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玻璃熔窑的冷修改造

发布时间:2016-01-04 14:35 文章来自:http://www.zztynh.com/ 作者:admin
内容提要:玻璃熔窑冷修改造的主要目的有:增加熔化能力、提高熔化质量、节能降耗、延长窑龄。针对每一项改造目的都有若干相应的改造措施,有些改造措施只能对熔窑的某一项经济技术指标进行改进,有些改造措施可以使熔窑的多项指标得到改进。
  关键词:浮法玻璃熔窑,改造
     玻璃熔窑运行到窑龄的后期,窑体经常会出现局部构造薄弱受损的现象,再运行下去就有可能出现大面积坍塌;或者出现能耗升高、产品质量变差、运行效益降低的情况。在出现这样的情况之前,就应作好熔窑的冷修准备工作了。
     一般情况下停窑就要放玻璃水,然后拆除旧窑建新窑,即对玻璃熔窑进行“冷修”;也有对熔窑进行“热修”的情况,热修通常是在窑体出现局部破损、其余部位都还良好的情况下进行,在热修期间要短时停产或减产,还要对熔窑进行保温,热修之后马上恢复生产。
     玻璃熔窑是大型、量少、不定型的热工设备,很少在冷修中仍按原图纸不变重新建造,往往或多或少都要进行一些技术改造,有的还要进行大改造。改造的目的大体有:①增加熔化能力、②提高熔化质量、③节能降耗、④延长窑龄,这样四项内容中的若干项。
     根据不同的改造目的,可有不同的改造措施,有些改造措施只能对熔窑的某一项经济技术指标进行改进,有些改造措施可以使熔窑的多项指标得到改进,比如:设计合理的窑形尺寸、使用高热值燃料和高性能喷枪、订购质量优良的耐火材料等,对玻璃熔窑增加熔化能力、提高熔化质量、节能降耗、廷长窑龄都很有利。
  一.增加玻璃熔窑熔化能力的措施
     根据国内外浮法玻璃熔窑的运行经验,对于浮法玻璃熔窑自身结构来说,增加熔化能力的主要措施可归纳为:窑形尺寸、燃料与喷枪、耐火材料、全窑宽投料、加大予熔区、增加火焰覆盖率、增加喷枪数量、提高熔化温度、电助熔等等这样几项措施。
     1.窑形主要工艺尺寸合理:窑形主要工艺尺寸要与熔化能力相匹配,特别是熔化部和熔化区的池宽、池长尺寸和池长与池宽之比至关重要,偏小了达不到熔化能力、偏大了既影响熔化质量又对节能不利。
     2.高热值燃料和高效能喷枪:要提高玻璃熔窑的熔化能力,需要使用高热值燃料并配备高效能喷枪,才能在熔化区内达到理想的高温熔化效果,熔化温度对玻璃熔窑的熔化能力起决定性作用,高热值燃料包括:重油、液化石油气(LPG)、天然气等。玻璃熔窑的喷枪安装形式大体有两种:①小炉内点燃的喷枪,包括顶插式、侧插式、底插式;②小炉外点燃的喷枪,为炉下式。目前国内多数玻璃熔窑使用的是炉下式喷枪,维修更换都比较方便。相比较而言,小炉内点燃的喷枪比小炉外点燃的喷枪效率要高一些,但投资较大,维修更换不太方便。
     3.全窑宽投料技术:以往的相当于熔化部池宽80%左右的缩窄投料口,由于投料机的布料斗(俗称簸萁)的宽度要比投料池还要窄一些,因而配合料在窑内的分布宽度也就是窑宽的70%左右,这样窄的料带进入窑内,显然窑内火焰对配合料的加热面积没有得到很好的利用。而采用全窑宽投料池,配合料在窑内的分布宽度可以达到熔化部池宽的90%左右,窑内火焰对配合料的加热面积就得到了比较充分的利用,这对熔窑的熔化能力和熔化玻璃液质量大有挺高。采用全窑宽投料池要比采用缩窄的投料池可增加熔化能力8~10%左右。
     4.加大予熔区长度:通常所说的予熔区长度为l#小炉中心线至熔化部前端的尺寸,实际的予熔区还包括L型吊墙鼻区之下的部位。进入窑内的玻璃配合料经过较长的予熔区受热升温,对提高熔化能力是很有利的。
     5.增加火焰覆盖率:火焰覆盖率定义为全窑小炉喷火口总宽度尺寸占熔化区长度尺寸的百分比。火焰覆盖率越大,窑内火焰分布越均匀,对熔化作用越有利,能够提高熔窑的熔化能力。
     6.增加喷枪数量:国内许多座熔窑的运行结果表明:小炉内采用2支枪布置时,窑内火焰分布不太均匀:而采用3支枪以上的多枪布置时,窑内火焰分布的均匀性就提高了很多。窑内火焰分布均匀,也相当于增加了火焰覆盖率,对熔化作用有利,能提高熔窑的熔化能力。
     7.提高熔化温度:高温熔化对提高熔化能力是很有效的,采用高温熔化是指在熔化区内的热点之前温度制度要取较高的温度曲线,热点温度要达到1590℃或更高一些。这要在熔窑结构条件具备(包括窑型尺寸合理、采用高热值燃料和高效能喷枪、耐火材料性能优良)的情况下进行。
  有资料介绍:前苏联的垂直引上窑熔化部胸墙温度,平均温度每提高10℃,熔窑的单位产量平均增加4%。还有一种说法:熔化温度由1560℃提高至1600℃,可使玻璃熔窑产量增加12%~15%。根据这些资料可以大致地认为:熔化温度每升高10℃,可以增加熔化能力3%~4%。
  8.电助熔:提供电助熔设备的国外商家(英国F.I.C公司)曾明确表示:电助熔可提高熔化能力10%左右。对于新建浮法线的熔窑,只要没有场地狭小等限制的时候,是没有必要一开始就上电助熔设备的。往往是熔窑投产之后,发现熔化能力不足时考虑上电助熔。
  二.提高玻璃液熔化质量的措施
     对于浮法玻璃熔窑自身结构来说,提高玻璃液熔化质量的主要措施可归纳为:窑形尺寸、燃料与喷枪、耐火材料、大澄清区、池底铺面、搅拌设施、拦挡设施、空间分隔、窑压稳定、温度恒定等,这样一些措施。
     1.窑形主要工艺尺寸合理:与熔化能力相匹配的窑形主要工艺尺寸,特别是熔化部和熔化区的池宽、池长尺寸和池长与池宽之比对熔化质量也至关重要,偏大或偏小都会对熔化的玻璃液质量产生不良影响。
     2.高热值燃料和高效能喷枪:要熔化高质量浮法玻璃,必须使用高热值燃料并配备高效能喷枪,才能在熔化区内达到理想的高温熔化效果,熔化温度对玻璃熔窑的熔化能力和熔化的坡璃液质量都起决定性作用。
     3.熔窑各部位耐火材料配置得当并保征质量:接触玻璃液部位和可能剥落后落入玻璃液内的耐火材料对玻璃液质量影响很大,重点部位是热点之后的小炉喷火口和冷却部的池底、池壁以及冷却部的出口平碹要用耐冲刷性能优良的砖材,熔窑各部位耐火材料都要配置得当并保让质量。
  4.比较长的澄清区:在熔化区内刚生成的玻璃液内包含很多气泡和灰泡(小气泡)要在澄清区内排出:同时刚生成的玻璃液的化学成分和温度、密度、黏度都不相同,很不均匀,必须进行均化。有比铰长的澄清区,才能使更多的气泡排出,玻璃液的均化作用也更明显。
     窑池底部的池底铺面结构:玻璃液在窑池底部的流动(常与表面流动方向相反)会对池底产生冲刷,被冲刷掉的池底耐火材抖粉末都要进入玻璃液内,而且不易熔化掉,是产生玻璃液熔化缺陷的重要原因之一,池底采用耐冲刷性能好的耐火材料就可比较好地解决这一问题。
     6.玻璃液搅拌装置:搅拌作用能明显地提高玻璃液的均匀性,减少由于玻璃液的化学成分、温度、密度、黏度等不均匀造成的玻璃缺陷。常见的搅拌装置有水平搅拌器和垂直搅拌器,相比较而言,水平搅拌器结构简单,比较耐用,而垂直搅拌器的搅拌作用更好一些。
     7.玻璃液表面漂浮物拦挡装置:在玻璃熔窑内,玻璃液表面有时会出现一些漂浮物,这些漂浮物主要来自两个原因:一是未熔化的玻璃配合料渣滓;二是熔窑运行中窑体结构上剥落或掉落的耐火材料颗粒或碎块。在浮法玻璃熔窑的卡脖处设置大水包,作用之一就是用来拦截玻璃液表面漂浮物的。
  8.熔化部与冷却部之间的上部空间分隔装置:由于受换向等作用的影响,熔化部内的温度、窑压、气氛等对冷却部有一定的周期影响,这对于生产优质浮法玻璃是很不力的。卡脖吊墙的作用就是把熔化部和冷却部的上部空间最大限度地分隔开,卡脖吊墙的分隔作用越强越好。
  9.冷却部的窑压调节装置:为了稳定浮法玻璃的生产,要求冷却部内的窑压要略高于熔化部的窑压,并且可调。冷却部的微调风系统主要就是用来调节冷却部的窑压的。
     10.冷却部的温度调节装置:能够保持冷却部的温度恒定,对生产优质浮法玻璃非常重要,尤其是冷却部的末端出口处的玻璃液温度,很小的波动就会对玻璃的内在质量产生很明显的影响,许多外国玻璃熔窑在冷却部都设有温度调节装置,多是采用风或水的冷却装置,也有采用升温加热措施的。
  11.高温熔化:高温熔化对提高玻璃液的熔化质量是很有效的,采用高温熔化是指在熔化区内的热点之前温度制度要取较高的温度曲线,热点温度要达到1590℃或再高一些。
  12.防止偏料粘边:偏料粘边现象是玻璃熔窑运行中比较容易出现的情况,沾边的玻璃原料残渣到达热点之后就很难熔化了,要严重影响玻璃质量,一定要采取各种可行措施防止偏斜粘边,防止各种原因造成未熔化好的原料残渣在热点之后出现。
  另外还有鼓泡、窑坎、电助熔等一些措施,对于某些小吨位熔窑或特种玻璃熔窑提高熔化质量有一定的作用。浮法玻璃熔窑吨位大、惯性强,采用鼓泡、窑坎、电助熔等措施对提高熔化质量体现不出来多大作用,而且还可能带来某些隐患。
  三.节能降耗措施
     对于浮法玻璃熔窑自身结构来说,节约能耗的主要措施可归纳为:窑形尺寸、燃料与燃烧、火焰高度、全窑宽投料、窑体保温、窑体密封、格子体配置、浅池、窄卡脖、作业制度等这样一些措施。
     1.窑形尺寸:窑形主要工艺尺寸要设计合理,与熔化能力相匹配的窑形主要工艺尺寸,特别是熔化部和熔化区的长、宽尺寸和长、宽比例是有合理的最佳值的。达到了这个最佳值时,不但熔窑的熔化能力和熔化质量都能得到保证,而且能耗最低。国内许多玻璃熔窑能耗高的主要原因是熔化区的长度尺寸偏大,窑内火焰分散,热流密度低,达不到应有的熔化温度。
     2.燃料与燃烧:使用高热值燃料并配备高效能喷枪,才能在熔化区内达到理想的高温熔化效果。选择合适的燃料、空气比例,使火焰长度为窑宽的3/4;对喷枪进行精确调整,达到合适的燃料供给角度和流速;实现燃烧过程自动调节;将换火时间调到最小限度;连续控制烟气成分,是玻璃熔窑节能的基本条件。
     3.火焰高度:应尽量减少窑内火焰与玻璃液面之间的高度,从小炉喷火口喷入窑内的火焰,应当是既不能对玻璃液面产生扰动作用、又要尽量靠近玻璃液面。国外许多熔窑采用“顶插、侧插、底插”式喷枪,喷火口挂钩砖之上即为小炉炕面砖,小炉炕面顶比池壁顶高出大约500mm(470~580mm之间),助燃空气在小炉内倾斜向下俯冲与燃料相遇后燃烧生成火焰喷入窑内,火焰紧贴玻璃液面又不扰动液面,热效率比较高。
     目前国内自行设计的玻璃熔窑基本都采用炉下式喷枪,要在喷火口挂钩砖和小炉炕面舌头砖之间设喷枪用的“喷嘴砖”,喷嘴砖高度一般为200mm,这样小炉炕面比池壁顶就要高出大约700mm(670~780mm之间)。火焰与玻璃液面之间的高度也就增加了200mm,显然这就使火焰远离了玻璃液面,降低了火焰的热效率,大约要降低3~5%,小炉炕面顶比池壁顶高出的越多火焰热效率越低。
     4.全窑宽投料技术:采用全窑宽投料技术产生的节能效果,可以从两个方面来说:其一是在熔制工艺上,全窑宽投料池投入窑内的配合料带更宽、更薄,加大了配合料的受热表面积和透热性,使熔化区内的热量更多更快地被配合料吸收,从而减少了热量向窑外的损失。其二在熔窑结构上,采用全窑宽投料池可以把熔化部的池宽和池长做得略小一些,这就减少了整个窑体的表面散热损失,从而产生节能效果。
     5.窑体保温:窑体的保温对熔窑的节能作用大家都很清楚,需要保温的重点部位包括:熔化部的大碹、胸墙、池壁、池底,小炉的底板、侧墙、顶碹,蓄热室的上段墙、顶碹,烟道的墙和碹。
     6.窑体密封:窑体的密封对熔窑的节能作用是一目了然的,需要做密封的熔窑重点部位包括:投料口L吊墙鼻区砖下缘到池壁顶之间,熔化部池壁顶与挂钩砖之间,各节大碹膨胀缝,小炉膨胀缝,蓄热室墙与碹脚之间,蓄热室各节碹的膨胀缝,以及各种操作门、孔、洞等都应随时做好密封。
     7.格子体配置:燃料在玻璃熔窑内的燃烧温度与助燃空气的予热温度成正比关系,助燃空气的予热温度与格子体配置的合理性有很大关系,格子体配置是否合理主要体现在格子体蓄热面积和格子体高度上。格子体配置合理了就能提高助燃空气的予热温度,也就提高了燃料的燃烧温度,就会产生节能效果。
     降低排出的烟气温度对于玻璃熔窑的节能也会有比较明显的作用,目前从玻璃熔窑蓄热室排出的烟气温度一般在600℃左右,若能降低到200~300℃的话,将节能10%以上,要做到这一点是需要做开发和攻关性工作的。
     有资料介绍:提高助燃空气予热温度,能使燃料消耗大大降低,在助燃空气予热温度到1000℃的熔窑内,若将这个温度提高到1100℃时,可以节省燃料8%,若提高到1200℃时,可以节省燃料15%。根据这一资料可以大致地认为:助燃空气予热温度每升高100℃,可以节省燃料7%~8%。
  8.浅池结构:玻璃熔池是一个大的散热体,对于某一特定平面尺寸的玻璃熔窑来说,池深不同就是玻璃液的总量不同,池深越大就总量越大,散热量也就越大。以往的玻璃熔窖熔化部池深多为1400~1500mm的深池,现在多为1200mm左右的浅池,冷却部池深可为900mm左右,浅池结构有一定的节能效果。
  9.窄卡脖:从熔窑内玻璃液流纵向断面图中可以看到:在卡脖处不同深度处的玻璃液流方向是不同的,靠近玻璃液面的上层向冷却部流动,靠近池底的下层反向流回熔化部。流到冷却部的玻璃液温度下降了,再流回熔化部后又要再受到二次加热,就要消耗热量,卡脖缩窄就可以减少这种二次加热消耗的燃料。
  10.温度制度:玻璃配合料的熔化速度与窑内温度制度密切相关,高温作业制度能加快玻璃配合料的熔化和生成玻璃液,有明显的节能效果。
  四.延长窑龄措施
     从浮法玻璃熔窑自身结构来说,延长窑龄的主要措施可归纳为:耐火材料、熔窑钢结构、膨胀缝、L形吊墙、窑内压力、风冷、水冷、熔窑砌筑、烤窑、维护保养等这样一些措施。
     1.耐火材料:熔窑各部位耐火材料质量必须保证,不同部位耐火材料匹配要得当,需要做酸碱分隔的部位必须有可靠材料分隔开,与玻璃液接触部位的耐火材料必须能抗玻璃液侵蚀耐冲刷,蓄热室中、上段格子体材料要耐高温、耐碱性粉尘侵蚀。
     2.熔窑钢结构:比如一座500t/d级的浮法玻璃熔窑是由近二十种不同品种的耐火材料、三百多个尺寸规格、几十万块(50~70万块)、总重量几千吨(5000~8000吨)耐火材料砌筑而成的。熔窑钢结构就是用来支撑和约束这个砌筑而成的窑体砖结构的,熔窑钢结构必须保证窑体各部位的砖结构从开始砌筑、到高温运行产生膨胀后,都能保持不产生超过允许的变形或使砖块压碎。所以熔窑各部位的钢结构件即不能弱也不能太强壮。
     3.膨胀缝:玻璃熔窑的窑体结构要长期处于高温下运行,窑体各部位的膨胀缝留设对窑龄的影响很大。耐火材料具有热胀性,要保证窑体结构的安全,对一些受到膨胀限制部位的窑体结构必须留有合适的膨胀缝,保证耐火砖块在高温下不被挤碎,窑墙不变形。
     4.L形吊墙:以往的玻璃熔窑前脸墙一般采用硅砖做的“鱼肚碹”结构。鱼肚碹的股跨比一般都比较小,计算下来鱼肚碹的碹砖压应力都比较大;鱼肚碹的硅砖属于酸性材料,要承受配合料内的碱蒸汽的化学侵蚀;鱼肚碹砖还要承受高温作用的热冲刷和侵蚀。鱼肚碹处于这样恶劣的工况条件中,安全可靠性很差,曾经是影响玻璃熔窑寿命的最薄弱环节之一。针对鱼肚碹使用寿命短的情况,L型吊墙结构被开发了出来。随着玻璃熔窑前脸L型吊墙结构的应用,熔窑前脸墙结构的安全可靠性问题便得到了很好的解决。
  5.窑压:通常所说的熔化部内的窑压为5~7Pa,是指窑内压力比窑外压力高出5~7Pa。这种窑内的微正压是为了既保证窑外冷空气少进入窑内,又保证窑内少往窑外穿火。窑压越大,越容易出现向窑外穿火,使得一些小的缝隙不该穿火的地方,由于穿火后而成了大缝,也就是平常所说的“烧穿”了,烧穿对窑体结构寿命就要产生影响。
  6.风冷、水冷:玻璃熔窑上需要进行吹风冷却的地方主要包括:熔化部两侧池壁、卡脖两侧池壁、熔化区的碹脚梁、投料口拦铁、L型吊墙等。需要进行通水冷却的地方主要包括:卡脖入口处池壁外侧拐角、液位池与熔化部相交处池壁外侧拐角等部位。
     7.熔窑砌筑:玻璃熔窑的砌筑质量对熔窑寿命起很大作用,必须选择有资质的专业施工单位,施工设备要齐全,工种要配套,质量监督不可少,玻璃熔窑各部位都有详细的砌筑要求,必须保证。
     8.烤窑升温:烤窑升温对玻璃熔窑运行寿命至关重要,它将不可逆转地影响以后的熔窑性能和寿命。比如由于烤窑不当造成了窑体变形,开裂、下沉、挤碎等等,都要影响窑龄。烤窑升温曲线必须合理,在升温中需要控制膨胀的部位必须及时准确地进行操作,严格控制。
     9.合理运行:玻璃熔窑的温度制度要合理,各部位窑压要合理、稳定,液面波动要小,各种设施状态良好、操作准确,不产生运行中对窑体的破坏。
     10.维护保养:要按玻璃熔窑运行操作规程每日做好对窑体的巡检工作,出现问题及时进行保养。在熔窑运行的中后期要加强维护保养工作。
  五.结束语
     以上是浮法玻璃熔窑冷修改造时,为了增加熔化能力、提高熔化质量、节能降耗、延长窑龄而采取的一些常规措施。随着热工技术的进步、熔窑设计经验的丰富、新型耐火材料的开发,会有更多更好的玻璃熔窑新技术将被开发出来,将使玻璃熔窑的熔化能力、熔化质量、节能降耗、长窑龄方面取得新的应用成果。