玻璃熔窯,指玻璃制造中用于熔制玻璃配合料的熱工設備。將按玻璃成分配好的粉料和摻加的熟料(碎玻璃)在窯內高溫熔化、澄清并形成符合成型要求的玻璃液。玻璃制造有5000年歷史,以木柴為燃料、在泥罐中熔融玻璃配合料的制造方法延續了很長時間。1867年德國西門子兄弟建造了連續式燃煤池窯。1945年后,玻璃熔窯迅速發展。
中文名稱 | 玻璃熔窯 | 外文名稱 | glass melting furnace |
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分類 | 有坩堝窯和池窯兩大類 | 現象 | 有燃燒反應和產生高溫 |
玻璃熔窯類型
玻璃熔窯。它們均包括玻璃熔制、熱源供給、余熱回收和排煙供氣4個部分。
窯膛內放置單只或多只坩堝。坩堝窯(圖1坩堝窯結構示意)中玻璃熔制的各階段(熔化、澄清、均化、冷卻)在同一坩堝中隨時間推移依次進行,窯內溫度制度隨時間推移變動。成型時,用人工從坩堝口取料,再進行吹制、壓制、拉引、澆注等,也可以坩堝底供料,或將整坩堝移出取料。坩堝材質以粘土居多,也有用鉑的。形狀有開口和橫口(閉口)兩種。開口坩堝的坩堝口朝向窯膛,能直接得到窯墻及熱源輻射和傳遞的熱能;橫口坩堝的坩堝口朝向窯外,要通過坩堝壁間接取得熱量,能避免窯內氣氛對玻璃液的影響和污染。坩堝窯適用于熔制產量小、品種多或經常更換料種的玻璃。
窯膛包含一耐火材料砌筑的熔池,配合料投入窯池內熔化。池窯有間歇式和連續式兩種。間歇式池窯又稱日池窯,一般較小,熔池面積僅幾平方米。熔制過程完成后,從取料口取料,大多采用手工或半機械成型。適用于生產特種玻璃。絕大多數池窯屬于連續式(圖2連續式池窯結構示意),各個熔制階段在窯的不同部位進行。各部位的溫度制度是穩定的。配合料由投料口投入,在熔化部經歷熔化和玻璃液澄清、均化的行進過程,轉入冷卻部進一步均化和冷卻,繼而進入成型部最后均化(包括玻璃液溫度均化)和穩定供料溫度。由于池窯靠近底部玻璃液溫度低而呈滯流狀態,因此窯池玻璃液總容量大于作業玻璃量,連續作業的加料量與成型量保持平衡。熔化好的玻璃液采用連續機械化成型。池窯的規模以熔化部面積(m□)表示。生產瓶罐玻璃的大型池窯熔化部面積達150m□以上,生產能力通常可達到300~400t/24h,熔化率可達2.5~3t/24h□m□。連續式池窯容量大,相對散失熱少,熱效率明顯高于坩堝窯,適于大批量高效率的連續性生產。
魯道夫·均特著,楊紹戩譯:《玻璃熔化池爐》,中國財政經濟出版社,北京,1962。(R.G□nther,Glasschmelz-Wannen□fen.)
上海化工學院主編:《硅酸鹽工業熱工過程及設備》,中國建筑工業出版社,北京,1980。
孫承緒等編著:《玻璃窯爐熱工計算及設計》,中國建筑工業出版社,北京,1983。
(孫承緒)
玻璃熔窯作用
boli rongyao
熱工過程
玻璃熔窯內, 還有熱量傳遞、動量傳遞和質量傳遞。
①熱量傳遞:包括在火焰空間內和玻璃液中由溫度差引起的火焰空間熱交換、玻璃液內熱交換、蓄熱室內熱交換和窯墻與外界環境的熱交換。
②動量傳遞:由壓強差引起的不可壓縮氣體流動、可壓縮氣體流動、氣體射流和玻璃液流動。
③質量傳遞:燃燒過程中由氣相濃度差引起的氣相擴散和玻璃液濃度差引起的液相擴散。
這個問題,我之前剛好在雷法耐火技術看到過專業的答案:建設一座玻璃窯會用到的磚材品有硅磚,黏土磚,高鋁磚,莫來石磚,電熔鋯剛玉磚,電熔氧化鋁磚,石英磚,堿性耐火材料包括鎂磚、鋁鎂磚、鎂鉻磚、鎂橄欖石磚,...
玻璃熔窯的熔化能力 t/d是:噸/天T是質量單位噸的簡寫,D是天(Day)的縮寫比如:***廠有有生產能力1200噸/天的玻璃熔爐3座
熱熔玻璃又稱水晶立體藝術玻璃或稱熔模(Ssgging)玻璃。熱熔玻璃屬于玻璃熱加工工藝,即把平板玻璃燒熔,凹陷入模成形;熱熔玻璃以其獨特的裝飾效果成為設計單位、玻璃加工業主、裝飾裝潢業主關注的焦點。 ...
玻璃熔窯由于采用的熱源不同,結構形式有較大差別。如火焰熔窯、電熔窯和火焰-電熔窯具有不同的結構。
以煤、重油、煤氣或天然氣為燃料的熔窯。燃煤的坩堝窯設火箱,煤燃燒后產生半煤氣,在噴火筒內與二次空氣混合燃燒,火焰在窯膛空間傳遞熱量。燃油的坩堝窯設油噴嘴,噴出油霧在噴火筒內燃燒。燃煤氣的池窯設有小爐,它由空氣通道、煤氣通道、舌頭、預熱室和噴出口組成。燃油的池窯設小爐,由油噴嘴、空氣通道和噴出口組成。池窯內火焰流動方向與窯軸垂直的稱橫火焰窯,與窯軸相一致的稱縱火焰窯,與窯軸相一致并呈馬蹄型回轉的稱馬蹄焰窯。為使玻璃液在冷卻部得到冷卻,在熔化部與冷卻部間設有花格墻、矮碹或吊墻等分隔裝置,底部設流液洞、浮擋磚、卡脖,以調節液流和擋住未熔砂粒浮渣,用冷卻水管冷卻玻璃液。冷卻部往往連通一至多個成型部進行玻璃液分配,因產品品種、成型方法不同,又分為瓶罐玻璃窯、平板玻璃窯、拉管窯、光學玻璃窯、球窯等多種形式。
火焰熔窯內火焰離開窯膛帶有大量余熱,可用于加熱助燃空氣和煤氣,以提高火焰溫度和節約燃料?;厥沼酂嶂饕捎眯顭崾一驌Q熱器。圖2 連續式池窯結構示意即是用蓄熱室回收余熱的連續式池窯。蓄熱室利用格子磚蓄積從窯膛內排出的煙氣的部分熱量。隔一定時間后加熱作業換向,格子磚再把蓄積的熱量傳給進入蓄熱室的助燃空氣和煤氣。為此,蓄熱室必須成對設置,使間接的加熱作業連續化。換熱器用陶質構件或金屬管道作傳熱體,將煙氣熱量通過通道壁連續傳給助燃空氣。坩堝窯多采用換熱式,結構簡單且作業穩定。池窯(尤其是大型池窯)多采用蓄熱式,余熱回收效率高且可靠,但須有換向設備。
以電能為熱源的熔窯。坩堝窯有電阻加熱和感應加熱兩種加熱方式。熔制光學玻璃的坩堝窯一般在窯膛側壁安裝碳化硅或二硅化鉬電阻發熱體,進行間接電阻輻射加熱。有的熔制特殊玻璃的坩堝窯采用感應加熱方式,靠在窯中及玻璃液中感應產生渦電流進行加熱。池窯直接用窯內的玻璃液作發熱電阻,可在玻璃液不同深度處布置多組和多層電極,使玻璃液發熱,并通過調節耗電功率控制溫度制度。采用這種方式時,玻璃液面以上的空間溫度很低(稱冷爐頂),因而能量基本消耗于熔制玻璃和窯壁散熱,沒有煙氣帶走熱量的損失和排放煙氣時對環境的污染,熱利用率高,并且無需設置燃燒系統和余熱回收系統。電池窯可自動控制,管理人員少,勞動條件好,但電力資源消耗大。適用于熔制難熔玻璃、易揮發玻璃和深色玻璃。大型電池窯生產瓶罐玻璃能力達到每天150t。
以火焰熱源為主,玻璃液電阻發熱為輔的混合型池窯。作業運行與火焰池窯相似。為了提高熔化率以增加生產能力和改善玻璃液熔化、澄清和均化的質量,在火焰池窯的熱點和加料口等部位埋入電極進行輔助加熱,獲得了良好效果。
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評分: 4.5
指出玻璃熔窯最常用的3種典型系統經過窯頂隔熱層的傳熱狀況的計算結果。與定型耐火材料及不定形輕質耐火材料比較,表明采用纖維隔熱材料的效果良好。
作為玻璃生產的核心裝置,如何延長玻璃熔窯的壽命一直是玻璃生產者所關心的問題,而玻璃熔窯的池壁又是玻璃熔窯最為關鍵的地方,其受侵蝕程度直接影響到玻璃熔窯的使用壽命。保護好玻璃熔窯的池壁,首先需要了解池壁為何受到侵蝕。
1.玻璃熔窯池壁受到侵蝕的原因
(1)玻璃生產的配合料在熔窯內沿窯縱向由固體經過火焰的高溫輻射加熱,第一階段為原料中各類組分間的硅酸鹽反應,第二階段為未反應完全的泡沫狀硅酸鹽碴狀物,第三階段逐漸熔化成玻璃液。氧化鈉以滲透、擴散、交代的方式從池壁磚的玻璃相和孔隙侵入內部,在玻璃液溫度侵蝕和玻液流動沖刷作用下保護層流失。這是池壁侵蝕的主要因素。
氧化鈉粉末
(2)由于熔窯內存在橫向和縱向的溫度差異,熔窯內貌似平靜的玻璃液面下,實際上存在著橫向和縱向各種錯綜復雜的玻璃液對流。在化料區、泡沫區、和透明玻璃液區不僅受到火焰的加熱,而且還受著熔融循環玻璃液流的加熱。也正是這些多樣化的對流促進了玻璃的熔化、澄清和均化,同時也造成了池壁的侵蝕。
高溫玻璃液
(3)從玻璃熔窯生產的實踐經驗看,玻璃液面線至以下300毫米處,由于玻璃液黏度小、流速快,是池壁沖刷侵蝕的嚴重部位。而池壁侵蝕最嚴重部位是氣、液、固三相交界的化料區小爐處池壁,而不是氣、液二相交界處的溫度最高熱點小爐處池壁,因此料堆緊貼池壁最易造成池壁的沖刷侵蝕。
(4)一般玻璃熔窯均采用風冷措施對池壁進行保護,通過對池壁液面以下100毫米左右的外側吹風冷卻,使池壁磚內部的局部溫度下降,延緩料堆及玻璃液對池壁磚的侵蝕。池壁冷卻風對延長池壁壽命有非常重要的作用。如果吹風位置不合理,或吹風量過小、吹風強度較弱,就不能充分發揮池壁冷卻風的作用,導致池壁磚侵蝕速度加快,池壁風控制不穩定則容易引起池壁磚受急熱急冷而炸裂。
玻璃熔窯用池壁磚
(5)目前大多浮法玻璃廠家采用“雙高熱負荷”的熔化作業制度,提高1#~2#小爐溫度,相應使投料池溫度升高,導致料堆根部比較活躍。由于熔化操作原因,兩側池壁溫度低于熔窯中部溫度,產生的玻璃液橫向對流將前進過程中的料堆引向池壁。并且由于大型浮法玻璃熔窯多采用2臺斜毯式投料機,各個料股不能單獨調整料股方向等因素,時間越長越容易形成向兩邊池壁偏斜的“倒八字形”料堆。偏斜的料堆直接緊貼化料區小爐池壁磚前進并逐漸熔化,對池壁產生較大的沖刷作用,加快了化料區小爐處池壁磚沖刷侵蝕速度。
斜毯式投料機
2.玻璃熔窯池壁的維護措施
(1)池壁風的控制
①在熔窯投產時確定正確的池壁風吹風位置和吹風寬度,且日常生產當中要經常檢查并根據情況及時調整。池壁風吹風位置以玻璃液面以下100毫米左右為宜,吹風嘴要有一定寬度,使風吹在池壁上約有60~80毫米寬度為宜,以增大池壁磚的冷卻保護面積。
②保證池壁風吹風量和吹風強度的穩定。吹風量大小以晚上觀察池壁磚不發紅為準,或用紅外測溫儀測量池壁外表面溫度來進行控制。吹風強度的大小以風吹到池壁磚后產生的反彈站在小爐過道中能感覺到為宜。
紅外測溫儀
③正常生產中要增加池壁冷卻風量時,應分成多次逐步增加,以防止池壁受急冷而炸裂。
④要根據熔窯不同時期的實際情況及時調整池壁風量。在熔窯1年左右的初期,池壁較厚(厚度大于200毫米),風量可控制小些,約為總池壁風量的40%。熔窯運行中期(池壁厚度小于200毫米),應增加風量至總池壁風量的60%~80%。到了熔窯的后期(化料區和熱點處池壁侵蝕后幫磚),應全開池壁風量。
(2)料堆的控制
①在投料操作上,采用調節投料機閘板開度來調整料層厚度,使投料機出來的料堆形成熔窯的中部料層厚,向熔窯兩側池壁的料堆逐漸減薄,這樣符合熔窯實際橫向溫度分布的特點,即熔窯中部的玻璃液溫度高料層厚,熔窯兩側池壁處的玻璃液溫度低料層薄,保證化料速度均勻,提高化料效率,還能有效減小熔窯中部與兩側池壁處的溫度差,減小熔窯內橫向對流,使料堆不容易接觸池壁,兩側池壁處的玻璃液溫度趨向一致,形成良性循環。
②在溫度控制上保持熔窯兩側溫度對稱。一要使兩側熱負荷保持一致,二要使蓄熱室的格子體暢通無阻,三要保持兩側支煙道閘板開度要一致,四要保持兩側噴槍的火焰長度和剛性等相對一致。從熔化操作上盡量減小溫度控制所造成的熔窯橫向溫度差,使料堆不偏斜。
玻璃熔窯蓄熱室
(3)液面的控制
“液面穩”是保護池壁的有效保證。在玻璃生產過程中要保持拉引量相對穩定,以減少玻璃液面上下波動,減少玻璃液面波動對池壁的沖刷侵蝕。
(4)防止偏料及池壁保護的技術補救措施
①中部固料水管
在熔窯中心,即兩臺投料機之間安裝一根直徑76毫米、長約7~8米的冷卻水管貼住料面,大約至2#小爐位置,利用冷卻水包的吸熱降溫作用,吸引兩側的料堆緊靠固料水包前進,使料堆不靠池壁,兩側池壁處的玻璃液溫度升高。當熔窯中部與兩側玻璃液溫差縮小,橫向對流達到平衡時,就能保證料堆的穩定,不產生偏斜,對防止偏料及減輕池壁侵蝕和提高玻璃質量都有很好的效果。
浮法玻璃燒煤氣小爐結構圖
②兩側池壁擋料水包
由于熔窯特定原因產生的“倒八字形”料堆,在熔化操作不容易糾正的情況下,可在投料池兩側各安裝一根76毫米、長約7~8米的擋料水包,貼住玻璃液面,其擺放角度略朝熔窯中心傾斜。在擋料水包的有效長度內將偏斜的料堆強行擋住,改變料堆傾斜運動方向,減小料堆緊貼化料區小爐池壁的程度,對減輕料堆沖刷池壁有一定作用。
③池壁冷卻水鉤
由于池壁不斷受到沖刷侵蝕,熔窯運行到一定時期,化料區池壁磚厚度較薄時(大概100毫米左右),有些廠家采用從下間隙磚處安裝冷卻水鉤,一般1個小爐池壁安裝2~3個冷卻水鉤,水鉤呈L形,長度為800~1000毫米,冷卻水鉤緊貼池壁內側,伸入料層深度60~70毫米,具體根據下間隙磚高度確定。冷卻水鉤頂住偏斜的料堆使之不貼池壁,還能降低該處的玻璃液黏度,減輕料堆對池壁侵蝕速度,起到保護池壁作用。但是池壁冷卻水鉤是雙刃劍,有利就有弊,由于池壁冷卻水鉤的冷卻作用,加大了熔窯中部與兩側的溫度差,使料堆更容易產生偏料。
池壁冷卻水鉤可與擋料水包結合使用,這樣既降低了池壁處玻璃液黏度,減小了對池壁的侵蝕作用,又強制料堆改變方向,克服了冷卻水鉤的偏料傾向,使料堆不緊貼沖刷池壁,能起到較好的池壁保護效果。
④池壁綁磚
在熔窯中后期當池壁厚度很小時可采取池壁綁磚。采用33#或36#氧化法無縮孔鋯剛玉磚,規格為300 毫米×400毫米×100毫米,從1#小爐綁至熱點小爐處池壁。每次綁磚加上適當增加池壁風量,一般可安全使用2年左右,一個窯期內一般可綁磚2次。
鋯剛玉磚
玻璃熔窯余熱發電,利用余熱鍋爐回收玻璃熔窯廢棄余熱中的熱能發電的技術。將鍋爐給水加熱生產出過熱蒸汽,然后過熱蒸汽送到汽輪機內膨脹做功,將電能轉換成機械能,進而帶動發電機發電。玻璃熔窯設計使用重油、天然氣、煤氣等燃料,燃料在爐內燃燒形成的煙氣被排出窯外,即產生廢氣余熱資源,溫度在450℃左右,屬于中溫廢氣余熱。具有較好的經濟、環保和社會效益。但與火力發電相比,熱源不可控,受主工藝的影響較大。所發電力采用“并網但不上網”的方式。
本書在內容上注重將理論與實踐相結合,包含了玻璃熔窯耐火材料的新內容,可供從事玻璃生產的工程技術人員閱讀,也可供高等院校相關專業的師生參考。