تصميم أفران زجاجية الاحتراق الكامل بالأكسجين

تصميم فرن الاحتراق الكامل بالأكسجين

لقد أجرت العديد من الجامعات ومراكز التصميم في بلادنا دراسات نظرية حول أفران الاحتراق الكامل بالأكسجين، ولكن في الوقت الحاضر، تعتمد أفران الاحتراق الكامل بالأكسجين في الصين بشكل أساسي على التصاميم والتقنيات المستوردة من الخارج، بل وحتى خطوط الإنتاج بأكملها، مما يتطلب استثمارات ضخمة ويعيق تطور تقنيات الاحتراق الكامل بالأكسجين الخاصة بنا. في السنوات الأخيرة، شاركنا فعليًا في استيراد وتعديل تصميم العديد من أفران الأكسجين الكامل في الصين، وأجرينا بعض الأبحاث على التقنيات المتقدمة في الخارج، وقد تراكمت لدينا بعض الخبرات في تصميم أفران حمامات الزجاج التي تعمل بالأكسجين الكامل. ونظرًا لأن الفرق الأكبر بين أفران الاحتراق الكامل بالأكسجين وأفران الاحتراق بالحرارة المخزنة يكمن في جزء حمام الانصهار، فإن هذه المقالة ستركز فقط على تقديم تصميم جزء حمام الانصهار.

2.1حوض الفرن

يُشبه تصميم حوض فرن الاحتراق الكامل بالأكسجين تصميم حوض فرن الاحتراق التقليدي بالهواء، والأهم هو تحديد مساحة وحجم الفرن.

أولًا، بناءً على حجم الفرن (الإنتاج اليومي) ومؤشرات معدل الانصهار التي تم وضعها، يتم تقدير مساحة حوض الانصهار، مع مراعاة العوامل الأخرى مثل التحويل، والتوضيح، والتجانس، وخصائص المواد الخام، ودرجة حرارة التشكيل، وحالة اللهب والاحتراق، واختيار نسبة الطول إلى العرض المناسبة، وفي صناعة الزجاج الإلكتروني، تكون نسبة الطول إلى العرض بشكل عام2～3. ثانيًا، بعد تقدير مساحة حوض الانصهار، يمكن استخدام معادلة التوازن الحراري لحساب مساحة منطقة الانصهار ومنطقة التوضيح بشكل منفصل، وذلك للتحقق من مساحة الفرن المقدرة.

نظرًا لتعقيد التفاعلات الفيزيائية والكيميائية والفيزيائية والكيميائية داخل الفرن، فإن بعض البيانات، مثل معامل التدفق، وسمك طبقة التدفق، ودرجة حرارة السائل الزجاجي في كل مكان، بها هامش خطأ كبير، ولا يمكن للحساب النظري أن يعكس الوضع المعقد داخل الفرن تمامًا، لذلك، يجب الجمع بين الحساب النظري والقيم التجريبية.

2.1.1تصميم قاع الحوض

يُشبه تصميم قاع حوض الانصهار في فرن الأكسجين الكامل تصميم قاع حوض الانصهار في فرن الاحتراق بالهواء العادي، وبالاعتماد على مساحة الفرن ونسبة الطول إلى العرض المحددة ومتطلبات جودة صهر السائل الزجاجي، يتم اختيار سمك المواد المقاومة للحرارة والمواد المقاومة للحرارة بشكل معقول، وتصميم العزل الحراري بشكل معقول، بالإضافة إلى ذلك، يجب تصميم الفقاعات، والجدران، والمساعدات الكهربائية، ونقاط الحساسات الحرارية وفقًا للوضع الفعلي لصهر الزجاج. عادةً ما يتم اختيار منتجات الزركونيوم الكوراندوم المصبوب AZS-33WS لقاع الحوض.

2.1.2تصميم جدار الحوض

يتعلق تصميم جدار الحوض بعمق الفرن، وهو مؤشر مهم في تصميم الفرن، وله علاقة كبيرة بجودة الزجاج.

نظرًا لأن الموصلية الحرارية للسائل الزجاجي منخفضة، وقدرته على نقل الحرارة أقل، كلما زاد عمق الفرن، انخفضت درجة حرارة السائل الزجاجي، وتدهورت سيولته، لذلك، على الرغم من أن السائل الزجاجي بالقرب من قاع الحوض لديه1100～1500درجة حرارة، إلا أنه لا يتدفق، مكونًا طبقة ثابتة، وعندما تتغير درجة حرارة الفرن، قد يتم نقل الطبقة الثابتة إلى قسم التشكيل، مما يؤثر على جودة السائل الزجاجي. بناءً على ما سبق، يجب مراعاة لزوجة السائل الزجاجي، ومعدل الانصهار، ونوع الوقود، وعزل قاع الحوض، وتبني التقنيات الجديدة (المساعدات الكهربائية، والفقاعات، والجدران) عند تحديد عمق الفرن.عادةً ما يتم استخدام AZS-41WS المصبوب في جدار الحوض العلوي/أجزاء الفقاعات والجدران.

2.1.3فتحة تدفق السائل

يُستخدم تصميم فتحة تدفق السائل لتبريد السائل الزجاجي المصفى بسرعة، ومنع دخول حبيبات الرمل غير المصهورة والخامات العائمة على السطح، وضبط تدفق السائل الزجاجي، حيث يتحكم عرض فتحة تدفق السائل في تجانس تدفق السائل الزجاجي، وكلما زاد العرض، زاد التجانس؛ ويتحكم ارتفاع فتحة تدفق السائل في جودة السائل الزجاجي، وكلما انخفض الارتفاع، تحسنت الجودة، ويتحكم طول فتحة تدفق السائل في درجة تبريد السائل الزجاجي، وكلما زاد الطول، زادت درجة التبريد.

يعتمد تصميم فتحة تدفق السائل على حالة تدفق السائل الزجاجي داخل فتحة تدفق السائل كمرجع نظري، ويمكن تقدير قيم عرض وعمق وطول فتحة تدفق السائل بناءً على الخبرة العملية، مع مراعاة الإنتاج اليومي، ومتطلبات جودة المنتج، ودرجة حرارة الانصهار والتشكيل، وأبعاد هيكل الفرن، واختيار شكل فتحة تدفق السائل المناسب. وتشمل أشكال فتحات تدفق السائل الشائعة الفتحة ذات القاع المسطح، والفتحة الغائرة، والفتحة المائلة. وتستخدم منتجات الزركونيوم الكوراندوم المصبوب AZS-41WS في فتحة تدفق السائل.

2.2تصميم مساحة اللهب

تتكون مساحة اللهب من الجدار الأمامي والجدار الخلفي، وتحتوي على جزء من غازات اللهب الساخنة من مصدر الحرارة. هنا، تنقل غازات اللهب حرارتها إلى السائل الزجاجي والجدار الأمامي والجدار الخلفي. يجب أن يكون حجم مساحة اللهب كافيًا لضمان احتراق الوقود تمامًا، وتوفير الحرارة اللازمة للانصهار والتوضيح، مع تقليل فقد الحرارة إلى الخارج قدر الإمكان. عادةً ما يتم استخدام منتجات الزركونيوم الكوراندوم المصبوب AZS-33WS/PT في مساحة اللهب.

2.2.1تصميم الجدار الخلفي

للجدار الخلفي وظيفتان: الأولى هي توزيع الأشعة بشكل متساوٍ على سطح السائل، والثانية هي العمل كعاكس للحرارة المشعة. كلما اقترب الجدار الخلفي من سطح السائل، زادت الطاقة المشعة المنعكسة إلى السائل الزجاجي. من النقطتين المذكورتين أعلاه، يمكن ملاحظة أن تصميم الجدار الخلفي يتطلب تقليل حجم الجدار الخلفي قدر الإمكان، وفي الوقت نفسه، يجب مراعاة قوة هيكل الجدار الخلفي عند تحديد ارتفاع الجدار الخلفي. عادةً ما يتم استخدام منتجات الزركونيوم الكوراندوم المصبوب AZS-33WS/PT منخفضة السيليكون ومنخفضة الصوديوم للجدار الخلفي.

2.2.2تصميم الجدار الأمامي

بعد تحديد ارتفاع الجدار الخلفي، يحدد ارتفاع الجدار الأمامي حجم مساحة اللهب. مساحة اللهب ليست مجرد مساحة لنقل الحرارة وفقدانها، بل هي أيضًا مساحة احتراق، ويجب أن يكون لمساحة اللهب حجم معين لضمان احتراق الوقود تمامًا. يمكن حساب حجم مساحة اللهب بناءً على الحمل الحراري لمساحة اللهب، نظرًا لاختلاف ظروف كل فرن، لا يمكن استخدام بيانات غرفة الاحتراق العامة للحمل الحراري لمساحة اللهب، وإلا فإن عمر الفرن سيتقلص بشكل كبير.

لذلك، يجب مراعاة نوع الوقود، ومعدل الانصهار، وكمية الحرارة المستهلكة في الانصهار، وحجم الفرن عند تحديد ارتفاع الجدار الأمامي. عادةً ما يتم استخدام منتجات الزركونيوم الكوراندوم المصبوب AZS-33WS/PT للجدار الأمامي.

3.اختيار المواد المقاومة للحرارة

يُعد اختيار المواد المقاومة للحرارة في فرن الأكسجين الكامل جزءًا بالغ الأهمية، لأن تركيب الغازات الناتجة عن الاحتراق الكامل بالأكسجين يختلف اختلافًا كبيرًا عن فرن الاحتراق بالهواء، حيث يزداد محتوى الماء وثاني أكسيد الكربون بشكل كبير، بالإضافة إلى زيادة حادة في تركيز بخار القلويات. يؤدي بخار الماء الناتج عن الاحتراق الكامل بالأكسجين إلى زيادة تركيز القلويات الذائبة في السائل الزجاجي، مما يؤدي إلى تغيير بعض خصائص السائل الزجاجي، وانخفاض لزوجة السائل الزجاجي وتركيزه وتوتره السطحي، وزيادة ميل تبلور السائل الزجاجي وفصله، وفي الوقت نفسه، يتسرب فوق أكسيد الصوديوم وأكسيد البوتاسيوم بسرعة إلى داخل الطوب، وهذه العملية من النفاذية لا تغير فقط مكونات المرحلة الزجاجية للمواد المقاومة للحرارة، بل تقلل أيضًا من درجة حرارة تسرب المرحلة الزجاجية، مما يؤدي إلىAZSيزداد معدل تآكل الطوب. بالإضافة إلى ذلك، فإن بخار القلويات (NａOHوKOH) في غاز الاحتراق، ودرجة حرارة الفراغ العلوي، ونوع تدفق غاز الاحتراق لها تأثير كبير على تآكل الطوب السيليسي. لذلك، إذا تم استخدام الطوب السيليسي الكبير في فرن الأكسجين الكامل، لتقليل تآكل الطوب السيليسي، فمن الضروري الحفاظ على درجة حرارة مناسبة لسطح الطوب السيليسي، وتجنب ظهور لهب مختزل لتقليل محتوىNａOH(لأن اللهب المختزل يفضل تطاير القلويات)، وفي الوقت نفسه، من الضروري تقليل سرعة تدفق الغاز على سطح الطوب السيليسي. هذا أمر صعب للغاية من حيث تشغيل الفرن، وتشغيله، وصيانته، لذلك لا ينبغي استخدام الطوب السيليسي كطوب كبير في فرن الاحتراق بالأكسجين الكامل. تشير بعض البيانات إلى أن المواد البديلة المناسبة للطوب الكبير هي الطوب المصهور كهربائياً، بما في ذلك: الطوب المصهور كهربائياً من الزركونيوم والكوراندوم، والطوب المصهور كهربائياً من الزركونيوم، والطوب المصهور كهربائياً من الكوراندوم.

أما بالنسبة لتصميم أجزاء أخرى، مثل جزء حوض العمل وغرفة التسخين المسبق، فإن متطلبات فرن الزجاج ليست مختلفة بشكل كبير، ولن يتم شرحها بالتفصيل. من حيث اختيار المواد المقاومة للحريق، نظرًا لأن تآكل المواد المقاومة للحريق في فرن الأكسجين الكامل أكثر حدة من فرن غرفة التسخين المسبق التقليدي، فيجب مراعاة تقليل التآكل قدر الإمكان، وتحسين جودة الزجاج، وجعل تشغيل الفرن أكثر استقرارًا وموثوقية، وزيادة عمر الفرن بكفاءة، ويمكن النظر في استخدام الطوب المصهور كهربائياً من أكسيد الزركونيوم.

4.التشغيل والصيانة اليومية

إن جودة البناء الممتازة، وتشغيل الفرن المناسب ورفع درجة الحرارة، لا يضعان سوى أساس جيد لحالة الفرن الحرارية الجيدة وعمر الخدمة، لضمان أن الفرن يلبي متطلبات العملية لفترة طويلة، ويمتد عمر الفرن إلى أقصى حد، فإن أعمال الصيانة اليومية ستلعب دورًا حاسمًا.

إن مخاطر الفرن ناتجة عن عدم معالجة المخاطر الكامنة غير المعروفة في الوقت المناسب، والحوادث المفاجئة غير المُعد لها، والنتائج غالبًا ما تكون كارثية، لذا فإن إجراء فحص الفرن، وفهم وتتبع حالة أجزاء الفرن المختلفة في أي وقت، والتحكم في الوضع، والوقاية من المخاطر المحتملة والتحضير لها، هو أحد الأهداف الأساسية لفحص الفرن؛ ثانيًا، من خلال فحص الفرن، يمكن صيانة أجزاء الفرن التالفة والمراحل غير الطبيعية في الوقت المناسب، وضمان الأداء الحراري الطبيعي للفرن، وتجنب توسيع الأجزاء المعيبة ومنع ظهور حوادث، وتوفير الظروف الأساسية لسير الإنتاج بشكل طبيعي.