本文轉(zhuǎn)載至:玻璃熔窯的冷修改造
內(nèi)容提要:玻璃熔窯冷修改造的主要目的有:增加熔化能力、提高熔化質(zhì)量、節(jié)能降耗、延長窯齡。針對每一項改造目的都有若干相應的改造措施,有些改造措施只能對熔窯的某一項經(jīng)濟技術(shù)指標進行改進,有些改造措施可以使熔窯的多項指標得到改進。
關(guān)鍵詞:浮法玻璃熔窯,改造
玻璃熔窯運行到窯齡的后期,窯體經(jīng)常會出現(xiàn)局部構(gòu)造薄弱受損的現(xiàn)象,再運行下去就有可能出現(xiàn)大面積坍塌;或者出現(xiàn)能耗升高、產(chǎn)品質(zhì)量變差、運行效益降低的情況。在出現(xiàn)這樣的情況之前,就應作好熔窯的冷修準備工作了。
一般情況下停窯就要放玻璃水,然后拆除舊窯建新窯,即對玻璃熔窯進行“冷修”;也有對熔窯進行“熱修”的情況,熱修通常是在窯體出現(xiàn)局部破損、其余部位都還良好的情況下進行,在熱修期間要短時停產(chǎn)或減產(chǎn),還要對熔窯進行保溫,熱修之后馬上恢復生產(chǎn)。
玻璃熔窯是大型、量少、不定型的熱工設備,很少在冷修中仍按原圖紙不變重新建造,往往或多或少都要進行一些技術(shù)改造,有的還要進行大改造。改造的目的大體有:①增加熔化能力、②提高熔化質(zhì)量、③節(jié)能降耗、④延長窯齡,這樣四項內(nèi)容中的若干項。
根據(jù)不同的改造目的,可有不同的改造措施,有些改造措施只能對熔窯的某一項經(jīng)濟技術(shù)指標進行改進,有些改造措施可以使熔窯的多項指標得到改進,比如:設計合理的窯形尺寸、使用高熱值燃料和高性能噴槍、訂購質(zhì)量優(yōu)良的耐火材料等,對玻璃熔窯增加熔化能力、提高熔化質(zhì)量、節(jié)能降耗、廷長窯齡都很有利。
一.增加玻璃熔窯熔化能力的措施
根據(jù)國內(nèi)外浮法玻璃熔窯的運行經(jīng)驗,對于浮法玻璃熔窯自身結(jié)構(gòu)來說,增加熔化能力的主要措施可歸納為:窯形尺寸、燃料與噴槍、耐火材料、全窯寬投料、加大予熔區(qū)、增加火焰覆蓋率、增加噴槍數(shù)量、提高熔化溫度、電助熔等等這樣幾項措施。
1.窯形主要工藝尺寸合理:窯形主要工藝尺寸要與熔化能力相匹配,特別是熔化部和熔化區(qū)的池寬、池長尺寸和池長與池寬之比至關(guān)重要,偏小了達不到熔化能力、偏大了既影響熔化質(zhì)量又對節(jié)能不利。
2.高熱值燃料和效率高能噴槍:要提高玻璃熔窯的熔化能力,需要使用高熱值燃料并配備效率高能噴槍,才能在熔化區(qū)內(nèi)達到理想的高溫熔化效果,熔化溫度對玻璃熔窯的熔化能力起決定性作用,高熱值燃料包括:重油、液化石油氣(LPG)、天然氣等。玻璃熔窯的噴槍安裝形式大體有兩種:①小爐內(nèi)點燃的噴槍,包括頂插式、側(cè)插式、底插式;②小爐外點燃的噴槍,為爐下式。目前國內(nèi)多數(shù)玻璃熔窯使用的是爐下式噴槍,維修更換都比較方便。相比較而言,小爐內(nèi)點燃的噴槍比小爐外點燃的噴槍效率要高一些,但投入資金非常大,維修更換不太方便。
3.全窯寬投料技術(shù):以往的相當于熔化部池寬80%左右的縮窄投料口,由于投料機的布料斗(俗稱簸萁)的寬度要比投料池還要窄一些,因而配合料在窯內(nèi)的分布寬度也就是窯寬的70%左右,這樣窄的料帶進入窯內(nèi),顯然窯內(nèi)火焰對配合料的加熱面積沒有得到很好的利用。而采用全窯寬投料池,配合料在窯內(nèi)的分布寬度可以達到熔化部池寬的90%左右,窯內(nèi)火焰對配合料的加熱面積就得到了比較充分的利用,這對熔窯的熔化能力和熔化玻璃液質(zhì)量大有挺高。采用全窯寬投料池要比采用縮窄的投料池可增加熔化能力8~10%左右。
4.加大予熔區(qū)長度:通常所說的予熔區(qū)長度為l#小爐中心線至熔化部前端的尺寸,實際的予熔區(qū)還包括L型吊墻鼻區(qū)之下的部位。進入窯內(nèi)的玻璃配合料經(jīng)過較長的予熔區(qū)受熱升溫,對提高熔化能力是很有利的。
5.增加火焰覆蓋率:火焰覆蓋率定義為全窯小爐噴火口總寬度尺寸占熔化區(qū)長度尺寸的百分比;鹧娓采w率越大,窯內(nèi)火焰分布越均勻,對熔化作用越有利,能夠提高熔窯的熔化能力。
6.增加噴槍數(shù)量:國內(nèi)許多座熔窯的運行結(jié)果表明:小爐內(nèi)采用2支槍布置時,窯內(nèi)火焰分布不太均勻:而采用3支槍以上的多槍布置時,窯內(nèi)火焰分布的均勻性就提高了很多。窯內(nèi)火焰分布均勻,也相當于增加了火焰覆蓋率,對熔化作用有利,能提高熔窯的熔化能力。
7.提高熔化溫度:高溫熔化對提高熔化能力是很有效的,采用高溫熔化是指在熔化區(qū)內(nèi)的熱點之前溫度制度要取較高的溫度曲線,熱點溫度要達到1590℃或更高一些。這要在熔窯結(jié)構(gòu)條件具備(包括窯型尺寸合理、采用高熱值燃料和效率高能噴槍、耐火材料性能優(yōu)良)的情況下進行。
有資料介紹:前蘇聯(lián)的垂直引上窯熔化部胸墻溫度,平均溫度每提高10℃,熔窯的單位產(chǎn)量平均增加4%。還有一種說法:熔化溫度由1560℃提高至1600℃,可使玻璃熔窯產(chǎn)量增加12%~15%。根據(jù)這些資料可以大致地認為:熔化溫度每升高10℃,可以增加熔化能力3%~4%。
8.電助熔:提供電助熔設備的國外商家(英國F.I.C公司)曾明確表示:電助熔可提高熔化能力10%左右。對于新建浮法線的熔窯,只要沒有場地狹小等限制的時候,是沒有必要一開始就上電助熔設備的。往往是熔窯投產(chǎn)之后,發(fā)現(xiàn)熔化能力不足時考慮上電助熔。
二.提高玻璃液熔化質(zhì)量的措施
對于浮法玻璃熔窯自身結(jié)構(gòu)來說,提高玻璃液熔化質(zhì)量的主要措施可歸納為:窯形尺寸、燃料與噴槍、耐火材料、大澄清區(qū)、池底鋪面、攪拌設施、攔擋設施、空間分隔、窯壓穩(wěn)定、溫度恒定等,這樣一些措施。
1.窯形主要工藝尺寸合理:與熔化能力相匹配的窯形主要工藝尺寸,特別是熔化部和熔化區(qū)的池寬、池長尺寸和池長與池寬之比對熔化質(zhì)量也至關(guān)重要,偏大或偏小都會對熔化的玻璃液質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。
2.高熱值燃料和效率高能噴槍:要熔化高質(zhì)量浮法玻璃,必須使用高熱值燃料并配備效率高能噴槍,才能在熔化區(qū)內(nèi)達到理想的高溫熔化效果,熔化溫度對玻璃熔窯的熔化能力和熔化的坡璃液質(zhì)量都起決定性作用。
3.熔窯各部位耐火材料配置得當并保征質(zhì)量:接觸玻璃液部位和可能剝落后落入玻璃液內(nèi)的耐火材料對玻璃液質(zhì)量影響很大,要點部位是熱點之后的小爐噴火口和冷卻部的池底、池壁以及冷卻部的出口平碹要用耐沖刷性能優(yōu)良的磚材,熔窯各部位耐火材料都要配置得當并保讓質(zhì)量。
4.比較長的澄清區(qū):在熔化區(qū)內(nèi)剛生成的玻璃液內(nèi)包含很多氣泡和灰泡(小氣泡)要在澄清區(qū)內(nèi)排出:同時剛生成的玻璃液的化學成分和溫度、密度、黏度都不相同,很不均勻,必須進行均化。有比鉸長的澄清區(qū),才能使更多的氣泡排出,玻璃液的均化作用也更明顯。
窯池底部的池底鋪面結(jié)構(gòu):玻璃液在窯池底部的流動(常與表面流動方向相反)會對池底產(chǎn)生沖刷,被沖刷掉的池底耐火材抖粉末都要進入玻璃液內(nèi),而且不易熔化掉,是產(chǎn)生玻璃液熔化缺點的重要原因之一,池底采用耐沖刷性能好的耐火材料就可比較好地解決這一問題。
6.玻璃液攪拌裝置:攪拌作用能明顯地提高玻璃液的均勻性,減少由于玻璃液的化學成分、溫度、密度、黏度等不均勻造成的玻璃缺點。常見的攪拌裝置有水平攪拌器和垂直攪拌器,相比較而言,水平攪拌器結(jié)構(gòu)簡單,比較耐用,而垂直攪拌器的攪拌作用更好一些。
7.玻璃液表面漂浮物攔擋裝置:在玻璃熔窯內(nèi),玻璃液表面有時會出現(xiàn)一些漂浮物,這些漂浮物主要來自兩個原因:一是未熔化的玻璃配合料渣滓;二是熔窯運行中窯體結(jié)構(gòu)上剝落或掉落的耐火材料顆;蛩閴K。在浮法玻璃熔窯的卡脖處設置大水包,作用之一就是用來攔截玻璃液表面漂浮物的。
8.熔化部與冷卻部之間的上部空間分隔裝置:由于受換向等作用的影響,熔化部內(nèi)的溫度、窯壓、氣氛等對冷卻部有一定的周期影響,這對于生產(chǎn)浮法玻璃是很不力的?ú钡鯄Φ淖饔镁褪前讶刍亢屠鋮s部的上部空間非常大限度地分隔開,卡脖吊墻的分隔作用越強越好。
9.冷卻部的窯壓調(diào)節(jié)裝置:為了穩(wěn)定浮法玻璃的生產(chǎn),要求冷卻部內(nèi)的窯壓要略高于熔化部的窯壓,并且可調(diào)。冷卻部的微調(diào)風系統(tǒng)主要就是用來調(diào)節(jié)冷卻部的窯壓的。
10.冷卻部的溫度調(diào)節(jié)裝置:能夠保持冷卻部的溫度恒定,對生產(chǎn)浮法玻璃非常重要,尤其是冷卻部的末端出口處的玻璃液溫度,很小的波動就會對玻璃的內(nèi)在質(zhì)量產(chǎn)生很明顯的影響,許多外國玻璃熔窯在冷卻部都設有溫度調(diào)節(jié)裝置,多是采用風或水的冷卻裝置,也有采用升溫加熱措施的。
11.高溫熔化:高溫熔化對提高玻璃液的熔化質(zhì)量是很有效的,采用高溫熔化是指在熔化區(qū)內(nèi)的熱點之前溫度制度要取較高的溫度曲線,熱點溫度要達到1590℃或再高一些。
12.防止偏料粘邊:偏料粘邊現(xiàn)象是玻璃熔窯運行中比較容易出現(xiàn)的情況,沾邊的玻璃原料殘渣到達熱點之后就很難熔化了,要嚴重影響玻璃質(zhì)量,一定要采取各種可行措施防止偏斜粘邊,防止各種原因造成未熔化好的原料殘渣在熱點之后出現(xiàn)。
另外還有鼓泡、窯坎、電助熔等一些措施,對于某些小噸位熔窯或特種玻璃熔窯提高熔化質(zhì)量有一定的作用。浮法玻璃熔窯噸位大、慣性強,采用鼓泡、窯坎、電助熔等措施對提高熔化質(zhì)量體現(xiàn)不出來多大作用,而且還可能帶來某些隱患。
三.節(jié)能降耗措施
對于浮法玻璃熔窯自身結(jié)構(gòu)來說,節(jié)約能耗的主要措施可歸納為:窯形尺寸、燃料與燃燒、火焰高度、全窯寬投料、窯體保溫、窯體密封、格子體配置、淺池、窄卡脖、作業(yè)制度等這樣一些措施。
1.窯形尺寸:窯形主要工藝尺寸要設計合理,與熔化能力相匹配的窯形主要工藝尺寸,特別是熔化部和熔化區(qū)的長、寬尺寸和長、寬比例是有合理的較佳值的。達到了這個較佳值時,不但熔窯的熔化能力和熔化質(zhì)量都能得到保證,而且能耗較低。國內(nèi)許多玻璃熔窯能耗高的主要原因是熔化區(qū)的長度尺寸偏大,窯內(nèi)火焰分散,熱流密度低,達不到應有的熔化溫度。
2.燃料與燃燒:使用高熱值燃料并配備效率高能噴槍,才能在熔化區(qū)內(nèi)達到理想的高溫熔化效果。選擇合適的燃料、空氣比例,使火焰長度為窯寬的3/4;對噴槍進行準確調(diào)整,達到合適的燃料供給角度和流速;實現(xiàn)燃燒過程自動調(diào)節(jié);將換火時間調(diào)到較小限度;連續(xù)控制煙氣成分,是玻璃熔窯節(jié)能的基本條件。
3.火焰高度:應盡量減少窯內(nèi)火焰與玻璃液面之間的高度,從小爐噴火口噴入窯內(nèi)的火焰,應當是既不能對玻璃液面產(chǎn)生擾動作用、又要盡量靠近玻璃液面。國外許多熔窯采用“頂插、側(cè)插、底插”式噴槍,噴火口掛鉤磚之上即為小爐炕面磚,小爐炕面頂比池壁頂高出大約500mm(470~580mm之間),助燃空氣在小爐內(nèi)傾斜向下俯沖與燃料相遇后燃燒生成火焰噴入窯內(nèi),火焰緊貼玻璃液面又不擾動液面,熱效率比較高。
目前國內(nèi)自行設計的玻璃熔窯基本都采用爐下式噴槍,要在噴火口掛鉤磚和小爐炕面舌頭磚之間設噴槍用的“噴嘴磚”,噴嘴磚高度一般為200mm,這樣小爐炕面比池壁頂就要高出大約700mm(670~780mm之間)。火焰與玻璃液面之間的高度也就增加了200mm,顯然這就使火焰遠離了玻璃液面,降低了火焰的熱效率,大約要降低3~5%,小爐炕面頂比池壁頂高出的越多火焰熱效率越低。
4.全窯寬投料技術(shù):采用全窯寬投料技術(shù)產(chǎn)生的節(jié)能效果,可以從兩個方面來說:其一是在熔制工藝上,全窯寬投料池投入窯內(nèi)的配合料帶更寬、更薄,加大了配合料的受熱表面積和透熱性,使熔化區(qū)內(nèi)的熱量更多更快地被配合料吸收,從而減少了熱量向窯外的損失。其二在熔窯結(jié)構(gòu)上,采用全窯寬投料池可以把熔化部的池寬和池長做得略小一些,這就減少了整個窯體的表面散熱損失,從而產(chǎn)生節(jié)能效果。
5.窯體保溫:窯體的保溫對熔窯的節(jié)能作用大家都很清楚,需要保溫的要點部位包括:熔化部的大碹、胸墻、池壁、池底,小爐的底板、側(cè)墻、頂碹,蓄熱室的上段墻、頂碹,煙道的墻和碹。
6.窯體密封:窯體的密封對熔窯的節(jié)能作用是一目了然的,需要做密封的熔窯要點部位包括:投料口L吊墻鼻區(qū)磚下緣到池壁頂之間,熔化部池壁頂與掛鉤磚之間,各節(jié)大碹膨脹縫,小爐膨脹縫,蓄熱室墻與碹腳之間,蓄熱室各節(jié)碹的膨脹縫,以及各種操作門、孔、洞等都應隨時做好密封。
7.格子體配置:燃料在玻璃熔窯內(nèi)的燃燒溫度與助燃空氣的予熱溫度成正比關(guān)系,助燃空氣的予熱溫度與格子體配置的合理性有很大關(guān)系,格子體配置是否合理主要體現(xiàn)在格子體蓄熱面積和格子體高度上。格子體配置合理了就能提高助燃空氣的予熱溫度,也就提高了燃料的燃燒溫度,就會產(chǎn)生節(jié)能效果。
降低排出的煙氣溫度對于玻璃熔窯的節(jié)能也會有比較明顯的作用,目前從玻璃熔窯蓄熱室排出的煙氣溫度一般在600℃左右,若能降低到200~300℃的話,將節(jié)能10%以上,要做到這一點是需要做開發(fā)和攻關(guān)性工作的。
有資料介紹:提高助燃空氣予熱溫度,能使燃料消耗大大降低,在助燃空氣予熱溫度到1000℃的熔窯內(nèi),若將這個溫度提高到1100℃時,可以節(jié)省燃料8%,若提高到1200℃時,可以節(jié)省燃料15%。根據(jù)這一資料可以大致地認為:助燃空氣予熱溫度每升高100℃,可以節(jié)省燃料7%~8%。
8.淺池結(jié)構(gòu):玻璃熔池是一個大的散熱體,對于某一特定平面尺寸的玻璃熔窯來說,池深不同就是玻璃液的總量不同,池深越大就總量越大,散熱量也就越大。以往的玻璃熔窖熔化部池深多為1400~1500mm的深池,現(xiàn)在多為1200mm左右的淺池,冷卻部池深可為900mm左右,淺池結(jié)構(gòu)有一定的節(jié)能效果。
9.窄卡脖:從熔窯內(nèi)玻璃液流縱向斷面圖中可以看到:在卡脖處不同高層度處的玻璃液流方向是不同的,靠近玻璃液面的上層向冷卻部流動,靠近池底的下層反向流回熔化部。流到冷卻部的玻璃液溫度下降了,再流回熔化部后又要再受到二次加熱,就要消耗熱量,卡脖縮窄就可以減少這種二次加熱消耗的燃料。
10.溫度制度:玻璃配合料的熔化速度與窯內(nèi)溫度制度密切相關(guān),高溫作業(yè)制度能加快玻璃配合料的熔化和生成玻璃液,有明顯的節(jié)能效果。
四.延長窯齡措施
從浮法玻璃熔窯自身結(jié)構(gòu)來說,延長窯齡的主要措施可歸納為:耐火材料、熔窯鋼結(jié)構(gòu)、膨脹縫、L形吊墻、窯內(nèi)壓力、風冷、水冷、熔窯砌筑、烤窯、維護保養(yǎng)等這樣一些措施。
1.耐火材料:熔窯各部位耐火材料質(zhì)量必須保證,不同部位耐火材料匹配要得當,需要做酸堿分隔的部位必須有可靠材料分隔開,與玻璃液接觸部位的耐火材料必須能抗玻璃液侵蝕耐沖刷,蓄熱室中、上段格子體材料要耐高溫、耐堿性粉塵侵蝕。
2.熔窯鋼結(jié)構(gòu):比如一座500t/d級的浮法玻璃熔窯是由近二十種不同品種的耐火材料、三百多個尺寸規(guī)格、幾十萬塊(50~70萬塊)、總重量幾千噸(5000~8000噸)耐火材料砌筑而成的。熔窯鋼結(jié)構(gòu)就是用來支撐和約束這個砌筑而成的窯體磚結(jié)構(gòu)的,熔窯鋼結(jié)構(gòu)必須保證窯體各部位的磚結(jié)構(gòu)從開始砌筑、到高溫運行產(chǎn)生膨脹后,都能保持不產(chǎn)生超過允許的變形或使磚塊壓碎。所以熔窯各部位的鋼結(jié)構(gòu)件即不能弱也不能太強壯。
3.膨脹縫:玻璃熔窯的窯體結(jié)構(gòu)要長期處于高溫下運行,窯體各部位的膨脹縫留設對窯齡的影響很大。耐火材料具有熱脹性,要保證窯體結(jié)構(gòu)的安全,對一些受到膨脹限制部位的窯體結(jié)構(gòu)必須留有合適的膨脹縫,保證耐火磚塊在高溫下不被擠碎,窯墻不變形。
4.L形吊墻:以往的玻璃熔窯前臉墻一般采用硅磚做的“魚肚碹”結(jié)構(gòu)。魚肚碹的股跨比一般都比較小,計算下來魚肚碹的碹磚壓應力都比非常大;魚肚碹的硅磚屬于酸性材料,要承受配合料內(nèi)的堿蒸汽的化學侵蝕;魚肚碹磚還要承受高溫作用的熱沖刷和侵蝕。魚肚碹處于這樣惡劣的工況條件中,安全可靠性很差,曾經(jīng)是影響玻璃熔窯壽命的較薄弱環(huán)節(jié)之一。針對魚肚碹使用壽命短的情況,L型吊墻結(jié)構(gòu)被開發(fā)了出來。隨著玻璃熔窯前臉L型吊墻結(jié)構(gòu)的應用,熔窯前臉墻結(jié)構(gòu)的安全可靠性問題便得到了很好的解決。
5.窯壓:通常所說的熔化部內(nèi)的窯壓為5~7Pa,是指窯內(nèi)壓力比窯外壓力高出5~7Pa。這種窯內(nèi)的微正壓是為了既保證窯外冷空氣少進入窯內(nèi),又保證窯內(nèi)少往窯外穿火。窯壓越大,越容易出現(xiàn)向窯外穿火,使得一些小的縫隙不該穿火的地方,由于穿火后而成了大縫,也就是平常所說的“燒穿”了,燒穿對窯體結(jié)構(gòu)壽命就要產(chǎn)生影響。
6.風冷、水冷:玻璃熔窯上需要進行吹風冷卻的地方主要包括:熔化部兩側(cè)池壁、卡脖兩側(cè)池壁、熔化區(qū)的碹腳梁、投料口攔鐵、L型吊墻等。需要進行通水冷卻的地方主要包括:卡脖入口處池壁外側(cè)拐角、液位池與熔化部相交處池壁外側(cè)拐角等部位。
7.熔窯砌筑:玻璃熔窯的砌筑質(zhì)量對熔窯壽命起很大作用,必須選擇有資質(zhì)的有經(jīng)驗施工單位,施工設備要齊全,工種要配套,質(zhì)量監(jiān)督不可少,玻璃熔窯各部位都有詳細的砌筑要求,必須保證。
8.烤窯升溫:烤窯升溫對玻璃熔窯運行壽命至關(guān)重要,它將不可逆轉(zhuǎn)地影響以后的熔窯性能和壽命。比如由于烤窯不當造成了窯體變形,開裂、下沉、擠碎等等,都要影響窯齡?靖G升溫曲線必須合理,在升溫中需要控制膨脹的部位必須及時準確地進行操作,嚴格控制。
9.合理運行:玻璃熔窯的溫度制度要合理,各部位窯壓要合理、穩(wěn)定,液面波動要小,各種設施狀態(tài)良好、操作準確,不產(chǎn)生運行中對窯體的破壞。
10.維護保養(yǎng):要按玻璃熔窯運行操作規(guī)程每日做好對窯體的巡檢工作,出現(xiàn)問題及時進行保養(yǎng)。在熔窯運行的中后期要加強維護保養(yǎng)工作。
五.結(jié)束語
以上是浮法玻璃熔窯冷修改造時,為了增加熔化能力、提高熔化質(zhì)量、節(jié)能降耗、延長窯齡而采取的一些常規(guī)措施。隨著熱工技術(shù)的進步、熔窯設計經(jīng)驗的豐富、新型耐火材料的開發(fā),會有更多更好的玻璃熔窯新技術(shù)將被開發(fā)出來,將使玻璃熔窯的熔化能力、熔化質(zhì)量、節(jié)能降耗、長窯齡方面取得新的應用成果。
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