玻璃窯爐設計技術檔

第一章單元窯用來制造E玻璃和生產玻璃纖維的窯爐,通常采用一種稱為單元窯的窯型。它是一種窯池狹長,用橫穿爐膛的火焰燃燒和使用金屬換熱器預熱助燃空氣的窯爐。通過設在兩側胸墻的多對燃燒器,使燃燒火焰與玻璃生產流正交,而燃燒產物改變方向后與玻璃流逆向運動。因此在單元窯內的玻璃熔化、澄清行程長,比其它窯型在窯內停留時間長,適合熔制難熔和質量要求高的玻璃。單元窯采用復合式燃燒器,該燃燒器將霧化燃料與預熱空氣同時從燃燒器噴出,經燒嘴磚進入窯爐內燃燒。霧化燃料處在燃燒器中心,助燃空氣從四周包圍霧化燃料,能達到較好的混合。所以與采用蓄熱室小爐的窯型相比,燃料在燃燒過程中更容易獲得助燃空氣。當空氣過剩系數為1.05時能完全燃燒,通過調節(jié)燃料與助燃空氣接觸位臵即可方便地控制火焰長度。由于使用多對燃燒器,分別調節(jié)各自的助燃風和燃料量,則可以使全窯內縱向溫度分布和爐內氣氛滿足玻璃熔化與澄清的要求,這也是馬蹄焰窯所無法達到的。單元窯運行中沒有換火操作,窯內溫度、氣氛及窯壓的分布始終能保持穩(wěn)定,這對熔制高質量玻璃有利?，F代單元窯都配臵有池底鼓泡,窯溫、窯壓、液面及燃燒氣氛實行自動控制等系統(tǒng),保證了難熔的E玻璃在較高熔化率下能獲取用于直接拉制玻璃纖維的優(yōu)質玻璃液。所以迄今在國際上單元窯始終是E玻璃池窯拉絲的首選窯型。單元窯與其它窯型相比的不足之處是能耗相對較高。這是因為單元窯的長寬比較大,窯爐外圍散熱面積也大,散熱損失相對較高。采用金屬換熱器預熱助燃空氣的優(yōu)點是不用換火,缺點是空氣預熱溫度,受金屬材料抗氧化、抗高溫蠕變性能的制約,一般設計金屬換熱器的出口空氣溫度為650—850。大多數單元窯熱效率在15%以內,但如能對換熱器后的廢氣余熱再予利用,其熱效率還可進一步提高。配合料在單元窯的一端投入,投料口設在側墻的一邊或兩邊,也有設在端墻上的。熔化好的玻璃從另一端穿過沉式流液洞流至稱為通路的拉絲作業(yè)部。第一節(jié)單元窯的結構設計一、單元窯熔化面積的確定單元窯熔化面積可用公式F=G/g表示。式中F———熔化面積,M2;g———熔化率,(t/M2〃d。熔化率反映單元窯的設計和生產管理水平,包括原料成分、水分、質量的控制和窯爐運行的控制水平等,同時還與纖維直徑有關。一般拉制紡織紗的單元窯,g取0.8—1.0t/M2〃d,拉制粗直徑紗時可取略大一些1.5t/M2〃d。早期的技術資料表明當年的單元窯平均日產玻璃的熔化面積,可見現在已有較大進步。二、熔池長、寬、深的確定(1池長L和池寬B是根據熔化面積和熔池長寬比(L/B來決定的。即:FB=————平方L/BL/B越大,投入窯爐的玻璃原料從熔化到完成澄清,其間的玻璃“行程”越長,也越有利于熔化和澄清。早期設計的單元窯熔他是很長的,日產量在8—50t/d,(L/B5—4。隨著單元窯配合料微粉化及熔制工藝和鼓泡技術的發(fā)展與成熟,以及窯體耐火材料的質量提高和采用保溫技術等措施,使熔池長寬比在3左右,也同樣可以獲得滿意的玻璃質量?，F在設計取(L/B值時,只有在考慮為下屆窯爐有較大擴產需要時才選取(L/B大一些,一般情況下取(L/B為3—4。(2他深h主要取決于玻璃的透熱性及池底耐火材料能承受的溫度。早期池底鋪面磚選用致密結磚時,池底溫度一般控制在1350℃以內,而池底溫度又直接影響玻璃熔化質量和窯爐熔化率?，F在的F玻璃單元窯,由于池底部位采取保溫和鼓泡技術措施,在提高熔化率的同時,使熱點附近的池底玻璃溫度也提高到1440—1470℃,因此池底2/3以上高溫區(qū)域的鋪面層磚改用耐溫和耐侵蝕性能更好的致密鉻磚。有時也可通過適當加高池深來達到降低池底溫度。一般而言,E玻璃單元窯單產在以下30t/d,池深選600—700mm,隨著單產的增大,目前的最高池深可達900mm左右。三、池底鼓泡位臵的確定單元窯池底設臵鼓泡裝臵,按其作用大致有以下幾種方式。(1將鼓泡器布臵在配合料生料堆聚集層最厚的部位有助于打散生料堆。但由于投料口和投料機的改進,目前已沒有必要使用這種方法了。(2將鼓泡器排布在生料堆消失的位臵,該部位的玻璃液溫度已經比較高了,因此通過鼓泡可強制較高溫度的玻璃液向生料區(qū)推移,底部的玻璃液也可翻到面上吸收窯爐火焰空間更多熱量,起到助熔作用,通過物理和數學模擬也都能證明這一點。要注意的是不能讓生料層覆蓋在鼓泡區(qū)域的玻璃液面上,否則將無法起助熔作用。(3將鼓泡器布臵在窯池玻璃液最高溫度區(qū),一般約為池長2/3處,鼓泡作用可使更多的含氣泡玻璃翻至玻璃液面排泡,起到促進澄清和均化的效果。E玻璃單元窯的池底鼓泡位臵通常按以下兩種原則確定:一是在池長1/3處布臵一排鼓泡器起助熔作用,在池長2/3—4/5處布臵另一排鼓泡器,起促進澄清和均化作用。這種布臵也是輕工窯爐鼓泡常用的方式;二是第一排鼓泡布臵在池長1m附近,第二排緊隨其后,二排間相距約E或更近。這種布臵是近年來E玻璃單元窯常用的方式,理由是當采用細而干的微粉原料熔制*玻璃時,熔化不再是難題,但由于玻璃液中存在大量的氣泡,因此良好的澄清和均化是確保玻璃液質量和提高熔化率的主要因素,采用兩排鼓泡集中布臵可起到類似窯坎阻擋生料流的作用和加強玻璃液均化的作用。四、窯池結構設計(1E玻璃單元窯的池壁結構有多種排列方式,適合小型池窯,池壁內側沒有橫縫,池壁使用期一般不超過5年,在窯爐運行后期部分池壁要進行噴水冷卻保窯。該結構對部分低溫區(qū)可用致密鋯磚替代昂貴的致密鉻磚,節(jié)約部分投資。適用于較低溫的池壁,這種結構一般不用噴水冷卻保窯,而用外層加貼新磚來延長窯爐運行期。結構的池壁采用致密鉻磚橫向排列,因為致密鉻磚不同于致密鋯和AES,磚,其橫縫與豎縫的侵蝕速度差別不大。(2池底結構。A.適合于池底溫度長期不高于1350℃,短期不高于1370℃的窯池。B.采取鼓泡孔二側的致密鉻磚高出池底面,而鼓泡頭又高于兩側鉻磚的方式,這樣可在鼓泡頭位臵以下形成液滯流區(qū),減少由于玻璃液沖刷對池底造成的侵蝕。C.采取鼓泡磚高出池底面而鼓泡頭又高出鼓泡磚50mm左右的方式,同樣也可使池底耐火材料少受玻璃液的沖刷侵蝕。(3流液洞結構。當熔化池中已熔化、澄清好的玻璃液流經流液洞時,被強制降溫并流入作業(yè)部的主通路。因此流液洞的作用既是熔池和通路間的連通道,也是熔化部和作業(yè)部的分隔區(qū)。E玻璃單元窯除了采用通常結構流液洞外,也常采用一種帶有擋磚的流液洞結構。擋磚一般用優(yōu)質錯磚或鉻磚做成,厚度為100—150mm,包覆合金皮,浸入玻璃液部分的鉑合金皮厚1mm,露在玻璃液上面的鉑合金皮厚0.5mm。包鉑合金皮的擋磚應伸進兩邊側墻各150mm,以致當側墻磚被侵蝕時,擋磚依然完整。為安全起見,在制訂窯爐砌筑計劃時,要使得包鉑擋磚能在砌窯收尾階段插進去。擋磚以下的流液洞尺寸一般是洞高為洞寬的1/2—4/5,這種洞口形式更有利于從熔化池獲取熔制質量好的玻璃進入主通路。此外玻璃液進入流液洞的流速不宜過快,以4_—12m/h范圍為宜,同時流速比較高的玻璃對底磚的侵蝕也較大,因此在流液洞處底磚要用鉻磚面襯。鉑銠合金包皮長期在高溫玻璃液中浸泡,晶體會長大、變脆,在玻璃液的沖刷下便容易損壞。為延長擋磚使用時間,可考慮在擋磚側面開兩個直徑25mm的孔,通入水管冷卻或吹風冷卻,這適合于日產量比較大的單元窯和玻璃液在洞內流速較快的情況。五、火焰空間結構設計火焰空間指大碹以下、玻璃液面以上的空間,它的周邊包括胸墻、前墻和后墻。窯池長、寬確定之后,影響火焰空間大小的就是胸墻高度。對火焰空間容積的確定,主要考慮燃料的燃燒和發(fā)熱狀況。玻璃窯爐內燃料的燃燒屬于擴散式燃燒。除了高溫環(huán)境及充足的助燃空氣條件外,燃燒速度還取決于氧氣的擴散和不斷與燃料混合!燃燒的過程,氧氣擴散速度將直接影響燃燒的速度,同時必須提供足夠的擴散空間和時間,使燃料達到完全燃燒。送入窯爐空間的燃料的化學能及燃料與空氣的物理能之和與空間容積之比,稱為容積發(fā)熱強度。根據窯爐運行經驗及充分考慮到窯爐耐火材料所允許的承受強度,一般取容積發(fā)熱強度為120—240KW/m3,通過該數值可以計算或核算胸墻高度。一般輕工窯爐的胸墻較高,約為1—2m,而單元窯熔化率低,胸墻高度為0.8—1.0m。一般胸墻重量都是獨立支撐在立柱上,池壁與胸墻間用掛鉤磚分隔,掛鉤磚砌筑時應與池壁留有鼓脹間隙,烤窯結束后再用鋯泥把余留的縫隙密封。在胸墻部位沿窯長方向分設多對燒嘴。支撐燒嘴的燒嘴磚,插入兩側胸墻,彼此相對放臵。燒嘴間距為600—1000mm,采用氣體燃料或低粘度燃料油,燒嘴間距一般取600mm左右,采用高粘度重油時,燒嘴噴油孔過小容易堵塞,這時可適當放大油孔,燒嘴間距也相應放大。在投料口區(qū)第一對燒嘴與后池墻之間的距離對生料熔化和排煙溫度都有影響,距離越小該區(qū)溫度高,化料快,但排煙溫度高,會降低熱效率,甚至使金屬換熱器過熱。距離太大不利化料,影響熔化率。一般距離為1.2—1.6mm。前池壁與最末一對燒嘴間距,一般為0.3—0.5mm。為了監(jiān)視窯內熔化狀況和便于對燃燒嘴觀察和調節(jié),應在胸墻上設臵一定數量可開閉的觀察孔。六、煙道從熔窯通到換熱器的煙氣,先經水平煙道,再過垂直煙道進入換熱器。水平煙道的截面尺寸,通常按1—2m/s的煙氣流速來選取,高度宜大于寬度。垂直煙道截面又略大于水平煙道截面。煙道耐火材料的侵蝕通常是很嚴重的。這不僅由于排出氣體的速度快,而且還由于煙氣中夾帶有配合料粉塵。所以在水平煙道入口處底面,使用質量好的致密鉻磚,稍后部位才用致密鋯磚,再往后的底面、側墻、磁磚則使用標準鉻磚或電熔AZS磚。垂直煙道與換熱器接口磚采用鉻剛玉磚。七、通路結構設計通路的作用是接受從熔窯流液洞或擋磚下通道流過來的玻璃,逐漸降溫、恒溫,并使之達到合適的成型溫度。盡管通路和熔窯兩者實際是相連的,但通路的操作和控制完全與熔窯分開。并在多段通路的情況下,每段也都要單獨控制,以保證滿足拉絲所必須的成型溫度。通常習慣稱與熔窯相連接的通路部分為主通路;裝有拉絲漏板的通路稱為成型通路或作業(yè)通路,而從通路到各段作業(yè)通路間的連接通道稱為過渡通路。為了有助于玻璃液的均化和溫度調制,不少專業(yè)人士認為主通路宜長,如5—8m,甚至更長些。而過渡通路的長度以方便拉絲作業(yè)為原則,一般取4.5—5.5m。通路深度:主通路液深自流液洞后分幾個臺階逐漸減低,最后一個臺階的液深為100—160mm,常在該臺階前再設臵一塊鉑銠合金包皮的擋磚,擋磚浸入玻璃50—80mm(也有在擋磚前設玻璃液溢流裝臵,可放掉上層B2O3揮發(fā)量較大的那層玻璃液。過渡通路液深在100—160mm間。成型通路的液深與拉絲作業(yè)區(qū)玻璃的溫度有關,目前常設計為100—110mm。通路寬度:在通路液深確定后,通路的內部寬度取決于流過它的玻璃量。如果不考慮玻璃和耐火材料之間流動阻力的差別,一般E玻璃選取1.0—2.0Kg/h.cm3的玻璃流量來計算寬度。成型通路的寬度還要充分考慮漏板配臵的需要,如果漏板臺數較多,也有在同一條成型通路上采用前后段兩種不同寬度的結構。第二節(jié)耐火材料的選用及砌筑耐火材料在單元窯內長期受到高溫、溫度急劇變化及火焰、粉料、玻璃液的物理化學侵蝕和機械沖刷作用,因此隨著時間的推移,將會逐漸地被剝落和熔入玻璃液,并給玻璃液造成氣泡、波筋及難熔結石等缺陷,嚴重時使拉絲作業(yè)產生困難。當耐火材料被侵蝕到一定程度,便迫使單元窯停產冷修。因此從玻璃熔化質量和單元窯運行壽命等項要求來考慮,必須根據單元窯不同部位和不同熱工制度,來正確選擇適用的耐火材料。一、E玻璃單元窯選用的主要耐火材料1.致密氧化鉻磚它具有最佳抗高溫E玻璃侵蝕性能,其侵蝕物基本上對玻璃液不造成污染,所以已成E玻璃單元窯的首選優(yōu)質耐火磚材。致密氧化鉻采用等靜壓法成型,其致密度非常高,主要技術指標為Cr2O3含量>94%,空氣孔率<15%,體積密度>4.24g/cm3,侵蝕損耗只有致密鋯磚的1/10。用在E玻璃單元窯直接接觸高溫玻璃液的熔化部池壁、熔化部高溫部位池底、主通路池壁和池底、過渡通路池壁等。國際上常用的致密氧化鉻磚牌號有美國CORHARP公司生產的.C—1215、C—1215Z、CR—100等,德國VGT—DYKO公司生產的GR95WA及日本品川株式會社生產的UC—PC—95。2.致密氧化鋯磚該磚的抗高溫&玻璃液侵蝕性能略低于致密氧化鉻磚,也采用等靜壓法成型,其技術指標為ZrO2>65%,顯氣孔率<2.0%,體積密度約4.25g/cm3,在E玻璃中溫度超過1370℃就有侵蝕。用在E玻璃單元窯接觸玻璃液溫度稍低的熔化部池底,過渡通路、成型通路的池底以及成型通路流液槽和漏板托磚等。此外致密鋯磚還作為致密鉻磚的背襯磚被使用。國際常用牌號有美國CORHARP公司生產的ZS—1300、ZS—1500、ZS—835和ZS—78等,德國PGT—DYKO公司生產的ZS65WA,日本品川株式會社生產的UC—Z、UC—CZ、UC—CZB等。近年來,我國廣州嶺南耐火材料有限公司引進國外技術和設備,也生產出了采用等靜壓法成型的燒結致密鋯磚,已為國內玻璃、玻纖窯爐部分應用。德國KGT—DYKO公司研制開發(fā)了一種新型粗粒結構致密氧化鋯磚,大大改善了磚材的內部組織結構,進而提高了磚材的耐急冷急熱性能。其體積密度為3.75g/cm3,其氣孔率為17%。該磚牌號為ZS65AR,具有良好的抗熱震性,最適用于拉絲流液槽及漏板托磚。3.標準鋯磚該磚ZrO2含量約為66%,容重為3.7g/cm3,具有較好的熱穩(wěn)定性和抗剝落性。使用在粉料侵蝕較嚴重的投料口區(qū)胸墻及后墻,熔窯觀察孔磚及通路火焰空間的胸墻和頂蓋磚、燒嘴磚。但也有采用AZS的燒嘴磚與采用莫來石磚為過渡磚及窯爐二側的間隙磚等。4.燒結莫來石磚該磚化學組成為Al2O3>74%;SiO22.2%。容重2.5g/cm3,主要用途是標準鉻的背襯磚,熔化部胸墻及前端墻磚、通路煙道內襯磚、大碹碹腳及放料口外層磚、換熱器入口煙道外墻磚等。還有一種采用融熔法形成莫來石晶體后再燒結成的莫來石磚;具有更優(yōu)良的抗高溫蠕變性和耐熱震性,可用作窯爐大碹和火焰空間胸墻,使用效果很好,目前國產化也已成功。5.電熔鋯剛玉磚(AZS磚該磚化學組成為ZrO234%,Al2O349.2%;SiO215.9%。容重為3.85g/cm3,主要用途是熔化部燒嘴磚及投料口磚。6.電熔鉻剛玉磚該磚化學組成為Cr2O328.3%,Al2O358.3%,MgO,Fe2O35.2%。容重約3.4g/cm3。主要使用在換熱器入口處的煙道接口磚。二、窯爐的砌筑技術精心設計的窯爐,必須精心砌筑,砌筑質量對窯爐壽命、燃料消耗,玻璃熔化及拉絲作業(yè)都有很大影響。為了滿足窯爐對磚材砌筑尺寸和窯體熱膨脹等基本要求,因此窯爐的池壁磚、池底鋪面磚都要進行切磨。此外窯爐耐火磚之間膨脹縫的合理預留也是極其重要的環(huán)節(jié)。下面對砌筑技術要點作一簡單介紹。1.鋼架驗收和預砌筑(1根據窯爐施工基準線和窯爐中心線,進行鋼結構放線施工。按鋼結構設計要求和施工允許偏差鋪設主、次梁和扁鋼,同時也對通路鋼結構進行施工。(2為確保砌筑施工質量和施工進度,對尺寸和磚縫有嚴格要求的池壁磚、池底鋪面磚及所有承重拱磚應進行預砌筑。但如果上述磚材的尺寸精度很高,完全符合設計要求,也可不進行預砌筑。凡進行預砌筑的磚必須按順序編號,正式砌筑時對號入座。2.砌筑順序和方法(1在池底鋼結構驗收合格的基礎上,按窯爐施工基準線與窯爐中心線放出相關的投料口、前后排鼓泡及成型通路上各臺拉絲漏板的中心線。(2池底砌筑,包括通路底。砌好保溫磚和高嶺土大磚后,在砌筑池壁處內外放寬30—50mm找平。多層型地底結構在砌筑時必須按標高負偏差控制,池底總厚度的允許偏差一般為-3mm。在池底高嶺土大磚上面鋪設一層鉻質搗打料作為密封層,可防止玻璃液滲透至抗腐蝕性差的粘土磚層。(3池壁砌筑,包括通路池壁。砌池壁的底磚必須保證水平度,否則要對該部位底面磚進行加工,直至達到要求。多層池壁磚砌筑時,先里后外地操作,要確保爐膛內尺寸,嚴禁磚材砍鑿面朝向爐膛。墻角需交錯壓縫砌筑,嚴格保持垂直度。(4吊裝立柱。采取臨時措施穩(wěn)住立柱,然后按設計要求安裝碴碴角鋼,立柱與碴碴角鋼必須緊靠,同時定準標高。(5砌筑大碹。制作碹胎,經拱架做承載沉降試驗和相應尺寸檢查后,大碹由兩側同時向中心砌筑,并要求連續(xù)作業(yè),盡量控制在!*+內完成。大碹保溫層施工待烤窯結束后進行。(6砌筑胸墻、前墻、后墻和通路火焰空間。胸墻的砌筑應在仔細檢查托架、托板和支撐架安裝合格后進行。砌筑掛鉤磚與胸墻磚要有采取防止向窯內傾倒的措施。(7砌筑煙道、煙囪。必須在清除窯內雜物,并用吸塵器吸凈后進行砌筑。熔窯煙道和煙囪的砌筑,還要與金屬換熱器相配合,通路煙囪必須等通路砌筑完畢后再砌筑。(8砌筑方法分干砌和濕砌兩種。干砌部位:熔化部和通路的池底、池壁,火焰空間部位的掛鉤磚,熔化部和煙道的碹碹磚,電熔磚砌體及通路頂蓋磚。濕砌部位:熔化部火焰空間的側墻和碹頂,煙道、煙囪及窯爐的保溫層磚,濕砌所用泥漿應根據所用耐火磚材配制相應耐火泥。3.砌筑的質量要求和檢驗(1磚縫。要求磚與磚間的縫隙要小,空間各部位砌體的磚縫允許厚度一般不超過2mm。碹頂磚縫要求小于1mm,保溫磚可擴大至3mm。(1膨脹縫。耐火磚材受熱會膨脹,應根據所用磚材及所處部位的溫度狀況來留設膨脹縫。每1m長的砌體內留設膨脹縫的平均值可用平均線膨脹系數!均求出。池底磚、池壁磚,要適當減少,以防脹不滿E玻璃單元窯所用主要耐火材料致密鉻磚、致密鋯磚的膨脹縫平均值約為5mm。膨脹縫要均勻分段(間距不大于2m留設,內外磚層間按封閉式留設,上下磚層間按交錯留設,脹縫內應保持清潔,外層用膠帶密封磚縫。(2允許誤差。對標高、水平度、垂直度、線尺寸和砌體表面平整度都有嚴格的允許誤差范圍。砌體磚縫用塞尺檢查,塞尺厚度等于被檢驗磚縫的規(guī)定厚度。平整度用2m靠尺在所有方向檢查。在全部檢查結束并對窯內多次清潔后進行密封處理,盡量減少外界雜物、塵第三節(jié)單元窯的附屬設備一、投料機E玻璃原料采用了100—300目的細干粉料,其中含硼原料受高溫又容易結塊,所以比較適合的投料機是螺旋式投料機。這樣給料倉可以放臵在離開熔窯一段距離的位臵處,減少受爐體高溫散熱的影響。投料機出口端插入胸墻上部,為了避免該處受窯爐熱量輻射而溫度過高,通常在投料機前段裝配有水冷夾套,該夾套用不銹鋼板焊接,內通循環(huán)冷卻水。由于廢氣中含有玻璃原料分解產生的SO2、燃料中含硫物質的燃燒產物SO2及玻璃助熔劑分解和揮發(fā)的氟化物,從而使廢氣呈較強的酸性。因此這種工作環(huán)境對投料機金屬材料會有一定的腐蝕影響。螺旋投料機可通過變速來調節(jié)給料量,并能保持連續(xù)穩(wěn)定地投料。E玻璃單元窯一般采用相對布臵的兩臺投料機,如果其中一臺要檢修時,另一臺也應能滿足投料量的需要。拉制粗直徑纖維為主的單元窯也可以采用單側投料,但也應安裝兩臺投料機,一臺作備用。二、鼓泡器前節(jié)單元窯結構設計中,已對鼓泡器的作用及安裝位臵等作了介紹。鼓泡器的關鍵結構是鼓泡頭,由于要長期插入熔窯的玻璃中,因此必須選用耐高溫和耐玻璃液腐蝕的材料來制作。對E玻璃單元窯通常鉑銬合金材料,它可確保在窯齡期內的安全使用。鼓泡頭端部開有流通空氣的小孔,根據泡徑要求一般為直徑0.8—3.0mm的圓孔。在熔窯運行期內是不允許堵孔的,所以開孔也不能過小,同時要求進入鼓泡管的空氣必須經過過濾干燥處理,達到含塵量小于"+,-+%,塵粒徑小于1mg/cm3,干燥常壓露點/(#0的技術指標。供氣系統(tǒng)應該設三路,其中兩路作為備用氣源,包括一旦孔口堵塞時以一路高壓空氣沖通堵孔。鼓泡氣壓的大小與玻璃液深有關,一般正常管路進入系統(tǒng)氣壓在#%123左右,備用沖孔管路氣壓在#4123以上,隨液深增加,氣壓也要適當加大。此外還要根據泡頻,即每分鐘的鼓泡數量進行氣量調節(jié)。如泡頻為0.3MPa,鼓泡空氣消耗量約為0.7MPa。實際運行時泡頻應視窯內熔化狀態(tài)稍作調整。要注意鼓泡壓力和流量都不能過大,不允許鼓泡區(qū)域出現沸騰狀態(tài)。三、燃燒系統(tǒng)1.熔窯燃燒系統(tǒng)燃油系統(tǒng)的流程是:從廠總油站送出的燃料油,一般先進入設在池窯拉絲車間內的中間油罐。該油罐內裝有蒸汽盤管加熱,以保持油溫為#$%#&’左右,處于可流動狀態(tài)。在出中間油罐之后,便經油過濾器到油泵,油泵出口的一路又回到中間油罐(采用手動回油閥,最好并連一個過壓回油閥,當油壓超過后面系統(tǒng)所能承受的壓力時,即打開或開大回油,以始終保持在安全油壓之下;另一路送至二級加熱器。若使用粘度大的重油時,先進入二級加熱器中的蒸汽加熱器,使油溫上升到!($%!(&’,再進入電加熱器,將燃油繼續(xù)加熱到!&%!*$’。如果是使用粘度小的燃料油時,油溫在+$%!($’即可滿足燃燒器霧化要求,則原二級串聯加熱器改為蒸汽和電加熱器并聯,互為備用(二級串聯加熱器之后,通常還增加一路備用電加熱器。從加熱器流出的燃油最好再經過一道二級過濾裝臵,然后通過電磁閥、減壓閥、流量計及調節(jié)閥等裝臵,最后送到爐前的每一個油燒嘴。油霧化后,與助燃空氣同時從燃燒器噴入窯內燃燒。采用低粘度燃油可以使用($,-.低壓空氣霧化;使用高粘度重油必須用壓縮空氣霧化。霧化空氣系統(tǒng),在霧化空氣管路上裝有調節(jié)閥和流量計,空氣量應是霧化空氣量和通過金屬換熱器送出的二次預熱空氣量之和,該調節(jié)閥是為了根據燃油量變化來調節(jié)空氣量的,目的是確保良好的霧化效果。金屬換熱器送出的二次預熱風,被分配到各燃燒嘴時,可通過入口處的蝶閥,單獨調節(jié)進入各燒嘴的助燃空氣量。有的設計為了提高對窯溫的調控能力和防止換熱器溫度過高受損壞,也可以在金屬換熱器出口的熱風總管上裝有自動放空閥,一旦出現預熱空氣高于控制范圍時,立即將部分熱空氣放空來達到降溫目的。金屬換熱器最大流量的選擇要考慮窯爐燃燒溫度的要求。燃燒系統(tǒng)調節(jié)過程必須保證熔窯始終處于微氧化氣氛。因此窯溫低于控制值時,在開大燃料調節(jié)閥之前,必須先開大助燃空氣調節(jié)閥;相反窯溫過高要減少燃料消耗量時,應先關小燃料調節(jié)閥,后關小助燃空氣調節(jié)閥。在調節(jié)過程中燃料量與空氣量成比例變化。助燃風機與安全切斷閥、油泵實行連鎖。天然氣燃燒系統(tǒng)的流程相對簡單一些。天然氣從工廠調壓房送到車間,其壓力一般是$"/0-.,經過濾器,安全切斷閥、減壓閥,將氣壓降到$"!$%$"!0-.,再經流量計和調節(jié)閥到達爐前總管后分送至各個燃燒器供燃燒。它不再需要霧化系統(tǒng),而助燃空氣部分與燃油系統(tǒng)相同。需要增加說明的是安全切斷閥除與風機連鎖之外,還受天然氣進氣壓力控制。當進氣壓力高于過濾器及其后的儀表所能承受的壓力時,為保護系統(tǒng)儀表,安全切斷閥立即切斷;而當進氣壓力低于正常工作所需要的壓力時,也立即自動關閉,以防自控系統(tǒng)混亂。單元窯燃燒系統(tǒng)經常采用的是一種復合型燃燒器。它由熱風風套和油燒嘴(或燃氣燒嘴,或油和燃氣組合燒嘴組成。為了調節(jié)火焰長短,在風套外面有一套調節(jié)噴嘴出口,到燃燒器噴口距離的裝臵。國內自行設計制造的燃油燃燒器,已在多座單元窯上用過。設計采用兩級壓縮空氣霧化,當使用高粘度重油時也能滿足熔制玻璃的要求。2.通路燃燒系統(tǒng)玻璃從熔窯流入通路后,為了最終達到拉絲所要求的溫度,應該有一個穩(wěn)定的降溫和保溫過程。由于對燃燒的調節(jié)量小,一般都使用天然氣、石油液化氣等氣體燃料。在進入燃燒嘴前,燃氣與空氣已按燃燒比例混合好,所以在負荷調節(jié)過程中,空氣和燃氣的比例是不變的。不過有一點必須指出,目前各種預混燃燒裝臵都要求燃氣的熱值和相對密度要穩(wěn)定,否則就達不到比例調節(jié)的目的,不能保持燃燒氣氛。采用石油液化氣作熱源時,要在液化氣站內預先除去#$等高氣化點碳氫化合物,因為這類物質在常溫下易凝結成液體,不僅影響燃氣熱值的穩(wěn)定,有時還會排入下水道而造成隱患。初混的液化氣熱值保持在,最好通過化驗或在線質譜儀經常性檢測,并隨時根據檢測的結果調節(jié)初混空氣量,保持進入燃燒系統(tǒng)的燃氣熱值。通路燃燒系統(tǒng)又可分為大系統(tǒng)和小系統(tǒng)兩種形式,分別做如下介紹。(1大系統(tǒng)式空氣、燃氣預混燃燒裝臵,引入車間的燃氣依次經由過濾器、安全切斷閥、壓力調節(jié)閥(如需減壓時、流量計、到達零壓閥。這時燃氣壓力為零值(相當于當地大氣壓力,并與也經過濾后的另一路空氣同時被吸入機械混合器(由于燃氣風機的抽吸造成混合器負壓。位于混合器頂的手輪用來變化空氣或燃氣的進口截面積(或阻力,這樣可以調節(jié)空氣和燃氣的比例?？諝夂腿細獍匆欢ū壤ㄟ^燃氣風機進行攪拌混合,并同時提高壓力達到%’+23左右。預混氣從燃氣風機送出后先經多孔板阻火器(保護風機用再到流量計。在多孔板與流量計之間又設臵了爆破頭放空管和人工放空管,供開車時先放掉空氣和燃氣比例不合格的預混氣。然后分成多路。每一路都可以獨立控制,并設臵獨立的調節(jié)閥、多功能阻火器(一用一備,分送到多組預混氣分配管。每一分配管又通過金屬軟管分送到各個燒嘴。預混氣從燒嘴噴出后,在燒嘴磚內燃燒,從觀察孔看通路,可見到發(fā)亮的各個燒嘴磚孔和溫度均勻的通路玻璃液面。通路的溫度通過插入頂蓋磚以下$(00的熱電偶來檢測;先由變送器變成調節(jié)器能接受的訊號,再由調節(jié)器經過比例、積分、微分運算,并與控制值進行比較后送出電流訊號。如調節(jié)閥采用氣動式,則電流訊號轉換成壓縮空氣的壓力訊號;如調節(jié)閥采用電動式,則弱電流訊號放大而后送到調節(jié)閥。當通路溫度低于控制值時調節(jié)閥會自動開大,以增加預混氣量,使通路溫度上升,反之也一樣。關于安全保護,首先要有正確的設計,保證燃燒調節(jié)過程始終在安全運行范圍,不會產生回火。如果預混氣管路受外部高溫影響,造成管內溫度高于著火溫度,必定產生回火。這時多功能阻火器能將回火阻隔,多功能阻火器除阻斷火焰之外,還有另兩個功能:一是阻火器內有雙金屬閥片,一旦阻火器溫度過高,有可能燒壞不銹鋼絲網時,閥片先發(fā)生變形來阻斷預混氣通過阻火器;二是阻火器上有一個微動開關,一旦發(fā)生回火,便發(fā)出電訊號讓調節(jié)閥關閉。(2小系統(tǒng)式空氣燃氣預混燃燒裝臵。其工作原理是助燃空氣由離心風機送出,經蝶閥、總風管分送到各獨立的小系統(tǒng)(按主通路、過渡通路和成型通路組成的池窯拉絲通路系統(tǒng),分為若干個獨立的溫控系統(tǒng)。各小系統(tǒng)的助燃空氣又經調節(jié)閥送到混合器的噴嘴,空氣經噴嘴變?yōu)楦咚贇饬?并產生負壓。燃氣(液化氣或天然氣經減壓閥、流量計后也被分送到各獨立小系統(tǒng)的燃氣入口,并經電磁閥、零壓閥將燃氣壓力降至零壓(相當于當地大氣壓,再通過微調閥被高速空氣流產生的負壓吸入混合器?？諝夂腿細舛咴诨旌掀鲀然旌?、擴散后分送至各個燒嘴進行燃燒。經過混合的燃燒氣體的壓力要略高于輸送管路和燒嘴處的阻力。混合氣體在通路燒嘴磚內就已基本完成燃燒,所以一般在通路空間是見不到火焰的。通路空間溫度由插入頂蓋磚以下的熱電偶檢測,經溫度變送器顯示和記錄溫度,送到調節(jié)器進行比例、積分、微分運算,并與設定溫度值進行比較后送出調節(jié)信號,通過電氣轉換器和氣動調節(jié)閥進行調節(jié)。調節(jié)閥門開大(或關小,則空氣量增大(或減小,燃氣量也會按比例同時增大(或減小,于是通路溫度隨之相應升高(或降低。通路火焰空間控制點的溫度波動可在!"#范圍內。整套裝臵的關鍵是混合器品質要可靠,如在燃氣熱值和相對密度穩(wěn)定的條件下,始終保持進入混合器的空燃氣量符合一定比例,這樣才能達到比例調節(jié)控制溫度的目的。各獨立小系統(tǒng)均設有多種安全保護裝臵,如混合器出口氣管路上設有爆破頭,爆破頭上的微動開關與電磁閥(安全切斷閥聯鎖,當某一系統(tǒng)發(fā)生回火時,爆破頭內$%$&’’厚的鋁膜破裂,微動開關動作,使該系統(tǒng)的人工復位閥、電磁閥失電而切斷燃氣,但其余各獨立系統(tǒng)照樣可正常運行。此外在混合器入口管路上還設有壓力開關,如遇到助燃風機壓頭突然下降,有可能造成混合氣噴出速度降到臨界速度以下,這時壓力開關可提前使電磁閥失電并自動斷開,防止發(fā)生回火。電磁閥還與助燃風機聯鎖,即風機不啟動,電磁閥就不會打開,進一步保證系統(tǒng)安全運行。小系統(tǒng)的調節(jié)閥設臵在助燃空氣管路上,這樣更安全些,并可以不設阻火器。調節(jié)閥采用氣動薄膜閥和氣點方式,在調試時先設臵好調節(jié)閥的流量下限位,這樣可保證在運行操作過程中始終有一定量的混合氣流過燒嘴,可防止因燒嘴處流速過低而造成回火。大系統(tǒng)和小系統(tǒng)二者都能滿足池窯拉絲生產的要求,設計者可根據實際條件選用。四、金屬換熱器E玻璃單元窯熔制溫度高,煙氣溫度也相應高些,一般水平煙道進口的煙氣溫度在1500℃以下;在經水平煙道和垂直煙道的冷卻后,也仍可能達1350—1450℃左右。通過金屬換熱器回收余熱,可使助燃空氣溫度預熱到700—850℃。相當于增加30—40%的熱能利用率。實際上預熱后的助燃空氣,提高了燃料的理論燃燒溫度,增強了火焰輻射強度,對提高單元窯熔化能力也很有好處,所以其綜合節(jié)能效果還要大。輻射式金屬換熱器又有普通雙筒式和噴流強化式兩類。噴流式換熱器多了一層噴流板。有.$/左右的冷空氣在噴流板與內筒壁間流動和進行熱交換,而其余冷空氣通過噴流板上的小孔(噴嘴,以較高速度噴向內筒壁,不僅直接冷卻內筒壁,而且對主空氣流產生擾動,從而提高了內筒壁對空氣的放熱系數,由于煙氣對內筒壁的放熱系數比筒壁對空氣的放熱系數高得多,因此也提高了煙氣對空氣的傳熱系數,降低了內外筒壁的溫度差。這種形式的換熱器,其結構和制造較復雜,目前國內的(玻璃單元窯上還使用不多。選擇金屬換熱器材料時,應以內外壁最高溫度和適當考慮意外情況下可能超出的溫度及加上合理的余量作為依據。而且還要考慮材料的抗氧化性能和高溫蠕變性能等因素。金屬換熱器的安全使用是單元窯設計者和工廠必須認真考慮的事。在烤窯升溫階段,換熱器剛投入使用時,隨著窯內煙氣溫度不斷升高,換熱器自身溫度也隨之升高,其材料就會發(fā)生快速熱膨脹。換熱器筒壁和管道的脹縮,均由各自的波紋狀膨脹環(huán)來吸收,而整體結構的熱膨脹則必須通過人工操作來進行調控。如及時松開定位裝臵上方的螺栓,增加平衡砝碼并保證平衡裝臵的自由上下移動等措施。一個重要的經驗是升溫前在吊裝換熱器時,保證換熱器底部平面提升到離煙道出口耐火磚的肩部約!"#$$,這樣當溫度升高后,換熱器可自由向下延伸。一般情況下,延伸量不超過!##$$。但一旦向下延伸量較大,使換熱器底面與煙道磚肩部距離縮至"#$$時,應采取人工向上拉升措施(增加平衡鐵。當換熱器進入正常運行狀態(tài)(即膨脹已完全釋放時,可把換熱器底部的定位螺母固定,并保持換熱器底面與煙道磚肩部距離約為"#$$。換熱器上、下段內壁及空氣進、出口等部位均應設臵熱電偶,顯示測點的溫度狀況。在內壁高溫段溫度點及預熱空氣出口溫度點還應設有報警信號,以便及時處理換熱器的工況變化。根據換熱器所用材料及%玻璃單元窯燃燒工藝的要求,一般設定預熱空氣報警溫度為設計溫度加"#&,內壁報警溫度為材料允許長期工作溫度減"#&。如預熱空氣溫度報警,可打開放空風口蝶閥排放掉一定量的熱空氣,并同時加入冷空氣進入量來降低換熱溫度。當然也可通過降低煙氣溫度的辦法來處理。此外為保證安全還要注意兩點:一是運行過程中只要煙氣溫度超過’"#&,換熱器內就要有足夠的空氣流量;二是出現預熱空氣溫度過高時,還應判斷是否有未完全燃燒的燃料進入換熱器內繼續(xù)燃燒(一旦出現應迅速減少燃料供給量。第四節(jié)助熔易燃技術的應用一、輔助電熔在單元窯上的應用在火焰窯的熔化地插入若干電極,并向電極供電,交流電通過電極在熔融玻璃液內產生焦耳熱,從而改善玻璃的熔制、澄清與對流,這就是電輔助加熱,也稱電助熔。一般電助熔可提高窯爐日產量20—40%。由于電助熔基本上不增加窯爐散熱量,只有電極保護套的冷卻水帶走少許能量,因此熱效率比較高。1tE玻璃輔助電熔的耗電量約為,對E玻璃或1玻璃耗電約降低左右。有關電熔窯內容詳見本章第五節(jié)。二、純氧助燃技術的應用眾所周知,自然狀態(tài)下空氣中的氧氣含量約為21%。通常玻璃窯爐燃料燃燒所需的氧氣由空氣供給,因此在空氣助燃的燃燒過程中,約占空氣79%的氮氣有害無益。大量氮氣被加熱后作為廢(煙氣排入大氣,造成熱量損失,氮氣在高溫下有少量氮與氧氣化合,成為極有害的氮氧化合物NO2污染環(huán)境。含大量氮氣的煙氣流過蓄熱室或換熱器等設備后還加速腐蝕,縮短設備使用壽命。增加助燃空氣中氧氣含量的助燃工藝始于20世紀40年代,美國康寧玻璃公司開創(chuàng)了玻璃熔窯富氧助燃的先河。近幾年來,由于對環(huán)保因素和節(jié)能效益的重視,以美國為代表的國外玻璃行業(yè)已開始推廣應用純氧助燃技術。從目前的應用情況看,純氧助燃技術十分適合于熔化量較小的單元窯、馬蹄焰窯等。以全氧或高純氧氣作燃油霧化介質,或與燃氣在噴槍內混合,經充分霧化后噴入玻璃窯,形成燃燒火焰稱為氧&燃料燃燒或純氧助燃。該項工藝在單元窯上應用的關鍵之一是噴槍的選用。由于氧氣直接輸入到噴槍內,對燃燒特性影響大,國外采用的噴槍一般都具有火焰易調整、火焰亮度大、壽命長、運行費用低及氧化氮散發(fā)量少等特性。噴槍的布臵,第一對與投料端呈10°角,其余各對交錯布臵,為避免因純氧助燃產生的火力大和溫度高的火焰直接沖擊對面胸墻。供氧氣的方法有用管道輸送氣態(tài)氧、用推車輸送液態(tài)氧以及現場制氧等。純氧助燃技術的應用具有如下諸多良好的效果。1.節(jié)能。由于燃料燃燒更為充分,火焰強度大,熱輻射能力強;由于廢氣及其帶走的熱量減少,熱效率提高。據報道,純氧助燃工藝的節(jié)能效果達到#$以上。2.減少廢氣和粉塵排放。主要是氮氧化合物廢氣含量大大減小,所攜帶的粉塵量也相應減少。據報道采用純氧助燃工藝時,每噸玻璃的排放量可減少左右,最高可減少,粉塵排放量可減少。這對美國等環(huán)保立法控制排放量的國家,更具有推廣應用的價值。3.提高玻璃產量和熔化質量。國外采用純氧助燃工藝改造后的窯爐,其熔化率和產量提高左右,玻璃氣泡(灰泡減少了*-。4.其它效果。由于減少其它的環(huán)保措施費用,減少配合料損失,減少熔窯耐火材料侵蝕,以及由于不需要龐大的換熱器或蓄熱室,因此具有降低成本、節(jié)約投資等效果(不計算制氧設備投資。我國目前已認識到純氧助燃工藝所帶來的一系列優(yōu)點,已開始重視對這項新技術的開發(fā)和應用。第五節(jié)窯爐的啟動和投產一、投產準備(1