以滿足零出料量,則非常有把握滿足其它情況下的料道運(yùn)行。但流液洞過來的玻璃液溫度不能太低,否則在硼硅酸鹽玻璃、氟化物玻璃中有可能出現(xiàn)析晶;在含鋇玻璃和硫碳著色的玻璃中可能出現(xiàn)大量二次氣泡。

能耗確定和設(shè)備選取以零出料量進(jìn)行設(shè)計(jì)是很不經(jīng)濟(jì)的。因?yàn)榱愠隽狭壳闆r是發(fā)生在更換料盆或其它停止出料的情況,不是常態(tài)。但為了保證再起動(dòng)順利,設(shè)備容量必須是正常使用值四倍以上,這就大大增加了投資并且大大降低了設(shè)備使用效率。所以在有條件的場(chǎng)合,不按零出料量來確定設(shè)備功率。在停止出料而使玻璃變硬后,再起動(dòng)可由燃料(煤氣、重油、柴油或輻射電加熱)來輔助進(jìn)行。

對(duì)于浸沒式料道(料道內(nèi)沒有火焰加熱,玻璃液全部充滿料道),功率確定必須按零出料量來設(shè)計(jì),因?yàn)槿剂鲜菬o法協(xié)助再起動(dòng)的(首次起動(dòng)仍必須依靠火焰)。

(3)料盆的散熱:料道溫度由后向前是逐漸降低的,料盆處安裝電極主要是想獲得一個(gè)較均勻的溫度以利于成型,此處的電加熱功率有5Kw即滿足需要。對(duì)于有攪拌漿、觀察孔或煙囪等的料道,這部分散熱(煙囪在不用時(shí)雖已封死,但仍為一個(gè)散熱體。攪拌槳間隙也有輻射散熱)一般取10-15Kw補(bǔ)償值。

(4)料道保溫情況:料道保溫好與差將影響功率投入量的20%左右,對(duì)于有良好保溫措施的料道,其料道外部溫度不高于100℃。料道的保溫應(yīng)該考慮四周保溫。

(5)料道上部空間的大?。毫系郎喜靠臻g愈大,散熱面積愈大,散熱愈多,但用火焰再起動(dòng)的料道中,這個(gè)空間又不能太小,一般取上部空間的高度為195mm左右。還有一些料道,上部與工作池連通,借助于工作池的余熱來補(bǔ)充料道的熱損,減少電耗。這時(shí)的料道空間可以寬大些。

(6)與產(chǎn)品的成型溫度有關(guān):①產(chǎn)品的大小及形狀的影響,對(duì)于如保溫瓶膽這樣的大產(chǎn)品,料盆處玻璃液溫度約為980℃左右,而對(duì)于小件產(chǎn)品(料滴重約數(shù)十克),料滴溫度在1050℃左右。小件物品耗電量大,一是成型溫度要求高,散熱加??;二是由于出料量小,從工作池由玻璃液帶來的熱量少。所以,小件物品的耗能隨其重量減少而成倍增加。對(duì)于同重量的產(chǎn)品,口徑大小亦影響功率,口徑大者,在機(jī)制成型時(shí)容易打上口,而小口徑者,溫度稍高些才易打上口。所以后者所需補(bǔ)償能耗要稍大些。②與玻璃的品種有關(guān),玻璃品種影響電耗是指其粘度不同所產(chǎn)生的影響。例如重量大約相等的小瓶,生產(chǎn)化工用的棕色瓶的料盆處玻璃液溫度為1060℃,而生產(chǎn)白料墨水瓶的料盆處玻璃液溫度為1200℃,顯然,這一百多度的差別會(huì)使后者的補(bǔ)償能耗大大高于前者。在料盆處,當(dāng)把玻璃液溫度從1000℃加熱到1050℃用數(shù)千瓦電就足夠了,但要把玻璃液溫度從1150℃加熱到1200℃是困難的。所以對(duì)于粘度較高的玻璃,應(yīng)提前加熱,并保證玻璃液從流液洞出來后就有較高溫度。例如白料,以1350℃左右為好,然后才能方便地控制玻璃液溫度沿料道長度斜向下降,直到料盆處的成型溫度為止。

(7)電極尾棒的散熱:當(dāng)電極數(shù)量使用較多時(shí),電極尾棒暴露在空氣中的這一部分散熱必須考慮。靠近料盆處的電極尾棒外露部分為50mm。一支電極的尾棒散熱約0.2-0.3Kw。例如對(duì)于端—端導(dǎo)電的半球狀電極,若使用窄高型截面的料道,使硬質(zhì)玻璃所呈現(xiàn)的電阻為2Ω則一對(duì)電極需輸入1Kw電,而電極尾棒則要散失0.4Kw電,其效率為60%。當(dāng)電極間電阻不能保證2Ω,例如是0.5Ω時(shí),則電極所能投入的功率(按0.6A/cm2限制值)最大為0.25Kw,其尾棒散熱為0.4Kw,則這種加熱就毫無意義了。

2.變壓器功率的確定

電加熱所需功率主要取決于料道所需補(bǔ)償?shù)哪芎摹?nbsp;在決定變壓器容量時(shí),還要考慮到:(1)因變壓器阻抗匹配而需富余的容量;(2)首次啟動(dòng)和中修時(shí)二次啟動(dòng)的情況;(3)停電之后,上部用煤氣加熱盡快恢復(fù)生產(chǎn)的情況。通常需按料道所需最高溫度(例如小產(chǎn)品時(shí))和最大供熱情況(例如小出料量甚至是零出料量時(shí))再次增加變壓器的富余容量。因此,一般情況下,變壓器容量是正常使用功率的4倍。

14.4 電極配置

插入玻璃液部分的電極是鉬棒,而暴露于空氣的電極采用耐熱鋼這樣可以不用水冷卻。這種電極使用壽命可達(dá)3年以上。

    電極插入深度為100mm,電極距料道底部的距離為玻璃液深度的4/9。這樣在玻璃液的側(cè)面和下部電流密度較大,因而可以補(bǔ)充散失的熱量,使料道橫截面上溫差減小。

    使用這一方法時(shí),所用電極直徑一般為35mm,電流密度要控制在1A/cm2以下。所用電極數(shù)目要根據(jù)玻璃液的電阻和投入功率計(jì)算后確定。玻璃液電阻則要根據(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果來決定。

    使用這種方法時(shí),其溫度控制可以通過控制電極間平均電阻來實(shí)現(xiàn)。由于玻璃液電阻率是溫度的函數(shù),因此當(dāng)電極間平均電阻率穩(wěn)定在某一數(shù)值時(shí),玻璃液平均溫度也穩(wěn)定在一定值。

當(dāng)然,按照上述原理也可以用多個(gè)板狀電極,或氧化錫電極,如果設(shè)計(jì)合理也可以達(dá)到上述效率。

14.5電加熱料道用的耐火材料和保溫材料

料道所用的耐火材料以往常用硅線石磚。為了提高玻璃的質(zhì)量,現(xiàn)已普遍采用電熔鋯剛玉磚。也有使用α、β氧化鋁電熔澆鑄磚的,但是這種磚制成薄壁的或形狀復(fù)雜的制品是比較困難的。氧化法生產(chǎn)的AZS電熔鋯剛玉磚,不易使玻璃液中產(chǎn)生結(jié)石、條紋或氣泡,同時(shí)能制造相當(dāng)復(fù)雜的形狀,所以近來已廣泛用來制造料道磚。有些玻璃廠用標(biāo)準(zhǔn)形燒結(jié)剛玉磚來砌筑料道,砌筑時(shí)一定要使磚縫接合嚴(yán)密,否則玻璃液透過磚縫,對(duì)剛玉磚產(chǎn)生劇烈的向上穿孔侵蝕,致使玻璃產(chǎn)生結(jié)石、條紋等缺陷。

在電加熱料道中,耐火材料的導(dǎo)電率具有十分重要的意義。通常耐火材料的加熱溫度范圍為1000-1500℃,其導(dǎo)電率比玻璃液小9-15倍。從一般意義上講,耐火磚的導(dǎo)電率應(yīng)越小越好,這樣方可避免不必要的感應(yīng)電流加熱,并可防止耐火材料與熔融玻璃液間有害的離子交換,這種有害的離子交換將會(huì)污染玻璃液,導(dǎo)致質(zhì)量下降。

采用直接電加熱是在玻璃液內(nèi)部產(chǎn)生并交換熱量,這時(shí)與用火焰加熱相反,玻璃液表面溫度較低,因此料道必須砌筑較好的保溫層以減少散熱損失,提高熱效率。料道耐火材料外壁溫度通常在500℃以下,普通保溫材料均可使用,考慮到砌筑方便,材料具有一定機(jī)械強(qiáng)度,內(nèi)層可選用輕質(zhì)粘土磚保溫,外層用硅酸鋁纖維。







 


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