Моделювання роботи скловарних печей з метою пошуку резервів підвищення їх ефективності
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.307613Ключові слова:
скловарна піч, регенератори, горіння, електричний підігрів, комп’ютерне моделювання технологічних процесівАнотація
Об’єктом дослідження є робота скловарної печі. У роботі проводилось моделювання роботи скловарної печі шляхом зміни техніко-економічних показників її роботи з метою оптимізації технологічних процесів виготовлення скляних виробів, підвищення енергоефективності процесу та зниження екологічного навантаження на навколишнє середовище. Скловарні печі – це складні теплотехнічні агрегати, для роботи яких потрібна велика кількість енергії. Тому, підвищення їх ефективності є основним завданням наших досліджень. У роботі проведено комп'ютерне моделювання теплових процесів у печі, обраховані та проаналізовані теплові баланси, а також проведено аналіз показників роботи печі після зміни та вдосконалення технологічних режимів процесів горіння, варки скла та конструкції печі. Дослідження показали, що для підвищення техніко-економічних показників роботи скловарних печей доцільно провести додаткову теплоізоляцію огороджень печі. Теплоізоляція склепіння підвищує ККД печі на 2–3 %, а теплоізоляція решти ділянок печі в сумі дозволяє підвищити у сумі ККД теплотехнічного агрегату до 3 %. Такі заходи покращують санітарно-технічні умови роботи персоналу у машинно-ванному цеху. Дослідження показали, що ефективність печі суттєво підвищує додатковий підігрів повітря, що йде на спалювання палива. Так, підвищення температури повітря на 100 °С підвищує ККД печі приблизно на 2,5 %. Однак такий захід можливий при відповідному збільшені об’єму насадок регенераторів. Суттєвого підвищення ефективності печі вдалося досягти при встановлені додаткового електричного підігріву. Це дозволяє знизити загальні енергетичні витрати, і при цьому введення кожних 10 % додаткового електричного підігріву підвищує ККД печі до 3 % та покращує якість скломаси. Такий додатковий підігрів може бути рекомендований в обсязі 20–30 % від загальних витрат тепла на роботу печі. Аналіз отриманих результатів показав досить хорошу збіжність результатів, що свідчить про прийнятну адекватність моделей. Отримані результати моделювання процесів дозволяє обрати оптимальні параметри конструкції та роботи скловарної печі. Результати роботи можуть бути використані на практиці для проектування ефективних скловарних печей різного призначення та продуктивності.
Посилання
- Plemiannykov, M., Yatsenko, A., Kornilovych, B. (2015). Khimiia i tekhnolohiia skla. Vysokotemperaturni protsesy. Kyiv: Osvita.
- Lecomte, T., Ferreria de La Fuente, J. F., Neuwahl, F., Canova, M., Pinasseau, A., Jankov, I. et al. (2017). Best available techniques (BAT) reference document for large combustion plants. Industrial emissions directive 2010/75/EU (Integrated pollution prevention and control) (No. JRC107769). Joint Research Centre (Seville site).
- Zhdaniuk, N., Pikhulia, N. (2023). Analysis of waste and sources of pollution in glass production. Visnyk of Kherson National Technical University, 1 (84), 9–17. doi: https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2023.1.1
- Zhdaniuk, N. V., Plemiannikov, M. M. (2022). Enerhotekhnolohiia khimiko-tekhnolohichnykh protsesiv u vyrobnytstvi keramiky ta skla. Palyvo i yoho kharakterystyky. Rozrakhunky horinnia palyva. Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho, 62.
- Trier, W. (2013). Glasschmelzöfen: konstruktion und betriebsverhalten. Springer-Verlag. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-642-82067-0
- Dolianitis, I., Giannakopoulos, D., Hatzilau, C.-S., Karellas, S., Kakaras, E., Nikolova, E. et al. (2016). Waste heat recovery at the glass industry with the intervention of batch and cullet preheating. Thermal Science, 20 (4), 1245–1258. doi: https://doi.org/10.2298/tsci151127079d
- Conradt, R. (2019). Prospects and physical limits of processes and technologies in glass melting. Journal of Asian Ceramic Societies, 7 (4), 377–396. doi: https://doi.org/10.1080/21870764.2019.1656360
- Mayr, B., Prieler, R., Demuth, M., Potesser, M., Hochenauer, C. (2015). CFD and experimental analysis of a 115 kW natural gas fired lab-scale furnace under oxy-fuel and air–fuel conditions. Fuel, 159, 864–875. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.07.051
- Wachter, P., Gaber, C., Demuth, M., Hochenauer, C. (2020). Experimental investigation of tri-reforming on a stationary, recuperative TCR-reformer applied to an oxy-fuel combustion of natural gas, using a Ni-catalyst. Energy, 212, 118719. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118719
- Pashchenko, D. (2022). Natural gas reforming in thermochemical waste-heat recuperation systems: A review. Energy, 251, 123854. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123854
- Li, L., Lin, H.-J., Han, J., Ruan, J., Xie, J., Zhao, X. (2019). Three-Dimensional Glass Furnace Model of Combustion Space and Glass Tank with Electric Boosting. Materials Transactions, 60 (6), 1034–1043. doi: https://doi.org/10.2320/matertrans.m2019044
- Conradt, R. (2019). Prospects and physical limits of processes and technologies in glass melting. Journal of Asian Ceramic Societies, 7 (4), 377–396. doi: https://doi.org/10.1080/21870764.2019.1656360
- Mase, H., Oda, K. (1980). Mathematical model of glass tank furnace with batch melting process. Journal of Non-Crystalline Solids, 38-39, 807–812. doi: https://doi.org/10.1016/0022-3093(80)90536-0
- Abbassi, A., Khoshmanesh, Kh. (2008). Numerical simulation and experimental analysis of an industrial glass melting furnace. Applied Thermal Engineering, 28 (5-6), 450–459. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2007.05.011
- Li, L., Han, J., Lin, H., Ruan, J., Wang, J., Zhao, X. (2019). Simulation of glass furnace with increased production by increasing fuel supply and introducing electric boosting. International Journal of Applied Glass Science, 11 (1), 170–184. Portico. doi: https://doi.org/10.1111/ijag.13907
- Raič, J., Gaber, C., Wachter, P., Demuth, M., Gerhardter, H., Knoll, M. et al. (2021). Validation of a coupled 3D CFD simulation model for an oxy-fuel cross-fired glass melting furnace with electric boosting. Applied Thermal Engineering, 195, 117166. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117166
- Daurer, G., Raič, J., Demuth, M., Gaber, C., Hochenauer, C. (2023). Detailed comparison of physical fining methods in an industrial glass melting furnace using coupled CFD simulations. Applied Thermal Engineering, 232, 121022. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121022
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Nataliіa Zhdanіuk, Oleksii Plemiannikov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
