梯度增氧助燃玻璃窯爐熔化部和冷卻部結構的改進設計

【中玻網】玻璃窯爐應用梯度增氧助燃后，燃燒產物的溫度、堿蒸氣和水蒸氣含量以及NOx濃度等均發生了改變，導致熔化部和冷卻部各部位的作業環境和耐火材料使用過程中損毀的原因也發生了改變，必須對熔化部和冷卻部各部位的結構進行設計改進，才能滿足窯爐窯齡的要求。

　　窯爐窯池是由熔化部（由投料口、熔化區、澄清區構成）、卡脖和冷卻部的池壁和池底構成，在正常運行的窯爐中，這些部位的耐火材料磚材要受到雙重侵蝕：高溫熾熱的玻璃液與這些部位的耐火材料發生化學反應形成侵蝕；窯爐內玻璃液形成的生產流、回流等沖刷這些部位的耐火材料，形成物理侵蝕。根據這種情況，確定了熔化部、卡脖和冷卻部窯池部位耐火材料磚材的選取原則：耐火材料磚材的選取應滿足整體窯齡要求，各部位磚材的使用壽命與窯爐壽命相匹配；具有很好的抗玻璃液侵蝕、沖刷性能；池壁磚采用整塊應用更佳；不污染玻璃液，影響玻璃液質量。

　　（1）池壁：熔化部池壁磚侵蝕嚴重的部位是發生在頂層氣（窯爐內火焰氣體）—液（玻璃液）—固（池壁磚）形成的三相界面處和池壁磚與磚之間的橫向縫接縫處，因此，池壁磚選用整塊磚并且立砌筑，磚與磚之間要求精磨加工，膨脹縫留在兩端。池壁磚下部厚度一般設計為250 mm；上部液面線三相交界區域，為了強化冷卻效果，延緩池壁磚的侵蝕，將傳統厚度250 mm減少至200 mm左右。改進后的池壁磚結構見圖1，池壁砌筑結構見圖2。

圖1    改進后的池壁結構

圖2    池壁砌筑結構

　　（2）池底：①池底鼓泡，池底鼓泡是受玻璃液侵蝕、沖刷更嚴重的部位，選用抗玻璃液侵蝕、沖刷性能更好的磚，如無縮孔澆鑄的AZS 41#磚。玻璃窯爐中組合在一起的鼓泡磚見圖3。單塊鼓泡磚幾何尺寸盡可能地小，避免在制作過程中出現裂紋等缺點，影響其使用壽命。

圖3    鼓泡磚

　　②窯坎，窯坎結構位于鼓泡附近靠后位置，也是受玻璃液侵蝕、沖刷更嚴重的部位，應選用抗玻璃液侵蝕、沖刷性能更好的磚，如無縮孔澆鑄的AZS 41#磚。組裝后窯坎結構示意圖見圖4。

圖4    組裝后窯坎結構示意圖

　　（3）熔化部熔化區掛鉤磚：傳統的掛鉤磚結構見圖5。掛鉤磚在制造過程中，A面容易產生裂紋，無法避免；在烤窯和窯爐正常運行過程中，窯爐升溫和生產運行時的火焰換向、溫度發生波動、溫差導致A面容易掉頭斷裂，火焰直接燒損支撐窯體的鋼構件，減少窯爐的使用壽命。

圖5    改進前掛鉤結構示意圖

　　改進后的掛鉤磚結構見圖6。平緩的A面，避免了該處裂紋的產生和溫差產生的應力集中而導致掛鉤磚的掉頭斷裂，從而保證掛鉤磚順利安全地運行整個窯齡作業期。

圖6    改進后掛鉤結構示意圖

　　（4）熔化部熔化區胸墻結構：熔化區胸墻除了受火焰沖刷燒蝕和配合料飛料侵蝕外，還受到火焰換向時溫度發生波動而產生的熱沖擊。胸墻在窯齡期往往因為燒蝕導致重心偏移，向窯內傾斜，減少窯爐的使用壽命。在立柱側的胸墻磚上鉆一個錨拉孔，用金屬耐熱鋼制作的錨拉桿勾住胸墻磚，固定于立柱翼板上，從而避免了胸墻磚向窯內傾斜，保證胸墻順利安全地運行整個窯齡作業期。改進后的胸墻磚見圖7。

圖7    改進后的胸墻磚結構示意圖

　　在分析研究熔化部、卡脖和冷卻部窯池和上部空間結構各部位在使用過程中損毀機理的基礎上，合理的選擇和配置耐火材料，同時通過對熔化部和冷卻部池壁、胸墻等結構設計的改進，減輕了玻璃液、火焰和堿蒸氣、水蒸氣及配合料飛料對窯體沖刷的物理侵蝕和化學侵蝕，提高了熔化部、卡脖和冷卻部整體結構在運行過程中的安全性和穩定性，在提高窯爐熔化能力和玻璃液質量的同時，也降低了窯爐的NOx排放濃度和熔化玻璃液的熱耗。改進內容均在梯度增氧助燃玻璃窯爐上實施，目前窯爐運行狀況良好，主要技術經濟指標均達到了預期的設計目標。