全煤气多通道蓄热室马蹄焰池炉在压延玻璃上的应用

      利用煤气燃烧后排出的高温废气预热空气、煤气，不仅能提高燃料的燃烧温度，还能显著减少燃料的消耗，从而节约了燃料；节约燃料的多少，随燃料种类以及预热温度而不同，空气及煤气预热后所能节约的燃料百分比如下：

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

      Qe ——单位燃料生成废气所带出的热量（千卡/标米3煤气）

      Qa ——助燃空气带入的物理热（千卡/标米3煤气）

      Qf ——煤气带入的物理热（千卡/标米3煤气）

      QH——煤气的低发热值（千卡/标米3煤气）

      根据改造后窑炉蓄热室的使用温度，助燃空气的平均温度为1200℃(表显)，空气预热到1200℃时的物理热为499千卡/标米3煤气，当废气排出温度为1300℃时带走的热量为1005千卡/标米3煤气；煤气预热到900℃时的物理热为315千卡/标米3煤气，煤气热值1200千卡/标米3煤气，燃料节约的百分比为：

      ΔB=（499+315）÷（1200+499+315-1005）×100％=81％（空气温度为1200℃）

      ΔB=（409+315）÷（1200+409+315-1005）×100％=79％（空气温度为1000℃）

      ΔB=（321+315）÷（1200+321+315-1005）×100％=77％（空气温度为800℃）

      同理当煤气蓄热室温度为800℃，空气温度为1200℃、1000℃、800℃时燃料节约的百分比为：80％、78％和75％；原窑炉在改造前蓄热室格子体长×宽×高：6728×1920×4000mm（含三个蓄热室），煤气蓄热室格子体长×宽×高：6728×928×4000mm，格子体总体积为：76.6m3，西门子式格子体单位格孔的受热面积为11.4m2/m3（查表得知）[1]，蓄熔比只有12.4％，说明蓄热室的蓄热能力差，蓄热室热负荷高，蓄热室容易烧损；改造时我们采用先进的十字型格子体[2]，这种格子体的单位格孔的受热面积为14.87m2/m3，大、小空气蓄热室格子体长×宽×高：3016×3712×8740mm+3016×2088×9660mm，煤气蓄热室格子体长×宽×高：3016×2552×6210mm，格子体总体积为206.5 m3，蓄熔比为66.8％；大空气蓄热室格子体上部砌筑为“台阶式”，不仅能减少烟气对蓄热室中墙的直接冲刷，还能使气流在格子体中分布均匀，从而提高助燃空气的预热温度。从蓄热室结构参数和形式上的改进，可以看出十字型格子体更能提高助燃空气温度，减少煤气的使用量。通过对多座窑炉废气温度的检测比较，单通道蓄热室的排烟温度高，烟气的回收利用率低；原横火焰窑炉的排烟温度高，废气回收利用率极低，将窑炉改造成多通道蓄热室马蹄焰结构，一是增加格子体的体积（3016×2088×9660mm＝60.8m3），延长废气与格子体的交换流程，使热交换更加充分，降低了排烟温度；二是加强蓄热室的蓄热能力，使助燃空气的整体温度提高，降低燃料的消耗。

    上表中煤气、空气的预热温度和废气侧蓄热室温度都非常理想，说明对蓄热室的改造达到了预计效果。

      二、合理的小炉结构合理的小炉结构应保证火焰在窑炉内分布均匀，让火焰具有一定的燃烧长度、使火焰具有一定的刚性即喷出速度，对玻璃液有较大的覆盖面积。煤气燃烧是否充分，关键在于与助燃空气的比例及混合程度，在小炉处设置预混室，让空气与煤气相互撞击造成的涡动和分子扩散进行充分的混合；喷火口的宽度决定着火焰的覆盖面，喷火口过宽火焰短容易烧损前山墙，喷火口过窄火焰覆盖面不均匀，合理的喷火口尺寸有助于煤气和助燃空气的预混和燃烧，设计扁平的喷火口形状，选择合理的喷火口宽高比：1500/400=3.75，增大火焰对玻璃液面的覆盖面积，减少火焰对碹顶的直接冲刷；根据煤气的燃烧特性及相关的实践经验，小炉整体向窑炉中心线偏转3.5度，减少对胸墙的局部烧蚀；助燃空气、煤气混合程度决定了火焰的燃烧过程，这与煤气、空气的相交角度有关，通过多年的设计经验及对多座窑炉的使用调查结果，以及该窑炉的绝对长度和工艺的需要，空气与煤气的相交角取23度，预混室长度应稍微加长（预混室长1900mm），舌头探出长度580mm，可以使火焰长而平稳，配合长宽比大的熔化池，让玻璃液在熔化池中更好的熔化、澄清。小炉后部与蓄热室接口处空间适当加宽，可减少废气在蓄热室内气流分布不均匀，减小气流在蓄热室中的“死角。

      三、带预熔的加料池配合窑坎深澄清池结构窑炉采用合理的长宽比，有利用于玻璃液的熔化及澄清，横火焰窑炉的熔化带、澄清带分布比较明显，考虑到压延玻璃的实际情况，满足玻璃的成型温度要求、玻璃液的熔化、澄清等情况，结合合理的小炉结构和火焰的覆盖面积，熔化池采用较大的长宽比，长×宽：9800×4700mm，长宽比为2.1，使玻璃液在熔化池内充分的熔化、澄清。增设预熔的加料池结构[3]，同时增加加料池空间高度，使配合料在加料池中起到真正的预熔作用；宽度较大的加料池（长×宽：2000mm×1350mm/1600mm），配合斜毯式加料机真正实现薄层加料，这样配合料在加料池中得到更多的辐射热，既能提高熔化率，克服跑料现象，还能大大减轻窑内的粉料飞扬，加料时不受换向的影响，格子体砖不容易堵塞，减轻窑碹及胸墙的腐蚀。单侧加料容易腐蚀加料池对面的池墙，若液面控制不稳定（特别对于出料量大的窑炉），如果料堆较厚，配合料料堆厚度高出液面线太多，甚至高出池墙砖端面高度时，池墙就极易被腐蚀，最后连挂钩砖都被腐蚀掉，压延玻璃出料量大（熔化率1.95），设计时加料池对面的池墙升高100mm，防止料堆直接腐蚀池墙及挂勾砖，延长池墙、挂勾砖的寿命。

      合理的窑池池深，对玻璃液的质量影响很大，压延玻璃为无色玻璃，其导热性和透热性比有色玻璃更强，池深过深玻璃液底部温度低，容易在玻璃液底部形成不动层；池深过浅玻璃液底部温度高，会加快玻璃液对池底铺面砖的腐蚀；结合上述情况，该压延玻璃改造后池深为1320mm（原窑炉池熔1200mm）。为了更好的熔化玻璃液，在熔化池的2/3处设置窑坎（窑坎高700mm）。窑坎可以强化热点，而且可以改变玻璃液的对流方向（变横向流动为垂直流动），热点强化可以带动池底滞留层玻璃的流动，增加玻璃的熔化，窑坎又能挡住生产中的未熔料、耐火材料腐蚀物直接流向深澄清池，从而提高玻璃液的质量；窑坎配合深澄清池结构（见图二），可以让玻璃液中的气泡有效排出，大大加快澄清速度，提高出料量及玻璃质量。

      流液洞寿命的长短直接影响着窑炉的寿命，流液洞盖板采用41#氧化法无缩孔电熔锆刚玉砖；流液洞洞口高度越低，玻璃液质量越均匀，对温度的降值影响不大，流液洞洞口高低决定着流过玻璃液质量的好坏，洞口越低，玻璃质量越好，根据该窑炉的具体出料量，流液洞洞口宽×高为550mm×250mm；因流液洞长期处于固、液、气三相交界处，根据电熔材料向上钻孔侵蚀的原理，流液洞形式选用先进的上倾式流液洞，这不仅可以减少气泡滞留在液洞的盖板上腐蚀盖板砖，又可以减少玻璃液流对盖板砖的机械冲刷，提高了流液洞的寿命；又可以减少玻璃液回流造成的热损失，节约燃料。

      四、合理的火焰空间设计合理的火焰空间高度能使燃料在熔化池内更加充分的燃烧，还能大大减少燃料的消耗。火焰空间越高，热散失增大，燃料消耗增加，火焰空间太低，使火焰气层厚度不够，辐射传热量较少，燃料燃烧不完全。通过对多座全煤气多通道蓄热室窑炉火焰空间的设计和实践，该窑炉的改造时我们选取的胸墙高度为760mm，让燃料更加剧烈、完全的燃烧，胸墙、碹顶、池墙采取全保温措施，减少热量散失，效果比较明显。

      通过对国内多家压延玻璃厂的了解，各个厂在冷却部设有加热装置，用柴油作为燃料加热，这样大大增加了窑炉的运行成本，鉴于这种情况，我公司采用的单墙火焰全分隔结构（图三），满足冷却部不再加热，直接可以达到成型工艺的温度要求。

      单墙火焰分隔结构就是在流液洞上部用电熔材料把熔化部与冷却部的火焰空间全部分隔，让燃烧的气流不能达到冷却部，通过壁辐射传热给冷却部，但此结构又不同于真正的“全分隔”方式，（全分隔后冷却部需要加热，是靠两道分隔墙把熔化部与冷却部分开）；另一方面玻璃液的出料量大，玻璃液自身带到冷却部的热量多，玻璃液的温度高，实践证明成型部的温度要求是可以达到的。单墙火焰分隔结构的优点：1.冷却部、成型部的温度不受熔化部温度变化而产生较大的影响，成型部温差波动小；2.通过熔化部对冷却部的辐射传热，使冷却部温度升高，达到成型部所需温度（1240℃），消除冷却部对燃料的消耗；3.窑炉气氛不受影响，防止冷却部加热过高后，产生再生气泡，影响玻璃液质量；4.煤气燃烧后产生的SO2及粉尘物不能飘到冷却部、成型部产生“碹滴”，掉落到玻璃板面上污染玻璃；5.成型部两边温差减小，柴油燃烧后温度波动比较大，使成型部两边的温差加大，影响玻璃成型；6.减少耐火材料的投资。           

      冷却部、成型部的确定，主要考虑到成型温度及成型要求，在保证成型温度的前提下，选择合理的冷却部是非常重要的，使玻璃液在冷却部得到充分均化，设计时采用较小面积的冷却部（面积：4.65m2），配合单墙分隔装置，火焰空间温度可以到达成型温度的要求，冷却部火焰空间高度尽可能的低，减少热量散失，加强碹顶、池墙保温。

      五、合理的保温结构

      1.各碹碹顶保温；火焰空间各碹面积大，废气单位体积大、密度低，易向上流动，在碹顶处的散热量大，应对碹顶加强保温；碹顶保温的前提是碹砖的质量好，窑炉碹砖采用优质96硅砖，碹砖厚度为400mm，碹砖与硅质保温砖之间砌筑一层50mm的硅质密封料，蓄热室、大碹碹顶保温厚度270mm，外涂一层50mm保温涂料，最终碹顶上散热温度在100℃以内。

      2、池墙保温：电熔材料的传热效果好，增大热量的损失，基于此种因素，池墙保温应该加强（池墙保温415mm），但玻璃液面处下200mm以内不采用保温材料，待窑炉中后期大部份池墙腐蚀后加强料液面处的池墙冷却。

      3、池底保温：见图四，池底保温前后的热量损失比较，池底保温并非越厚保温效果越好，合理的保温可使热量散失少、节能。熔化池底加强保温后，为了避免严重的池底穿孔事故发生，池底必须砌筑多层耐火材料，与玻璃液直接接触的采用电熔锆刚玉砖，下部铺设50mm的锆英石捣打料；为了不让玻璃液底部温度下降太快（温度下降太快，造成玻璃液内部的温差，加速玻璃液的流动，加快池墙及底板材料的腐蚀），应加强池底的保温，粘土质保温砖砌筑340mm，大大提高窑炉的保温效果，减少窑炉的热散失。实践证明：通过对原窑炉结构的逐个分析，找出窑炉存在的问题，然后采用相应的措施，从而达到十分明显的节能减排效果，带来十分明显的经济效益。