拉丝炉的热工分析

技术研究oga朱立洪,等:拉丝炉的热工分析中图分类号:TQ171.77·6文献标识码:A拉丝炉的热工分析朱立洪,李睿,王旗彬洛阳洛玻玻璃纤维有限公司,洛阳471009)摘要:分析了拉丝炉体各部位的传热数据,介绍了各部位的传热情况和热量计算方法。建议选择合适的炉体结构和保温材料,以降低其表面温度和拉丝炉外表面积来减少拉丝炉的热损耗;拉丝炉加球孔的传热和冷却水带走的热量也可以采用合理的技术方案实现有效利用。关键词:拉丝炉;热效率;传热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前言确定的约束性目标。“十二五”规划《纲要》初步计近几年来,全国固定资产投资增长迅速,尤其是划将“十二五”期间单位GDP能耗指标和单位GDP大能耗产业增长过快。“十一五”规划提出,到2010二氧化碳排放指标的5年累计下降幅度都定在年全国单位GDP能耗比2005年降低20%左右,主16%,分解到201l年目标任务是下降3.5%。因此要污染物排放总量减少10%左右。“十一五”时期科学合理地利用有限资源,提高能源用率依然是节能作为调整经济结构、转变发展方式的突破口,被项长期的工作。连续玻璃纤维拉丝生产工艺流程是放在更加突出的位置,并取得了显著成效,全国单位一个传质、传热和张力变化的复杂过程。在采用GDP能耗降低19.1%,完成了“十一五”规划《纲要》代铂生产建先的企业,对拉丝生产过程中象地称拉丝炉为“电CNMHG收稿日期:2011-07-14老虎。要分捉苘俸鸑双,很好地实现节能降修回日期:2011-12作者简介:朱立洪,男,192年生,洛阳洛玻玻璃纤维有限公司技耗,必须认真分析拉丝炉各个部分的传热情况,了解术品质部部长,工程师。真实的数据,才能采取有效的措施。玻璃纤)2012年第1期22朱立洪,等:拉丝炉的热工分析技术研究拉丝炉是一个小型的单元窑系统,该系统的传各个表面的传热量可以根据下面公式计算(2。热现象可分成两类,一类是用于加热和熔化玻璃球石棉板保温砖炉体砖的有益传热,第二类是造成热损失的无益传热。该系统传热是一个动态的平衡过程,包含热传导、对流和辐射3种传热方式。本文以34tex为例分析各部分的传热情况1拉丝炉的热工分析实例1.1拉丝炉的输入总热量Q輪入图1炉壁结构示意图拉丝炉的热量供给主要采用两种途径,一种途径是通过电极把电引人到玻璃液,利用玻璃液在高式中温状态下离子导电,把电能转换成热能,实现内部供q一传热量,W/m2。热;另一种途径是铂金漏板通电后电阻发热,来加热a=A(t表-l)4+4.54[(T表面/100)玻璃液。以上两种途径的供热量可以通过功率表(T环境100)/(表面一环)来测试出输人功率。目前我们公司34tex拉丝炉和式中漏板总功率约为15kW。α—炉壁与空气之间的对流辐射传热系总热量数,W/(m2.℃)Q人=P×860×4.187=54010kJ/h表面、!R一分别为炉体表面温度和炉体附近环式中:境温度,℃(环境温度为40℃);Q轴入一总热量,kJh分别为炉体表面开氏温度和炉体附P一电熔和漏板的输入功率,kW。近环境开氏温度,K;1.2拉丝炉的输出热量分析A-决定于传热面位置的系数。1.2.1各部位传热情况Q表面=q×0.86×4.187×F1.2.1.1炉体表面传热量式中炉体砖保温层和石棉板组成一个无内热源的F一炉体各表面的表面积,m2。稳定传热多层平壁,如图1炉壁结构示意图所示,它表2炉体各表面的测定温度的传热包括3个过程:(1)高温玻璃液与白泡石内表表面温度顶盖堵头105面之间的对流传热和辐射传热。(2)白泡石与保温层等内部的传热。(3)石棉板外表面与低温空气之通过测量炉体各个表面的温度(如表2),运用间的对流和辐射传热。假设层与层之间接触很完以上即可计算出炉体各表面的传热量。分别是善,没有接触热阻,因此在接触分界面上并不引起温Qm=2040kJ/h,顶盖的传热占整体能耗度降低,在稳定状态下,各层的热流均为定值q。单的3.78%;元窑炉体的上下、左右(堵头)前后(侧壁)6个表面Q底板=6165kJ/h,底板的传热占整体能耗的因热流方向不同,其决定于传热面位置的系数A也11.41%;不同,Av的经验值如表1A系数值2中国煤化工QCNMHG占整体能耗表1Aw系数值传热面位置问上的平壁向下的平壁垂直的平壁(顶盖)底板(侧面)Q侧=1631kJ/h,侧壁的传热占整体能耗玻璃纤维》2012年第1期技术研究cgg朱立洪,等:拉丝炉的热工分析通过以上数据分析表明拉丝炉6个外表面的传T一黑体的开氏温度,k。热量大约占整体能耗的22.35%,大约12074kJh,根据角系数的完整性:1+中12+Φ1=1,是无效的热损耗,应该尽量减少。采用轻质多孔的式中保温材料,降低拉丝炉各个表面的温度;设计结构合φ12一角系数,表示黑体1向半球空间辐射的能理的坩埚,尽量控制坩埚内玻璃液的置换率,以减小量投射到黑体2表面上的百分数,%拉丝炉的外表面积。以上措施,都可以实现有效地Φ12=21=[2+D2-2(1+D2)2];减少各个表面的传热量,降低能耗。1.2.1.2加球孔和铂金探针孔的传热量δ一加球孔的深度,mm;加球孔和铂金探针孔都是直通敞开形式,它们d一加球孔的直径,mn的传热比较大。加球孔可看作是3个表面F1,F2F3组成的辐射传热体系,如图2加球孔结构示意图中1=中2=1-所示。其中F处在辐射平衡状态,因此在图3加球根据欧姆定律:孔辐射网络结构图中,代表它的节点J是一个浮动1R=1/(1/F1更12+1F2φ2)+F中结点。表面F2被车间空间所包围,表面F1则位于式中:拉丝炉的内表面,拉丝炉内表面比F1大得多,所以R一辐射传热的空间热阻,m-2;这两个表面均可作为黑体表面,其表面热阻为零。F一加球孔各表面的表面积,m2净传热量:Q=(E0-E2)/R=C[(T内表面/100)4-(T*100)4]/R黑体辐射系数W。=5.669W/(m2·k2)依据以上公式,即可计算出加球孔和铂金探针F 3孔的传热量。分别是:Q加球孔=1206kJ/h,加球孔的传热占整体能耗的2.23%图2加球孔结构示意图Q乳=39kJ/h,探针孔的传热占整体能耗的J0.63%。设计合理的加球方式,把储球框安放在加球孔13F11/923F2上方,充分利用加球孔的传热量来预热玻璃球,可以实现这部分热量的合理利用1.2.2吸热分析1.2.2.1冷却水Q水图3加球孔辐射网络结构图拉丝循环冷却水主要是冷却漏板,它们的用量平因为炉内温度在800K以上,随着温度的升高均每小时400kg。循环水进口温度为18℃,循环水出辐射力迅速增加,黑体的辐射力与温度的关系是由口温凵中国煤化工418(kg:℃)斯蒂芬-波尔茨曼定律确定的,其数学关系是:E其带CNMHG算Cn(T/10042Q水=CMT=16828kJ/hE。—黑体辐射力,W/m2;式中C一黑体辐射系数,W/(m2·k);△T—循环水出水温度与进水温度的差值,℃玻璃纤維》2012年第1期朱立洪,等:拉丝炉的热工分析技术研究M—单位时间内循环水的用量kg;玻璃液的吸收的热量占整体能耗的21.76%。C—水的比热,kJ/(kg:℃)。即是拉丝炉的有效热利用率。冷却水的传热量占整体能耗的31.16%。这部1.2.3热损耗分的热量被冷却水带走,使水温升高。目前可以通1.2.3.1变压器的热损耗过热泵空调技术,将低温热源中的低品位热能进行变压器作为拉丝炉的供电设备,它的容量选择回收,转换为高品位热能,用于车间空调系统来实现是否恰当关系到其损耗大小,当负载为额定负载的冬天供暖;或者利用它的逆过程来实现夏季制冷50%~75%时,变压器的效率达到最高,其损耗占输同时可以实现冷却水的循环利用。通过以上技术途入功率的3%。径来达到水资源循环利用和热能的重复利用。1.2.3.2漏板的热损耗1.2.2.2玻璃球Q玻璃液漏板的热损耗可以通过拉丝炉系统的热工平衡冷玻璃球从常温态升温到熔融态,需要吸收大来计算,即由拉丝炉输人总热量减去炉体各部分传量的热量Q液25℃玻璃的比热C为0.84kJ/kg,热、冷却水和球的吸热、变压器的热损耗得来。通过C=C0(1+0.000391),玻璃液的积分平均温度t为该计算,漏板的热损耗为10245kJ/h1275℃。M为每小时的玻璃的流量。其吸收的热2总结量可通过下面公式计算2。通过以上公式计算可得各部分的热量收支和所Q玻滴液=CM△T=11752kJ/h占比例,如下表3所示表3各部分的热量收支和所占比例总输入总输出传热吸热损耗底板球孔,《握针孔热量/kJ·hi54010163122382040616512061682811752156610245效率/%3.7831.1621.76218.97由表3可知,拉丝炉的热效率仅为21.76%,大用有区别的工艺控制,不仅可以节约电耗,还可以适部分热量被损耗。因此,选择合适的炉体结构、保温当延长炉体使用寿命。拉丝炉加球孔和冷却水带走结构、保温材料和厚度以降低其表面温度和拉丝炉的热量也可以通过合理的技术方案实现有效利用。外表面积,选用适当容量的变压器,提高功率因素,设计合理的加球孔方式,都可以降低拉丝炉的热损参考资料耗。在拉丝工艺控制过程中,要定期监控炉体的表[]张耀明,李巨石,姜肇中,等,玻璃纤维与矿物棉全书[M].北京:化学工业出版社面温度,通过表面温度的变化,可以大致判断炉体的[2]孙晋涛硅酸盐工业热工基础[M].武汉:武汉工业大学出侵蚀情况炉体各个部位保温层的有效工作状况以及拉丝炉电路控制情况。针对不同炉龄的拉丝炉应采中国煤化工CNMHG〈玻璃纤维》2012年第1期25