玻璃熔窑蓄热室格子砖的进展连载1

3 不同热工条件下的温度情况: ∃ t= tf - ta≈ 200℃ ( tf 废气温度; ta 空气温度)
R =
1
1 1
蓄热室回收热量与诸因素的关系: ・ 换热面积 F , 平均温差对数值 ∃ tm 越 大, Q 值越多。 ・ 传热系数 Α 和 Α ′ 越大; 格子砖热容 容重 Μ 和导热系数 Κ越高, Q 值越 C、 多。 ・ 格子砖壁厚之半 r , 对 Q 值的影响有 增, 有减。 总的来说是 r↓, Q ↑。 因此, 当格子砖材质和砌码高度确定之 后, 必定有一个最佳的形状、 厚度, 以及与其 相关的砌码方式。
玻璃熔窑蓄热室格子砖的进展 ( 连载 1)
陈 雅 兰 陈 恭 源
( 西南工学院 绵阳市 621002)
摘 要 长期以来, 玻璃和耐火材料工作者, 在提高玻璃质量、 降低成本和在整个窑期内维持恒定 生产方面, 做了大量的研究。 近 30 年间, 出现了长寿命、 节能型和提供优质玻璃液成形流的现代玻 璃熔窑。 本文就蓄热室的热工性能与格子砖的关系, 作一简介。 关键词 蓄热室 格子砖 热工性能
http://www.Hale Waihona Puke
纹形等方面, 作了日新月异的革新, 成效卓 著。
2 提高蓄热室效率的途径
蓄热效率主要是通过格子砖的材质、 形 状、 厚度、 砌码方式和格子体的高度来解决 的。
211 格子砖的形状
第一代是标型砖式的条形砖。 “锯齿形” 表面可增加换热面积。 砌码方式从西门子式 到编篮式, 并减小气道尺寸。 后者又受到粘挂 等老化因素的制约。 为防止顶部 4 ～ 5 行砖的 滑 移, 采 用 彼 此 锁 紧 结 构 的 马 尔 兹 式 (M A ER Z) 。 第二代是筒形砖。 壁厚从 64 ( 我国 65) 减 至 40mm , 结构强度要比条形砖好, 换热效率 有了明显的提高, 砌码方便, 格子体的稳固性 增强, 克服了条形砖的滑移, 重量大幅度减 轻。
字形格子砖, 与烧结格子砖相比, 具有热容量 大, 导热系数高和壁薄的特点, 能获得最高的 换热效率, 参见图 3。
热交换量取决于热容量和热传导系数, 再与最适中的厚度相结合, 这两方面优势使西普十字砖能获得最高热效率
图 3 周期热交换与格子砖材质、 厚度的关系 在玻璃熔窑的整个窑期内, 蓄热室始终 处于十分严酷的环境之中: ・ 来自各种有害气体 ( SO 3、 碱蒸 V 2O 5、 气、 烟气中的冷凝物 N aO H、 NO x …) 、 (芒硝、 硼酸盐…) 和固体尘粒 ( 硅砂 微粒…) 的化学侵蚀。 ・ 高温和周期性换向引起的急冷急热。 ・ 温度波动和下层格子砖承受的高荷 重。 恶劣的环境所产生的后果:
40 或 30mm 的十字形砖; 表面从平直形到波 212 格子砖的材质
第一代是硅质・粘土质: { 硅砖+ 莫来石 砖+ 粘土砖}, 属于原始型。 由于抗蚀性差, 换 热效率低、 要热修、 寿命短, 早已淘汰了, 只有 炼铁热风炉还继续使用。 第二代是碱性型: { 上层+ 中层+ 下层} 上层高温段: 1500 ～ 1100℃ 从 97、 98% 到 95、 96%M gO 的 高 纯 镁 砖。 使用烧结镁砂或电熔镁砂为原料, 是方镁 石 (M gO ) 晶体, 晶相直接结合的制品。 为避免硅尘 ( ф < 01125mm Si O 2 微粒 ) 对高纯镁砖的熔蚀 ( 生成镁橄榄石 2M gO ・ ～ 3 行 ZRX 砖作为高纯镁砖的 Si O 2 ) , 使用 2 保护层。 至少 1# 、 2# 小炉部位格子体, 顶面要 用锆刚玉砖。 中层中温段: 1100 ～ 800℃ 该温段又称作硫酸盐的沉积区, 其中, 芒 硝 (N a 2 SO 4 ) 的 凝 固 ( < 844℃) 和 熔 化 ( > 844℃) 的反复进行, 侵蚀性和机械应力的破 坏性极强。 虽然可用材料较多, 但较为理想的 材料并不多。 ①镁锆砖, ②92 ～ 95% 高纯镁砖, ③镁铝 尖晶石砖, ④镁铬砖, ⑤镁橄榄石砖。 发达国家大多用①或②, 不用④, 铬盐致 癌。 我国普遍用④, 亟待改变。 下层低温段: 800 ～ 600℃ ①+ 低气孔粘土砖, 或④ + 低气孔粘土 砖, 或全部用低气孔粘土砖。 取首方案最佳。 高温段宜按照> 1400℃, 1400 ～ 1300℃, 1300 ～ 1100℃三个温段分别配材, 详见下文。 第三代是电熔十字形砖〔4〕 : 玻璃 25 卷 4 期
600℃) , K;
′ t1
—— 进入蓄热室的空气温度 ( 100℃) ,
K;
′ t2
—— 离开蓄热室的空气温度 ( 1100～ 1400℃) , K;
( 5)
格子砖的利用系数〔3〕 1 Γ= 4cr 2 Μ 1+ 3Σ0 Κ Σ0 = Σ+ Σ′ ——格子砖的导热系数 ( kJ m ・K ) Κ 将Φ = 3, 并以 ( 5) 代 ( 3) 得:
26
K 系数的简易公式: K = T ( l h f + l h a + e 3 l) T ——半周期 ( 功效) ; h f —— 烟气与格子砖之间的热交换效
率;
h a —— 格子砖与空气之间的热交换效
率;
e ——格子砖壁厚; l ——格子砖导热系数;
～ 5) l h f ≥e 3 l。 l h a = (3 这表明 h f = ( 3 ～ 5) h a; 增加格子砖的导 热系数 l , 减薄格子砖的壁厚 e, 可使 h a 得到 提高 ( 换项得 h a ≤3 l2 e 可知) 。 这样, 说明提 高助燃风的预热温度的潜力相当大。 蓄热效 率实际上可写成 Q = h a ・S 。 蓄热效率又可用下式表示〔2〕
t2 —— 离开蓄热室的烟气温 度 ( 300～
1 + 1 Α ′ Σ′ 3crΧ・ 4cr 2 Μ 1+ 3Σ0 Κ 1 ( 6) = 1 1 1 4 r 1 ( + + ・ )+ Α Σ 3 crΜ 3 Σ0 Κ Α ′ Σ′ 1 ・F ・∃ tm Q= 1 1 1 4 r 1 ( + + ・ )+ Α Σ 3 crΜ 3 Σ0 Κ Α ′ Σ′ + Α Σ ( 7)

1
+
1 1
+
1
( 3)
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
——放热时间 ( h ) ; Σ′ C ——格子砖的热容量 ( kJ kg ・K ) ; r ——格子砖壁厚之半 (m ) ; ——格子砖容重 ( kg m 3 ) ; Μ Γ——格子砖的利用系数; ——比例常数 ( 215 ～ 3) 。 Φ 〔 3〕 平均温差对数值 ′ ( t1 - t′ 2 ) - ( t2 - t ) ( 4) ∃ tm = ( t1 - t′ 2) ln ( t2 - t′ 1) t1 —— 进入蓄热室的烟气温度 ( 1400～ 1600℃) , K 3 ;
28
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
{ER 5312RX ( 顶 面 三 行 ) + ER 1682RX ( 其余) } 1971 年, 由法国西普公司推出的电熔十
1 蓄热室的热工特性
上半个周期, 1480～ 1550℃的烟气带走 燃料总热量的 50 ～ 70% , 离开熔窑的火焰空 间进入蓄热室。 H 2O 、 CO 2 等三原子辐射气 体, 主要是以辐射方式把部分热量传给了格 子体, < 600℃的烟气进入余热锅炉, 而后, 经 烟囱排向大气之中。 下半个周期, 助燃空气与格子体接触, 从 底部典型的自然对流, 到顶部典型的强制性 对流, 主要是以对流方式, 升高了温度。 视不 同情况, 助燃空气可达到 1100～ 1400℃, 进 入熔窑, 与燃料混合、 烧烧而产生> 1600℃的 高温。 每半个周期是 20m in。 对于十字形格子 砖的蓄热室来说, 空气的预热, 可回收 70% 的烟气热量。 对于烧煤气的熔窑, 尚有煤气的 预热。 不过, 现代玻璃熔窑是烧重油, 或烧天 然气, 以便于控制, 维持熔窑作业的高性能。 辐射强度与温度有关, 热交换效率, 排烟 气阶段要比进空气阶段高出数倍。 这一差别, 为进一步提高助燃风预热温度创造了条件。 〔 1〕 ( 1) Q = K ・S ・∃Η Q —— 在该周期中, 烟气与空气的热交 换; S ——格子砖换热表面积; ——烟气与空气的温差对数; ∃Η K ——总的热交换系数。
( 上接 36 页)
∃ h 2 ——对应于图 2 h 2 的标尺读数视余误差, (mm )
a ——指针与标尺之间的距离, (mm )
s ——读数者与标尺间水平距离, (mm ) H ——油罐的最大高度, (mm )
・ 对蓄热室本身: 加速老化, 堵塞, 严重 蠕变乃至倒塌, 增加维修费用。 ・ 对熔窑和玻璃: 热效率锐减, 玻璃质 量受影响, 生产可控性变差, 失去了 生产的灵活性, 造成了减产或损失, 提前冷修, 不可预见的费用增加。 西普公司精心设计的十字砖, 可将上述 诸问题消除, 或减至最低的程度。
( 未完待续)
[ 3 ] 见参考文献 [ 2 ]P 47 式 (5—22) [ 4 ] 见参考文献 [ 1 ] 式 (1) 和表 7
参考文献
[ 1 ] 国家计量局文件 (86) 量局工字第 363 号 《关于颁发 《工
子砖表面温度低于内部,“助燃风预热” 。 格子砖的饱和温度率, 同半周期 ( 换向时 间) 及其厚度之间的关系, 由图 2 表示。 这说 明, 并不是砖的整个厚度都参与了热交换, 而 只是砖的有效表面层, 约 20 ～ 25mm 。砖若很 厚, 则砖芯温度几乎不变。