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玻璃熔窑蓄热室格子体设计和耐火砖介绍

发布日期: 2020-05-30 13:57:25    阅读量(195)    作者:

格子体设计是整个玻璃熔窑设计的重要内容。设计优良的格子体能够充分提高助燃空气的预热温度,使燃料产生更高的燃烧温度,对整个熔窑有助燃、助热作用。能够更多回收烟气余热、排出废气温度更低。能够减少燃烧废气量,从而减少氮氧化物、硫及其氧化物、烟气粉尘等有害物的排放,对环境保护有比较明显的作用。

天津快乐十分开奖结果 12.1 蓄热室格子体的基本情况

玻璃熔窑蓄热室格子体采用标准格子砖砌筑,砖材尺寸统一、价格便宜、交货期短。用于生产格子砖的耐火材料应具有较高的密度、较大的热导率,以便使格子体具有足够的储热、换热能力。设定好助燃空气预热温度和排出废气温度是进行格子体设计的重要前提条件。

蓄热室的功能是将玻璃熔窑熔化区炉膛排出的烟气余热交换给助燃空气,进行余热回收。格子砖的类型、排列方式、格子体孔径尺寸大小、壁厚(砖厚)、格子砖材料都对格子体的传热性能有影响。燃料的种类对烟气辐射起很大作用,也是影响格子体传热性能的因素之一。

从热工技术的角度来说,格子体孔径尺寸大小对热交换有直接影响,体现为孔径越小格子体单位受热面积和热交换能力越大。但从运行角度分析,孔径越小气体流动阻力就会增加,并且由于配合料中的超细粉末或滴落的炉渣而堵塞的可能性也增加,就会影响格子体的换热能力。

12。2 玻璃熔窑蓄热室格子体的工况条件

玻璃熔窑蓄热室的工况条件十分恶劣,既要承受高温碱蒸气、烟气和多种固体飞料的侵蚀;又要承受助燃空气和烟气换向中的冷热冲击;下部的砖材还要承受上部砖材的重压。大体可分为以下情况:

① 高温碱蒸气、烟气的气体侵蚀;

② 配合料中的酸、碱性粉尘飞料, 燃料中的有害杂质等的固体侵蚀;

③ 冷凝区内液体硫酸盐作用下的液体侵蚀;

④ 换向引起的温度交替变化中的结构应力、热应力导致砖材产生疲劳破坏;

天津快乐十分开奖结果 ⑤氧化、还原气氛中产生的化学反应使砖材的结构, 晶相破坏;

⑥处在下层的砖材承受其上层砖材的重压,产生很大的压应力。

12.3 格子体的支撑层

蓄热室格子体不能直接砌筑在炉条碹找平砖上,因为熔窑横向相邻炉条碹的中心线间距尺寸是格子体模数的2倍,而炉条碹的宽度尺寸只有150 mm,其间的间隔尺寸一般要超过格子砖的外形尺寸,一道炉条碹不能直接同时承托左右两排格子砖。所以采用一层格子体支撑砖进行过渡,在结构学上这相当于在相邻两道炉条碹之上增加了一层过渡小梁,在支撑砖之上才能按格子体模数码砌格子砖。

格子体支撑砖为两端带卡台的倒凸字形,支撑砖的上部长度约为格子体模数的2倍尺寸,下部的卡台长度约为两道炉条碹之间的间隔尺寸。支撑砖要按格子体模数尺寸均匀地码砌在炉条碹找平层顶面上方,这样既能将相邻两道炉条碹以卡台长度为间隔加以固定,又能使支撑砖顶面构成适合格子体模数的码砌平台。

格子体支撑砖倒凸字形的上部长度尺寸要比格子体模数的两倍尺寸略小些,因为要考虑热膨胀,一般需要减去5 mm的间隙尺寸。靠近内、外侧墙的格子体支撑砖,其两端卡台尺寸不同,砖长尺寸也略不同,需要根据不同情况进行设计。蓄热室格子体的高度尺寸包含支撑层的高度尺寸。

12.4 玻璃熔窑蓄热室格子体的孔径尺寸

为了达到设定的助燃空气预热温度,玻璃熔窑蓄热室必须具有相适应的格子体体积及其换热面积。格子体孔径尺寸对格子体的体积、以及格子体的长、宽、高尺寸起重要作用,对格子体的换热效率也起重要作用。

根据国内玻璃配合料超细粉含量较高的实际情况,蓄热室格子体孔径尺寸应为 150~ 170 mm。国内大多数玻璃熔窑的实际情况基本是筒形砖160 mm/条形砖165 mm格子体孔径,这是长期生产实践优化得出的结果,已经成熟定型了。

12.5 蓄热室格子体水平断面面积的“合理值”

格子体体积由格子体水平断面面积和格子体高度乘积决定。格子体水平断面面积与小炉对数、小炉中心线间距尺寸和蓄热室内宽尺寸密切相关。不同吨位、不同能耗玻璃熔窑蓄热室的格子体水平断面面积都应有相应的“合理值”。这个合理值并不是唯一确定的数值,而是在范围比较窄的区间里的不连续、但比较接近的若干个数值。

这是因为格子体的长度和宽度尺寸都是按格子砖的模数尺寸排列规则确定的,不同类型格子砖的孔径、壁厚尺寸构成不同的格子砖模数,按此模数尺寸排列出来的格子体的长宽尺寸数据必定都是不连续的数字,则格子体的长度和宽度尺寸的乘积就更不连续了。根据格子砖参数的多样性,在此采用“合理值”这一概念比较确切。

如果小炉对数、小炉中心线间距尺寸、蓄热室内宽尺寸这三项中的某一项(或几项)设计不得当,就可能使格子体水平断面面积偏离“合理值”范围,就会造成整个格子体的每个格子孔内气流分布量产生变化,气流速度也产生变化,进而引起整个格子体换热系数的变化。从目前国内玻璃熔窑蓄热室实际情况来看,比“合理值”偏小的情况极少,而偏大的情况比较多。

比“合理值”偏小了就需要增加格子体的高度,否则格子体换热能力不足;如果比“合理值”偏大了,格子体的每个格子孔内的气体流量就会减少,气流速度也降低,格子体的换热系数也会降低。虽然加大了格子体的水平断面积进而增大了格子体体积,但格子体的实际换热能力并不是成比例地提高,甚至没有提高多少。若比 “合理值”偏大了太多,可能需要单位能耗增加很多,才能保证熔窑的正常运行。

12.6 格子体的高度尺寸

玻璃熔窑蓄热室格子体的高度尺寸是随着时间的推移在逐渐加高的。早期的玻璃熔窑蓄热室格子体高度是很低的,这主要是由于当时的格子体耐火材料性能所限。后来逐步加高,在50~60年前,空气蓄热室格子体高度已达到了5~6 m,在30~40年前,空气蓄热室格子体高度已达到8 m左右,今后仍可继续加高。

随着蓄热室格子体耐火材料性能的不断提高,以及节能减排要求的日趋紧迫,应将格子体继续加高一些。当今国内多数玻璃熔窑蓄热室格子体高度为8 m左右,对应的助燃空气预热温度为1 100 ℃左右,排出废气温度为600 ℃左右。若将格子体加高到9~10 m,可将助燃空气温度提高到1 200 ℃左右、排出烟气温度降低到500 ℃左右,即可实现节能和减排各达到5%左右。当然随着蓄热室格子体的加高,厂房基建投资也要增加,这就需要统筹考虑了。

12.7 玻璃熔窑蓄热室格子体设计的传统做法

格子体内的传热情况很复杂,属于不稳定传热,采用传热计算来进行格子体设计是很困难的。早期做格子体设计时,是以熔化区面积做基数,按25~45倍熔化区面积确定格子体换热面积,差别范围很大、很粗略。后来出现了做格子体设计的一些经验做法或经验公式,是以熔窑运行中需要的每秒助燃空气(燃料气体)体积量为基数进行格子体设计,其准确度有所提高,简单实用。

原国际驰名烧结耐火材料供应商德国DIDIER公司(现已被RHI公司收购)提出的经验做法,是以每秒助燃空气体积量为计算基数,根据格子体孔径大小,按每秒每标准立方米(Nm 3/s)助燃空气,配置定量体积的格子体。这可称之为“单位助燃空气的格子体体积变量”,根据此体积变量和单位助燃空气量即可求出熔窑单侧蓄热室的格子体体积,然后就可根据其它给定条件进行格子体设计。

美国TECO公司提出的经验公式,也是以每秒助燃空气体积量为计算基数,根据助燃空气要达

到的预热温度,按Nm3 /s助燃空气量,配置定量换热面积的格子体。这可称之为“单位助燃空气的格子体换热面积变量”,并给出了以此换热面积变量计算助燃空气预热温度的高次方计算公式。

采用TECO经验公式做格子体设计时,首先要确定出助燃空气的预热温度,再根据高次方计算公式求出能够达到此助燃空气预热温度的“单位助燃空气格子体换热面积变量”(有时要经过试算调整)。然后根据求出的换热面积变量和熔窑需要的单位助燃空气量,计算出单侧蓄热室格子体需要的换热面积,最后根据其它给定条件完成格子体设计。TECO经验公式直接与格子体换热面积挂钩,更符合实际换热情况。

12.8 蓄热室格子体设计的简化公式

虽然玻璃熔窑蓄热室是不稳定传热,但是在每个换向周期中,烟气释放出的总热量和助燃空气吸收的总热量,却都是基本稳定不变的量,就应能够将这个稳定的总传热量用计算公式来表达:传热量=传热系数×传热面积×温差。根据助燃空气要达到的预热温度,通过格子体热平衡计算即可求出玻璃熔窑需要的总传热量,如能求出格子体的总传热系数(单位为:kcal/(m2·周期· ℃)),并求出烟气与助燃空气之间对数平均温差,就能求出需要的格子体总传热面积,进而求出格子体的体积,也就能很容易完成格子体的设计。

12。9 玻璃熔窑蓄热室常用格子砖的材料选择

碱性砖用做格子体材料的储热能力大,换热能力也强。从上世纪五十年代开始,国外玻璃熔窑蓄热室就开始采用碱性耐火材料,八十年代国内开始逐渐采用碱性耐火材料。根据格子体不同高度区域所处温度不同,以及烟气中的粉尘飞料情况,还有温度周期变化等情况,选用不同材质的耐火材料。

碱性砖能够满足玻璃熔窑蓄热室工况条件越来越高的要求,所以近年来越来越普遍地采用碱性砖来建造玻璃熔窑蓄热室。在格子体高温段(1100~1450℃)区域,采用码砌结构较好的低铁烧制镁砖,国内牌号为电熔镁砖DMZ-97。

在格子体中温段800~1 100 ℃区域,格子体镁砖会受到碱性硫酸盐和SO3明显的化学侵蚀。从砖体表面开始发生变化,MgO和CaO会被扩散走或挥发掉。这种侵蚀会使格子砖的壁厚(砖厚)减薄,发展下去会危机到格子体的安全稳定性。在此温度区域的上半部,可采用国产电熔镁砖DMZ-95砖;在此温度区域的下半部,可采用国产直接结合镁铬砖DMC-12砖。

在格子体低温段(低于800℃)区域,采用抗冷热冲击性能好的低气孔黏土砖(ZGN-42砖,42%AL 2O3),使用情况良好。

12。10 玻璃熔窑常用格子砖类型和排列方式

蓄热室格子砖有多种类型,最常用的有条形砖(也叫直砖)、筒形砖、十字形砖;还有不常用的工字形与[形的集合砖、槽型砖、烟囱形砖等。以往玻璃熔窑蓄热室中最常用的格子砖多为条形砖,排列方式有:直排炉条式、对角错排炉条式、编蓝式、编蓝与炉条组合式排列等。条形砖厚度65 mm,砖长230~375 mm,砖高114 mm,最常用的格子孔径尺寸165 mm,砖高最大误差±0.5 mm,砖高误差大就会使砖表面受力不均匀,即使精确码砌,也会出现格子体倾斜倒塌。条形砖格子体常用孔径尺寸150~200 mm,设计寿命8~12年的玻璃熔窑蓄热室推荐选用条形砖格子砖。

近20年来,筒形格子砖(八角筒形砖)在国内玻璃熔窑上的应用发展迅速,筒形格子砖壁厚薄通常为40 mm,单位受热面积大、热交换能力强、格子体的重量小、格子孔流通面积大、筒体结构的稳定性好。筒形格子砖常用孔径尺寸140~170 mm,设计寿命5~8年的玻璃熔窑蓄热室推荐选用国产筒形砖格子砖,这是因为壁厚40 mm的筒形格子砖受到侵蚀之后壁厚会逐渐减薄,对格子体换热能力和安全性都会产生影响。若选用国外高档次筒形砖也可达到10年 左右窑炉。

十字形格子砖在国外玻璃熔窑上应用已经超过40年(1973年开发成功),十字形格子砖壁厚通常为38/40 mm,十字形砖翼的表面为平滑的或波纹的,单位体积格子体的换热系数大。格子砖的材料为电熔锆刚玉砖(1682)和电熔氧化铝砖(5312)。耐化学侵蚀性和耐冷热冲刷性能优良。格子孔流通面积大,十字形结构的稳定性也好,使用寿命最长,可为其它砖的2倍。十字形格子砖常用孔径尺寸140/170 mm,设计寿命10~15年的玻璃熔窑蓄热室推荐选用十字形格子砖。

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