浮法玻璃池窑毕业设计（理工类）

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第1章 绪 论

1.1 本设计的意义、目的及设计任务

浮法玻璃池窑是浮法玻璃生产的重要热工设备，设计合理与否直接关系到浮法玻璃的质量等级。我国许多的池窑工作者积累了大量的宝贵经验并且吸取国外一些先进的设计理念将之应用到池窑设计当中，取得了很大的进步，但在浮法玻璃池窑的寿命、玻璃质量能耗等技术指标方面与先进的浮法玻璃池窑仍然还有一定的差距。因此，本设计可以让学生很好的了解浮法玻璃池窑的结构及各部分工作原理，使学生对浮法玻璃池窑生产工艺流程有一个全面的了解。同时，可以培养学生严谨的工作作风和求真务实的科学态度，弄清浮法玻璃池窑工艺制度的设计方法，进一步培养学生独立思考、综合运用已学理论知识及其它途径分析和解决实际问题的工作能力、锻炼学生理论结合实际的能力、制图和看图的能力、设计和科研的能力。

本设计要求设计日产600吨平板玻璃工厂浮法玻璃池窑结构。需要依次进行玻璃成分设计，配料计算、浮法总工艺计算；玻璃工厂储库、堆场及堆棚设计计算；玻璃池窑结构设计计算；绘制池窑结构图及耐火材料排布图；绘制全厂总平面布置图。

1.2 目前国内外浮法玻璃发展状况

1、国外浮法玻璃发展状况

自1959年2月，英国Pilkington玻璃兄弟有限公司宣布浮法工艺成功以来，浮法玻璃技术得到了迅速推广。截止2001年末，世界各地区已建成投产的浮法玻璃生产线约280条，其中亚洲约130条，欧洲79条，北美洲56条，南美洲10条，非洲和大洋洲5条，280条浮法线日熔化总能力约为13万吨，年生产能力可达3600万吨以上[1]。其中，西欧占27%，约894万吨；东欧占5%，约165万吨；北美占23%，约761万吨；中国占30.8%，约1020万吨（2.04亿重量箱）；日本占11%，约364万吨；非洲及中东地区占3%，约99万吨[2]。截至2003年底，全世界已有36个国家和地区（不包括中国内地）建成了140多条浮法玻璃生产线，总产量达到3亿吨左右，并占到平板玻璃总量的80%以上。截至2010年，世界浮法玻璃生产利用效率已经高达94%，库存约小于6%，其中市场消耗优质浮法玻璃已经超过了10亿重量箱以上。目前，国外一些大公司掌握了较为先进的玻璃制造技术，可以生产出0.5~25mm之间各种厚度不等的浮法玻璃，其玻璃

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熔窑拉引规模也在150~1000t/d之间不等。

当今玻璃与玻璃加工业国际市场被五大玻璃公司所垄断，五大公司玻璃生产能力约占世界总量的61%，其中日本旭硝子公司占18%，英国皮尔金顿公司占12%，美国PPG公司占11%，法国圣哥班公司占11%，美国家迪安公司占9%。其中，日本旭硝子公司和法国圣哥班集团公司凭借其综合实力已经跻身世界500强，特别是日本旭硝子公司是单靠玻璃生产进入500强的，其拥有37条浮法玻璃生产线，资产达157.8亿美元，年销售额67亿美元。

2、国内浮法玻璃发展状况

1981年“中国洛阳浮法”玻璃生产工艺的诞生，使中国玻璃工业进入了一个快速发展时期。浮法玻璃技术的推广，使一批采用“洛阳浮法”技术的浮法玻璃生产线陆续建成。

截至2003年底，我国已成为世界上生产规模最大的平板玻璃生产国，拥有浮法玻璃生产线98条，其中具有我国自主知识产权的“洛阳浮法”技术的生产线多达80余条，日拉引量为300~700吨，原板厚度1.1~25mm多个品种，总生产能力达到1065万吨/年（2.13亿重量箱/年）。截至2005年年底，我国浮法玻璃生产线达到了146条，产量达到3.06亿重量箱，占平板玻璃总产量的76.7%[3]。截至2006年年底，我国已建成浮法玻璃生产线162条，其中全部或主要采用中国浮法技术的生产线达135条，占中国浮法玻璃生产线数量的83%。2006年平板玻璃总产量达4.54亿重量箱，浮法玻璃占81.87%，其中优质浮法玻璃产量占20%以上[4]。到2007年，我国浮法玻璃生产行业的生产能力为4.4亿重量箱。

2009年上半年，我国浮法玻璃又新增了8条生产线，3158万重量箱产能，到2009年末，我国日熔化能力500t以上熔窑占浮法玻璃纵容化能力的75.4%，600t以上占54.48%，700t以上占28.83%。600t以上熔窑占浮法玻璃总熔化能力比重首次超过50%，成为我国浮法玻璃主力窑型。浮法玻璃生产线规模结构的提高，提高了我国浮法玻璃生产的能源利用效率，降低了污染物和二氧化碳排放水平。从产能上看，700t以上36条的能力占28.83%，600~620t的42条能力占25.65%，500~550t的40条能力占20.92%，400~480t的38条能力占16.51%，400t以下26条能力占8.08%[6]。

2010年我国平板玻璃总产量达7.07亿重量箱，约占全球总产量的50%以上。在建的浮法玻璃生产线中有日熔化能力200t甚至不足200t的熔窑用于生产光伏玻璃或彩色玻璃。截止2011年，全国共有242条浮法玻璃生产线。

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1.3 本设计指导思想

本设计要求学生能够贯彻和执行有关的方针政策，积极采用合理可靠的先进技术，提高产品质量，增加产量。在高温、粉尘、重力等方面，尽量改善操作条件。在设计中应留有适当的发展余地。在广泛收集国内外有关详尽资料的基础上，作出合理可靠的、正确的、先进的设计。

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第2章 配料计算

2.1 原料的选择与成分设计

2.1.1 原料的选择

工业生产用玻璃的原料，根据它们的用量和生产工艺及制品的作用可分为主要原料和辅助原料。其中，主要原料主要有石英砂、硅砂、砂岩、白云石、硼镁石、菱镁矿、石灰石、长石、叶蜡石、高岭土、纯碱、芒硝等[7]。但每个玻璃工厂根据自己工厂产品、成本、地域等的不同而选择不用的原料。

本设计选用的原料主要有砂岩、白云石、石灰石、纯碱、芒硝、长石及煤粉。各原料化学组成见表2-1。

砂岩 白云石 石灰石 纯碱 芒硝 长石 煤粉 L 1.5 0.3 2.0 3.0 4.2 2.0 2.0 SiO2 98.76 0.69 0.3 1.1 66.0 Al2O3 0.56 0.15 0.29 19.5 表2-1 原料化学组成 Fe2O3 0.08 0.13 0.07 0.05 0.4 CaO 0.14 31.57 55.4 0.5 MgO 0.02 20.47 0.2 0.37 Na2O 0.19 57.94 41.47 8.5 单位：%（质量分数） K2O 5.5 Na2C03 Na2SO4 98.5 95.03 C 87.12 2.1.2 燃料的选择

燃料的种类有很多，按状态不同，可以分为气态、液态、固态燃料；按来源不同，可以分为天然燃料和人造燃料；按化学成分不同，可以分为重油、煤气、天然气、煤炭等燃料。玻璃工厂将会考虑工厂成本、地域、运输、燃料品质等多方面的因素而选择最适合自己工厂的燃料。

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本设计选用的燃料为重油，其化学成分见表2-2。

Car Har 11.50 Oar 0.30 表2-2 重油化学成分 Nar 0.25 Sar 0.21 Aar 0.02 Mar 0.30 单位：%（质量分数）

Qnet,ar (kj/kg) 40.14

87.22 2.1.3 玻璃成分的设计

玻璃成分的设计因满足以下要求： （1）玻璃化学组成必须在玻璃形成区内； （2）玻璃性质必须达到要求的指标； （3）玻璃化学组成必须符合环境保护要求； （4）玻璃化学组成设计满足工艺性能要求； （5）原料能大量供应，质量稳定，成本低廉。 综合以上要求，本设计设计的玻璃化学成分见表2-3。

SiO2 Al2O3 0.9 Fe2O3 0.05 表2-3 玻璃化学成分 CaO 8.2 MgO 3.6 Na2O 14.2 K2O 0.15 单位：%（质量分数）

SO3 0.3 总计 100 72.6 2.2配料计算

2.2.1 配料的工艺参数选择

本次设计选取的配料工艺参数主要有以下一些数据：

纯碱挥散率：1.5% 芒硝含率：3.0% 碳粉含率：4.2% 玻璃获得率：82.5% 碎玻璃掺入量：20% 配合料含水量：4%

计算基础：100kg玻璃液 计算精度：0.01

2.2.2 配料计算

1、纯碱和芒硝用量计算

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设芒硝引入量为x kg，根据芒硝含率得下式：

x?0.4147=3.0%

14.2得到： x=1.03 k则由芒硝引入的各氧化物的量见表2-4。

SiO2 0.01 Al2O3 0.003 表2-4 芒硝引入的各氧化物的量

Fe2O3 0.001 CaO 0.005 MgO 0.004 单位：质量份

Na2O 0.43 纯碱用量=14.2-0.43=23.77kg

0.57942、煤粉用量

设煤粉用量为x kg，根据碳粉含率得：

x?0.8712=4.2%

1.03?0.9503得 x=0.05 k3、砂岩与长石用量计算

设砂岩用量为x kg，长石用量为y kg，则：

0.9876x+0.66y=72.6-0.01=72.59

0.0056x+0.195y=0.9-0.003=0.897得 x=71.81kg y=2.53kg

可知由砂岩与长石引入的各氧化物的量见表2-5。

原料 砂岩 SiO2 70.92 表2-5 由砂岩与长石引入的各氧化物的量 Al2O3 0.40 Fe2O3 0.06 CaO 0.10 MgO 0.01 Na2O 0.14 单位：质量份

K2O 6

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长石 1.67 0.49 0.01 0.21 0.14 4、白云石与石灰石用量计算

设白云石用量为x kg，石灰石用量为y kg，则：

0.3157x+0.554y=8.2-0.005-0.10=8.095

0.2047x+0.002y=3.6-0.004-0.01=3.586得 x=17.47kg y则由白云石与石灰石引入的各氧化物的量见表2-6。

原料 白云石 石灰石 表2-6 由白云石与石灰石引入的各氧化物的量 SiO2 0.12 0.01 Al2O3 0.03 Fe2O3 0.02 0.003 CaO 5.52 2.58 单位：质量份

MgO 3.58 0.009 5、校正纯碱用量与挥散量

设纯碱用量为x kg，挥散量为y kg，长石引入的K2O也归入纯碱，则：

0.5794x=14.2-0.43-0.14-0.21-0.14=13.28

得 x=22.92 ky=0.015

22.92+y得 y=0.35 k6、校正砂岩与长石用量

设砂岩用量为x kg，长石用量为y kg，则有：

0.9876x+0.66y=72.6-0.01-0.12-0.01=72.460.0056x+0.195y=0.9-0.003-0.03=0.867

得 x=71.78kg y7、原料用量

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将上述计算结果汇总成原料用量表，最终原料用量结果见表2-7。

占混合料 用量 质量分数 59.50 14.48 3.86 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 含水量 干基 湿基 表2-7 原料用量

单位：质量份

砂岩 白云石 石灰石 纯碱 挥散率 芒硝 长石 煤粉 合计 碎玻璃 总计 71.78 17.47 4.66 22.92 70.89 0.12 0.01 0.40 0.03 0.06 0.02 0.003 0.10 5.52 2.58 0.01 3.58 0.009 0.14 1.5 0.3 2.0 952 231.68 61.76 966.5 232.38 63.02 19.29 0.35 1.03 2.38 0.05 120.64 0.85 1.97 0.04 100 13.48 3.0 308.64 318.19 0.01 1.57 0.003 0.001 0.005 0.004 0.46 0.01 0.43 0.20 0.13 4.2 2.0 2.0 13.6 31.52 0.64 14.20 32.16 0.65 1599.84 1627.10 400 2027.10 8、玻璃获得率的计算

玻璃获得率=100?100%=82.89%

120.649、换料单的计算

已知：碎玻璃掺入量为20%，各种原料含水量见表2-7，配合料含水量为4%，混合机容量为2000kg干基。

则有如下计算：

2000kg干基中砂岩的干基用量为：

?2000-2000?20%??0.595=952kg

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砂岩的湿基用量=952=966.5kg

1-0.015根据设计要求配合料的含水量为4%，则有：

2000-400=1666.67kg

1-466.67-1627.10=39.57kg

因此，混合时应另加水39.57kg

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第3章 浮法总工艺计算

3.1 总工艺计算目的

浮法总工艺计算是玻璃工厂生产不可缺少的部分，它关系到玻璃工厂的生产能否持续进行。为了保证玻璃生产能够持续不断的进行生产，则需要了解玻璃工厂每天、每月、每年各种原料的用量，从而保证玻璃工厂能够储存足够生产的原料。同时，总工艺计算也关系到储库、堆场及堆棚的设计，储库、堆场及堆棚的大小、形式等的设计需要事先了解工厂各种原料的用量才能进行。因此，工厂设计就需要玻璃工厂进行总工艺计算，即产量计算。

3.2 浮法总工艺计算

1、总工艺计算依据：

1）原板宽度：4m 2）综合成品率：80% 3）碎玻璃损失率：0.5% 4）年工作日：340d 5）玻璃规格：见表3-1

表3-1 玻璃规格

产品厚度（mm） 产品百分比（%） 3 70 5 15 8 15 6）工厂储存定额：见表3-2

表3-2 工厂储存定额

储存天数（d） 砂岩 60 白云石 石灰石 60 60 长石 60 纯碱 30 芒硝 60 煤粉 60 重油 30 7）拉引速度：

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玻璃拉引速度可由以下公式计算：

V?Q[8] 24B??式中， Q─玻璃日产量，t/d；

B─原板宽，m；

?─玻璃板厚度，m；

?─玻璃密度，t/m3，浮法玻璃密度取2.5。

根据上述公式可计算各个规格玻璃的拉引速度： 对3mm： V1?对5mm： V2?对8mm： V3?600?833m/h 取840m/h

24?4?3?10?3?2.5600?500m/h ?324?4?5?10?2.5600?313m/h 取320m/h

24?4?8?10?3?2.5则本设计玻璃拉引速度汇总见表3-3。

表3-3 玻璃拉引速度

玻璃厚度（mm） 拉引速度（m/h） 3 840 5 500 8 320 8）重量箱折算系数：重量箱折算系数见表3-4

表3-4 重量箱折算系数

玻璃厚度（mm） 折算系数 3 1.5 5 2.5 8 4.0 2、玻璃成品产量计算 成品任务： 玻璃品种 3mm

百分率（%）

70

年产重箱 224万

年产平方米 14933333.3

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5mm 8mm

15 15

48万 48万

1920000 1200000

完成各种产品所需要的生产天数： 3mm

14933333.3?（24?4?0.8?840）=231.48d工作日比例：0.7008

5mm 8mm

1920000?（24?4?0.8?500）=50d

工作日比例：0.1514 工作日比例：0.1478 100%

1200000?（24?4?0.8?320）=48.83d

合计 330.31d

因为330.31<340，所以能完成任务。 各种厚度玻璃全年平均生产天数： 3mm 5mm 8mm 计算产量： 3mm 5mm 8mm

238?24?840?4?0.8=15353856m2/a 51?24?500?4?0.8=1958400m2/a 50?24?320?4?0.8=1228800m2/a 340?0.7008=238d 340?0.1514=51d 340?0.1478=50d

折合2303078.4重箱 折合489600重箱 折合491520重箱

产量汇总见表3-5。

表3-5 产量汇总

玻璃厚度（mm） 年产平方米 年产重量箱 3 15353856 2303078.4 5 1958400 489600 8 1228800 491520 年产重箱总数 18541056 3284198.4 3、玻璃液熔化需要量

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因为各种厚度玻璃日熔化量相同，则：

?（10-.）8120=产品碎玻璃量： 600t /因为碎玻璃损失率为0.5%，所以

?（10-.00）5119.4=碎玻璃回窑量： 120t/

由配合料熔成玻璃液量： 600-119.4=480.6t/d 4、各原料用量

6配合料日用量： 480.?0.8289=57 9则各种原料用量见表3-6。

表3-6 各种原料用量

原料 砂岩 白云石 石灰石 纯碱 芒硝 长石 煤粉 干基（t/d） 344.98 83.96 22.38 111.84 4.93 11.42 0.23 湿基（t/d） 350.23 84.21 22.84 115.30 5.15 11.65 0.23 储存定额量（t） 21013.8 5052.6 1370.4 3459 309 699 13.8 年用量/340d（t/a） 119078.2 28600.8 7765.6 39202 1751 3961 78.2

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第4章 储库、堆场及堆棚设计

4.1 块状原料的储存

块状物料的储存设施主要有露天堆场、防雨堆棚、吊车库等。采用何种储存设施主要取决于工厂的规模、工厂机械自动化的水平、投资额的大小、物料的质量及对环境保护的要求等等。

采用露天堆场储存物料具有储存量大、投资省的优点；缺点是占地面积大、分堆码垛管理不善时会引起混料，如遇雨雪季节时，物料水分不易控制，劳动强度大。

堆棚储存物料主要用于南方多雨地区，为使物料水分易于控制，才使用堆棚。其建筑费用低，有利于控制水分，露天堆场的大部分缺点它也都存在。

吊车库储存物料具有取运物料方便灵活，存放物料容易，物料储存时可以免遭雨雪影响，机械化程度高，节省占地面积。其缺点是库的有效容积利用率较低、造价高、有一定的扬尘、在抓运的过程中会因为抓斗漏料而引起少量混料、各车间的工艺布置受到它的制约。

目前，国内已建成的大中型玻璃厂大多数采用露天堆场与吊车库相配合储存块状物料，中小型玻璃厂则采用露天堆场配合防雨堆棚。

本设计采用吊车库储存块状原料，堆棚储存粉状物料。

4.2 块状原料储存设施设计

4.2.1 砂岩、白云石、石灰石及长石吊车库设计

堆场、堆棚及吊车库的面积计算公式如下：

S?QHC?[8]

式中：Q—要求的堆积量，t；

H—堆积高度，m；

C—堆积系数，一般C=0.6~0.7（铲斗车或汽车运输）；

?—物料堆积密度，t/m3。

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各原料的堆积高度均取3m，宽度取30m，每种原料均分成3堆堆放，则每堆宽度10m，堆积系数均取0.7，则各原料的堆积面积计算如下：

1、砂岩

砂岩的堆积密度为1.7t/m3，每日砂岩用量为350.33t/d，砂岩储存期为60d，则砂岩的堆积面积为：

60?350.33=5887.90m2

3?0.7?1.7则砂岩的堆积长度为196.26m。 2、白云石

白云石的堆积密度为1.5t/m3，每日白云石用量为84.21t/d，白云石储存期为60d，则白云石的堆积面积为：

60?84.21=1604m2

3?0.7?1.5则白云石的堆积长度为53.47m。 3、石灰石

石灰石的堆积密度为1.4t/m3，每日石灰石用量为22.84t/d，石灰石储存期为60d，则石灰石的堆积面积为；

60?22.84=466.12m2

3?0.7?1.4则石灰石的堆积长度为15.54m。 4、长石

长石的堆积密度为1.6t/m3，每日长石用量为11.65t/d，长石储存期为60d，则长石的堆积面积为：

60?11.65=208.04m2

3?0.7?1.6则长石的堆积长度为6.93m。

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4.2.2 吊车库总面积及高度

1、吊车库总面积

吊车检修处的长度取6m，则吊车库总长度为：

196.26+53.47+15.54+6.93+6=278.2m

吊车库的卸车线设在库外，吊车库专用线外侧预留宽度为3.2m，专用线宽度为2.8m，卸车坑宽度为2.5m，则吊车库的总宽度为38.5m。

因此，可计算出吊车库的总面积为： 278.?238.5=107 12、吊车库高度

吊车库的高度可根据以下公式确定：

H??H1?H2?H3?H4??10?3[9]

式中：H—吊车库高度，m；

H1—吊车库最高部位至顶承重结构底部平面的高度，mm； H2—吊车高部位至抓斗底面的高度，mm；

H3—吊车抓斗升到最高点时，其底面的高度，mm；

H4—设计地面至承料顶面的高度，依原料车间工艺布置要求而定。

对起重量5t的吊车，H1要≥100mm，一般在200~300mm之间，H2一般为5708mm，

H3一般在300~500mm，H4根据设计的堆料高度确定。本设计取H1=200mm，H2=5700mm，H3=300mm，H4=4500mm。

则可计算吊车库高度为：

H=?200+5700+300+4500??10-3=10.7m

4.3 粉状原料储存设施设计

4.3.1 纯碱、芒硝库的设计

纯碱、芒硝库堆存面积计算公式如下：

S?nQ[9]

qC16

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式中：S─纯碱或芒硝堆存面积，m2；

n─储存期即堆存天数，d；

Q─每天用量，t/d；

C─通道系数（利用系数），一般取C=0.6； q─单位面积物料堆存量，t/m2。

其中： q?HC1?1[9] 式中：H─堆积高度，m，一般取3m；

C1─堆积系数，一般取0.8；

?1─物料容积密度，t/m3。

1、纯碱库：纯碱容积密度0.6 t/m3，堆积系数0.8，堆积高度3m，仓库利用率0.6，则纯碱库每平方米堆存定额为：

0.6?0.8?0.6?3?0.9t/m2

又纯碱储存期为30d，纯碱日用量为115.30t/d，通道系数为0.6，则纯碱库堆存面积为：

30?115.30=6405.56m2

0.9?0.62、芒硝库：芒硝容积密度1.1 t/m3，堆积系数0.8，堆积高度3m，仓库利用率0.6，则芒硝库每平方米堆存定额为：

1.1?0.8?0.6?3=1.58t/m2

又芒硝储存期为60d，芒硝日用量为5.15t/d，通道系数为0.6，则芒硝库堆存面积为：

60?5.15=325.95m2

1.58?0.6纯碱、芒硝库总长度取150m，则可知其总宽度为44.88m，纯碱库的长度为142.73m，芒硝库的长度为7.27m。

纯碱、芒硝库的高度按堆积高度和人的站立高度之和，一般取为：3+2=5m，则纯碱、芒硝库的高度取5m。

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纯碱、芒硝库要求地面防潮，此处采用防潮水泥地面，库内要有良好的通风条件。 4.3.2 煤粉库的设计

煤粉容积密度0.5t/m3，堆积系数0.8，堆积高度3m，仓库利用率0.6，则煤粉库每平方米堆存定额为：

0.5?0.8?3?0.6=0.72t/m2

又煤粉储存期为60d，煤粉日用量为0.23t/d，通道系数为0.6，则煤粉库堆存面积为：

60?0.23=31.94m2

0.72?0.6煤粉库的长度与宽度取相同的值为5.65m。

煤粉库高度取值原则与纯碱、芒硝库高度取值原则相同，则煤粉库高度为5m。 4.3.3 粉库的设计

粉库是储存各种玻璃原料经过破碎筛分加工成的合格粉料的设施，合格粉料储存在粉库中以备配料称量使用，也可以防止破碎筛分机械出现故障而中断生产。粉库的排列方式可以分为塔库与排库两种排列形式。本设计的粉库采用排库的形式，其具有布置形式简单，施工操作方便等特点。

粉库粉料存量一般按用量最大的原料存满一库可使用1.5~2d为根据进行设计粉库的尺寸。芒硝、煤粉库比其他库缩短1m，以保证在下面能安装芒硝煤粉混合机。

本设计用量最大的原料为砂岩，其每日用量为350.33t/d，按存满一库可使用1.5d为根据进行计算，可知一库可以存放525.50t砂岩。同时，查得砂岩粉料的堆积密度在1.2~3.0t/m3之间，取1.8t/m3。

则可计算出粉库的体积为：

V?525.50?291.94m3 1.8暂且只考虑粉库圆筒体部分，粉库的高度与直径之比一般在1~2.5之间，此处取高径比为2，则可计算出粉库圆筒体部分的高度与直径分别为11.42m、5.71m。

圆锥体部分出口直径取1m，休止角取55°，则可根据上述所得数据算出锥体部分高度为3.36m，则粉库整体高度为14.78m。

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因为芒硝、煤粉库比其他库短1m，则芒硝、煤粉库高度为13.78m，其他尺寸与其他粉库相同。

4.4 成品库

4.4.1 储存天数

玻璃成品的储存期确定要考虑诸多因素，首先，要考虑工厂玻璃池窑的每日产量要求，产量大时储存期可短些，产量小时储存期可长些；其次，要考虑质量检验的要求，成品的储存期必须满足物料、成品质量检验或调整均化所需的时间；此外，还需要考虑生产工艺线数目、工厂规模、工厂生产管理水平和质量控制水平及装卸机械化程度等因素的影响。

本设计综合考虑各种因素后，选择成品的储存期为15d。 4.4.2 成品库面积

玻璃成品是按箱堆放，并且每个箱不能重叠堆放，只能平行堆放。每箱的面积为10m2，由总工艺部分可算出3mm厚的产品日产64512m2，5mm厚的产品日产38400m2，8mm厚的产品日产24576m2，则所有厚度的产品日产127479m2。则可计算出成品库的面积为12747.9m2。

设计成品库的宽度为50m，则可计算出成品库长度为254.96m。

4.5 油库和碎玻璃堆场设计

1、油库

重油的储存采用圆柱形筒体储存，重油库高径比取值为2，重油容重为0.97t/m3，每日重油的用量为47t，重油的储存期设计为30d，则重油库的体积为：

V?47?30=1453.61m3 0.97根据重油库的高径比可计算出重油库的高度与直径分别为19.5m、9.75m。 2、碎玻璃堆场

碎玻璃堆积高度取3m，堆积系数取0.7，堆积密度为2.5t/m3，每日产生碎玻璃的量为120t/d，碎玻璃储存期设为15d，则碎玻璃的堆积面积为：

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15?120=342.86m2

3?0.7?2.5设计碎玻璃堆场的宽度与长度相同，则可计算出其长、宽为18.52m。

4.6 玻璃液存放坑

当玻璃池窑停产或者检修时，则需要将玻璃液放出来在存放于玻璃液存放坑中，因此，玻璃液存放坑的设计布置是玻璃工厂中必不可少的设施。

本设计日产玻璃液为600吨，但池窑中还存在没有熔化或熔化不完全的原料，因此，玻璃液存放坑的尺寸要适当放大，本设计取玻璃液存放坑的高度为5m，其长度和宽度均取20m。

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第5章 燃料消耗计算及燃料燃烧计算

5.1 燃料消耗计算

玻璃液形成温度为1450℃，其他数据可根据前面的配料计算及总工艺计算得知。 根据查图法[10]，可查得烧重油时熔化1kg玻璃液耗热5620kj，重油热值为40.14Mj/kg，本设计日产量为600t/d，则每天消耗重油量为：

5620?600?（40.14?103）=84t/d

每小时消耗重油量为：

84?1000?24=3500kg/h

每年（340d）消耗重油为：

84?340=28560t/a

5.2 燃料燃烧计算

5.2.1 空气量的计算

1kg重油完全燃烧所需要的理论空气消耗量为：

?0.87220.11500.00210.0030?3L0?22.4?4.762??????10.82m/kg ?43232??12取空气过剩系数?=1.2，则实际空气消耗量为：

L???L0=1.2?10.82=12.98m3/kg

压缩空气占空气的5%~10%[11]，此处取值5%，则压缩空气消耗量为：

3L0=5%?12.98=0.65m/kg ?助燃空气消耗量为：

3L1??12.98?0.65?12.33m/kg

5.2.2 烟气量的计算

1kg重油完全燃烧所生成的理论烟气生成量为：

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?0.87220.11500.00210.00250.0030?3V0?22.4???????2.92m/kg ?122322818??实际烟气生成量为：

V??V0+(?-1)L0=2.92+（1.2-1）?10.82=5.08m3/kg

5.2.3 每日空气消耗量与烟气生成量

每日空气消耗量为：

12.98?84?103=1090320m3

每日压缩空气消耗量为：

0.65?84?103=54600m3

每日助燃空气消耗量为:

12.33?84?103=1035720m3

每日烟气生成量为：

5.08?84?103=426720m3

5.2.4 实际燃烧温度

热收入项有：

1）重油的低位热值Qnet=40.14Mj/kg；

2）重油带入的物理热，重油温度为25℃时，cf=1.80 kj/(kg·℃)，则

Qf?1.80?25?45kj；

3）空气带入的物理热，实际空气消耗量为L?=12.98m3/kg，空气预热到200℃时，空气的比热容为c?=1.308 kj/(m3·℃)，则Q??12.98?1.308?200?3395.57kj。

热支出项有：

燃烧产物带走的物理热，实际烟气生成量为V?=5.08 m3/kg，则Qc?5.08cptc，其他热支出项为零。

热支出项与热收入项相等，则有

5.08cptc?40.14?103?45?3395.57=43580.57

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设tc'=4400℃时，查表得cp=1.71 kj/(m3·℃)，则

5.08?1.91?4400?42692.32?43580.57

设tc\=4500℃时，查表得cp=1.92 kj/(m3·℃)，则有

5.08?1.92?4500?43891.2?43580.57

因此，有

4500?tp4500?4400?43891.2?43580.57

43891.2?42692.32解得 tc=4474.09℃

气体燃料或固体燃料的窑炉高温系数在0.78~0.83之间，此处取值0.8。则实际燃烧温度为：

tp?0.8?4474.09?3579.27℃

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第6章 池窑结构设计

6.1 玻璃熔制部分

6.1.1 熔化部设计

1、池窑的设计 1）熔化区尺寸设计

对熔化量为600t/d的浮法玻璃池窑，其熔化率取K=2.605t/(m2·d)[12]，则池窑的熔化区面积为：

Fm?Q600??230.33m2 K2.605根据经验公式可计算熔化区宽度为：

Bm?0.75?10?2Q?6.75?0.75?10?2?600?6.75?11.25m

熔化区长度有三种不同的计算方法，需要根据三种方法计算出的长度进行调整。 （1）第一种方法计算出的熔化区长度为：

lm?Q600??20.47m KBm2.605?11.25（2）第二种计算熔化区长度的公式为：

lm?d1?d2??n?1??1

其中d1一般在3.5~4m之间，d2通常在3~3.5m之间，本设计取d1=4m，d2=3.5m。 则可计算出熔化区长度为：

lm?4?3.5??6?1??1?22.5m

（3）第三种计算方法是根据熔化区长度与熔化部宽度存在的比例关系进行计算，其计算式如下：

lm?kBm

式中：k—熔化区的长宽比，有6~8对小炉时，k=2.5~3.5（大型窑取低值）。

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则可计算出熔化区长度为：

lm?2.5?11.25?28.12m

综合考虑之后，取熔化区长度为22.5m。 2）澄清区尺寸设计

对熔化量为600t/d的池窑，其澄清率取K=3.629 t/(m2·d)[13]，则澄清区面积为：

FR?Q600??165.33m2 K3.629因为熔化区宽度与澄清区宽度相同，则澄清区长度为：

lR?FR165.33??14.70m2 Bm11.253）熔化池深度

我国玻璃池窑过去大多数将池深设为1.5m，而国外的浮法玻璃池窑则一般将池窑深度设计为1.2m。熔化池浅一些，不仅可以减少玻璃液的对流量，有利于节能，而且由于上层玻璃液流厚度与熔化池的深度成正比，熔化池改浅，上层流厚度随之减小，有利于玻璃液的澄清，有利于提高玻璃液的质量。本设计的玻璃组分中氧化铁含量<0.12%，则池深设计为1.2m。

4）池壁与池底的砌筑

池壁采用整块大砖竖缝干砌，与玻璃液相接触的池壁最上一层砖容易被玻璃液侵蚀、冲刷，因此最上一层200mm高的砖厚度减薄50mm。

池底用1000mm×400mm×300mm的粘土大砖砌筑，砌筑时砖缝纵横对齐砌筑，并在粘土大砖上先铺一层25mm的锆英石捣打料，再在其上铺一层75mm厚的电熔锆刚玉砖。

2、耳池

本设计的耳池布置在熔化部最末一对小炉之后、卡脖之前，耳池大小设计为2m×2m，耳池与所在部位的窑池深度相同，其拱高设为跨度的1/10，为200mm。

3、火焰空间的设计

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火焰空间主要有大碹、碹碴及胸墙组成。 1）大碹

大碹的跨度，根据熔化池的宽度而定，一般的跨度比熔化池宽度大400~500mm；大碹的厚度以大碹跨度的1/20~1/25来考虑；大碹的股跨比，大型窑为1/7.5~1/8，可计算大碹的拱高度。

本设计取大碹的跨度为11.7m，厚度为660mm，拱高度为1.46m。大碹分为四节，每节碹之间预留的膨胀缝为100mm。

2）碹碴

碹碴承受大碹的水平推力和重力，碹碴必须与大碹紧密吻合。 3）胸墙

对于燃油池窑，胸墙的高度在1.1~2m之间，本设计取1.95m。胸墙其下的挂钩砖头部做成阶梯状，胸墙从其上沿砌起，胸墙的托板用平头螺钉与下巴掌铁固定。

4、池窑冷却

由于玻璃池窑熔化部的池壁，尤其是液面线附近、投料池的拐角处等部位比玻璃池窑其他部位更容易受到玻璃液的高温蚀损，从而大大缩短池窑的寿命，因此需要在这些部位进行人工冷却。

人工冷却的方法包括吹风冷却和水冷却，本设计采取吹风冷却方法，并在熔化部池壁液面线附近及投料池拐角处等部位合理布置冷却风嘴。冷却风嘴一般布置在池壁顶端以下80~100mm处，风口上倾角约15°~30°，风嘴到池壁的距离要适中，一般在20~30mm之间。风嘴形状一般为鸭嘴型，出口断面要平整。池壁风管布置在池窑两侧，并且对称安装。

风管内风速采用经验值：主风管内为10~15m/s，支风管和垂直支风管内为8~12m/s。本设计风管为圆形，本设计冷却风量为121270m3/h，则根据风管内风速经验值，可计算出主风管半径在0.85~1.03m之间，支风管和垂直支风管半径在0.67~0.82m之间，本设计取主风管半径为1m，支风管和垂直支风管半径为0.7m。 6.1.2投料部设计

1、投料机的选型

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目前，投料机类型有很多，主要有：螺旋式投料机、垄式投料机、振动式投料机、辊筒式投料机、倾斜毯式投料机及弧毯式投料机等。垄式投料机投入的料层较厚，料会堆成垄状，对加速熔化很不利，同时还存在“飞料”和“漏料”现象，容易堵塞1、2号小炉对应的蓄热室内格子体，并且窑头扬尘也较为严重；辊筒式投料机的使用效果也不是很理想。经试验，倾斜毯式与弧毯式投料机比较适合大型浮法平板玻璃池窑。本设计采用倾斜毯式投料机。

2、投料池尺寸

对于采用倾斜毯式投料机的池窑，其投料池宽度>80%的熔化池宽度，其投料池长度在1.8~2.4m之间。本设计熔化池宽度为11.25m，则可计算出投料池宽度>9m。本设计取投料池宽度为10m，投料池长度为2m。

3、前脸墙

前脸墙主要有普通碹结构、变形平碹结构、普通碹外加碹结构和L型吊墙结构四种。 本设计采用L型吊墙结构，采用耐热钢件吊挂，其宽度与熔化池等宽。L型吊墙分为直段部分和L形部分，直段部分用优质硅砖，L形部分采用烧结AZS砖。 6.1.3 分隔装置设计

1、玻璃液分隔装置

玻璃液分隔装置即卡脖，浮法玻璃池窑的卡脖宽度为熔化部宽度的40%~50%[14]，此处取值40%，因为熔化部宽度为11.25m，则可计算出卡脖宽度为4.5m。如果采用搅拌器，则卡脖的长度在4.2~4.5m之间，本设计采用水平式搅拌器，取卡脖长度值为4.5m。卡脖深度与熔化池深度相同，即设计的1.2m。

在卡脖池底适当位置需设置窑坎，以达到延长玻璃液在熔化部的停留时间，减少冷却部向熔化部的玻璃液回流量，从而减少其二次加热的能耗，加速冷却玻璃液，以及迫使玻璃液向上流动，起到浅层澄清的作用。

对于冷却水管，采用一对冷却水管，从卡脖的两侧插入，采用矩形的水管，最大进入玻璃液的深度为0.3m左右。

2、气体空间分隔装置

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气体空间分隔装置为卡脖的上部空间，其类型主要有矮碹、吊矮碹、U型吊碹和双J型吊墙等。本设计选用矮碹作为气体空间分隔装置。

矮碹的胸墙高度≤0.15m，则此处取值0.1m；前、后山墙的厚度为分别与熔化部和冷却部胸墙厚度相同；卡脖碹厚度在0.3~0.35m之间，此处取值0.35m；卡脖宽度为4.5m，则取熔化部后山墙碹、卡脖碹、冷却部前山墙碹的碹跨度为4.95m，其股跨比一般在1/10~1/12之间，则可计算出股高在0.41~0.49m之间，则取股高值为0.45m。 6.1.4 冷却部设计

1、冷却部尺寸

玻璃池窑冷却部的作用是使玻璃液在冷却部均匀冷却降温到成型要求的温度，因此冷却部的尺寸是否合理的标准是玻璃液能否均匀冷却到成型温度。如果冷却面积过大，玻璃液就可能会冷却过头；如果冷却面积过小，则又会使玻璃液冷却不到成型的温度。

玻璃池窑冷却部面积的计算过程较为繁琐，本设计参考选取前人的经验数据，冷却部散热量为4589745kj/h，单位面积散热量为11419.41kj/(m2·h)，冷却率为4.141t/（m2·d），冷却部面积为144.89m2。冷却部宽度一般在8.5~10m之间，本设计取10m，则冷却部长度可计算出为14.49m。冷却部池壁深度与熔化部池壁深度相同为1.2m。

2、耳池布置

由于耳池有加强横向对流的作用，可以使玻璃液通过卡脖后较快的向冷却部两边拉开流向耳池，减少卡脖后的死角面积。因此，本设计在卡脖后的冷却部适当位置设置一对耳池。耳池大小为2m×2m，深度为1.2m。

3、冷却部气体空间

冷却部的气体空间结构与熔化部火焰空间的结构基本相同，也包括大碹、碹碴及胸墙。冷却部气体空间跨度取10.45m，大碹股跨比一般在1/8~1/9，可计算出大碹拱高在1.16~1.31m之间，则取大碹拱高为1.2m，大碹厚度取350mm；碹碴选用钢碹碴；冷却部胸墙高度不宜太高，一般在500~700mm为宜，本设计取500mm。

4、流道

流道有收缩型、直通型、喇叭型三种。收缩型存在液流死角，目前使用较少；直通型结构简单，一般使用于较小规模的生产；喇叭型结构复杂，玻璃液流通畅，没有死角，

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一般使用于较大规模的生产。流道主要由安全闸板、调节闸板、流槽盖板砖，坎砖等组成。本设计采用喇叭型流道流道，流道长度为3.5m，与冷却部相接处宽度为3.6m。

6.2 热源供给部分

6.2.1 小炉设计

1、小炉尺寸计算

本设计的熔化量为600t/d，因此取小炉对数为6对。 小炉喷出口的面积计算公式如下：

f?(0.03~0.035)Fmn[12]

式中：Fm—池窑熔化面积，m2；

n—小炉对数。

已知熔化面积Fm=230.33m2，则可计算出小炉喷出口面积在1.15~1.34m2之间，取小炉喷出口面积为1.2m2。

熔化区长度为22.5m，则经计算综合考虑后取第一对小炉中心线到前脸墙距离

d1=4m，相邻小炉中心线间距d2=3.5m。因为小炉宽度尺寸大小与各小炉中心距有关，一般为小炉中心距的45%~55%，计算可得小炉喷出口宽度在1.57~1.92m之间，则取小炉喷出口宽度为1.7m。

小炉喷出口高度为：

h?1.2?0.7m 1.72、小炉结构布置

小炉平碹采用插入式，即小炉平碹从大碹碹碴下面插入。小炉平碹做成上平下成弧形，以使小炉平碹与大碹碹碴连接不必找平。平碹内弧的中心角不小于80°，本设计取平碹内弧的中心角为90°，平碹中心处的平碹砖厚度为250mm。平碹砖的块数为奇数，所有平碹碹碴砖底面与小炉垛砖的砖缝与胸墙上层砖的砖缝成一水平，保证其能够自由膨胀。

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小炉顶碹做成倾斜状，一般下倾角在20°~25°之间，本设计取20°。小炉脖底做成水平状。

小炉脖底下的操作空间尺寸即熔窑池壁外侧到蓄热室内侧墙处的距离，这里的环境条件较差。因此，此处的距离一般在2.7~3.2m之间为宜，本设计取2.7m；脖底到操作走台的高度，以使工人操作不弯腰为准，一般在1.6~1.8m之间，本设计取1.7m。 6.2.2 燃油烧嘴的选型设计

1、燃油烧嘴选型

在玻璃行业，我国传统上多使用由国内自行设计的高压内混式GNB系列重油烧嘴，本设计选用由GNB-Ⅲ型烧嘴改进而来的GNB-Ⅳ型烧嘴。其具有火焰覆盖面积较大、雾化质量较好、油耗较低、噪音减小，烟气中NOx含量较小，并且操作简便，还能延长窑龄等优点；克服了GNB-Ⅲ型烧嘴所具有的气压和油压要求较高、内混室易结焦、火焰不易转向等缺点。

2、燃油烧嘴安装位置的选择

重油烧嘴的安装位置主要有：小炉底烧系统、小炉底下插入式燃烧系统、小炉侧墙插入式燃烧系统、小炉顶插入式燃烧系统、小炉顶烧式燃烧系统及碹顶插入式燃烧系统。

本设计采用小炉底烧系统，烧嘴砖设在紧靠小炉底面的横梁下面，即玻璃液面和小炉脖底面之间。

3、燃烧器的安装

燃烧器喷嘴砖的中心线距离液面150mm，燃烧器调节成仰角2°~6°，燃烧器距离喷火口前端200~500mm[15]，本设计采用3个燃烧器，取仰角5°，燃烧器距离喷火口前端300mm，燃烧器出口直径为100mm，燃烧器中心距为500mm。

6.3 余热回收部分

6.3.1 蓄热室形式

蓄热室的形式主要有连通式结构、分隔式结构、半分隔式结构、两小炉分隔式结构及两段式结构。

本设计的蓄热室形式采取分隔式结构。分隔式结构是将蓄热室以每个小炉分成若干个室，每个室的气体不能串通，气体分配靠每个室的支烟道上的闸板来调节。这种结构

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形式的优点是气体分配调节比较方便，热修时条件较连通式大大改善，所以这种结构形式的蓄热室在我国使用比较普遍。 6.3.2 蓄热室结构

蓄热室的结构主要包括顶碹、承重碹、格子体、分隔墙、炉条碹以及钢结构等。 1、顶碹

蓄热室的顶碹结构有很多形式，最为常用的就是连通式的半圆碹结构，这种结构既适合连通式蓄热室，也适合分隔式结构的蓄热室，拱碹可以设置为90°。本设计采用分隔式的碹结构，且拱碹设计为90°。

2、格子体

格子体是蓄热室结构中最为重要的组成部分，格子体结构的设计原则是格子体的使用寿命长、蓄热效能好、周期温度波动小。因此，格子体设计合理与否，直接影响到其使用寿命及蓄热效能。

3、分隔墙

分隔式蓄热室的分隔墙厚度一般为465~585mm，本设计采用580mm的分隔墙。此分隔墙的两头与两边侧墙咬砌，不能留直缝，即与两侧墙砌成整体，以防止分隔墙倒塌。分隔墙的顶部与蓄热室的顶碹之间留出膨胀缝。

4、炉条碹

炉条是承受蓄热室内格子体重力的砖材结构，炉条是由单一碹砖砌成的一条一条的拱碹结构，条碹与条碹之间有间隙，以便让气体通过。炉条的砌筑采用在拱碹上面用爬碴砖砌平的形式。

一般，炉条碹的宽度≥150mm，高度≥300mm，炉条间距≥150mm。本设计取炉条碹宽度为300mm，高度为600mm，炉条间距为200mm，炉条厚度取350mm。

5、钢结构

蓄热室的钢结构的作用是为了使蓄热室在高温作业下的砖结构安全稳定，尤其是当蓄热室的高度比较高时，钢结构的处理尤为重要。 6.3.3 蓄热室尺寸

蓄热室的长度决定于小炉的对数及其间距，其计算公式如下：

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L?d1?(n?1)d2?d3[13]

式中：d1—1号小炉中心线到蓄热室前端墙内侧的距离，m，一般d1=1.2~1.6m，或

d1=d2/2；

n—小炉对数；

d2—小炉中心线的间距，m；

d3—末对小炉中心线到蓄热室后端墙内侧的距离，一般d3=d1。

本设计取d2=3.5m，则d1=1.46m，d3=1.46m，则可计算出蓄热室长度为：

L?1.46??6?1??3.5?1.46?20.42m

分隔式蓄热室内格子体长度计算公式如下：

L'?L?(n?1)?[13]

式中：?—分隔墙的厚度，m。

本设计取分隔墙厚度?=580mm，则蓄热室格子体长度为：

L'?20.42?(6?1)?0.58?17.52m

因为在格子体周围预留50mm的缝隙，则实际蓄热室格子体的长度可计算出为16.92m，每节蓄热室内格子体长度为2.82m。

格子体受热面积公式如下：

F'?kFm[12]

式中：k—比例系数，烧重油时，k=15~30。

已知熔化区面积Fm?230.33m2，取k=29，则格子体受热面积为：

F'?29?230.33?6679.57m2

本设计采用连续通道式格子体，格子砖采用160mm×160mm，砖厚为40mm的筒子砖，则

单位格子体体积的受热面积：

f?2??0.16?0.16??16m2/m3

(0.16?0.04)??0.16?0.04?32

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格子体体积：

F'6679.57V???417.47m3

f16'格子体要满足构筑系数=H为1.0，则

格子体宽度：

并且HB?2.0~3.0，取构筑系数LB在0.6~1.0之间，

?417.471.0?B?16.92格子体高度：

23?3.3m

H?1.0?16.92?3.3?7.47m

又 HB?7.473.?3满足HB?2.0~3.0。

验证蓄热室内格子体的热负荷q，其公式如下：

q?mQnetF'[12]

262.式中：F'—玻璃池窑一侧蓄热室内格子体的总受热面积，m2；

Qnet—燃料的低位热值，kj/kg-燃料；

m—池窑的燃料消耗量，kg-燃料/h。

本设计消耗重油量m=3500kg/h，重油低位热值Qnet=40.14Mj/kg，可计算出蓄热室内格子体的热负荷为：

q?3500?40140?21032.79kj/(m2?h)

6679.57因为烧重油或天然气等高热值燃料时，q=20934~27214kj/(m2·h)，本设计计算出的热负荷值在这区间内，因此设计的格子体尺寸合理。

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蓄热室内格子体又分为三段，上段占格子体高度的15%~20%，中段占格子体高度的30%~35%，下段占格子体高度的40%~45%。因此，本设计取上段为1.49m，中段为2.61m，下段为3.37m。

6.4 排烟供气部分

6.4.1 烟道设计

1、烟道的布置

烧重油池窑的烟道布置有两种，即连通式烟道与分支式烟道。因为重油不需要预热，只有空气烟道，因此，布置比较简单。本设计采用分隔式蓄热室，因此烟道采用分支式烟道，空气烟道布置在蓄热室内侧。

2、烟道的尺寸与结构

烟道的尺寸决定于烟气的流量与流速，烟道内烟气的流速一般在1.5~3.0Nm/s，总烟道流速一般在1~2m/s之间，支烟道流速一般在2~4m/s之间[16]。本设计取总烟道和支烟道烟气流速为1m/s，分支烟道烟气流速为2m/s。因为每日烟气生成量为426720m3，则可计算出每秒烟气生成量为4.94m3/s。考虑外界空气吸入量，即漏气量，则可计算各总烟道、支烟道及分支烟道的面积及长宽尺寸。

1）分支烟道

小炉内及垂直上升道的漏气量占烟气量的5%左右，蓄热室漏气量占烟气量的10%~15%，。综合考虑去漏气量占烟气量的15%，本设计小炉对数为6对，则可计算分支烟道面积为：

4.94??1+0.15?=0.95m2

6烟道的高度与宽度相等，则可计算出分支烟道高度与宽度为0.97m。 2）支烟道

分隔闸板及分支烟道漏气量占烟气量的10%~40%，支烟道漏气量占烟气量的5%左右。综合考虑到达支烟道后漏气总量为烟气量的40%，则可计算出支烟道的面积为：

4.94??1+0.40?=6.92m2

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设支烟道的高度与宽度相等，则可计算出支烟道的高度与宽度为2.63m。 3）总烟道

总烟道漏气量占烟气量5%左右，大闸板漏气量占烟气量5%~10%，其他漏气量为5%左右，因此，综合考虑总烟道处的总漏气量为50%，则可计算出总烟道面积为：

4.94??1+0.50?=7.41m2

1设总烟道高度与宽度相同，则可计算出总烟道高度与宽度为2.72m。 烟道上面为拱碹结构，碹的中心角为90°，碹厚为230mm。 6.4.2 烟囱设计

1、烟囱高度

玻璃熔窑规模不同时，由于排烟系统内烟气流速与局部阻力情况相仿，因此玻璃熔窑阻力的差值比窑规模的差值要小得多，即不同规模的熔窑所需烟囱高度相差不大，大型池窑的烟囱高度在45~55m之间。本设计取烟囱高度为50m。

2、烟囱上口内径

烟囱内烟气流速按5Nm/s计算，烟气与漏气量的总流量为7.41m3/s，则可计算出烟囱上口内径为1.37m。 6.4.3 交换器选型

交换器是气体换向设备，对交换器的要求是：换向迅速，操作方便可靠，严密性好，气体流动阻力小以及检修方便。

换向器的类型很多，主要有跳罩式煤气换向器、圆盘阀水冷闸板空气换向器、闸板式空气换向器与水冷闸板式空气换向器等。对于重油、天然气、城市煤气等高热值燃料是通过电磁阀或调节阀来自动换向。本设计采用电磁阀来自动换向。 6.4.4 闸板选型

烟道上的闸板有：分支烟道闸板、中间烟道闸板、余热锅炉闸板、总烟道闸板以及小炉上升道闸板等。按窑型及其配置的不同，而对闸板的选择要进行取舍。

本设计采用我国生产的HZ系列的分支烟道闸板与总烟道闸板。

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6.5 池窑各部位尺寸

池窑各部位尺寸汇总后见表6-1。

表6-1 池窑各部位尺寸 长度 投料池 宽度 熔化区面积 熔化区长度 澄清区面积 窑池 澄清区长度 宽度 熔化部 池深 耳池 胸墙高度 大碹跨度 火焰空间 大碹股高 大碹厚度 长度 宽度 深度 分隔装置 胸墙高度 碹跨度 碹股高 0.1m 4.95m 0.45m 4.5m 4.5m 1.2m 1.46m 660mm 10m 230.33m2 22.5m 165.33m2 14.7m 11.25m 1.2m 2m×2m 1.95m 11.7m 2m 36

西南科技大学本科生毕业论文 碹厚度 面积 长度 宽度 池深 冷却部 耳池 大碹跨度 大碹股高 气体空间 大碹厚度 胸墙高度 小炉对数 面积 小炉喷出口 小炉 高度 小炉顶碹倾斜 池壁外侧到蓄热室内侧 蓄热室长度 体积 受热面积 蓄热室 格子体 长度 宽度 高度 16.92m 3.3m 7.47m 20° 2.7m 20.42m 417.47m3 6679.57m2 0.7m 宽度 6对 1.2m2 1.7m 350mm 500mm 0.35m 144.89m2 14.49m 10m 1.2m 2m×2m 10.45m 1.3m 37

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格子体上段 格子体中段 格子体下段 分隔墙厚度 拱碹 ，1.49m 2.61m 3.37m 580mm 90° 面积 0.95m2 0.97m 1.97m 6.92m2 2.36m 2.36m 7.14m2 2.72m 2.72m 90° 380mm 50m 1.37m 分支烟道 宽度 高度 面积 支烟道 烟道 宽度 高度 面积 总烟道 宽度 高度 碹中心角 碹厚度 高度 烟囱 内径

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第7章 耐火材料及保温材料选型

7.1 耐火材料选型

7.1.1 熔化部耐火材料选型

1、与玻璃液接触部分

玻璃池窑的熔化部，与玻璃液相接触的部分有：投料池、池壁、池底、耳池及玻璃液分隔设备等。这些部位除了受到玻璃液的冲刷侵蚀外，还会受到配合料的化学腐蚀，所以常常损坏严重，因此，这些部位的耐火材料要求较高。

1） 对于投料池，其砖材受到配合料及玻璃液的侵蚀、料层的磨损、玻璃液流的冲刷、火焰的冲击，因此损坏较为严重，需要用耐高温、耐磨损的材料。投料池壁采用33号电熔AZS砖，投料池底砖采用粘土大砖，厚度均为300mm。

2） 对于池壁，采用的是整块大砖竖缝砌筑，选用ZrO2含量较低的电熔AZS砖或电熔莫来石砖，本设计选用33号电熔AZS砖用于熔化部及分隔装置池壁，厚度为300mm。

3） 池底可用粘土砖或ZrO2含量较低的电熔AZS砖，下面为保温层，上面为防护层和耐磨层。本设计采用下面铺一层粘土大砖，其上铺一层锆英砂捣打料，使其与粘土大砖充分接触，再在上面铺一层33号电熔AZS砖。观测孔、测量孔等孔位处因受溢出火焰的冲刷，选用33号以上的电熔AZS砖。

池底由上向下所选耐火材料厚度为：

33号电熔AZS砖 75mm 锆英砂捣打料 25mm 粘土大砖 300mm

2、火焰空间

火焰空间部分包括：前脸墙、大碹、胸墙、小炉及气体空间分隔装置。这些部位不仅受到配合料粉尘与玻璃液挥发物的高温侵蚀，还要承担较高的高温载荷及换火带来的

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周期性温度波动。这些部位以前使用硅砖，但随着重油、天然气等高热值燃料的使用，窑温有所提高，因此，现在广泛采用优质硅砖、电熔AZS砖、电熔α-刚玉砖等。

前脸墙受到配合料的磨损、侵蚀及溢出火焰的冲刷，常采用33号电熔AZS砖或优质硅砖和烧结AZS砖复合使用。本设计采用优质硅砖与烧结AZS砖复合使用。

后山墙的侵蚀情况较前脸墙要稍好一些，因此只选用优质硅砖即可。

大碹和胸墙主要受碱性硫酸盐凝聚形成的蜂窝状蚀损及烧损，可选用硅砖、优质硅砖、33号电熔AZS砖。本设计选用优质硅砖，大碹耐火砖层厚350mm，胸墙耐火砖层厚度300mm。

7.1.2 冷却部耐火材料选型

冷却部的温度较低，玻璃液对耐火砖的侵蚀程度较轻，因此，只考虑耐火材料不得污染玻璃液这一问题。冷却部池壁可采用氧化法生产的33号电熔AZS砖、电熔α+β刚玉砖、电熔α-刚玉砖等。低温部位可选用电熔莫来石砖或较低标号的电熔AZS砖。本设计选用33号电熔AZS砖，耐火砖层厚300mm。对于冷却部池底，则选用300mm厚的粘土大砖即可。

对于冷却部气体空间，个别选用电熔AZS砖，一般则选用硅砖。本设计胸墙和顶碹选用优质硅砖，胸墙耐火砖层厚300mm，顶碹耐火砖层厚为350mm。 7.1.3 蓄热室耐火材料选型

1、碹砖与墙砖

蓄热室的侵蚀主要来自配合料及其挥发物，但侵蚀比熔化部上部空间慢。碹顶多数采用硅砖、高铝砖、电熔α-刚玉砖、电熔AZS砖、镁质砖、直接结合镁质砖或镁铬砖，本设计选用镁质砖，碹顶耐火砖厚350mm。蓄热室的侧墙及分隔墙主要采用抗热震性较好的耐火砖，上部墙采用镁质砖；中部墙可采用镁质砖或底气孔粘土砖，本设计选用镁质砖；下部墙选用低气孔粘土砖，侧墙及顶碹耐火砖层厚度为300mm。

2、格子体

格子砖必须具有较好的耐侵蚀性，并且高温强度大、抗热震性好，受到侵蚀后生成物的粘度小。根据气体温度不同，格子体砖的选材也采取上、中、下部的选择原则，格子体上、中部选用镁质砖，下部选用低气孔粘土砖。

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3、炉条

炉条主要承受格子体的重量，烟气到达炉条后的温度已经较低，因此炉条的砖材可与格子体下部砖材相同，均选用低气孔粘土砖，砖厚度为200mm。 7.1.4 小炉耐火材料选型

小炉由顶碹、侧墙和坑底组成。小炉用砖要求耐高温、耐侵蚀、耐冲刷及抗热震。当烧重油、天然气等高热值燃料时，喷火口、喷嘴砖选用33号电熔AZS砖，斜坡碹、水平通道碹选用优质硅砖，底面砖采用烧结AZS砖，碹顶、侧墙耐火砖层厚250mm，小炉底面砖层厚150mm。 7.1.5 烟道及烟囱耐火材料选型

烟道与烟囱内的气体温度较低，一般用粘土砖和普通建筑用砖即可。本设计选用低气孔粘土砖，厚度为230mm，建筑红砖厚度为150mm。

7.2 保温材料选型

玻璃工厂的能源消耗较大，玻璃池窑燃料消耗约占玻璃生产所耗能量的70%。因此，大力降低池窑热能消耗具有重要意义，而对池窑进行保温就是能很好的降低池窑热能消耗。

当然，有些部位不用保温，如熔化部玻璃液面线附近一段池壁区域及池壁砖缝、分隔装置、冷却部不用保温外，其他部位均要进行一定的保温。

1、池壁保温

池壁的保温采用在池壁耐火砖外层铺设锆英砂捣打料，再在捣打料外侧铺设轻质粘土砖的形式进行保温，保温层厚度由内向外为：

锆英砂捣打料 25mm 轻质粘土砖 180mm

2、池底保温

对于池底的保温，在池底采用1000mm×400mm×300mm的粘土大砖砌筑，再在其下铺设轻质粘土保温砖进行保温，保温砖层厚度为130mm。

3、胸墙保温

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对于胸墙的保温有很多的方案，根据不同池窑的设计采用不同的保温方案。本设计采用在胸墙砖外铺设轻质硅砖，再在轻质硅砖外铺设轻质粘土砖，最外层铺设硅钙板的方案，每种砖材之间采用耐火密封料进行密封，保温层厚度由内向外为：

轻质硅砖 130mm 轻质粘土砖 130mm 钙硅板 30mm

4、大碹保温

对于大碹的保温，在大碹耐火砖外铺设轻质硅砖，再在轻质硅砖外铺设轻质粘土砖，最外边铺一层铝板，各种砖材间用耐火密封料进行密封。保温层厚度为由内向外为：

轻质硅砖 130mm 轻质粘土砖 130mm 铝板 50mm

5、蓄热室保温

对于蓄热室的保温，本设计采用在蓄热室耐火砖外铺设轻质粘土砖，最外层铺设硅钙板的形式，每层保温砖间用耐火密封料进行密封，保温层厚度为由内向外为：

轻质粘土砖 230mm 硅钙板 50mm

6、小炉保温 小炉的保温与蓄热室的保温相同，均是在耐火砖外铺设轻质粘土砖，最外边用硅钙板封住，每层砖间用耐火密封料进行密封，保温层厚度由内向外为：

轻质粘土砖 230mm 硅钙板 30mm

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第8章 钢结构及附属设备选型

8.1 钢结构

池窑的钢结构一般分为覆罩部分炉体的外壳以及由型钢或铸铁及标准件所组成的构件两种。本设计采用由型钢及标准件所组成的构件，钢为3号钢。

1、窑池钢结构

窑池两侧用立柱（工字钢或槽钢）夹住，两侧立柱顶端用拉条拉紧，立柱的下端通过柱脚支承角钢用螺栓固定在次梁上。池窑顶碹用碹碴（槽钢或角钢）固定在立柱上。胸墙下部采用胸墙托架支撑，托架连接在立柱上。池壁部分则用顶铁及顶丝固定在立柱上。池底放扁钢，尺寸为20×80mm，每块大砖下面放2~3根，长度为100mm，避开砖缝。扁钢下面为次梁，次梁下面连接主梁，次梁与主梁接触处用顶铁隔开，主梁的数量具体根据窑池的长度和宽度确定。主梁下面接窑柱，主梁与窑柱间用顶铁隔开，窑柱采用混凝土砌筑，根据本设计尺寸合理布置窑柱，熔化部宽度方向布置4根窑柱，分隔装置宽度方向布置2根窑柱，冷却部宽度方向布置4根窑柱，每隔4m布置一根。

对于拉条，窑池的拉条因其顶碹跨度大于7600mm，则设计拉条到顶碹距离为500mm，螺扣余量为200mm，拉条超出立柱的距离为180mm。

2、蓄热室钢结构

蓄热室两侧墙壁用立柱夹住，立柱用拉条拉紧，立柱直接连到底面。蓄热室顶碹用碹碴固定在立柱上。

蓄热室的拉条因其顶碹跨度小于2400mm，则设计拉条到顶碹距离为300mm，螺扣余量为170mm，拉条超出立柱的距离为150mm。

8.2 附属设备选型

8.2.1 助燃风机选型

助燃风机采用一台，其主要技术指标为： 型号：4-68NO.12.5C； 风量：Q=24147m3/h；

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风压：P=2501Pa； 转速：n=1120r/min；

附：电机型号：Y280M-4；功率：90KW，带有减震支架及减震器；数量：2。 8.2.2 冷却风机选型

冷却风机在冷却部两边分别各布置2台，其主要技术指标为： 型号：4-72NO.16C； 风量：Q=121270m3/h； 风压：P=2117Pa； 转速：800r/min；

附：电机型号：Y315L-6；功率：110KW，带有减震支架及减震器；重量：3.4t；数量：4台。

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第9章 结构布置

9.1 投料机布置

本设计采用的是倾斜毯式投料机，将其布置在投料池外墙上方。本设计采用一台投料机，倾斜毯式投料机的主要技术指标有以下几项：

投料量：300t/d~1100t/d； 料层厚度：100~500mm； 投料机行程：160~260mm； 投料机往复次数：15次/分；

附：电机功率：7.5×2KW，重量：30t，电容量：15KW。

9.2 扒灰坑布置

因为在转弯处烟气会与墙壁想撞击，从而使烟气中的灰尘等因减速而沉积，会影响烟气的正常排放，所以在拐弯处需要设置扒灰坑。

烟气进入蓄热室底部的烟道后，再进入分支烟道需要拐90°的弯，因此，在蓄热室底部烟道外侧需要布置扒灰坑，另外，还需要在分支烟道、支烟道、总烟道等的拐弯处设置扒灰坑。每个扒灰坑的尺寸为2m×1m。

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第10章 全厂总平面布置

10.1 全厂总平面布置原则

玻璃工厂总平面布置是玻璃工厂设计的主要组成之一。因此，玻璃工厂全厂总平面布置必须遵循以下原则：

1、要遵循一般工厂总平面布置原则：（1）厂区内的建筑物、构筑物及交通运输线路的布置应使工艺流程顺捷，并且保证合理的生产作业线；（2）原料、燃料、半成品及成品的运输应当是连续的短距离运输，避免交叉往复；（3）厂内建筑物及构筑物的布置必须要符合卫生、防火、通风、采光及安全的要求；（4）建筑物、构筑物的外形应简单，布置要紧凑，以便厂区的利用率达到最大限度；（5）动力设施要尽量靠近负荷中心；（6）辅助车间及仓库要尽可能的靠近它所服务的主要车间；（7）厂区内人行道距离要最短，并且尽可能避免与货运线路交叉，特别是在工作紧张及行人往返多的地段内；（8）厂区内的管线网除必须转弯外，尽可能取直，不要在铁路及道路路基下面敷设各种管线，集中埋放地下管线地带应位于建筑物与道路之间；（9）要结合当地的地形起伏、工程地质、水文地质等条件，将主要建筑物、构筑物布置在条件好的地段，妥善处理主要生产车间与辅助车间、地上设施与地下设施、供气、供电、供排水、近期建设与远景发展的关系，以节约建设投资；（10）要合理选择建筑形式，使之便于生产并且缩小工厂占地面积，缩短工程技术管线及运输线路；（11）工厂总平面图应有合理的艺术性，建筑物及构筑物应与周围的环境及建筑物相配合，外观轮廓和道路系统平直整齐，各个建筑物要相互协调，适当地美化、绿化，使工厂成为一个建筑艺术的有机整体。

2、玻璃工厂一般位于城市或近郊地区，建筑物与构筑物的布置一般采用区带形式，竖向布置则一般采用连续式系统。因此，玻璃工厂厂区的布置必须紧凑，切实注意节约用地，少占用或不占用良田，采取合并建筑、集中布置等措施，使之既可以避免过多的占用土地，，又可以满足工厂施工、生产与发展的要求。厂区的布置必须要符合城市规划的要求，在可能的条件下注意工厂建筑群体的整齐美观，一般要将熔制联合车间沿城市主要干道一侧布置。

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3、玻璃工厂是连续不断的生产企业，玻璃又是易碎产品。因此，应该将原料车间、熔制联合车间、成品库紧接布置，使生产作业连续、顺直、短捷，以便改善玻璃液的熔化质量、减少玻璃半成品的搬运距离；应该使玻璃成品能够直接装车外运，以便减少装卸环节、减少玻璃破损量；辅助设施要合理配置，保证不间断的输送，以便达到简化生产、运输、装卸过程，节省劳动力，提高机械化水平，节省动力，减少设备损耗，降低生产成本的目的。

4、玻璃工厂熔制车间属于高温生产车间，应该布置在较为开阔、通风的地段。为保证正常的制板作业及避免高温对制板工人的影响，应该使熔化工段位于制板工段的下风侧。原料车间会散发一定的硅尘与碱尘，因此，原料车间一般应该布置在厂区边缘及下风地带，使工厂绝大部分设施避免受到粉尘的影响。

5、玻璃工厂原料车间、熔制车间的荷重较大，地下构筑物多而深，沉陷量要求小而均匀。工厂应该在满足生产的情况下，结合自然条件，将之布置在土质均匀、土壤承载力较大、地下水位较低的地段。

6、玻璃工厂总平面布置应力争将近期建设与远期发展相结合起来，要有利于挖潜改造。玻璃工厂生产规模发展时，一般采用在熔制车间内部进行改造：改建熔制车间或发展玻璃加工品种。前者考虑动力设施、仓库及堆场扩大的可能，后者考虑成品库附近可新建加工车间的可能。

10.2 全厂总平面布置

1、玻璃工厂组成

玻璃工厂大致由生产车间、辅助车间、生产服务设施三部分组成。

其中，生产车间由原料车间、熔制联合车间及玻璃加工车间组成；辅助车间由原木加工车间、造箱车间、打砖房等组成，浮法玻璃工厂还需要设置氮氢站、制氮工段、氮气管，制氢工段、氢气管，灌氧工段、氧气管，贮气罐等；生产服务设施包括动力设施（如变电所、空压站、锅炉房、油站、煤气站、液化石油气站、天然气调压站、汽油气化设施、重油裂解设施等）、公用工程设施（如水泵房、水池、沉淀池、水塔、冷却塔、污水泵房、污水处理站、上水管、下水管、循环水池、循环水管、热力管道等）、仓库堆场设施（如原料堆场、原料仓库、碎玻璃堆场、成品库、煤库、煤堆场、预均化煤堆场、原木堆场、木板及稻草堆场、木板及稻草库、材料库、露天材料堆场、设备仓库、

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包装箱回收堆场、化学品库、桶装油库、集装箱库等）、运输装卸设施（铁路、机车库、板道房、道路、汽车库、铲斗车库、电瓶车库、装卸设施、起重设施等）、全厂性设施（如办公室、化验室、警卫传达室、食堂、医务室、围墙、消防设施、自行车棚、三班宿舍、招待所、宣传设施、厕所、绿化、环保设施等）。因各玻璃厂的生产工艺方法有所不同，所选的设施也不尽相同，要根据各玻璃工厂的具体情况进行选择。

2、全厂总平面布置

本设计按照生产工艺流程、卫生、防火、安全、运输管理的要求，将全厂划分为厂前区、原料准备区、熔制区、成品及加工区、动力及辅助生产区、堆场和储存区，并按照该划分进行全厂布置。

厂前区包括办公室、化验室、警卫传达室、汽车库、食堂、出入大门等。厂前区的布置要与人流出入口相结合，本设计的主导风为西北风，要布置在整个工厂的上风向。

原料准备区包括原料车间、原料仓库、原料堆场等。原料车间为熔制车间制备和输送合格配合料的，因此要尽量靠近熔制车间进行布置；原料准备区的货物运输量大，因此要尽量布置在铁路、公路出入口附近；原料准备区的粉尘大，因此要布置在全厂的下风向，并远离煤堆场等产生污染物料的车间或堆场；变电所要布置在原料车间的附近。

熔制区包括熔制车间、耐火工段、废热锅炉、玻璃液池等。熔制车间是玻璃工厂的中心，本设计采用的是浮法生产工艺，因此要在熔制车间的熔化区附近配备空气压缩机站，在锡槽的合理位置配备氮氢站；熔制车间的温度很高，因此要将熔化工段布置在主导风的下风向，而切裁制板工段位于主导风的上风向；熔制车间的用水量及用电量较大，因此要将变电所及水泵房布置在其附近。

成品及加工区包括切装车间、成品库、平板玻璃加工车间、造箱车间等。因玻璃是易碎品，因此切装车间要紧接熔制车间制板工段；成品及加工区是进行成品包装外运及加工的区域，货运量大，因此要布置在铁路、公路出入口附近；成品库要与切装车间紧接布置；切装车间需要大量的包装材料，因此要将造箱车间及包装材料仓库布置在其附近；本区工人较多，因此其布置要与厂前区靠近。

动力及辅助生产区包括机电修理车间、动力设施、公用工程设施等。因动力及辅助生产区不间断的向生产车间供电、气及燃料，因此要布置在靠近主要生产区的地方；油站应布置在全厂的下风向。

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堆场及储存区包括包装材料堆场、油库等。堆场及储存区要尽量靠近所要供应的生产车间。

考虑到玻璃工厂的发展前景，工厂应该布置在平坦、开阔、交通运输便捷的地方。考虑到玻璃工厂的后期扩建，工厂应该在其生产区附近适当预留空地，保证后期扩建的设施能够与原有设施相对位置合理，利于生产及运输。

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结论

本次设计的是能够达到日产600吨玻璃液目标的平板玻璃工厂浮法玻璃池窑结构。设计的内容主要有：对原料、燃料的堆放储存的设计、对玻璃池窑结构的设计、对全厂布置的设计。

针对目前国内外已建成投产的浮法玻璃池窑的运行情况，以及一些池窑在结构上存在的问题，为了设计出能够达到日产600吨玻璃液的合理的玻璃池窑，本次设计通过网络搜索、图书馆借阅图书及其它途径收集了许多关于玻璃池窑的相关资料，在原有优质的东西已经存在的条件下，合理的借鉴了一些以前人们的经验数据，并参考了有关玻璃池窑的最新改进结构、最新技术理论方面的书本文章，根据最新的玻璃池窑结构设计流程合理的进行了设计。

具体的新技术有：窑体采用了保温结构，耐火材料采用了比较高强的最新耐火材料，窑池采用了国外的浅池平底结构，池底为多层复合型结构，蓄热室采用了分隔式结构，烟道采用了分隔式结构，并采用了电磁阀自动换向的交换器。

本次设计的玻璃池窑还有待实践的检验，即使理论上已经合理，但实际生产上可能会达不到预计的效果，也可能会遇到新的一些问题，因此需要在以后遇到具体问题具体解决。

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