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      影響燒天然氣浮法熔窯蓄熱室壽命因素的探討

      2012年9月7日  

          影響燒天然氣浮法熔窯蓄熱室壽命因素的探討
          何代菊
          (四川玻璃股份有限公司 自貢市 643000)
          摘要結合天然氣和重油作燃料在玻璃窯內燃燒的不同點,針對天然氣燃燒的火焰特性,從結構、選材及生產運行等方面對影響蓄熱室壽命的因素進行了探討。
          關鍵詞 蓄熱室 天然氣 熔窯 耐火材料配套
         
          1 情況簡介
         
          蓄熱室作為余熱回收設備,其效能對熔窯熱效率有直接的影響。蓄熱室結構應能滿足熔化工藝的要求,有足夠的受熱面積和蓄熱能力,能保證使空氣達到足夠高的預熱溫度,且溫度穩定,氣流在蓄熱室橫截面上均勻分布。在蓄熱室中各部位耐火材料共同經受著周期性的溫度變化,固體飛料的作用、揮發性物和蒸氣冷凝物的作用,以及各種氧化還原反應;只是在不同的部位受上述侵蝕作用的程度各異。因此,蓄熱室結構設計與耐火材料的配套選擇尤其重要,它關系著整座熔窯的建造費用和窯齡。據國內外有關資料,燃天然氣熔窯蓄熱室隔墻出現穿火、倒塌、格子體堵塞在正常窯期內時有發生,甚至出現嚴重的格子體、爐條碹等關鍵結構垮
          塌事故,嚴重影響生產和熔窯壽命。近年來,隨著我國浮法玻璃行業燃天然氣熔窯的增多,燃天然氣與重油比較,火焰長、蓄熱室內的溫度高的問題必須認真解決,同時對蓄熱室結構和配材更需慎重。
          從我公司燃天然氣熔窯兩窯期蓄熱室運行情況看,幾乎其它廠家蓄熱室出現的問題在我公司蓄熱室上都出現過,給公司生產經營帶來嚴重影響。痛定思痛,認真分析原因總結教訓,是本文的目的,也希望能為我國玻璃行業在燃天然氣熔窯技術方案提供參考。
         
          2 爐條碹結構設計與耐火材料選擇
         
          爐條碹是承受格子體高溫荷重的拱碹結構,是支撐格子體的基礎,它的穩定是蓄熱室安全運行的前提。有的廠家發生過爐條碹局部坍塌情況,燒天然氣的蓄熱室爐條碹設計更應注意,因天然氣火焰黑度小于重油,火焰較長,有時在爐條碹底能見到火焰。可見爐條碹的選材必然要有較高的強度和抗熱震穩定性,否則運行2~3年就開始斷裂“掉牙”。
         
          2.1 爐條碹結構
         
          結構上,一般浮法窯由9~ll根連通式爐條碹組成, 碹磚的寬度150~ 200 mm,厚度大于
          350 mm,間隔距離大于150 mm,跨度在2500 mm左右。從我公司使用情況看,格子體無論是條形磚還是筒形磚,爐條碹磚的寬度宜在160 mm 左右,厚度宜在460 mm 左右,間隔距離260 mm 左右,跨度不宜超過2 500 mm。若跨度太大宜用如圖1所示的二段碹結構形式, 以提高碹的強度和穩定性。爐條筋磚嵌入在爐條碹內的形式比筋磚只嵌入在找平層內的形式更穩定。
          爐條碹砌筑泥縫的控制,在施工驗收規程中把爐條碹列為Ⅱ類砌體,泥縫按2.0 mm控制,而根據爐條碹的承重要求和受冷熱沖擊頻繁易炸裂的特點,應把它列為I類砌體,泥縫按1.0 mm控制更妥當。
         
         

      影響燒天然氣浮法熔窯蓄熱室壽命因素的探討


         
          2.2 耐火材料選擇
         
          爐條碹出廢氣側的溫度為400~700℃ ,燒天然氣時該處的溫度為500~800℃ ,進空氣時爐條碹處的溫度為100~300℃ ,爐條碹磚經受著周期性的強烈熱震。對窯齡在6~8年燒天然氣的窯爐,爐條碹建議用抗熱震穩定性好的DN一15低氣孔黏土磚,除對磚材的理化指標嚴格要求外,對磚的外形尺寸也要嚴格控制,尤其表面翹曲應控制在0.5 mm以內,當然經濟條件好的廠家可選用硅線石磚;窯齡在8年以上的窯爐,選用硅線石磚或電熔AZS。
         
          3 格子體
         
          3.1 結構
         
          格子磚的規格與碼法和熱交換及通道截面積有關,通道寬度為115~ 170 mm,條形磚厚度多數是65 mm,厚度大于80 mm 不利于熱交換且熱穩定性差;長度230~ 395 mm、高度為100~150 mm為宜,條形磚的碼法多樣,有以下幾種:西門子式、李赫特式、編籃式、開口編籃式等。浮法熔窯大多采用開口編籃式,以便增大受熱面積。
          近10年隨著能源供給緊張,節能降耗成為行業的主要任務,在提高熱效率方面,借鑒了國外的先進經驗,浮法熔窯普遍采用筒形磚和十字形格子磚,它們的受熱面積為見表1。
         
         

      影響燒天然氣浮法熔窯蓄熱室壽命因素的探討


         
          設計時在堿蒸氣冷凝區建議采用如圖2所示的筒形磚,對原料細粉控制不好的廠家宜選用格孔為170 mm×170 mm的磚型。
         

      影響燒天然氣浮法熔窯蓄熱室壽命因素的探討


         
          3.2 材料配套
         
          要延長蓄熱室的使用壽命,格子磚的合理選材就成為問題的關鍵。頂部格子磚在1400~1500℃長期受堿蒸氣和飛料侵蝕嚴重,宜采用高純電熔鎂磚(MgO~98 9/6、MgO~97 ),這種大晶體方鎂石燒結而成的低氣孔率的高純度電熔鎂磚在高溫下具有極好的耐蠕變性,在1650℃ 溫度下,變形僅為0.09 。近年來,格子體頂部2~4層選用鎂鋯磚或燒結鋯莫來石,由于鎂鋯磚內部的MgO粗顆粒被外層鎂橄欖石層保護而使其侵蝕程度減輕,成為該區域用磚的最佳選擇。
          上部格子體溫度在1 100~1400℃ ,一般選用含MgO 95 9/6~97 的電熔鎂磚。中部格子體溫度1 100~800℃ ,是堿金屬硫酸鹽凝聚區域,易使鎂磚與飛料反應形成硅酸鎂MgSiO。,同時芒硝反復固液化導致體積膨脹而破壞,所以此部位不宜選用鎂磚,而應選用熱穩定性好、氣孔率低的直接結合鎂鉻磚DMC一12或DMC一20。下部溫度冷熱交替、荷重大,受堿性物料侵蝕少,需要熱穩定性好、承重強度好的材料,一般選用低氣孔黏土磚DN一12、DN一13、DN一15。
         
          4 墻體
         
          4.1 結構設計
         
          采用箱式蓄熱室,使格子體的高度比傳統上升道式蓄熱室高2.0 m左右,有利于提高空氣預熱溫度。箱式蓄熱室由內側墻、目標墻、端墻和隔墻組成,隔墻的設置有利也有弊,全連通蓄熱室取消了隔墻,能增大格子體面積,但失去隔墻支撐的內側墻、目標墻即使有錨拉結構也易在烤窯和使用過程中造成側墻內傾,影響蓄熱室的正常運行和壽命。采用兩兩分隔形式的隔墻可以解決側墻內傾的問題,但使格子體面積減小,不利于廢氣余熱利用。
         
          4.1.1 內側墻、目標墻
         
          側墻及目標墻厚度一般為578 mn'l,其中硬磚為348 mm,中、高溫段墻體要設置錨拉結構,以增加墻體的穩定性,低溫墻體可取消錨拉結構。內側墻與小爐人口處要用鋯英石磚分隔,防止共熔反應。以前留膨脹縫時的做法是2~3 m集中留30~5O mm,這樣做烤窯時易造成膨脹不勻,有膨脹縫的位置沒脹到位而其它部位卻拉裂了。為便于烘烤時膨脹均勻,應該根據磚材自身的熱膨脹性,采用分散多點方式留設脹縫,每處留10 mm左右并用多晶纖維填塞。
         
          4.1.2 分隔墻
         
          分隔墻插入內側墻和目標墻中解決自身穩定問題,還須處理好與蓄熱室碹的銜接關系,主要要解決好分隔墻的膨脹和密封穿火問題;以前分隔墻留膨脹縫時的做法是每道隔墻分兩處分別留20--~30 rrllrn,這樣做烤窯時易造成膨脹不勻。應考慮分散多點留設脹縫,每處留10 rnln左右并用多晶纖維填塞。
         
          4.1.3 碹
         
          我國浮法熔窯多數采用蓄熱室碹跨度與墻體內空尺寸一致的結構,該結構由于碹與墻體的間隙烤窯后不易密封致使該處常穿火燒鋼結構,造成碹腳和碹的變形而坍塌。筆者認為碹與墻體間可采用傳統的上間隙磚密封結構來保護碹碴鋼和頂絲、立柱,碹的跨度應比蓄熱室內空大200~300 mm 為宜;冷態時,根據蓄熱室墻所用耐材的熱膨脹性,留設好上間隙與碹腳磚的間隙,一般為90~100 mm;碹與墻體間隙除用泥料處理好外,同時運行中應加強風冷,保護碹碴角鋼。
         
          4.2 配材
         
          4.2.1 目標墻、內側墻
         
          目標墻、內側墻按Ⅱ類砌體砌筑;溫度在800℃ 以下選用低氣孔黏土磚,溫度在800~1 200℃選用直接結合鎂鉻磚,1 200℃ 以上選用含95 9/6的MgO或97 的MgO電熔鎂磚或電熔AZS磚,以抗飛料及堿蒸氣的侵蝕,8年以上窯宜選電熔AZS磚。
         
          4.2.2 隔墻
         
          隔墻材質配置也至關重要,否則隔墻易燒蝕成較大孔洞,嚴重者隔墻倒塌封堵了格子體孔。隔墻的選材與側墻基本一致,只是上層墻體要選高溫強度好且抗堿性氣體和飛料侵蝕的材料,宜選DM一97高純電熔鎂磚、鋯英石磚等材料,8~12年窯宜選電熔AZS磚。
         
          4.2.3 碹
         
          蓄熱室碹宜選優質硅磚。
         
          5 蓄熱室的非設計因素的影響
         
          過去影響窯齡的主要因素是大碹、池壁和蓄熱室。隨著耐火材料水平的提高,良好的結構設計和維護措施,大碹、池壁不再是影響窯齡的主要因素,而蓄熱室格子體的嚴重堵塞被迫熱修或冷修,成了困擾我國浮法窯窯齡的關鍵因素,除上述談到的蓄熱室結構設計和耐火材料配置外,烤窯、原料、運行等非設計因素的影響不可小視。
         
          5.1 烤窯
         
          蓄熱室烘烤中應注意,烤窯前仔細檢查各脹縫中是否有堵塞物影響砌體自由膨脹,特別是碹與墻體的間隙,此外就是隔墻脹縫問題。升溫前能保溫的部位采取臨時保溫,盡量減少內外溫差,升溫一定要均勻緩慢,絕不能局部過熱而劇烈膨脹造成砌體拉成裂縫而影響壽命,尤其要注意過大火后升溫過快墻體易變形。
         
          5.2 原料
         
          原料粒度是影響窯爐壽命的主要因素,石英砂、純堿、白云石的超細粉是蓄熱室格子體堵塞的
          主要因素,純堿應采用重質純堿。石英砂、純堿、白云石的超細粉含量都應小于5.0 。控制好原料粒度有利于熔化,且對蓄熱室格子體的堵塞會大大減輕。
         
          5.3 運行與維護
         
          浮法玻璃原料及生產工藝的特點,決定了蓄熱室格子體的堵塞和老化是一種不可避免的趨勢。因此熔窯運行中,要特別注意燒天然氣熔窯的分支煙道的溫度不宜過高,宜在600℃ 左右,防止火焰過長燒壞爐條碹和格子體。此外,蓄熱室要經常性的疏通和維護。配合料中的細粉和堿蒸氣,由煙氣帶入蓄熱室內,沉積在格子體表面,冷凝后粘結堵塞格子體形成“瘤子”,除瘤的方法可以分機械方式、上燒方式、下燒方式。這三種方式都是在格子體剛結瘤不嚴重時采取的未雨綢繆的方法。一般格子體第一次除瘤應在新窯運行2年左右,以后每半年進行一次,一旦工作疏忽或不仔細,格子體就會大面積堵塞,捅燒都無法解決,只能采取大型熱修更換格子體或局部打通格子體免強維持生產的辦法來解決堵塞嚴重的問題。
         
         
          參考文獻
          [1]陳正樹,等.浮法玻璃EM].武漢工業大學出版社
          1-2]劉桂芳.耐火材料指南[z].國家建筑材料工業局技
          術情報研究所、信息中心
          I-3]孫承緒, 陳潤生,孫晉濤,詹美瑤.玻璃窯爐熱工計
          算及設計I-M].中國建筑工業出版社
          E4]米慶軒.筑爐[M].武漢工業大學出版社
         

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