浮法玻璃熔窑窑龄超10年设计分析_游俊.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 1.0 1 1浮法玻璃熔窑窑龄超1 0年设计分析游 俊,罗文彬(中国建材国际工程集团有限公司,上海2 0 0 0 6 3)摘 要:熔窑结构及耐材配置的合理性是决定窑龄长短的最重要的因素。该文介绍了浮法玻璃熔窑窑龄超1 0年设计时,窑炉重要部位的结构设计及耐材选配技术方案。关键词:浮法玻璃熔窑;窑龄;熔窑结构;耐材选配A n a l y s i so nD e s i g no fF l o a tG l a s sF u r n a c eO v e r1 0Y e a r sO l dY O UJ u n,L U O W e n-b i n(C h i n aT r i u m p hI n t e r n a t i o n a lE n g i n e e r i n gC o,L t d,S h a n g h a i 2 0 0 0 6 3,C h i n a)A b s t r a c t:T h er a t i o n a l i t yo f f u r n a c es t r u c t u r ea n dr e f r a c t o r ym a t e r i a l c o n f i g u r a t i o ni st h em o s t i m p o r t a n t f a c t o rt od e t e r m i n e t h e l i f eo f f u r n a c e.T h i sp a p e r i n t r o d u c e s t h e s t r u c t u r ed e s i g no f t h e i m p o r t a n t p a r t so f t h e f l o a t g l a s s f u r n a c ea n dt h e t e c h n i c a l s c h e m eo f t h er e f r a c t o r ym a t e r i a lm a t c h i n gw h e nt h e l i f eo f f u r n a c e i sm o r e t h a n1 0y e a r so l d.K e yw o r d s:f l o a tg l a s s f u r n a c e;l i f eo f f u r n a c e;t h e f u r n a c es t r u c t u r e;r e f r a c t o r ym a t e r i a lm a t c h i n g收稿日期:2 0 2 2-1 0-3 1.作者简介:游 俊(1 9 8 9-),工程师.E-m a i l:y o u j u n c t i e c.n e t窑炉是浮法玻璃生产线中的核心热工设备,也是建设玻璃工厂投资最大的设备,窑炉使用寿命的长短对企业利润尤为重要。国内浮法玻璃窑炉在经历了四个发展阶段后,玻璃窑用耐火材料质量、窑炉砌筑安装水平、烤窑技术、浮法玻璃熔窑生产管理以及窑炉热修均取得了长足进步。目前国内新设计浮法玻璃窑龄普遍已经能达到81 0年,部分头部玻璃企业浮法玻璃生产线窑炉寿命一般能达到1 01 2年。窑龄的长短主要受熔窑结构、耐材配置、窑炉砌筑安装质量、烤窑的规范操作、稳定的热工制度、成熟的生产管理和及时有效的热修等因素的影响。其中熔窑结构及耐材配置的合理性是最重要的因素。公司设计建造的多条浮法线安全运行超过了1 0年,其中东台中玻浮法一线运行超过1 3年后放水冷修,为玻璃窑炉设计方面积累了经验,下面介绍超1 0年窑龄的浮法玻璃熔窑设计技术方案。1 熔窑结构与耐材选配1.1 蓄热室分隔方式蓄热室分隔方式宜采用两两分隔不到顶结构,上部空间全连通,如图1所示,这样既保证蓄热室整体结83建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期构的稳定性,同时有利于各个小炉的燃料和助燃风的比例调节。采用这种中间分隔结构,大大降低了中间隔墙倒塌而造成的格子砖封堵的情况。与此同时蓄热室四周墙增加护墙钩、护墙板等钢结构,如图2所示,保证了四周墙的稳定性。这样即可保证蓄热室能够长期安全运行,格子体也不需要热修,是延长窑龄的措施之一1。1.2 蓄热室上间隙密封改进对蓄热室上间隙结构进行改进,采用改进的窑炉上间隙密封砖结构和改进跟随砖体膨胀钢结构。这种结构消除了直通缝,能够使上间隙砖和碹碴砖之间紧密咬合,避免漏火,减少保窑投入,避免碹碴梁烧损变形,保证蓄热室大碹的安全性,有效延长窑龄。几种常规设计和改进后结构对比如图3所示。1.3 蓄热室目标墙耐材选配升级蓄热室上段墙体耐火材料。设计窑龄为68年蓄热室上段墙体通常为高纯镁砖。鉴于镁砖损坏剥落机理的复杂性,通常认为目标墙处的镁砖在高温下产生蠕变,同时受到高温烟气冲刷而发生剥落。此外被烟气带入蓄热室中的粉料以及燃料中有害成分与镁砖中的方镁石发生反应形成低共熔物,造成镁砖体积变化而导致剥落。上述过程随温度变化反复进行,最终造成砖的基质部分疏松后降低了结构强度2。因而在设计玻璃窑中,有必要对目标墙高纯镁砖升级为抗冲刷及抗侵蚀性更好的3 3#电熔A Z S砖,从而大幅提高目标墙的结构稳定性。1.4 格子砖耐材选配格子砖的使用寿命是整个熔窑能否达到设计寿命的关键因素之一3。格子体的配置和热分区部位相匹配。顶层格子砖主要受到来自配合料携带的砂粉尘侵蚀以及重油中的V2O5侵蚀,顶部45层格子砖宜选用R A D E XV Z-C N(镁锆砖)或者耐侵蚀性更好的DUR I T A LR K 1 0(铬刚玉),高温区宜搭配R A D E X V Z-C N(镁锆砖)及R A D E XS G-C N(镁砖)使用。冷凝区,燃料燃烧产生的硫酸盐易凝结在格子砖上并且渗入砖内,同时在高温荷载作用下造成砖体破坏。综上因素,冷凝区宜选用R A D E XG Z-C N砖或者R A D E XE F-C N砖。如果设计窑龄达到1 5年以上,法国西普的电熔十字砖是目前最优选择。通常顶层选用E R 5 3 1 2R X(T y p e 4),中部选用E R 1 6 8 2R X(T y p e 4),下部选用E R 1 6 8 2R X(T y p e 3)。两种方案对比如表1所示。表1 十字砖和筒型砖格子体配置对比区域十字砖方案排列方式材料型号筒型砖方案排列方式材料型号顶层十字砖E R 5 3 1 2R X(T y p e 4)筒型砖DUR I TA LR K 1 0 T S-C N(T G)中部十字砖E R 1 6 8 2R X(T y p e 4)筒型砖R A D E XS G-C N(T G)下部十字砖E R 1 6 8 2R X(T y p e 3)筒型砖R A D E XG Z-C N(T G)过渡层西门子烧结硅线石砖西门子烧结硅线石砖1.5 熔化部大碹耐材选配熔化部大碹的使用寿命是决定玻璃熔窑窑龄能否超过1 0年的另一个关键因素。硅砖碹顶在长期高温下,受热辐射和热气流的冲击,砖缝逐渐加大,加之受碱蒸汽侵蚀而形成鼠洞4。当配合料中的碱蒸汽继续冷凝在93建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期大碹内表面后与硅砖中的C a OS i O2在高温下形成玻璃相,导致二氧化硅颗粒的进一步溶解,腐蚀硅砖,从而鼠洞越来越大,最终导致大碹烧穿坍塌。从大碹硅砖的侵蚀过程可知,硅砖的纯度和密实饱满的泥缝是延缓大碹侵蚀破坏的关键。目前国产硅砖在高温稳定性及耐碱蒸汽侵蚀与国外进口硅砖还有差距,此外国产硅泥浆的流动性及可塑性和进口硅泥浆也有相当大差距。当设计窑龄为1 01 5年时,宜选用R H I公司的S T E L L AG G S硅砖搭配S t e l l a m u rG L S硅泥浆或者P D公司的P D-S i 9 6硅砖搭配P D-M tS i 9 7硅泥浆。1.6 池壁砖预留足够绑砖空间窑炉在经过一段时间的运行之后,玻璃液对熔化部池壁持续地冲刷(尤其池壁上层液面线部位),池壁砖会逐渐侵蚀、减薄。当池壁减薄至一定厚度时,就需要在池壁砖外面贴一块新的池壁砖,代替原有池壁,以延续原有池壁砖的使用寿命。池壁绑砖操作对保证窑龄非常重要。根据我们的经验,窑炉一般在运行46年后,进行首次绑砖。在窑炉运行负荷较小、操作及维护较好的情况下,首次绑砖时间也可能更长一些,达到78年。首次绑砖时间需要根据池壁砖的实际情况确定。对于设计窑龄超过1 0年以上的长窑龄窑炉,一次绑砖并不能达到设计窑龄,还需要根据池壁侵蚀情况进行第二次、第三次等多次绑砖。因此窑炉池壁结构设计,需留出可以绑砖三次的空间(每次绑砖厚度约7 5mm)。此外为加强对池壁液面线处的冷却,应设计足够的池壁冷却风量和风嘴风速。通常熔化带池壁冷却风单位用量:1.1m3/(ms),风速:4 5m/s,澄清带至卡脖池壁冷却风单位用量:0.8m3/(ms),风速:4 0m/s。1.7 卡脖空间分隔选择浮法玻璃窑中分隔熔化部与冷却部上部火焰空间的结构形式目前主要有三种形式:矮碹+链式卡脖吊墙、独立碹+吊平碹以及J型吊墙+吊平碹。由于J型吊墙结构形式部分代替后山墙的作用,有效地保证了山墙的稳定性,同时上部空间分隔效果最好,能充分阻断熔化部内碱蒸汽及窑压波动对冷却部的影响。故设计长窑龄玻璃窑优先选择J型吊墙+吊平碹的组合形式。1.8 红外高辐射节能涂料和梯度复合保温技术窑炉的保温能大幅度的减少熔窑表面散热,降低能耗,经济效益作用明显。传统保温技术通过限制热传导的途径来延缓散热,要想达到预期能耗,后期保温厚度会大大增加,导致窑体结构荷重超过设计安全范围,结构安全性大大降低。此外过度保温会导致窑内局部温度过高,耐材热负荷陡然加重,影响耐材预期使用寿命。梯度复合保温材料大量选用热导率低的新型保温材料,在实现减少窑炉表面散热的同时,大大减轻保温层重量。红外高辐射节能涂料喷涂于大碹硅砖、L吊墙硅砖以及硅砖胸墙山墙内表面。由于其主体成分与硅砖相近,在高温下与硅砖内表面烧结在一起,有效地减少了硅砖内表面的缝隙。此外红外高辐射节能涂料能减少热辐射对窑体内表面的影响,有效降低窑体内表面的温度并延缓高温环境下碱蒸汽对耐材内表面的侵蚀,延长耐材使用寿命。实践表明,红外高辐射节能涂料+梯度复合保温技术体系能够有效提高热利用率,减少燃料消耗,延长玻璃熔窑使用寿命5。2 结 语为适应市场尤其是国际市场对高窑龄玻璃窑炉的需求,响应国家走出去发展战略,国际化赋能发展,支撑国内国际双循环,积极服务“一带一路”沿线国家共建这一新趋势,浮法玻璃熔窑设计窑龄超过1 0年,甚至达到1 5年将成为国内窑炉设计的必然要求。参考文献1 唐福恒.玻璃熔窑蓄热室设计J.玻璃,2 0 1 8,4 5(1 2):1-2 3.2 李二民.玻璃熔窑蓄热室靶墙热修及结构改进J.玻璃,2 0 1 3,4 0(1 2):1 3-1 6.3 赵海山.如何使蓄热室格子体达到设计使用寿命J.中国建材装备,1 9 9 8(3):2-5.4 刘文斌,高淑芹,李成海.特种硅质热补料在玻璃窑炉大碹中的应用J.玻璃,2 0 0 8(7):2 9-3 0.5 俞家红,王贵祥,潘作付,等.玻璃熔窑用红外辐射涂料的节能应用J.玻璃,2 0 1 8,4 5(2):4 7-5 4.04建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期