文章出處： │ 發(fā)表時(shí)間：2020-05-20
0 引言
現(xiàn)代大型玻璃熔窯，如浮法玻璃熔窯，目前都使用蓄熱室來回收熱量，它是周期性換向工況不穩(wěn)定的熱交換裝置。蓄熱室的三大優(yōu)點(diǎn):廢氣和空氣之間無需氣密性分隔;空氣的預(yù)熱溫度很高(1100～1300℃);從廢氣中回收的熱量相當(dāng)高，回收熱量高的可以高達(dá)60%～70%。蓄熱室性能的優(yōu)劣很大程度上取決于耐火材料的選擇及其砌筑是否合理、匹配是否得當(dāng)，它對(duì)玻璃質(zhì)量、能源消耗、熔窯壽命和產(chǎn)品成本起著重要的作用，必須重視蓄熱室耐火材料的選材及配置。
1 蓄熱室的溫度和環(huán)境條件
當(dāng)蓄熱室結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)中的格子體總高H和上、下部溫度t1、t0確定之后(見圖1)，可按以下公式估算出任一層面處的煙氣溫度ti，以此作為耐火材料選擇的依據(jù)之一。
蓄熱室的環(huán)境特征如表1所示，因此，蓄熱室耐火材料的選擇應(yīng)滿足以下使用條件：
(1)溫度循環(huán)變化;
(2)氧化∕還原效應(yīng);
(3)固體飛料侵蝕;
(4)揮發(fā)性飛料和凝聚物的作用。
對(duì)于格子體耐火材料還需具備良好的熱交換值，以滿足格子體熱效率的需要。
2 耐火材料的合理選擇
2.1格子體上層
蓄熱室內(nèi)每米溫降一般在80～100℃，格子體頂部溫度最高達(dá)到1380～1400℃。在1300℃以上溫度的格子體上層，宜選用直接結(jié)合高純鎂磚，該磚采用高純電熔砂高溫?zé)?1780～1800℃)，CaO、SiO2和Fe2O3含量低，方鎂石直接結(jié)合，氣相、液相難以進(jìn)入磚內(nèi)，磚體抗侵蝕性強(qiáng)可減少表面粘結(jié)粉料發(fā)生封頂現(xiàn)象。
由于飛料中的SiO2會(huì)逐漸進(jìn)入磚體龜裂縫中并改變基質(zhì)部分CaO/SiO2比值，形成低熔相透輝石CMS2、鎂方柱石C2MS2、鎂橄欖石M2S及鎂薔薇輝石C3MS2等，產(chǎn)生較大體積效應(yīng)，方鎂石晶體在堿蒸氣的作用下也可逐漸長(zhǎng)大，致使磚體開裂破碎與剝落，縮短磚體使用壽命。
其化學(xué)反應(yīng)式與體積效應(yīng)如下：
此外，若重油中的V2O5濃度較高，與鎂磚中的CaO會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：
在非弱還原氣氛下礬酸鈣呈液相，滲入磚內(nèi)促使方鎂石晶體長(zhǎng)大，也會(huì)導(dǎo)致磚體變形。
目前，國(guó)內(nèi)浮法玻璃熔窯玻璃配合料中石英砂顆粒小于0.1mm的超細(xì)粉占比多，不少?gòu)S家不使用顆粒純堿(重堿)，粒度也較細(xì)。因此，在靠投料口的1#、2#小爐位置蓄熱室格子體上層，最好使用4～5行燒結(jié)鋯莫來石磚(見表2)，可抗SiO2質(zhì)飛料的侵蝕，防止難以進(jìn)行維修清除的“結(jié)瘤”沾掛堵塞格子孔。
表2 幾種格子體耐火材料的性能
2.1格子體中層
格子體中層溫度約800～1100℃，可選用鎂鉻質(zhì)、鎂橄欖石質(zhì)和鎂鋁質(zhì)耐火材料。鎂鋁質(zhì)材料抗硫酸鹽侵蝕性強(qiáng)，但價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)目前尚未普遍采用這種耐火材料。而鎂橄欖石磚的使用溫度不宜超過1050℃，應(yīng)用于中層的低溫區(qū)。
格子體中層存在硫酸鹽反復(fù)液化、固化的現(xiàn)象，這是重油中含有殘留的V2O5碳鏈裂化催化劑，使煙氣中SO2變成SO3對(duì)格子體耐火材料逐漸侵蝕而形成的，其固化膨脹可對(duì)磚體組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力脆變損壞。其化學(xué)反應(yīng)式如下：
在1000℃以上，硫酸鹽會(huì)與MgSO4反應(yīng)生成NaxMg(yS2O2)2，反應(yīng)的劇烈程度隨Na2O/SO3比值增大而加劇。為了提高鎂鉻磚抗侵蝕性能，應(yīng)盡可能提高其Cr2O3含量，并提高礦相的直接結(jié)合程度，使鉻尖晶石包裹方鎂石顆粒，可以延長(zhǎng)其使用壽命。
2.1格子體下層及其他部位
格子體下層溫度800℃以下，化學(xué)侵蝕較弱，但一個(gè)蓄熱室格子體的總重至少40～50t，格子體低層的單位負(fù)荷高達(dá)8～10t/m2。此外，還有使用火焰法對(duì)格子體進(jìn)行燒熔清掃的需要。因而，宜采用抗蠕變能力強(qiáng)，抗熱震性好的優(yōu)質(zhì)低氣孔率黏土磚。為防止堿性磚與黏土磚之間的接觸反應(yīng)，可以在格子體中、下層之間用高鋁磚作過渡層。
蓄熱室其他部位包括碹頂、側(cè)墻和爐條碹等部位，這些部位耐火材料的侵蝕相對(duì)較弱。一般的蓄熱室碹頂采用優(yōu)質(zhì)硅磚，側(cè)墻分三部分，格子體上部空間蓄熱室墻用優(yōu)質(zhì)硅磚，目標(biāo)墻也可采用直接結(jié)合鎂鉻磚，從爐條以上至格子體頂面高度的部分，較好的方案是采用與同一高度區(qū)段格子體相同的材質(zhì)，可以延長(zhǎng)墻體的使用壽命。另一種方案是上段選用比相
應(yīng)格子體材質(zhì)低一級(jí)的堿性磚或直接結(jié)合鎂鉻磚，中段采用直接結(jié)合鎂鉻磚，下段用低氣孔率黏土磚，爐條以下可選用一級(jí)黏土磚，爐條碹一般選用低氣孔率黏土磚，也可采用熔鑄AZS材質(zhì)，加黏土質(zhì)護(hù)條碹。
3 格子體的結(jié)構(gòu)形式
在玻璃熔窯中蓄熱室格子體通常以直形磚作西門子式和編籃式排列。然而，格子孔時(shí)常被堵塞，堵塞嚴(yán)重時(shí)采取熱修調(diào)換格子磚等措施，熱修條件十分惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度極大。采用八角筒形磚取代原直形磚，格子體呈煙囪式不易堵塞，在整個(gè)窯期內(nèi)無需熱修，只要定期檢查，若有少量堵塞，在格子體下部由下向上采取火焰法燒熔清掃即可。
大型玻璃熔窯重要的節(jié)能技術(shù)之一即推廣使用筒形格子磚。八角筒形格子磚保留了原直形磚的理化性能，并且砌筑方便，磚體上下對(duì)齊基本無自由懸掛部分，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，單位體積格子體受熱面積高，使用壽命長(zhǎng)而日益受到重視。筒形磚的壁厚可以減薄至40mm，既減輕單位格子體的重量，又增加了熱傳導(dǎo)性。筒形格子體造價(jià)比編籃式格子體約高15%，比十字形格子體約低15%。但在節(jié)能上，筒形格子體與十字形格子體相差不大，編籃式格子體熱耗每年增加1%～2%，筒形格子體熱耗每年增加約0.5%，由于“老化”減緩而節(jié)約大量能源。
在蓄熱室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意筒形格子磚與爐條碹的連接方式，在筒形格子磚與爐條碹之間應(yīng)采用直條磚西門子排列方式過渡，高度1m左右。這樣格子孔才能上下順暢相通，并改善氣體進(jìn)入筒形格子體分布的均勻性，充分發(fā)揮筒形格子磚的優(yōu)越性，提高玻璃熔窯熱效率。
4 國(guó)外玻璃熔窯蓄熱室格子體材料的選用情況
為了避免“鉻公害”問題，防止污染環(huán)境，已限制并逐漸減少鎂鉻質(zhì)耐火材料在格子體上使用。其中采用的耐侵蝕的熔鑄十字形格子磚，與燒結(jié)格子磚相比，具有熱容量大，導(dǎo)熱系數(shù)高和壁薄的特點(diǎn)，能獲得最高的熱交換效率，如圖2所示。
圖2 格子磚的熱交換量（a）及熱容量（b）
在世界五大平板玻璃企業(yè)中，英國(guó)皮爾金頓公司于1959年發(fā)明創(chuàng)立了玻璃浮法工藝技術(shù)，其浮法玻璃熔窯技術(shù)水平較先進(jìn)，熔窯壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上，能耗低熱效率高。
圖3是該公司某座700噸/日浮法玻璃熔窯蓄熱室格子體耐火材料的磚型、總體配置情況，各對(duì)蓄熱室的溫度、格子孔尺寸大小和格子體侵蝕環(huán)境有一定的差別，格子體的材質(zhì)及配置也不盡相同，材料的化學(xué)成分見表3，經(jīng)過10年窯齡的運(yùn)行以及拆窯觀察，表明6對(duì)箱形蓄熱室都滿足了設(shè)計(jì)要求。
圖3PB窯蓄熱室格子體的總體配置
5 結(jié)語(yǔ)
目前，國(guó)內(nèi)玻璃熔窯蓄熱室已逐步由傳統(tǒng)的上升道結(jié)構(gòu)改為箱形分隔式或連通式結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步加強(qiáng)蓄熱室耐火材料合理選材、分區(qū)配置使用研究及新品種的研制工作，可以滿足提高蓄熱室效能與使命壽命的要求。對(duì)于國(guó)內(nèi)玻璃熔窯高質(zhì)量玻璃的生產(chǎn)以及早日實(shí)現(xiàn)低能耗、高熱效率、大噸位規(guī)模和窯齡長(zhǎng)的發(fā)展目標(biāo)具有重要意義。
