玻璃窑炉设计技术

玻璃窑炉设计技术第一章单元窑E承受一种称为单元窑的窑型。它是一种窑池狭长，用横穿炉膛的火焰燃烧和使用金属换热器预热助燃空气的窑炉。通过设在两侧胸墙的多对燃烧器，使燃烧火焰与玻璃生产流正交，而燃烧产物转变方向后与玻璃流逆向运动。因此在单元窑内的玻璃熔化、澄清行程长，比其它窑型在窑内停留时间长，适合熔制难熔和质量要求高的玻璃。单元窑承受复合式燃烧器，该燃烧器将雾化燃料与预热空气同时从燃烧器喷出，经烧嘴砖进入窑炉内燃烧。雾化燃料处在燃烧器中心，助燃空气从四周包围雾化燃料，能到达较好的混合。所以与承受蓄热室小炉的窑型相比，燃料在燃烧过程中1.05窑内温度、气氛及窑压的分布始终能保持稳定，这对窑温、窑压、液面及燃烧气氛实行自动掌握等系统，E拉制玻璃纤维的优质玻璃液。所以迄今在国际上单元E单元窑与其它窑型相比的缺乏之处是能耗相对较高。这是由于单元窑的长宽比较大，窑炉外围散热面积也大，散热损失相对较高。承受金属换热器预热助燃空气的优点是不用换火，缺点是空气预热温度，受金属材料抗氧化、抗高温蠕变性能的制约，一般设计650—850。大多数单15热再予利用，其热效率还可进一步提高。一端穿过沉式流液洞流至称为通路的拉丝作业部。第一节单元窑的构造设计一、 化面积确实定单元窑熔化面积可用公式F=G/g表示。式中F———熔化面积，M2；〔t/M2·d〕。原料成分、水分、质量的掌握和窑炉运行的掌握水公平，同时还与纤维直径有关。一般拉制纺织纱的单元窑，g取0.8—1.0t/M2·d，拉制粗直径纱时可取略1.5t/M2·d二、熔池长、宽、深确实定L和池宽B宽比〔L/B〕来打算的。即：FB=————平方L/BL/B8—50t/d，〔L/B〕5—4。随着单元窑协作料微粉化及熔制工艺和鼓泡技术的进展与成熟，以及窑体耐火材料的质量提高和承受保温技术等措施，使熔池长宽比3计取〔L/B〕值时，只有在考虑为下届窑炉有较大扩为3—4。h1350℃以内，而池底温度又直F玻璃单元窑，由于池底部位实行保温顺鼓泡技术措施，在提高熔化率的同时，使热点四周的池底玻璃温度也提高1440—1470℃，因此池底2/3铺面层砖改用耐温顺耐侵蚀性能更好的致密铬砖。有时也可通过适当加高池深来到达降低池底温度。一般900mm三、池底鼓泡位置确实定几种方式。部位有助于打散生料堆。但由于投料口和投料机的改进，目前已没有必要使用这种方法了。的玻璃液温度已经比较高了，因此通过鼓泡可强制较高温度的玻璃液向生料区推移，底部的玻璃液也可翻到面上吸取窑炉火焰空间更多热量，起到助熔作用，通过物理和数学模拟也都能证明这一点。要留意的是不能让生料层掩盖在鼓泡区域的玻璃液面上，否则将无法起助熔作用。2/3翻至玻璃液面排泡，起到促进澄清和均化的效果。E1/32/3—4/5进澄清和均化作用。这种布置也是轻工窑炉鼓泡常用1mEE的微粉原料熔制*玻璃液中存在大量的气泡，因此良好的澄清和均化是确保玻璃液质量和提高熔化率的主要因素，承受两排鼓泡集中布置可起到类似窑坎阻挡生料流的作用和加强玻璃液均化的作用。四、窑池构造设计〔1〕E合小型池窑，池壁内侧没有横缝，池壁使用期一般不超5窑。该构造对局部低温区可用致密锆砖替代昂贵的致密铬砖，节约局部投资。适用于较低温的池壁，这种AES,砖，其横缝与竖缝的侵蚀速度差异不大。〔2〕池底构造。A.适合于池底温度长期不高于二侧的致密铬砖高出池底面，而鼓泡头又高于两侧铬砖的方式，这样可在鼓泡头位置以下形成液滞流区，削减由于玻璃液冲刷对池底造成的侵蚀。C.实行鼓泡50mm蚀。流液洞构造。当熔化池中已熔化、澄清好的玻璃液流经流液洞时，被强制降温并流入作业部的主也是熔化部和作业部的分隔区。E通常构造流液洞外，也常承受一种带有挡砖的流液100—150mm，包覆合金皮，浸入玻璃液局部的铂合金1mm，0.5mm。150mm，以致当侧墙砖被侵蚀时，挡砖照旧完整。为安全起见，在制订窑炉砌筑打算时，要使得包铂挡砖能在砌窑收尾阶段插进去。挡砖以下的流液洞尺寸一般是洞高为洞1/2—4/5，这种洞口形式更有利于从熔化池猎取熔制质量好的玻璃进入主通路。此外玻璃液进入流4_—12m/h时流速比较高的玻璃对底砖的侵蚀也较大，因此在流液洞处底砖要用铬砖面衬。挡砖使用时间，可考虑在挡砖侧面开两个直径25mm产量比较大的单元窑和玻璃液在洞内流速较快的情况。五、火焰空间构造设计的周边包括胸墙、前墙和后墙。窑池长、宽确定之后，影响火焰空间大小的就是胸墙高度。对火焰空间容积确实定，主要考虑燃料的燃烧和发热状况。玻璃窑炉内燃料的燃烧属于集中式燃烧。除了高温环境及充分的助燃空气条件外，燃烧速度还取决于氧气的集中和不断与燃料混合!燃烧的过程，氧气集中速度将直接影响燃烧的速度，同时必需供给足够的集中空间和时间，使燃料到达完全燃烧。送入窑炉空间的燃料的化学能及燃料与空气的物理能之和与空间容积之比，称为容积发热强度。依据窑炉运行阅历及充分考虑到窑炉耐火材料所允许的承，通过该数值可以计算或核算胸墙高度。一般轻工窑炉0.8—1.0m。一般胸墙重量都是独立支撑在立柱上，池壁与胸间隙，烤窑完毕后再用锆泥把余留的缝隙密封。在胸墙部位沿窑长方向分设多对烧嘴。支撑烧嘴的烧嘴砖，插入两侧胸墙，彼此相对放置。烧嘴间距600—1000mm，承受气体燃料或低粘度燃料油，600mm烧嘴喷油孔过小简洁堵塞，这时可适当放大油孔，烧嘴间距也相应放大。在投料口区第一对烧嘴与后池墙之间的距离对生料熔化和排烟温度都有影响，距离越小该区温度高，化料快，但排烟温度高，会降低热效率，甚至使金属换热器过热。距离太大不利化料，影1.2—1.6mm0.3—0.5mm熔化状况和便于对燃烧嘴观看和调整，应在胸墙上设置肯定数量可开闭的观看孔。六、烟道从熔窑通到换热器的烟气，先经水平烟道，再过垂直烟道进入换热器。水平烟道的截面尺寸，通常按1—2m/s烟道截面又略大于水平烟道截面。烟道耐火材料的侵蚀通常是很严峻的。这不仅由于排出气体的速度快，而且还由于烟气中夹带有协作料粉尘。所以在水平烟道入口处底面，使用质量好的致密铬砖，稍后部位才用致密锆砖，再往后的底面、侧墙、磁砖则使用标准AZS刚玉砖。七、通路构造设计通路的作用是承受从熔窑流液洞或挡砖下通道流过来的玻璃，渐渐降温、恒温，并使之到达适宜的成型温度。尽管通路和熔窑两者实际是相连的，但通路的操作和掌握完全与熔窑分开。并在多段通路的状况下，每段也都要单独掌握，以保证满足拉丝所必需的成型温度。通常习惯称与熔窑相连接的通路局部为主而从通路到各段作业通路间的连接通道称为过渡通路。为了有助于玻璃液的均化和温度调制，不少专业4.5—5.5m。通路深度：主通路液深自流液洞后分几个台阶逐渐减低，最终一个台阶的液深为100—160mm，常在该台阶前再设置一块铂铑合金的挡砖，挡砖浸50—80mm〔也有在挡砖前设玻璃液溢流装B2O3挥发量较大的那层玻璃液〕。100—160mm与拉丝作业区玻璃的温度有关，目前常设计为100—110mm。E1.0—也有在同一条成型通路上承受前后段两种不同宽度的构造。其次节耐火材料的选用及砌筑因此随着时间的推移，将会渐渐地被剥落和熔入玻璃液，并给玻璃液造成气泡、波筋及难熔结石等缺陷，材料。一、E1.致密氧化铬砖EE首选优质耐火砖材。主要技术指标为Cr2O3含量＞94%,空气孔率＜15%，体积密度＞4.24g/cm3，侵蚀损耗只有致密锆砖的1/10E部池壁、熔化部高温部位池底、主通路池壁和池底、过渡通路池壁等。国际上常用的致密氧化铬砖牌号有美国C1215C—1215ZCR—100VGT—DYKOGR95WAUC—PC—95。致密氧化锆砖该砖的抗高温&玻璃液侵蚀性能略低于致密氧ZrO2E1370E型通路的池底以及成型通路流液槽和漏板托砖等。此外致密锆砖还作为致密铬砖的背衬砖被使用。CORHARPZS—1300、ZS—1500、ZS—835ZS—78PGT—DYKOZS65WA，日本品川株UC—Z、UC—CZ、UC—CZB致密锆砖，已为国内玻璃、玻纤窑炉局部应用。KGT—DYKO3.75g/cm317%。该砖牌号为槽及漏板托砖。标准锆砖ZrO266%，容重为3.7g/cm3，焰空间的胸墙和顶盖砖、烧嘴砖。但也有承受AZS砖等。烧结莫来石砖Al2O3＞74%;SiO22.2%。容重及前端墙砖、通路烟道内衬砖、大碹碹脚及放料口外层砖、换热器入口烟道外墙砖等。还有一种承受融熔法形成莫来石晶体后再烧结成的莫来石砖；具有更优电熔锆刚玉砖〔AZS〕15.9%。容重为3.85g/cm3，主要用途是熔化部烧嘴砖及投料口砖。电熔铬刚玉砖该砖化学组成为Cr2O328.3%，Al2O358.3%，MgO，Fe2O35.23.4g/cm3。主要使用在换热器入口处的烟道接口砖。二、窑炉的砌筑技术重要的环节。下面对砌筑技术要点作一简洁介绍。钢架验收和预砌筑构造放线施工。按钢构造设计要求和施工允许偏差铺设主、次梁和扁钢，同时也对通路钢构造进展施工。砖缝有严格要求的池壁砖、池底铺面砖及全部承重拱砖应进展预砌筑。但假设上述砖材的尺寸精度很高，完全符合设计要求，也可不进展预砌筑。凡进展预砌筑的砖必需按挨次编号，正式砌筑时对号入座。砌筑挨次和方法在池底钢构造验收合格的根底上，按窑炉施泡及成型通路上各台拉丝漏板的中心线。池底砌筑，包括通路底。砌好保温砖和高岭30—50mm多层型地底构造在砌筑时必需按标高负偏差掌握，池底总厚度的允许偏差一般为-3mm。在池底高岭土大砖上面铺设一层铬质捣打料作为密封层，可防止玻璃液渗透至抗腐蚀性差的粘土砖层。保证水平度，否则要对该部位底面砖进展加工，直至到达要求。多层池壁砖砌筑时，先里后外地操作，要确保炉膛内尺寸，严禁砖材砍凿面朝向炉膛。墙角需穿插压缝砌筑，严格保持垂直度。设计要求安装碴碴角钢，立柱与碴碴角钢必需紧靠，同时定准标高。验和相应尺寸检查后，大碹由两侧同时向中心砌筑，并要求连续作业，尽量掌握在!*+内完成。大碹保温层施工待烤窑完毕后进展。砌筑胸墙、前墙、后墙和通路火焰空间。胸倒的措施。用吸尘器吸净后进展砌筑。熔窑烟道和烟囱的砌筑，还要与金属换热器相协作，通路烟囱必需等通路砌筑完毕后再砌筑。砌筑方法分干砌和湿砌两种。间部位的挂钩砖，熔化部和烟道的碹碹砖，电熔砖砌体及通路顶盖砖。烟囱及窑炉的保温层砖，湿砌所用泥浆应依据所用耐火砖材配制相应耐火泥。砌筑的质量要求和检验砖缝。要求砖与砖间的缝隙要小，空间各部2mm。碹顶砖缝1mm，保温砖可扩大至3mm。膨胀缝。耐火砖材受热会膨胀，应依据所用1m的砌体内留设膨胀缝的平均值可用平均线膨胀系数!均求出。池底砖、池壁砖，要适当削减，以防胀不满E5mm。膨胀缝要均匀分段〔间2m〕留设，内外砖层间按封闭式留设，上下砖层间按穿插留设，胀缝内应保持清洁，外层用胶带密封砖缝。寸和砌体外表平坦度都有严格的允许误差范围。砌体砖缝用塞尺检查，塞尺厚度等于被检验砖缝的规定厚2m完毕并对窑内屡次清洁后进展密封处理，尽量削减外界杂物、尘第三节单元窑的附属设备一、投料机E100—300中含硼原料受高温又简洁结块，所以比较适合的投料机是螺旋式投料机。这样给料仓可以放置在离开熔窑一段距离的位置处，削减受炉体高温散热的影响。投料机出口端插入胸墙上部，为了避开该处受窑炉热量该夹套用不锈钢板焊接，内通循环冷却水。由于废气SO2、燃料中含硫物质的SO2而使废气呈较强的酸性。因此这种工作环境对投料机金属材料会有肯定的腐蚀影响。连续稳定地投料。E备用。二、鼓泡器前节单元窑构造设计中，已对鼓泡器的作用及安装位置等作了介绍。鼓泡器的关键构造是鼓泡头，由于要长期插入熔窑的玻璃中，因此必需选用耐高温顺E铐合金材料，它可确保在窑龄期内的安全使用。鼓泡头端部开有流通空气的小孔，依据泡径要求一般为直0.8—3.0mm堵孔的，所以开孔也不能过小，同时要求进入鼓泡管的空气必需经过过滤枯燥处理，到达含尘量小于1mg/cm3，枯燥常压露点/(#0通堵孔。进入系统气压在#)%123左右，备用冲孔管路气压在#)4123以上，随液深增加，气压也要适当加大。此外还要依据泡频，即每分钟的鼓泡数量进展气量调整0.3MPa，鼓泡空气消耗量约为0.7MPa。实际运行时泡频应视窑内熔化状态稍作调整。要留意鼓泡压力和流量都不能过大，不允许鼓泡区域消灭沸腾状态。三、燃烧系统内装有蒸汽盘管加热，以保持油温为#$&’左〔承受手动回油阀，最好并连一个过压回油阀，当油压超过后面系统所能承受的压力时，即翻开或开大回油，以假设使用粘度大的重油时，先进入二级加热器中的蒸汽加热器，使油温上升到!($&’，再进入电加热器，将燃油连续加热到!)&!*$’。假设是使用粘度小的燃料油时，油温在+$$’即可满足燃烧器雾化要求，则原二级串联加热器改为蒸汽和电加热器并联，互为备用〔二级串联加热器之后，通常还增加一路备用电加热器〕。从加热器流出的燃油最好再经过一道二级过滤装置，然后通过电磁阀、减压阀、流量计及调整阀等装置，最终送到炉前的每一个油烧嘴。油雾化后，与助燃空气同时从燃烧器喷入窑内燃烧。承受低粘度燃油可以使用($,-.低压空气雾化；在雾化空气管路上装有调整阀和流量计，空气量应是雾化空气量和通过金属换热器送出的二次预热空气量之和，该调整阀是为了依据燃油量变化来调整空气量的，目的是确保良好的雾化效果。金属换热器送出的二次预热风，被安排到各燃烧嘴时，可通过入口处的蝶阀，单独调整进入各烧嘴的助燃空气量。有的设计为了提高对窑温的调控力量和防止换热器温度过高受损坏，也可以在金属换热器出口的热风总管上装有自流量的选择要考虑窑炉燃烧温度的要求。化。助燃风机与安全切断阀、油泵实行连锁。工厂调压房送到车间，其压力一般是$“/0-.，经过滤器，安全切断阀、减压阀，将气压降到$“!$各个燃烧器供燃烧。它不再需要雾化系统，而助燃空气局部与燃油系统一样。需要增加说明的是安全切断阀除与风机连锁之外，还受自然气进气压力掌握。当进气压力高于过滤器及其后的仪表所能承受的压力时，为保护系统仪表，安全切断阀马上切断；而当进气压力低于正常工作所需要的压力时，也马上自动关闭，以防自控系统混乱。单元窑燃烧系统常常承受的是一种复合型燃烧〔或燃气烧嘴，或油和燃〕组成。为了调整火焰长短，在风套外面时也能满足熔制玻璃的要求。2.通路燃烧系统石油液化气作热源时，要在液化气站内预先除去#$等高气化点碳氢化合物，由于这类物质在常温下检测的结果调整初混空气量，保持进入燃烧系统的燃气热值。式，分别做如下介绍。大系统式空气、燃气预混燃烧装置，引入车间的燃气依次经由过滤器、安全切断阀、压力调整阀〔如需减压时〕、流量计、到达零压阀。这时燃气压力为零值〔相当于当地大气压力〕，并与也经过滤后的另一路空气同时被吸入机械混合器〔由于燃气风机的抽吸造成混合器负压〕。位于混合器顶的手轮用来变化空气或燃气的进口截面积〔或阻力，这样可以调整空气和燃气的比例。空气和燃气按肯定比例通过燃气风机进展搅拌混合，并同时提高压力到达%’+23器〔保护风机用〕再到流量计。在多孔板与流量计之间又设置了爆破头放空管和人工放空管，供开车时先每一路都可以独立掌握，并设置独立的调整阀、多功能阻火器〔一用一备〕，分送到多组预混气安排管。每一安排管又通过金属软管分送到各个烧嘴。预混气从烧嘴喷出后，在烧嘴砖内燃烧，从观看孔看通路，可见到发亮的各个烧嘴砖孔和温度均匀的通路玻璃液面。通路的温度通过插入顶盖砖以下$(00的热电偶来检测；先由变送器变成调整器能承受的讯号，再由调整器经过比例、积分、微分运算，并与掌握值进展比较后送出电流讯号。如调整阀承受气动式，则电流讯号转换成压缩空气的压力讯号；如调整阀承受电动式，则弱电流讯号放大而后送到调整阀。当通路温使通路温度上升，反之也一样。关于安全保护，首先要有正确的设计，保证燃烧调整过程始终在安全运行范围，不会产生回火。假设预混气管路受外部高温影响，造成管内温度高于着火温度，必定产生回火。这时多功能阻火器能将回火阻一是阻火器内有双金属阀片，一旦阻火器温度过高，有可能烧坏不锈钢丝网时，阀片先发生变形来阻断预混气通过阻火器；二是阻火器上有一个微动开关，一旦发生回火，便发出电讯号让调整阀关闭。〔2〕小系统式空气燃气预混燃烧装置。其工作送到各独立的小系统〔按主通路、过渡通路和成型通〕经减压阀、流量计后也被分送〔相当于当地大气压〕，再通过微完成燃烧，所以一般在通路空间是见不到火焰的。通路空间温度由插入顶盖砖以下的热电偶检测，积分、微分运算，并与设定温度值进展比较后送出调整信号，通过电气转换器和气动调整阀进展调整。调整阀门开大〔或关小〕，则空气量增大〔或减小〕，燃气量也会按比例同时增大〔或减小〕，于是通路温度随之相应上升〔或降低〕。通路火焰空间掌握点的始终保持进入混合器的空燃气量符合肯定比例，这样才能到达比例调整掌握温度的目的。各独立小系统均设有多种安全保护装置，如混合器出口气管路上设有爆破头，爆破头上的微动开关与〔安全切断阀爆破头内$%$&使该系统的人工复位阀、电磁阀失电而切断燃气，但其余各独立系统照样可正常运行。此外在混合器入口管路上还设有压力开关，如遇到助燃风机压头突然下降，有可能造成混合气喷出速度降到临界速度以下，这时压力开关可提前使电磁阀失电并自动断开，防止电磁阀就不会翻开，进一步保证系统安全运行。小系统的调整阀设置在助燃空气管路上，这样更安全些，并可以不设阻火器。调整阀承受气动薄膜阀这样可保证在运行操作过程中始终有肯定量的混合气流过烧嘴，可防止因烧嘴处流速过低而造成回火。求，设计者可依据实际条件选用。四、金属换热器E1500℃以下；在经水平烟道和垂直烟道的冷却后，也仍可能达1350—1450700—850℃。相当于增加30—40%的热能利用率。实际上预热后的助燃空气，提高了燃料的理论燃烧温度，增加了火焰辐射强度，对提高单元窑熔化力量也很有好处，所以其综合节能效果还要大。.$/〔喷嘴〕，以较高速度制造较简单，目前国内的(玻璃单元窑上还使用不多。量作为依据。而且还要考虑材料的抗氧化性能和高温蠕变性能等因素。金属换热器的安全使用是单元窑设计者和工厂必需认真考虑的事。在烤窑升温阶段，换热器刚投入使用时，随着窑内烟气温度不断上升，换热器自身温度也随之上升，其材料就会发生快速热膨胀。换热器筒壁和管道的胀缩，均由各自的波浪状膨胀环来吸取，而整体构造的热膨胀则必需通过人工操作来进展调控。如准时松开定位装置上方的螺栓，增加平衡砝码并保证平衡装置的自由上下移动等措施。一个重要的阅历是升温前在吊装换热器时，保证换热器底部平面提升到离烟道出口耐火砖的肩部约!“#$$，这样当温度上升后，换热器可自由向下延长。一般状况下，延长量不超过!##$$器底面与烟道砖肩部距离缩至“#$$向上拉升措施〔增加平衡铁〕。当换热器进入正常运行状态〔即膨胀已完全释放〕时，可把换热器底部的定位螺母固定，并保持换热器底面与烟道砖肩部距离约为“#$$。换热器上、下段内壁及空气进、出口等部位均应准时处理换热器的工况变化。依据换热器所用材料及%玻璃单元窑燃烧工艺的要求，一般设定预热空气报警温度为设计温度加“#&，内壁报警温度为材料允许长期工作温度减“#&翻开放空风口蝶阀排放掉肯定量的热空气，并同时参加冷空气进入量来降低换热温度。固然也可通过降低烟气温度的方法来处理。此外为保证安全还要留意两点：一是运行过程中只要烟气温度超过’“#&，换热器内就要有足够的空气流量；二是消灭预热空气温度过高时，还应推断是否有未完全燃烧的燃料进入换热器内连续燃烧〔一旦消灭应快速削减燃料供给量〕。第四节助熔易燃技术的应用一、关心电熔在单元窑上的应用沟通电通过电极在熔融玻璃液内产生焦耳热，从而改善玻璃的熔制、澄清与对流，这就是电关心加热，也20—40%。由于电助熔根本上不增加窑炉散热量，只有电极保护1tEE玻璃或1玻璃耗电约降低)左右。有关电熔窑内容详见本章第五节。二、纯氧助燃技术的应用众所周知，自然状态下空气中的氧气含量约为21%。通常玻璃窑炉燃料燃烧所需的氧气由空气供给79%的氮气有害无益。大量氮气被加热后作为废〔烟〕气排入大气，造成热量损失，氮气在高温下有少量氮与氧NO2大量氮气的烟气流过蓄热室或换热器等设备后还加速腐蚀，缩短设备使用寿命。2040术格外适合于熔化量较小的单元窑、马蹄焰窑等。焰称为氧&燃料燃烧或纯氧助燃。该项工艺在单元窑上应用的关键之一是喷枪的选用。由于氧气直接输入10°角，其余各对穿插布置，为避开因纯氧助燃产生的火力大和温度高的火焰直接冲击对面胸墙。液态氧以及现场制氧等。1.节能。由于燃料燃烧更为充分，火焰强度大，热辐射力量强；由于废气及其带走的热量削减，热效率提高。据报道，纯氧助燃工艺的节能效果到达#$)以上。削减废气和粉尘排放。主要是氮氧化合物废气含量大大减小，所携带的粉尘量也相应削减。据报道最高可削减，粉尘排放量可削减。这对美国等环保立法掌握排放量的国家，更具有推广应用的价值。提高玻璃产量和熔化质量。国外承受纯氧助燃气泡〔灰泡〕削减了*-)。其它效果。由于削减其它的环保措施费用，削减约投资等效果〔不计算制氧设备投资〕。优点，已开头重视对这项技术的开发和应用。第五节窑炉的启动和投产一、投产预备窑炉钢构造和窑体砖构造施工过程中应当建立分项验收制度。首先是对钢材、砖材、保温材料及耐火