玻璃熔窑蓄热室上段墙用硅砖的优化设计

浮法玻璃熔窑能耗水平与窑炉大小有密切关系，熔窑越大其能耗和废气处理成本越低，对窑炉的节能减排和提高企业竞争力有重要意义，因而窑炉的规模越来越大。国内目前已有多座玻璃熔窑熔化量达1250t/d，1400t/d也在论证设计中。蓄热室作为窑炉的余热回收设备，其主要作用是把空气预热到足够高的温度。蓄热室的蓄热能力取决于格子体的换热面积，足够大的换热面积可有效提高预热空气的温度并降低烟气的排出温度。为保证足够的换热面积，蓄热室的长宽高尺寸要变大，砖材一次性投入增多。以某1250t/d玻璃窑炉为例，上部墙体如用镁砖用量达1265t，如全部换成硅砖为865t，其材料成本只有镁砖的25%，投资减少明显。故为减少投资成本，蓄热室上部墙采用硅砖的开始增多。一、硅砖的性能玻璃熔窑用硅砖具有下列特性：i.高温体积稳定,不会因温度波动而引起炉体变化。由于硅砖的荷重软化温度高、蠕变率小、玻璃熔窑在1600℃下可以保持炉体不变形,结构稳定。ii.对玻璃液无污染。硅砖主要成分是SiO2,在使用时如有掉块或表面熔滴,不影响玻璃液的质量。iii.耐化学侵蚀。上部结构的硅砖受玻璃配料中含R2O的气体侵蚀,表面生成一层光滑的变质层,使侵蚀速度变低,起到保护作用。iv.体积密度小。可减轻炉体质量。硅砖胸墙（来源玻璃窑炉导报）优质硅砖的物理性能如下：#项目指标1SiO2%≥962Fe2O3%≤0.63熔剂指数（A12O3+2R2O）%≤0.54荷重软化温度（0.2MPa，T0.6）℃≥16805显气孔率%≤206常温耐压强度MPa≥407真密度g/cm3≤2.348残余石英%≤1.5二、蓄热室上部格子体改进蓄热室格子体的烧损堵塞而热修或冷修是影响窑炉使用的主要原因，在格子体上部区域选用新的抗侵蚀强的材料可有效缓解传统配置使用时间不长的缺陷。顶部格子砖在高温区（1300～1400℃）长时间受碱蒸气和配合料飞料侵蚀，传统格子体上部区域采用高纯镁砖往往是最先烧损的部位，尤其是燃料为石油焦的窑炉。石油焦中的V2O5可以与镁砖间隙相的CaO形成钒酸钙及钒酸钙镁，新形成的低熔点钒酸盐相在高纯镁砖中逐步长大，随着CaO和MgO不断被侵蚀的情况下，镁砖的结构强度变弱，使用时间变短。在格子体顶部三层推荐使用铬刚玉砖。因为铬刚玉砖中的刚玉相被铬刚玉固溶体所保护,可有效抗V2O5侵蚀。在铬刚玉砖下的高温区1100～1300℃宜先选用4层高温镁锆砖再用常规镁砖，镁锆砖内部的镁橄榄石层可以保护MgO，而使其受侵蚀变慢。区域（自上而下）排列方式材料1筒形砖铬刚玉2筒形砖镁锆砖3筒形砖电熔镁砂砖4筒形砖直接结合镁铬砖5过渡层烧结硅线石砖6T形砖烧结硅线石砖CTIEC推荐配置三、蓄热室上部墙体改进蓄热室连通形式一般全分隔式、全连通式和组合连通式三种形式。1、全分隔蓄热室

全分隔蓄热室是以各小炉为分隔单元，各个室的气体不能串通，气体分配靠各个分支烟道上的闸板来控制，调节便利。同时每个室的格子体都可单独进行热修，蓄热室的内侧墙和外侧墙由于有多道分隔墙的支撑不会出现内倾稳定性强。但是分割墙增大了投资，减少了换热面积使蓄热室热效率降低，分隔墙的上部分墙砖易碎裂、倒塌造成的局部格子体堵塞。2、全连通蓄热室

全连通蓄热室就是将熔窑一侧的蓄热室连通为一个室。这样可以最大限度的增加格子体的热交换面积热效率高，但由于没有隔墙，内外侧墙的稳定性差的同时使这样格子体也不能用常规做法进行热修。3、组合连通蓄热室

组合连通蓄热室就是根据实际情况采用两两或三两等不同的组合形式。一般九对小炉采2+2+2+2+1或3+2+2+2组合，八对小炉采用2+2+1+2+1组合。蓄热室墙体由内侧墙、外侧墙、端墙和隔墙组成。横火焰硅基全分割蓄热室（来源PD-Refractories）1）外侧墙外侧墙镁砖宽度一般为694mm，其中硬砖为462mm，保温砖232mm。硅砖由于抗碱蒸气性能弱，外侧墙又受烟气的直接冲刷故可适当加厚外侧墙宽度，可变为810mm，其中硅砖为578mm，保温砖232mm。蓄热室墙体一般用标砖（230×114×65）层层错缝咬砌。上部墙换为硅砖后其泥缝是抗侵蚀的薄弱环节，为减少砖缝可将每层砖厚由65mm厚改为76mm。外侧墙宽度方可改为346+232和462+116交替砌筑，需要三种砖型462×114×76、346×114×76、230×114×76。外侧墙膨胀缝的留设是在两个立柱间留两个集中缝，在无隔墙立柱处留一个集中胀缝，在有隔墙立柱处不留胀缝，这样在烤窑时有助于膨胀均匀。集中胀缝处需设计出单独的胀缝砖避免因砌筑质量造成的漏火。外侧墙在无隔墙立柱处需设计异型锚拉砖用锚拉杆和锚拉梁联为整体，采用活动连接以适应墙体膨胀。锚拉砖总长度设计成578mm的大砖，锚拉杆嵌入墙体的深度在230mm左右，如下图所示。蓄热室外侧墙砖排列详图（知识产权归CTIEC所有）2）分隔墙分隔墙的形式有多种，如下图所示有到格子体顶面其以上全连通；有到碹脚处其以上全连通，有到碹下100mm处,下图a所示，还有完全穿出蓄热室碹的全分隔,下图b所示等。综合考虑隔墙的安全性、烤完窑后的易封堵性、蓄热室热修时便利性，

将隔墙高度设计至碹的二分之一处并加以挡砖和盖砖，图2c所示，烤完窑后可直接在隔墙上两碹之间加硅质热补料，相比隔墙完全出碹结构不易出现掉砖和漏火，密封性更强，相比隔墙未出碹结构分隔墙不易倾斜稳定性更强。蓄热室上部分隔墙示意图镁砖分隔墙膨胀缝分两处留在隔墙的两端，硅砖墙考虑在中间分散三道设胀缝，每处胀缝出专门的胀缝砖，可减少胀缝处穿火问题。镁砖隔墙宽度一般462mm，硅砖段为减少隔墙倾烧损可适当加宽其宽度到578mm，施工时也采用346×114×76、230×114×76大砖砌筑，减少砖缝。中间隔墙每隔十层加两层工字砖层和内外侧墙咬砌起很好的加固作用，如下图所示。中间隔断工字砖层（知识产权归CTIEC所有）3）端墙、内侧墙端墙和内侧墙厚度为694mm,其中硅砖为462mm，保温砖232mm，其可用标砖（230×114×76）砌筑。端墙和内侧墙也要设计专门的锚拉砖固定在蓄热室立柱上。其中小炉口上部硅砖部分需注意，由于小炉压力使这部分硅砖与其他区域膨胀不同，易造成局部内倾，可在此多加一排锚拉结构加一横梁固定。硅砖墙与观察孔处、硅砖墙与小炉入口处要用锆英石砖和锆英石泥料分隔，防止共熔反应。4）上间隙砖内外侧墙与碹碴砖接触部位是蓄热室薄弱的地方，蓄热室上间隙砖，见下图，该常规结构下图a由于碹与墙体间的直缝在烤窑后不易密封使该处常漏火烧坏钢碹碴。碹与墙体间可将碹碴砖与上间隙砖改成刀把形互咬,下图b所示,可保护钢碹碴，上间隙砖可设计成外带凹槽的形式，局部烧坏的部位可向外拉间隙砖。蓄热室碹的跨度应比蓄热室内宽小70mm，上间隙砖、碹碴砖一般每隔3块砖留5mm胀缝，碹碴砖与上间隙砖在运行中应加风冷,保护钢碹碴。蓄热室上间隙砖示意图（知识产权归CTIEC所有）5）墙体保温蓄热室上部墙体和碹宜采用梯度保温，可有效减少散热提高热效率。传统的保温涂料在使用一段时间后易失效和脱落，保温效果变差，梯度保温内用高温粘结外用角钢固定，使用时间长保温效果好。蓄热室碹采用250mm梯度保温后其表面温度降到95℃以下，蓄热室墙在二层楼面以上采用250mm梯度保温后其表面温度降到85℃以下。四、烤窑和运行时维护蓄热室烘烤中应注意,烤窑前仔细检查侧墙和隔墙胀缝中是否堵塞，蓄热室碹碴顶丝是否松开使蓄热室碹可随墙体向上走。烤窑时制定合理的升温曲线，硅砖在200～300℃和570℃时由于晶型转变体积膨胀，因此在600℃前不宜升温过快。熔窑运行时蓄热室格子体要定期吹扫保证格孔通畅。制定合理的工艺制度，严控配合料的成分使蓄热室寿命与整个窑炉一致。五、总结蓄热室隔墙和侧墙出