拉絲爐的熱工分析

技術(shù)研究oga朱立洪,等:拉絲爐的熱工分析中圖分類(lèi)號:TQ171.77·6文獻標識碼:A拉絲爐的熱工分析朱立洪,李睿,王旗彬洛陽(yáng)洛玻玻璃纖維有限公司,洛陽(yáng)471009)摘要:分析了拉絲爐體各部位的傳熱數據,介紹了各部位的傳熱情況和熱量計算方法。建議選擇合適的爐體結構和保溫材料,以降低其表面溫度和拉絲爐外表面積來(lái)減少拉絲爐的熱損耗;拉絲爐加球孔的傳熱和冷卻水帶走的熱量也可以采用合理的技術(shù)方案實(shí)現有效利用。關(guān)鍵詞:拉絲爐;熱效率;傳熱Thermal Analysis for Fiber Drawing CrucibleZHU Lihong, LI Rui, WANG QibinLuoyang Luobo Glass Fiber Co, Ltd, Luoyang 471009)Abstract: The heat transfer behaviour at various parts of a fiber drawing crucible and the heat calculation method are describedpaper. It is suggested that suitable crucible structure and proper heat insulation should be selected so as to reduce the extermalarea and surface temperature of the crucible to lower the heat loss in the crucible. The heat carried away by the heat transfer at the marble reading hole and by the cooling water can be utilized effectively by some rational techniques as wellKey words: fiber drawing crucible; heat efficiency; heat transfer0前言確定的約束性目標?！笆濉币巹潯毒V要》初步計近幾年來(lái),全國固定資產(chǎn)投資增長(cháng)迅速,尤其是劃將“十二五”期間單位GDP能耗指標和單位GDP大能耗產(chǎn)業(yè)增長(cháng)過(guò)快?！笆晃濉币巹澨岢?到2010二氧化碳排放指標的5年累計下降幅度都定在年全國單位GDP能耗比2005年降低20%左右,主16%,分解到201l年目標任務(wù)是下降3.5%。因此要污染物排放總量減少10%左右?！笆晃濉睍r(shí)期科學(xué)合理地利用有限資源,提高能源用率依然是節能作為調整經(jīng)濟結構、轉變發(fā)展方式的突破口,被項長(cháng)期的工作。連續玻璃纖維拉絲生產(chǎn)工藝流程是放在更加突出的位置,并取得了顯著(zhù)成效,全國單位一個(gè)傳質(zhì)、傳熱和張力變化的復雜過(guò)程。在采用GDP能耗降低19.1%,完成了“十一五”規劃《綱要》代鉑生產(chǎn)建先的企業(yè),對拉絲生產(chǎn)過(guò)程中象地稱(chēng)拉絲爐為“電CNMHG收稿日期:2011-07-14老虎。要分捉苘俸鸑雙,很好地實(shí)現節能降修回日期:2011-12作者簡(jiǎn)介:朱立洪,男,192年生,洛陽(yáng)洛玻玻璃纖維有限公司技耗,必須認真分析拉絲爐各個(gè)部分的傳熱情況,了解術(shù)品質(zhì)部部長(cháng),工程師。真實(shí)的數據,才能采取有效的措施。玻璃纖)2012年第1期22朱立洪,等:拉絲爐的熱工分析技術(shù)研究拉絲爐是一個(gè)小型的單元窯系統,該系統的傳各個(gè)表面的傳熱量可以根據下面公式計算(2。熱現象可分成兩類(lèi),一類(lèi)是用于加熱和熔化玻璃球石棉板保溫磚爐體磚的有益傳熱,第二類(lèi)是造成熱損失的無(wú)益傳熱。該系統傳熱是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過(guò)程,包含熱傳導、對流和輻射3種傳熱方式。本文以34tex為例分析各部分的傳熱情況1拉絲爐的熱工分析實(shí)例1.1拉絲爐的輸入總熱量Q輪入圖1爐壁結構示意圖拉絲爐的熱量供給主要采用兩種途徑,一種途徑是通過(guò)電極把電引人到玻璃液,利用玻璃液在高式中溫狀態(tài)下離子導電,把電能轉換成熱能,實(shí)現內部供q一傳熱量,W/m2。熱;另一種途徑是鉑金漏板通電后電阻發(fā)熱,來(lái)加熱a=A(t表-l)4+4.54[(T表面/100)玻璃液。以上兩種途徑的供熱量可以通過(guò)功率表(T環(huán)境100)/(表面一環(huán))來(lái)測試出輸人功率。目前我們公司34tex拉絲爐和式中漏板總功率約為15kW。α—爐壁與空氣之間的對流輻射傳熱系總熱量數,W/(m2.℃)Q人=P×860×4.187=54010kJ/h表面、!R一分別為爐體表面溫度和爐體附近環(huán)式中:境溫度,℃(環(huán)境溫度為40℃);Q軸入一總熱量,kJh分別為爐體表面開(kāi)氏溫度和爐體附P一電熔和漏板的輸入功率,kW。近環(huán)境開(kāi)氏溫度,K;1.2拉絲爐的輸出熱量分析A-決定于傳熱面位置的系數。1.2.1各部位傳熱情況Q表面=q×0.86×4.187×F1.2.1.1爐體表面傳熱量式中爐體磚保溫層和石棉板組成一個(gè)無(wú)內熱源的F一爐體各表面的表面積,m2。穩定傳熱多層平壁,如圖1爐壁結構示意圖所示,它表2爐體各表面的測定溫度的傳熱包括3個(gè)過(guò)程:(1)高溫玻璃液與白泡石內表表面溫度頂蓋堵頭105面之間的對流傳熱和輻射傳熱。(2)白泡石與保溫層等內部的傳熱。(3)石棉板外表面與低溫空氣之通過(guò)測量爐體各個(gè)表面的溫度(如表2),運用間的對流和輻射傳熱。假設層與層之間接觸很完以上即可計算出爐體各表面的傳熱量。分別是善,沒(méi)有接觸熱阻,因此在接觸分界面上并不引起溫Qm=2040kJ/h,頂蓋的傳熱占整體能耗度降低,在穩定狀態(tài)下,各層的熱流均為定值q。單的3.78%;元窯爐體的上下、左右(堵頭)前后(側壁)6個(gè)表面Q底板=6165kJ/h,底板的傳熱占整體能耗的因熱流方向不同,其決定于傳熱面位置的系數A也11.41%;不同,Av的經(jīng)驗值如表1A系數值2中國煤化工QCNMHG占整體能耗表1Aw系數值傳熱面位置問(wèn)上的平壁向下的平壁垂直的平壁(頂蓋)底板(側面)Q側=1631kJ/h,側壁的傳熱占整體能耗玻璃纖維》2012年第1期技術(shù)研究cgg朱立洪,等:拉絲爐的熱工分析通過(guò)以上數據分析表明拉絲爐6個(gè)外表面的傳T一黑體的開(kāi)氏溫度,k。熱量大約占整體能耗的22.35%,大約12074kJh,根據角系數的完整性:1+中12+Φ1=1,是無(wú)效的熱損耗,應該盡量減少。采用輕質(zhì)多孔的式中保溫材料,降低拉絲爐各個(gè)表面的溫度;設計結構合φ12一角系數,表示黑體1向半球空間輻射的能理的坩堝,盡量控制坩堝內玻璃液的置換率,以減小量投射到黑體2表面上的百分數,%拉絲爐的外表面積。以上措施,都可以實(shí)現有效地Φ12=21=[2+D2-2(1+D2)2];減少各個(gè)表面的傳熱量,降低能耗。1.2.1.2加球孔和鉑金探針孔的傳熱量δ一加球孔的深度,mm;加球孔和鉑金探針孔都是直通敞開(kāi)形式,它們d一加球孔的直徑,mn的傳熱比較大。加球孔可看作是3個(gè)表面F1,F2F3組成的輻射傳熱體系,如圖2加球孔結構示意圖中1=中2=1-所示。其中F處在輻射平衡狀態(tài),因此在圖3加球根據歐姆定律:孔輻射網(wǎng)絡(luò )結構圖中,代表它的節點(diǎn)J是一個(gè)浮動(dòng)1R=1/(1/F1更12+1F2φ2)+F中結點(diǎn)。表面F2被車(chē)間空間所包圍,表面F1則位于式中:拉絲爐的內表面,拉絲爐內表面比F1大得多,所以R一輻射傳熱的空間熱阻,m-2;這兩個(gè)表面均可作為黑體表面,其表面熱阻為零。F一加球孔各表面的表面積,m2凈傳熱量:Q=(E0-E2)/R=C[(T內表面/100)4-(T*100)4]/R黑體輻射系數W。=5.669W/(m2·k2)依據以上公式,即可計算出加球孔和鉑金探針F 3孔的傳熱量。分別是:Q加球孔=1206kJ/h,加球孔的傳熱占整體能耗的2.23%圖2加球孔結構示意圖Q乳=39kJ/h,探針孔的傳熱占整體能耗的J0.63%。設計合理的加球方式,把儲球框安放在加球孔13F11/923F2上方,充分利用加球孔的傳熱量來(lái)預熱玻璃球,可以實(shí)現這部分熱量的合理利用1.2.2吸熱分析1.2.2.1冷卻水Q水圖3加球孔輻射網(wǎng)絡(luò )結構圖拉絲循環(huán)冷卻水主要是冷卻漏板,它們的用量平因為爐內溫度在800K以上,隨著(zhù)溫度的升高均每小時(shí)400kg。循環(huán)水進(jìn)口溫度為18℃,循環(huán)水出輻射力迅速增加,黑體的輻射力與溫度的關(guān)系是由口溫凵中國煤化工418(kg:℃)斯蒂芬-波爾茨曼定律確定的,其數學(xué)關(guān)系是:E其帶CNMHG算Cn(T/10042Q水=CMT=16828kJ/hE?！隗w輻射力,W/m2;式中C一黑體輻射系數,W/(m2·k);△T—循環(huán)水出水溫度與進(jìn)水溫度的差值,℃玻璃纖維》2012年第1期朱立洪,等:拉絲爐的熱工分析技術(shù)研究M—單位時(shí)間內循環(huán)水的用量kg;玻璃液的吸收的熱量占整體能耗的21.76%。C—水的比熱,kJ/(kg:℃)。即是拉絲爐的有效熱利用率。冷卻水的傳熱量占整體能耗的31.16%。這部1.2.3熱損耗分的熱量被冷卻水帶走,使水溫升高。目前可以通1.2.3.1變壓器的熱損耗過(guò)熱泵空調技術(shù),將低溫熱源中的低品位熱能進(jìn)行變壓器作為拉絲爐的供電設備,它的容量選擇回收,轉換為高品位熱能,用于車(chē)間空調系統來(lái)實(shí)現是否恰當關(guān)系到其損耗大小,當負載為額定負載的冬天供暖;或者利用它的逆過(guò)程來(lái)實(shí)現夏季制冷50%~75%時(shí),變壓器的效率達到最高,其損耗占輸同時(shí)可以實(shí)現冷卻水的循環(huán)利用。通過(guò)以上技術(shù)途入功率的3%。徑來(lái)達到水資源循環(huán)利用和熱能的重復利用。1.2.3.2漏板的熱損耗1.2.2.2玻璃球Q玻璃液漏板的熱損耗可以通過(guò)拉絲爐系統的熱工平衡冷玻璃球從常溫態(tài)升溫到熔融態(tài),需要吸收大來(lái)計算,即由拉絲爐輸人總熱量減去爐體各部分傳量的熱量Q液25℃玻璃的比熱C為0.84kJ/kg,熱、冷卻水和球的吸熱、變壓器的熱損耗得來(lái)。通過(guò)C=C0(1+0.000391),玻璃液的積分平均溫度t為該計算,漏板的熱損耗為10245kJ/h1275℃。M為每小時(shí)的玻璃的流量。其吸收的熱2總結量可通過(guò)下面公式計算2。通過(guò)以上公式計算可得各部分的熱量收支和所Q玻滴液=CM△T=11752kJ/h占比例,如下表3所示表3各部分的熱量收支和所占比例總輸入總輸出傳熱吸熱損耗底板球孔,《握針孔熱量/kJ·hi54010163122382040616512061682811752156610245效率/%3.7831.1621.76218.97由表3可知,拉絲爐的熱效率僅為21.76%,大用有區別的工藝控制,不僅可以節約電耗,還可以適部分熱量被損耗。因此,選擇合適的爐體結構、保溫當延長(cháng)爐體使用壽命。拉絲爐加球孔和冷卻水帶走結構、保溫材料和厚度以降低其表面溫度和拉絲爐的熱量也可以通過(guò)合理的技術(shù)方案實(shí)現有效利用。外表面積,選用適當容量的變壓器,提高功率因素,設計合理的加球孔方式,都可以降低拉絲爐的熱損參考資料耗。在拉絲工藝控制過(guò)程中,要定期監控爐體的表[]張耀明,李巨石,姜肇中,等,玻璃纖維與礦物棉全書(shū)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社面溫度,通過(guò)表面溫度的變化,可以大致判斷爐體的[2]孫晉濤硅酸鹽工業(yè)熱工基礎[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出侵蝕情況爐體各個(gè)部位保溫層的有效工作狀況以及拉絲爐電路控制情況。針對不同爐齡的拉絲爐應采中國煤化工CNMHG〈玻璃纖維》2012年第1期25