Mathematisches Modell zur Abschätzung des Energiehaushaltes von Glasschmelzwannenöfen

Abstract

Das mathematische Modell befaßt sich mit dem Energiehaushalt kontinuierlich betriebener, flammenbeheizter Glasschmelzwannenöfen der Querbrennerbauart. Berücksichtigt werden u. a. die je nach Betriebszustand sich frei einstellende Länge des gemengebedeckten Schmelzbereiches, das Verhältnis der prozentualen Abschmelzleistung von der Ober- und Unterseite des Gemengeteppichs sowie die in Wannenlängsrichtung sich verändernden Werte für Badoberflächentemperatur und Emissionsverhältnis der Badoberfläche (Gemenge, Schaum, blanke Schmelze). Das Rechenmodell erlaubt die Abschätzung des Einflusses folgender Einflußparameter auf die erreichbare spezifische Schmelzleistung und den sich einstellenden spezifischen Wärmeverbrauch für Schmelze und Läuterung des Glases: Emissionsverhältnis von Badoberfläche, Wannengewölbe und Flammenraum, Badoberflächentemperatur, Wandwärmeverluste, Flammenlänge, Brennstoffart, Verteilung der Brennstoffenergiedichte und Wirkungsgrad der Abgaswärmerückgewinnung. Die sich frei einstellende Gewölbeinnentemperatur wird bei überschreiten eines zulässigen Höchstwertes als Indiz für die Erreichung der Obergrenze der thermischen Belastung der Wanne betrachtet. Die Ergebnisse des Rechenmodells können bei Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen, beispielsweise hinsichtlich der Auslegung von Regenerativkammern, herangezogen werden. Die Gegenüberstellung der Rechenergebnisse mit vergleichbaren Werten aus der Praxis zeigt gute Übereinstimmung und gibt Hinweise darauf, in welchen Grenzen die jeweiligen Parameterkonstellationen im Rechenmodell sinnvoll verändert werden dürfen.

Mathematical model for evaluation of the energy balance of glass tank furnaces The mathematical model considers the energy balance of continuous, flame heated, cross fired glass tanks. Factors taken into account, according to operating conditions, include the length of melting end covered by batch, the ratio of melting rate on the upper and lower faces of the batch blanket, the longitudinal temperature distribution and longitudinal variation of emissivity of the melt surface (batch, foam, clear melt). The model then uses the following parameters to evaluate maximum pull and heat consumption for melting and refining: emissivities of melt surface, crown and combustion space, melt surface temperature, wall losses, flame length, type of fuel, fuel distribution and efficiency of heat recovery. A specified limit for the crown temperature determined by the model serves to define the maximum permissible heat input. The results obtained from the model can be used for economic purposes such as assessing the outlay on regenerators. Comparison of calculated results with equivalent values obtained in practice leads to some conclusions about the ranges of certain parameters that may be used in applying the model.

Modèle mathématique permettant d'estimer l'économie énergétique de fours à bassin de verrerie Le modle mathématique s'applique à l'économie énergétique de fours à bassin continus, chauffés par flammes, du type à brûleurs transversaux. Il tient compte notamment de la longueur de la zone de fusion recouverte par la composition — paramètre que l'on peut faire varier librement selon les conditions de fonctionnement —, du rapport du rendement à la fusion, exprimé en pour cent, des faces supérieure et inférieure du tapis de composition ainsi que des valeurs de la température superficielle du bain et du coefficient d'émission de la surface du bain (mélange, mousse, durée de fusion), valeurs qui se modifient tout au long du four. Le modle de calcul permet d'évaluer l'influence des paramètres suivants sur le rendement spécifique à la fusion qu'il est possible d'atteindre et sur la consommation spécifique de chaleur requise pour la fusion et l'affinage du verre: coefficient d'émission de la surface du bain, voûte du bassin et espace occupé par les flammes, température superficielle du bain, pertes de chaleur par les parois, longueur des flammes, type de combustible, distribution de la densité d'énergie du combustible et degré d'efficacité du système de récupération des gaz brûlés. Lorsqu'elle dépasse une valeur maximale admissible, la température intérieure de la voûte, qui s'ajuste librement, est considérée comme l'indication que l'on atteint la limite supérieure de la charge thermique du bassin. Les résultats du modle de calcul peuvent ètre utilisés à des fins d'économie, par exemple en vue de la disposition des chambres de régénération. La comparaison des resultats du calcul avec les valeurs comparables fournies par la pratique fait ressortir un bon accord et fournit des indications quant aux limites à l'intérieur desquelles on peut faire varier judicieusement les différentes séries de param&res du modle de calcul.