玻璃马蹄焰窑炉结构设计

第二章结构设计2.1 熔化部设计熔化率 K 值确定瓶罐玻璃池窑设计K 值在 2.2 2.6t/m 2.d 为宜。熔化率取的过小，窑炉不节能，2取得过大，熔化操作困难，或是达不到设计容量，本次取2.5t/ （md）。理由如下：目前国外燃油瓶罐玻璃窑炉熔化率均在2.2 以上，而我国却在2.0 左右，偏低的原因：（1）整个池窑缺少有助于强化熔融的配套设计。（2）操作管理，设备，材料等使得窑后期生产条件恶化。由于这些影响熔化能力的因素，现在瓶罐玻璃K 值偏小。在全面改进窑炉结构和有关附属设备后， 根据国内耐火材料配套情况和玻璃原料量与制备情况。采取了 K=2.5t/2（md）。熔化池设计（1）确定来了熔化率K 值：熔化部面积100/2.5=40m 2。（ 2）熔化池的长、宽、深： LB H=8000mm5000mm 1200mm本设计取长宽比值为 1.6 。长宽比确定后，在具体确定窑池长度时，要保证玻璃液充分熔化和澄清，并考虑到砖窑材料的质量以及燃烧火焰的情况，一般要求火焰转向点在窑长的2/3 处。窑长应4m 。在确定窑池宽度时，应考虑到火焰的扩展范围，此范围取决于小炉宽度、中墙宽度（两个小炉的间距，小炉的间距，既要便于热修，又不要降低火焰的覆盖面积，一般小炉之间的通道宽度取0.91.2 m）。窑池宽度约为 27m。长宽选定后，当然具体尺寸还要按照池底排砖情况（最好是直缝排砖）作出适量调整，池底一般厚为 200300m。具体的池底排列会在后面设计的选材方面进行说明。这里先不做细讲。综上 ，本次选用 L=8m ，B=5m。窑池深度一般根据经验确定。池深一般在9001200mm为宜。池深不仅影响到玻璃液流和池底温度，而且影响玻璃液的物理化学均匀性以及窑炉的熔化率。一般池底温度在 12001360之间较为合适。池底温度的提高可使熔化率提高。但池底温度高于1380时，需要提高池底耐火材料的质量及品种，否则则会加速池底的侵蚀并降低炉龄，且会增加玻璃球的结石含量，这对后道拉丝生产是不利的，影响池底温度的决定性因素是玻璃的铁含量和玻璃气氛。当Fe2O3含量在 0.25 0.3%范围内时，池深 80061200mm的玻璃球窑，其垂直温降约为1530/100mm 。表2-1中国池窑熔化池池宽中国池窑熔化池池宽玻璃品种池深 /mm 玻璃品种池深 /mm高白料900-1000无色器皿玻800-1000璃瓶罐玻璃普白、青白料800-900保温瓶玻璃850-900黄棕料700-850中性玻璃800-900翠绿料600-800硬质玻璃450-6006注：池底保温时，表 1-2 中池深值增加 20%-30% 。故熔化池深度预先取： H=1.2m 。熔化池的深度，在本设计中我们一改以往国内设计的传统经验即：熔化区与澄清区池深一致的设计观点，改为更科学有效的加深澄清区，加深幅度为 200mm，加深到1400mm，即 H=1400mm，后面会进行复核。同时加设窑坎和鼓泡装置。火焰空间本次设计 : 采用 B 火=5400mm，B 熔 =24 KJ/m 3h。本次设计：采用火焰高度为1500mm，火焰空间宽度为5400mm，煊升高 1/8 ，为 675mm。火焰空间长度为窑炉长度8000mm。从理论上解释：扩大火焰空间，有利于燃料完全燃烧，稳定火焰，在窑体保温的情况下扩大火焰空间对该部位的散热损失，影响极小，相反，由于燃料完全燃烧，使得燃料在窑池空间内的燃烧技术效率提高也即有更多的热量用于加热熔池和玻璃液。其次，以气流动力流型来考虑，也要求在火焰与大碹之间有一股循环气流来保护大碹，并有助于把火焰流股压向液面。本设计采用大的火焰空间结构，因为尽量大的火焰空间适合燃油火焰的刚性好，不发飘的特点，有利于充分燃烧。所以在窑宽5000mm的基础上，两边总共加宽400mm即这样可以保证在高的熔化率的同时降低熔化部的热负荷。加料口的设计投料时熔制过程中的重要工艺环节之一，它关系到配合料的熔化速度、熔化区的热点位置、泡界线的稳定，最终会影响到产品的质量和产量。加料口是马蹄焰玻璃池窑的重要部位之一。 熔化工艺和所选用的加料机对加料口的要求 , 其设计必须能使配合料呈薄层或小堆状均匀稳定地进入熔化池 , 形成一个便于熔化作业调节的“圈式”配合料流型 , 均布在熔化部玻璃表面 , 加料口是池窑结构上的薄弱环节 , 容易损坏 , 设计时应合理加大、 加长配合料进入熔化池的通道 , 以减少玻璃液因接触耐火材料的损坏。同时 , 还要对火焰有较好的密封 , 防止火焰对加料口上部材料造成损坏并减少滋流热量损失 3 。设一个加料池 , 单侧加料，加料口呈斜喇叭形 , 向前墙倾斜 10, 向后墙倾斜 3，预熔池长 1600mm。配以悬挂式密封加料机 , 既减少了料粉飞扬 , 又减少了辐射热损失 , 同时还加速了配合料的熔化。（1）采用单侧加料与采用两侧加料相比， 可相应减少窑头仓， 使配合料的输送和贮存更为简单， 同时也减少加料口的热损失，降低投资成本 15 。（2）. 加料池加料池采用大的预熔池， 使配合料在预熔池中的到充分加热， 提高熔制效率， 梯形的池型有助于配合料形成“圈式”料流。从而提高熔融效果，提高配合料在窑炉中的路程距离，得到更多来自火焰的热量，提高熔化率，能量的利用率和熔化效果 ,j 加料口采用内宽外窄型，内开口 1300mm，外开口 800mm。窑坎与鼓泡设计窑坎高为 1/2D 熔 =600mm，宽 400mm,用二层 200mm厚的砖错缝。窑坎设置在熔池中鼓泡点（窑炉的 2/3 处）以后 766.7mm处，窑坎高度 600mm，为双层砖铺排， 总宽度为 400mm。熔化区内底部玻璃液通过窑坎是有一个爬升过程。 这样增强了热量的交换，使玻璃液温度升高，黏度降低，有助于玻璃液中气泡的排出。此外，减少澄清区玻璃液回流量，降低热损失。2.2分隔装置设计火焰空间分隔装置火焰空间的分隔采用全分隔结构（两道墙），全分隔能消除熔化部温度的波动对工作池的影响，这样比较稳定的控制了工作池内玻璃液的温度，保证了制瓶机成型温度的稳定。玻璃液分隔装置用倾斜式流液洞，熔化部与工作部两道墙完全分隔流液洞尺寸。流液洞长宽高 1200400300mm。2.3 冷却部的设计 ( 工作池 )8一般工作池半径小于等于熔化池池宽，工作池深度浅于熔化池池深300 400mm 。工作池面积占熔化面积20-25%。本次设计：矩形工作池，长宽高 12005000600mm 工作池面积： 6.0m2，占熔化部面积的 15%。现在的工作池正在朝着小面积浅工作池发展，工作池由于与熔化池相对独立，所以其形状不受其他因素影响， 一般马蹄焰池窑工作部占熔化面积的1015%，深度一般为0.60.9m。小面积的工作池设计，池深较浅，静压小，从而减少了玻璃液的回流，保证玻璃液的质量。2.4 热源供给部分的设计（小炉）本次设计综合考虑改进：第一，小炉长度取3m；小炉下倾角为23；小炉底的下倾角为18。第二，小炉底下操作空间尺寸，由于该处的操作环境差，故取大一点的数据，当然也不能太大，取 4.0m；小炉底外表面到操作走台的高度，以操作员走路不低头为准，取 1.8m。第三，小炉口的尺寸， 小炉出口煊的股跨比最好为1/8 ，小炉口出口煊的煊砖厚度为 0.4m, 小炉出口煊的长度为 0.6m。综合来说：（1） 油喷嘴安装在小炉口下面， 喷嘴中心离液面高度约为 200mm，油枪上倾 5 o 。（2） 油喷嘴一般距池墙外壁为 400mm，小炉口安装 2 支油喷嘴时，喷嘴直径为4.0mm,油喷嘴间距为600mm。（3） 蓄热式马蹄焰池窑空气出口速度为8m/s，一般空气的平均预热温度以1300为考虑。 回火速度为 13m/s；喷口的总面积占熔化池面积的3%空气出口面积为 0.2m。（4） 首先小炉口要扁而宽，宽的小炉口可以在熔化区形成一宽而热量集中的火焰覆盖面，有利于对于配合料的加热。马蹄焰空气出口宽高比取4.2 ，出口宽取 1500mm，高取 357mm；油喷嘴下倾角为25%； 补充来说，为使空气与油雾混合良好，可使小炉地板下斜5，同时适当加长水平通道，水平通道长6度为 2750mm 。（5） 再次，小炉中心线与熔化池中心线要有一定的夹角36 度。这样可以避免火焰冲刷胸墙，也有利于火焰的转向。 最后，小炉通道后部用竖向缝与蓄热室分开。这样可以确保窑炉与蓄热室这两部分结构的热膨胀不受阻碍17 。2.5 余热回收部分的设计（蓄热室）本次设计：采取在国内外普遍使用的多通道箱型蓄热式，使空气获得较高的预热温度，死角较少，也可选用最适宜的耐火材料，经济实惠。先进蓄热室首先要具有高的蓄熔比和高的预热温度，高的余热回收效率。为了实现这些目标设计中采用了各项性能指标优越的八角筒形格子砖，增加了格子体高度使，使通道内气体保持了最有利的速度。323蓄熔比为 51： 1 左右，格子体体积 / 熔化面积 =3.07m /m 。格子体体积为122.8 m ，细长比 2.56, 采用八角筒形状为格子体， 格子体主要尺寸： 41803200 9600mm，格孔尺寸 160 160mm。经验设计：2 2 蓄熔比： 51：1，F=5140=2040m F=2040 m 格子体当量直径 d G=4 (160 160)/2 (160+160)=160 mm 23细长比取 H/LB =2.56H/LB =20.56H LB=136.55所以 :H=9.64 mLB=14.17 m长宽比1.3宽=3.2m=3200 mm排 13 块格子体即:3120 mm，预留80 mm膨胀。所以实际蓄热室宽为3200 mm长=4.32m=4320 mm布 17 块格子体即：4080，预留100 mm膨胀所以实际蓄热室长为：4180 mm格子体为间歇层错位码砌。格子体砖高120 mm所以格子体为80 层，格子体高度为9.6 m 。62.6 排烟供气部分的设计为使窑炉作业连续、正常、有效的进行，设置了马蹄焰池窑排烟供气部分，它包括：支烟道、总烟道、换向设备闸板及烟囱等6 。由于烟道内的烟气温度较低（烟气出蓄热室的温度约为 600左右，到烟囱根的温度约为 400左右），因此烟道内墙、底和碹均采用粘土质耐火砖砌筑。眼到底，墙和碹都进行保温，地下水位高的地方或室外烟道还应做防水层。玻璃熔炉的烟囱现在多用钢筋混凝土浇注，内衬粘土质耐火砖。烟囱高度采用40m,玻璃池窑采用高度 50m的砖烟囱。烟道中废气流速取 2（标） /s ；烟道截面高度取 700mm,宽度取 600mm。爬坡高度取30。2.7 结论实践证明，引进窑的熔化率、能耗及炉龄等主要技术指标与国内自行设计的池窑相比确实有明显的优点。综合上述的研究成果，国外设计的瓶罐玻璃池窑有几个突出的优点，本次设计选择性的引鉴了一些。第一、采用一系列有助于强化熔融的措施（1）小炉具有足够的宽度，以便布置多支油枪。（2）助燃空气具有较高的喷出速度，小炉的造型必须有利于使空气流保持规定的方向和足够的势能，以有利于与油雾的混合燃烧。（3）选用火焰的最高温度能集中在化料区达到强化熔融条件的燃油喷嘴。（4）选用有利于料堆分布加速料堆熔化和防止料堆分层熔化以及加料口密封程度高的加料机。（5）保证火焰空间具有合理的宽度和高度（6）尽可能提高助燃空气的预热温度第二、采用有效技术措施来稳定工艺制度和保证玻璃液的熔制质量（1）采用鼓泡和窑坎（2）火焰空间全分隔，采用分配料道形式（3）通过有效的控制手段来稳定池窑的各项工艺参数（4）烟囱具有足够富裕的抽力第三、尽量降低玻璃液流进流液洞时的温度和减少回流。第四、各部位配套选用优质耐火材料，严格要求砖材的外形规格和施工质量第五、加强窑体密封，采用高保温技术。通过采用一系列有助于强化熔融和各种能稳定熔制工艺制度的措施，使K 值保持在2.22.6t/m2.d是可以达到的。本次设计在K=2.5是合理可行的。对于设计池窑各部位配套选用优质的耐火材料；严格研究砖材的外形规格及施工质量；只是烤窑时的炉体膨胀，所以，在高熔化率的情况下，其炉龄扔能保证达到 67 年。退一步来说，就算选用的是国产材料配套，达到4 年以上是完全可以的。