全煤氣多通道蓄熱室馬蹄焰池爐在壓延玻璃上的應(yīng)用

      利用煤氣燃燒后排出的高溫廢氣預(yù)熱空氣、煤氣，不僅能提高燃料的燃燒溫度，還能顯著減少燃料的消耗，從而節(jié)約了燃料；節(jié)約燃料的多少，隨燃料種類以及預(yù)熱溫度而不同，空氣及煤氣預(yù)熱后所能節(jié)約的燃料百分比如下：

      ΔB=（Qa+Qf）÷(QH+Qa+Qf-Qe)×100％             [1] 

      Qe ——單位燃料生成廢氣所帶出的熱量（千卡/標(biāo)米3煤氣）

      Qa ——助燃空氣帶入的物理熱（千卡/標(biāo)米3煤氣）

      Qf ——煤氣帶入的物理熱（千卡/標(biāo)米3煤氣）

      QH——煤氣的低發(fā)熱值（千卡/標(biāo)米3煤氣）

      根據(jù)改造后窯爐蓄熱室的使用溫度，助燃空氣的平均溫度為1200℃(表顯)，空氣預(yù)熱到1200℃時(shí)的物理熱為499千卡/標(biāo)米3煤氣，當(dāng)廢氣排出溫度為1300℃時(shí)帶走的熱量為1005千卡/標(biāo)米3煤氣；煤氣預(yù)熱到900℃時(shí)的物理熱為315千卡/標(biāo)米3煤氣，煤氣熱值1200千卡/標(biāo)米3煤氣，燃料節(jié)約的百分比為：

      ΔB=（499+315）÷（1200+499+315-1005）×100％=81％（空氣溫度為1200℃）

      ΔB=（409+315）÷（1200+409+315-1005）×100％=79％（空氣溫度為1000℃）

      ΔB=（321+315）÷（1200+321+315-1005）×100％=77％（空氣溫度為800℃）

      同理當(dāng)煤氣蓄熱室溫度為800℃，空氣溫度為1200℃、1000℃、800℃時(shí)燃料節(jié)約的百分比為：80％、78％和75％；原窯爐在改造前蓄熱室格子體長(zhǎng)×寬×高：6728×1920×4000mm（含三個(gè)蓄熱室），煤氣蓄熱室格子體長(zhǎng)×寬×高：6728×928×4000mm，格子體總體積為：76.6m3，西門(mén)子式格子體單位格孔的受熱面積為11.4m2/m3（查表得知）[1]，蓄熔比只有12.4％，說(shuō)明蓄熱室的蓄熱能力差，蓄熱室熱負(fù)荷高，蓄熱室容易燒損；改造時(shí)我們采用先進(jìn)的十字型格子體[2]，這種格子體的單位格孔的受熱面積為14.87m2/m3，大、小空氣蓄熱室格子體長(zhǎng)×寬×高：3016×3712×8740mm+3016×2088×9660mm，煤氣蓄熱室格子體長(zhǎng)×寬×高：3016×2552×6210mm，格子體總體積為206.5 m3，蓄熔比為66.8％；大空氣蓄熱室格子體上部砌筑為“臺(tái)階式”，不僅能減少煙氣對(duì)蓄熱室中墻的直接沖刷，還能使氣流在格子體中分布均勻，從而提高助燃空氣的預(yù)熱溫度。從蓄熱室結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式上的改進(jìn)，可以看出十字型格子體更能提高助燃空氣溫度，減少煤氣的使用量。通過(guò)對(duì)多座窯爐廢氣溫度的檢測(cè)比較，單通道蓄熱室的排煙溫度高，煙氣的回收利用率低；原橫火焰窯爐的排煙溫度高，廢氣回收利用率極低，將窯爐改造成多通道蓄熱室馬蹄焰結(jié)構(gòu)，一是增加格子體的體積（3016×2088×9660mm＝60.8m3），延長(zhǎng)廢氣與格子體的交換流程，使熱交換更加充分，降低了排煙溫度；二是加強(qiáng)蓄熱室的蓄熱能力，使助燃空氣的整體溫度提高，降低燃料的消耗。

    上表中煤氣、空氣的預(yù)熱溫度和廢氣側(cè)蓄熱室溫度都非常理想，說(shuō)明對(duì)蓄熱室的改造達(dá)到了預(yù)計(jì)效果。

      二、合理的小爐結(jié)構(gòu)合理的小爐結(jié)構(gòu)應(yīng)保證火焰在窯爐內(nèi)分布均勻，讓火焰具有一定的燃燒長(zhǎng)度、使火焰具有一定的剛性即噴出速度，對(duì)玻璃液有較大的覆蓋面積。煤氣燃燒是否充分，關(guān)鍵在于與助燃空氣的比例及混合程度，在小爐處設(shè)置預(yù)混室，讓空氣與煤氣相互撞擊造成的渦動(dòng)和分子擴(kuò)散進(jìn)行充分的混合；噴火口的寬度決定著火焰的覆蓋面，噴火口過(guò)寬火焰短容易燒損前山墻，噴火口過(guò)窄火焰覆蓋面不均勻，合理的噴火口尺寸有助于煤氣和助燃空氣的預(yù)混和燃燒，設(shè)計(jì)扁平的噴火口形狀，選擇合理的噴火口寬高比：1500/400=3.75，增大火焰對(duì)玻璃液面的覆蓋面積，減少火焰對(duì)碹頂?shù)闹苯記_刷；根據(jù)煤氣的燃燒特性及相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，小爐整體向窯爐中心線偏轉(zhuǎn)3.5度，減少對(duì)胸墻的局部燒蝕；助燃空氣、煤氣混合程度決定了火焰的燃燒過(guò)程，這與煤氣、空氣的相交角度有關(guān)，通過(guò)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及對(duì)多座窯爐的使用調(diào)查結(jié)果，以及該窯爐的絕對(duì)長(zhǎng)度和工藝的需要，空氣與煤氣的相交角取23度，預(yù)混室長(zhǎng)度應(yīng)稍微加長(zhǎng)（預(yù)混室長(zhǎng)1900mm），舌頭探出長(zhǎng)度580mm，可以使火焰長(zhǎng)而平穩(wěn)，配合長(zhǎng)寬比大的熔化池，讓玻璃液在熔化池中更好的熔化、澄清。小爐后部與蓄熱室接口處空間適當(dāng)加寬，可減少?gòu)U氣在蓄熱室內(nèi)氣流分布不均勻，減小氣流在蓄熱室中的“死角。

      三、帶預(yù)熔的加料池配合窯坎深澄清池結(jié)構(gòu)窯爐采用合理的長(zhǎng)寬比，有利用于玻璃液的熔化及澄清，橫火焰窯爐的熔化帶、澄清帶分布比較明顯，考慮到壓延玻璃的實(shí)際情況，滿足玻璃的成型溫度要求、玻璃液的熔化、澄清等情況，結(jié)合合理的小爐結(jié)構(gòu)和火焰的覆蓋面積，熔化池采用較大的長(zhǎng)寬比，長(zhǎng)×寬：9800×4700mm，長(zhǎng)寬比為2.1，使玻璃液在熔化池內(nèi)充分的熔化、澄清。增設(shè)預(yù)熔的加料池結(jié)構(gòu)[3]，同時(shí)增加加料池空間高度，使配合料在加料池中起到真正的預(yù)熔作用；寬度較大的加料池（長(zhǎng)×寬：2000mm×1350mm/1600mm），配合斜毯式加料機(jī)真正實(shí)現(xiàn)薄層加料，這樣配合料在加料池中得到更多的輻射熱，既能提高熔化率，克服跑料現(xiàn)象，還能大大減輕窯內(nèi)的粉料飛揚(yáng)，加料時(shí)不受換向的影響，格子體磚不容易堵塞，減輕窯碹及胸墻的腐蝕。單側(cè)加料容易腐蝕加料池對(duì)面的池墻，若液面控制不穩(wěn)定（特別對(duì)于出料量大的窯爐），如果料堆較厚，配合料料堆厚度高出液面線太多，甚至高出池墻磚端面高度時(shí)，池墻就極易被腐蝕，最后連掛鉤磚都被腐蝕掉，壓延玻璃出料量大（熔化率1.95），設(shè)計(jì)時(shí)加料池對(duì)面的池墻升高100mm，防止料堆直接腐蝕池墻及掛勾磚，延長(zhǎng)池墻、掛勾磚的壽命。

      合理的窯池池深，對(duì)玻璃液的質(zhì)量影響很大，壓延玻璃為無(wú)色玻璃，其導(dǎo)熱性和透熱性比有色玻璃更強(qiáng)，池深過(guò)深玻璃液底部溫度低，容易在玻璃液底部形成不動(dòng)層；池深過(guò)淺玻璃液底部溫度高，會(huì)加快玻璃液對(duì)池底鋪面磚的腐蝕；結(jié)合上述情況，該壓延玻璃改造后池深為1320mm（原窯爐池熔1200mm）。為了更好的熔化玻璃液，在熔化池的2/3處設(shè)置窯坎（窯坎高700mm）。窯坎可以強(qiáng)化熱點(diǎn)，而且可以改變玻璃液的對(duì)流方向（變橫向流動(dòng)為垂直流動(dòng)），熱點(diǎn)強(qiáng)化可以帶動(dòng)池底滯留層玻璃的流動(dòng)，增加玻璃的熔化，窯坎又能擋住生產(chǎn)中的未熔料、耐火材料腐蝕物直接流向深澄清池，從而提高玻璃液的質(zhì)量；窯坎配合深澄清池結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖二），可以讓玻璃液中的氣泡有效排出，大大加快澄清速度，提高出料量及玻璃質(zhì)量。

      流液洞壽命的長(zhǎng)短直接影響著窯爐的壽命，流液洞蓋板采用41#氧化法無(wú)縮孔電熔鋯剛玉磚；流液洞洞口高度越低，玻璃液質(zhì)量越均勻，對(duì)溫度的降值影響不大，流液洞洞口高低決定著流過(guò)玻璃液質(zhì)量的好壞，洞口越低，玻璃質(zhì)量越好，根據(jù)該窯爐的具體出料量，流液洞洞口寬×高為550mm×250mm；因流液洞長(zhǎng)期處于固、液、氣三相交界處，根據(jù)電熔材料向上鉆孔侵蝕的原理，流液洞形式選用先進(jìn)的上傾式流液洞，這不僅可以減少氣泡滯留在液洞的蓋板上腐蝕蓋板磚，又可以減少玻璃液流對(duì)蓋板磚的機(jī)械沖刷，提高了流液洞的壽命；又可以減少玻璃液回流造成的熱損失，節(jié)約燃料。

      四、合理的火焰空間設(shè)計(jì)合理的火焰空間高度能使燃料在熔化池內(nèi)更加充分的燃燒，還能大大減少燃料的消耗。火焰空間越高，熱散失增大，燃料消耗增加，火焰空間太低，使火焰氣層厚度不夠，輻射傳熱量較少，燃料燃燒不完全。通過(guò)對(duì)多座全煤氣多通道蓄熱室窯爐火焰空間的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，該窯爐的改造時(shí)我們選取的胸墻高度為760mm，讓燃料更加劇烈、完全的燃燒，胸墻、碹頂、池墻采取全保溫措施，減少熱量散失，效果比較明顯。

      通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)多家壓延玻璃廠的了解，各個(gè)廠在冷卻部設(shè)有加熱裝置，用柴油作為燃料加熱，這樣大大增加了窯爐的運(yùn)行成本，鑒于這種情況，我公司采用的單墻火焰全分隔結(jié)構(gòu)（圖三），滿足冷卻部不再加熱，直接可以達(dá)到成型工藝的溫度要求。

      單墻火焰分隔結(jié)構(gòu)就是在流液洞上部用電熔材料把熔化部與冷卻部的火焰空間全部分隔，讓燃燒的氣流不能達(dá)到冷卻部，通過(guò)壁輻射傳熱給冷卻部，但此結(jié)構(gòu)又不同于真正的“全分隔”方式，（全分隔后冷卻部需要加熱，是靠?jī)傻婪指魤Π讶刍颗c冷卻部分開(kāi)）；另一方面玻璃液的出料量大，玻璃液自身帶到冷卻部的熱量多，玻璃液的溫度高，實(shí)踐證明成型部的溫度要求是可以達(dá)到的。單墻火焰分隔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1.冷卻部、成型部的溫度不受熔化部溫度變化而產(chǎn)生較大的影響，成型部溫差波動(dòng)??；2.通過(guò)熔化部對(duì)冷卻部的輻射傳熱，使冷卻部溫度升高，達(dá)到成型部所需溫度（1240℃），消除冷卻部對(duì)燃料的消耗；3.窯爐氣氛不受影響，防止冷卻部加熱過(guò)高后，產(chǎn)生再生氣泡，影響玻璃液質(zhì)量；4.煤氣燃燒后產(chǎn)生的SO2及粉塵物不能飄到冷卻部、成型部產(chǎn)生“碹滴”，掉落到玻璃板面上污染玻璃；5.成型部?jī)蛇厹夭顪p小，柴油燃燒后溫度波動(dòng)比較大，使成型部?jī)蛇叺臏夭罴哟?，影響玻璃成型?.減少耐火材料的投資。           

      冷卻部、成型部的確定，主要考慮到成型溫度及成型要求，在保證成型溫度的前提下，選擇合理的冷卻部是非常重要的，使玻璃液在冷卻部得到充分均化，設(shè)計(jì)時(shí)采用較小面積的冷卻部（面積：4.65m2），配合單墻分隔裝置，火焰空間溫度可以到達(dá)成型溫度的要求，冷卻部火焰空間高度盡可能的低，減少熱量散失，加強(qiáng)碹頂、池墻保溫。

      五、合理的保溫結(jié)構(gòu)

      1.各碹碹頂保溫；火焰空間各碹面積大，廢氣單位體積大、密度低，易向上流動(dòng)，在碹頂處的散熱量大，應(yīng)對(duì)碹頂加強(qiáng)保溫；碹頂保溫的前提是碹磚的質(zhì)量好，窯爐碹磚采用優(yōu)質(zhì)96硅磚，碹磚厚度為400mm，碹磚與硅質(zhì)保溫磚之間砌筑一層50mm的硅質(zhì)密封料，蓄熱室、大碹碹頂保溫厚度270mm，外涂一層50mm保溫涂料，最終碹頂上散熱溫度在100℃以內(nèi)。

      2、池墻保溫：電熔材料的傳熱效果好，增大熱量的損失，基于此種因素，池墻保溫應(yīng)該加強(qiáng)（池墻保溫415mm），但玻璃液面處下200mm以內(nèi)不采用保溫材料，待窯爐中后期大部份池墻腐蝕后加強(qiáng)料液面處的池墻冷卻。

      3、池底保溫：見(jiàn)圖四，池底保溫前后的熱量損失比較，池底保溫并非越厚保溫效果越好，合理的保溫可使熱量散失少、節(jié)能。熔化池底加強(qiáng)保溫后，為了避免嚴(yán)重的池底穿孔事故發(fā)生，池底必須砌筑多層耐火材料，與玻璃液直接接觸的采用電熔鋯剛玉磚，下部鋪設(shè)50mm的鋯英石搗打料；為了不讓玻璃液底部溫度下降太快（溫度下降太快，造成玻璃液內(nèi)部的溫差，加速玻璃液的流動(dòng)，加快池墻及底板材料的腐蝕），應(yīng)加強(qiáng)池底的保溫，粘土質(zhì)保溫磚砌筑340mm，大大提高窯爐的保溫效果，減少窯爐的熱散失。實(shí)踐證明：通過(guò)對(duì)原窯爐結(jié)構(gòu)的逐個(gè)分析，找出窯爐存在的問(wèn)題，然后采用相應(yīng)的措施，從而達(dá)到十分明顯的節(jié)能減排效果，帶來(lái)十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。