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耐火材料行业动态

玻璃熔窑蓄热室选择合适的耐火材料

玻璃熔窑常用的立式蓄热室的结构,下部为空气、煤气烟道,烟道顶部砌空气和煤气蓄热室的炉条碹,其上码砌格子砖,空气与煤气蓄热室之间的隔墙叫风火隔墙,由于其上部温度很高,又有飞料侵蚀,烧损后易发生透火现象,所以其厚度一般较大,而且要求砌筑严密。为减少蓄热室外墙散热损失,一般都砌有保温砖。
蓄热室介绍
从玻璃熔窑内排出的烟气(废气)温度很高,一般为1400~1500℃左右。因此,废气含有大量的热能。所以说,在玻璃熔窑中废气余热的利用具有很重要的意义。
玻璃熔窑内要求火焰温度在1700℃左右,除了燃料燃烧提供热能外,利用废气的高温将助燃空气和煤气(在燃油窑中,只有助燃空气)预热也是保证火焰达到高温的重要条件。所以,在干板玻璃熔窑中采用蓄热室作为废气余热利用设备来预热空气和煤气。
玻璃熔窑常用的立式蓄热室的结构如下图所示,下部为空气、煤气烟道,烟道顶部砌空气和煤气蓄热室的炉条碹,其上码砌格子砖,空气与煤气蓄热室之间的隔墙叫风火隔墙,由于其上部温度很高,又有飞料侵蚀,烧损后易发生透火现象,所以其厚度一般较大,而且要求砌筑严密。为减少蓄热室外墙散热损失,一般都砌有保温砖。由于蓄热室常需要修格子砖及清灰,所以外墙留有热修门和清扫孔,烟道内需留有掏灰坑。
采用蓄热室作为废气余热利用设备,能提高熔窑的热效率,提高空气和煤气的预热温度,所以,既能提高火焰温度,又能降低燃料的消耗量,从而可降低生产成本。因此,研究和采用合理的余热利用设备是熔化工艺、热工操作和经济核算的共同要求。
对蓄热室性能的要求
①保证空气、煤气有一定的预热温度,而且预热温度要稳定;
②能充分利用废气热量;
③气流在蓄热室横截面上应分布均匀,气流阻力要小;
④结构简单,紧凑牢固,便于检查、清扫和热修。
蓄热室对气体的加热作用是间歇的,但池窑的生产是连续的。因此,必须有两套设备轮换工作。所以蓄热室总是成对使用,与蓄热室相配合的小炉也是成对的。
蓄热室的工作原理与作用
蓄热室为周期性换热设备,属周期性不稳定温度场,传热过程为不稳态传热,工作特点类似于逆流换热器,故通常将蓄热室看作逆流式换热器来对整个周期进行传热分析,从而使问题简化。
在传热过程中,废气主要以辐射为主加对流方式将热量传给格子体表面,再通过导热将热量传向格子体内部;而加热空气时格子体表面主要以对流加辐射方式将热量传给空气,因为空气中的O2、N2为对称双原子,不辐射也不吸收,因此温度虽高仍主要以对流传热;加热煤气时,辐射作用得以加强。换向时间对蓄热室换热效率有较大影响,较适宜的时间据分析为20~25min。此外,格子砖的密度、比热容、排列方式以及通道内气体流动情况等也影响热交换过程的好坏。蓄热室内气体流动情况,主要是横断面上的气流分布均匀程度,对改善传热和提高热效率具有重要意义。气流方向应符合气体垂直运动定则,即烟气自上而下流动,空气或煤气自下而上流动。箱式蓄热室与垂直上升道蓄热室相比,改善了气流分布,增加了格子体体积,提高了热效率,也减少了散热面积。蓄热室横断面面积愈大,气流分布愈不均匀,尤其在转弯处,所以箱式蓄热室上部要留有足够的高度。
其工作原理是:当窑内高温废气由上而下通过小炉口和空气、煤气通道进入蓄热室时,将蓄热室内的格子体加热,此时格子体的温度逐渐升高,积蓄一定的热量;换火后,助燃空气和煤气由下而上经蓄热室底烟道进入蓄热室时,蓄热室内的格子体用积蓄的热量来预热空气和煤气,此时格子体的温度逐渐降低。
由此可知,蓄热室的工作是周期性的,一个周期内是格子体的加热期,另一个周期内是格子体的冷却期,如此循环往复进行。因此蓄热室的作用是:利用格子砖作为蓄热体,将废气所含的热量积蓄起来,换火后用积蓄的热量将空气和煤气预热达到一定温度。
一般空气可预热到1000~1200℃;煤气可预热到800~1000℃;废气出蓄热室的温度为600℃左右。为满足气流分布均匀又同时满足换热面积的要求。就要增加蓄热室的高度和合理安排格子体。采用三通道蓄热室是一种有效措施。
由于每个换向周期中烟气、格子体、空气的温度随时问而变化,在刚换向的很短时间内,温度变化非常快,然后变化的速度逐渐变慢。对于单通道蓄热室。因换向而引起的温度波动较大,而采用多通道则能够使温度场趋于稳定。当然由于烟气流程较长.气流阻力增大,因此烟囱需要加高或用排烟机增加抽力。
三通道蓄热室有以下优点
①三通道的蓄热室可以在不增加厂房高度的情况下扩大换热面积,同时可以根据各通道气体进出温度、侵蚀情况以及通道内的主要传热方式来考虑各通道格子体的结构和砖的材质,使蓄热室的设计更合理,蓄热室的利用率和余热回收率都有所提高.蓄热室的整体寿命延长。
②烟气流程长,气流分布均匀,助燃空气预热温度高。普通箱式蓄热室只能把助燃空气加热至1000~1100℃,而三通道蓄热室由于保温好、流程长,可以把助燃空气加热至1300℃以上,相比之下,节约大量能源。
③可根据不同温度的传热方式特点,确定各通道内合适的烟气流速,以提高热交换能力。
④普通箱式蓄热室易产生堵塞或倒塌,特别对于硼硅酸盐玻璃,由于硼的大量挥发、凝结,高温澄清剂食盐的挥发、凝结以及其他粉料进入蓄热室,蓄热室堵塞特别严重,几乎每年都要反烧一次,每个窑期要停产热修更换1~2次格子砖.每次费时4~7天,给工厂造成很大经济损失。而三通道蓄热室没有这个缺点,既减轻了工人的劳动强度,也给工厂创造了较好的经济效益。
三通道蓄热室自然沉降原理是:一通道上部出口助燃空气温度长期稳定在1300℃以上,而下部入口助燃空气温度长期稳定在900℃以上。所以,进入一通道的粉料被烧熔,碱、硼蒸气则冷凝于底烟道下。进入二通道的烟气,由于温度下降,而且流动中要绕三个90°弯,加之重力作用,灰尘大部分落人底烟道中。进入三通道的烟气速度加快,温度更低,灰尘极少。正是由于三通道蓄热室的这些特点,加上正确的操作,所以在整个窑期中不易堵塞。
三通道蓄热室炉条碹和底烟道炉条碹除考虑流通截面积外,主要考虑强度,因格子体较高,而且砖材的密度都较大,第一蓄热室的锆英石砖、红柱石砖密度都较大;第二蓄热室下部温度高达900℃以上,并且气体流速较大,所以也用锆英石砖;第三蓄热室温度较低,上层用莫来石砖,下层用优质黏土砖砌筑,提高格子体耐火度,以便于反烧:所有的炉条碹均砌筑成承重力最好的半圆形碹。底烟道考虑留有足够的空间,既保证气流畅通,又可储存较多的灰尘。第一蓄热室、第二蓄热室底部采用斜面结构,以便于烧熔的粉料自动流出。
一般三通道蓄热室分三个蓄热室:第一蓄热室(高温蓄热区)、第二蓄热室(垂直上升道)、第三蓄热室(低温蓄热区)。
蓄热室的结构
(1)燃烧发生炉煤气玻璃熔窑的蓄热室结构
蓄热室按其是否分隔,可分为分隔式和连通式两种。
连通式与分隔式蓄热室的优缺点经过实践效果对比,认为分隔式蓄热室优越性较多。因此,大多数工厂在新建熔窑时均采用分隔式蓄热室。有的老厂由于受厂房限制,目前还用连通式蓄热室,只要改用重油作燃料时,则可改为分隔式蓄热室。
无论是分隔式还是连通式蓄热室,它们的构造都是由底烟道、格子体和上部空间三个部分组成。空气、煤气蓄热室的下部分分别为空气、煤气烟道,相当于每个蓄热室都有一个掏灰坑门。烟道顶部砌有空气和煤气蓄热室的炉条碹。炉条碹支撑蓄热室格子体的重量,为了提高其强度,一般在两炉条碹之间的空中加筋。炉条碹上砌爬碴砖找平,然后码砌格子砖。炉条碹一般用一等黏土砖砌筑。
蓄热室顶部的碹,一般多为半圆碹。由于蓄热室上部温度较高,所以半圆碹用高铝砖砌筑。空气蓄热温度较高,碹的跨度较大,所以其半圆碹较煤气的厚一些。空气半圆碹一般厚350mm左右,煤气半圆碹厚为250mm左右。
空气蓄热室与煤气蓄热室之间的隔墙叫风火隔墙。由于风火隔墙上部温度较高,而且受飞料的侵蚀较严重,烧损后会发生透火现象,所以风火隔墙要厚,而且砌筑必须严密。风火隔墙上部多采用高铝砖,下部温度较低,采用黏土砖。
为了减轻蓄热室外墙的热损失,一般在一层黏土砖外,加砌保温砖。由于蓄热室需热修及经常掏灰,所以外墙上留有热修门(平时堵严及保温),烟道拐弯处安排掏灰坑门。
(2)烧重油玻璃熔窑的蓄热室结构
燃油熔窑为了便于控制各小炉燃烧器的助燃空气量,有利于控制温度和气氛的分布.故均采用分隔式蓄热室。
由于采用重油这种高热值燃料,故蓄热室取消了煤气部分,只有空气蓄热室预热助燃空气,其结构与燃烧发生炉煤气蓄热室的空气部分基本相同,也是由底烟道、格子体和上部空间组成。各部位的结构形式和各处砌体所用的耐火材料也与燃烧发生炉煤气蓄热室的空气部分相同。


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