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杭州盛联玻璃新技术有限公司 (编号 23673)
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燃煤气浮法玻璃熔窑的小炉蓄热室技改设计
作者:杭州浙大玻璃新技术有限公司 沈志方
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摘 要:燃煤气浮法玻璃熔窑燃烧的好坏与小炉及蓄热室的设计有直接的关系。本文结合以往的设计经验阐述了小炉蓄热室设计的基本思路和设计中注意的几个重点。
关键词:煤气 浮法玻璃熔窑 小炉 蓄热室

一、 概述

目前我国的浮法玻璃熔窑以重油为燃料的居多,主要是重油的热值高,火焰刚性好,射程远,适合浮法玻璃熔窑不断扩大的发展趋势,而且使用重油为燃料的玻璃熔窑结构简单,工艺流程简洁,附属设施少,操作控制容易,尤其是烤窑至过大火,此后室内温度较之烧煤气窑容易控制。然而,以煤气为燃料的玻璃熔窑历史悠久,在我国早期的平板玻璃熔窑中,大部分是以煤或发生炉煤气为燃料的。随着煤气发生炉的不断改进,如二段炉,燃煤气熔窑的低成本优势日益体现出来。目前平板玻璃市场竞争日趋激烈,市场低迷,而重油价格见涨(1700元/吨),各生产厂家在提高玻璃质量的同时,也在想方设法降低玻璃的生产成本,努力使企业安然度过平板玻璃市场的萧条期。

在这种形势下,一些以发生炉煤气为燃料的浮法玻璃熔窑开始进行技术改造,在满足生产要求的同时,要使熔窑的各项指标与燃油的熔窑相接近,以体现出燃煤气熔窑低成本的优势,使企业立于不败之地。

二、 箱式蓄热室

在上世纪九十年代以前,我国的燃煤气熔窑的空、煤气蓄热室均为上升道结构。此类蓄热室的空、煤气预热温度较低,蓄热室热效率差,熔窑的能耗很高,一般每公斤玻璃液需耗0.50~0.65公斤标准煤[1] 。

九十年代初,杭玻率先在浮法一线上尝试将上升道空气蓄热室改成箱式蓄热室,并获得成功。从而将燃煤气熔窑的能耗降低了约10%。由于箱式蓄热室取消了空气蓄热室的半圆碹和承重碹,使蓄热室的结构更简单,寿命更长。如杭玻的燃煤气350t/d浮法熔窑在不热修格子体的情况下寿命达到了六年,能耗约为0.40公斤标准煤/每公斤玻璃液。

三、 小炉蓄热室的设计

燃煤气浮法玻璃熔窑技改设计中的最大难点就是小炉和蓄热室的设计,这也是燃油熔窑和燃煤气熔窑的根本区别。

1、 小炉的设计

在浮法玻璃熔窑的煤气小炉设计中,目前已形成了一些定式,如小炉斜坡碹的下倾角是25°,底板上倾角约3°,小炉舌头伸出长度为400~450mm等(如图1)。但在小炉喷火口截面、小炉斜坡碹形式及材质选用上有很大不同。

小炉喷火口截面可依据下面公式校核 [2] :

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一般煤气小炉口的高度为400~500mm,拱的股高比为1/10,小炉间距为3100mm,这样就能确定小炉口的宽度。

而对于箱式空气蓄热室的浮法玻璃熔窑小炉斜坡碹形式目前有两种,一种是直通式,另一种是喇叭型。倾向于直通式小炉的理由是:煤气呈扁平状出上升道,容易与助燃空气混合;混合气体对小炉侧墙的冲刷小,而且小炉结构简单,施工方便。倾向喇叭型小炉的理由是:喇叭形状将火焰强制性的形成扩散状,提高火焰的覆盖面;能改善因煤气上升道间距较小而造成的维修恶劣环境;为窑老期的热修创造条件。

笔者倾向于喇叭状小炉结构。对于200t/d~350t/d的浮法玻璃熔窑,其小炉口宽度一般在1500mm~1600mm,如果采用直通式结构,那么煤气上升道间的维修净空为: 3100(小炉中心距)-1500(小炉口宽)-2×465(上升道墙厚)-2×140(小炉立柱)=390mm,如此小的空间很难进行蓄热室的维修。而且,空、煤气的截面决定空、煤气的速度,空、煤气的速度比应服从于空气、煤气的动量比,计算式如下[3]:

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式中:Wa、Wf-空气、煤气的出口速度(米/秒)
Va、Vf-空气、煤气的流量(标米3/秒)
γa、γf-空气、煤气的重度(公斤/标米3)

对于200t/d~350t/d的浮法玻璃熔窑,空煤气的动量比一般取1.3,在小炉喷火口截面确定的情况下,如果设计成直通式小炉,那么煤气上升道将成一个非常扁平的狭窄通道,这样既加剧了煤气上升道四周墙体的冲刷侵蚀,又因煤气层过薄而影响火焰的传热效果。

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当然,是否设计成喇叭状也可以通过计算来确定。例如:一条350t/d燃煤气熔窑,小炉口宽度为1600mm×5个,1200mm×2个,小炉喷火口高500mm,股高150mm,煤气消耗总量5.47Nm3/s,助燃空气消耗总量8.84 Nm3/s, 假定空气预热温度为1200℃,煤气预热温度为1100℃, 则每个小炉的

Va=(8.84*((1200+273)/273))/6=7.95 m3/s(按实际使用6个小炉计)
Vf=(5.47*((1100+273)/273))/6=4.59 m3/s(按实际使用6个小炉计)
γa=(1.29*(273/(1100+273))=0.24 kg/m3
γf=(1.12*(273/(1100+273))=0.22 kg/m3

取空气、煤气的动量比为1.3,那么

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设Wa=6.00m/s,则Wf=6.00/0.69=8.70m/s

小炉舌头出口处总截面积

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设定小炉斜坡碹长度为1600 mm,在满足斜坡碹的上下倾角后,小炉舌头出口处高度为:

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小炉舌头出口处宽度为:

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由此可见,小炉斜坡碹设计成喇叭状是比较合理的。

2、 格子砖形状及排列

传统的格子砖形状是条形砖,一般为编蓝式排列。最近几年,燃煤气浮法玻璃熔窑的空气蓄热室普遍采用筒型砖,烟筒式排列,其单位格子体的受热表面积比编蓝式格子体增加约18%,由于筒型格子砖普遍采用40mm壁厚,所以其重量减轻约15%。筒型砖的优点在很多杂志上都有报道,这里不再重复。但在改造设计中采用筒型格子砖时要注意以下几条:

a. 筒型格子砖的格孔与炉条间距是否对齐。

在改造设计中,原有炉条碹的间距是根据条形砖和编蓝式排列来设计的,改成筒型砖后,即使格孔与原来的相同,因格子砖的壁厚不一样,其格孔与炉条间距还是对不齐。这时如果要保留原有炉条碹,那么在炉条碹与筒型砖之间增加4~6层西门子排列的条形砖来解决这个问题。

b. 采用筒型砖后,在热修门上无法安装吹扫孔,所以须在格子砖顶上部设计一个观察格孔堵塞的观察孔,随时了解格孔的畅通情况。最好在采用筒型格子砖的同时,空气蓄热室采用半连通或全连通结构,这样能充分发挥筒型格子体的优势。

3、 空气蓄热室上部钢结构

在浮法玻璃熔窑的技改设计中,需将空气蓄热室的钢结构作重点考虑。原有的空气蓄热室侧墙立柱一般为分开的两根立柱,间距是500~800mm(如图2所示),每段顶碹的碹头各有一根立柱和一根拉条。这种结构在空气蓄热室是上升道结构时没有问题,但将空气蓄热室改成箱式蓄热室后,这种结构给煤气上升道的维修和维护造成严重妨碍。为了维修和维护煤气上升道,只能在加固空气蓄热室内侧立柱的情况下,割开需修理部位的立柱,修好后再焊接,这样给维修带来不便。所以在技改设计中应将两根立柱改成H型单立柱,留出煤气上升道的维修空间。在设计单立柱后,还要考虑空气蓄热室顶碹钢碹碴结构,需采用钢碹碴顶丝结构来调节烤窑过程中顶碹砖的膨胀。

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四、 结论

本文阐述的是在燃煤气浮法玻璃熔窑的小炉蓄热室设计中的一些方法,笔者根据上面的分析和计算对杭玻浮法二线熔窑、海晶玻璃集团浮法一线熔窑进行了技术改造,实践证明效果不错。当然,燃煤气浮法玻璃熔窑的蓄热室设计是一项综合工程,还要根据现场的具体情况和用户的要求作出具体的设计。

但需要指出的是,燃煤气浮法玻璃熔窑并不是玻璃熔窑发展的方向,其有规模限制和排放物严重污染环境的致命弱点。在能源日益紧张,环保越来越被重视的今天,燃煤气熔窑将逐步被燃重油或天然气的熔窑所替代。本文只是在燃煤气熔窑还合理存在的今天所阐述的技改经验,供各位同仁参考。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (6/8/2010)
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