玻璃窑蓄热室结构原理及耐火材料的配置

玻璃窑蓄热室结构及工作原理

蓄热室是通过气体的放热和蓄热进行热交换的余热回收装置。从玻璃窑内排出的烟气(废气)温度非常高，通常约为1400-1500℃，废气中还存在着大量的热能，必须将这些热能利用起来。玻璃窑配备蓄热室的目的，一方面是为了节约能源，另一方面是为了使火焰达到较高的温度，在玻璃熔窑中，火焰温度需要达到1700℃左右，除燃料燃烧所提供热能以外，还需要利用废气的高温将空气和煤气预热，保证火焰达到高温。

玻璃窑蓄热室根据气流方向可分为立式和卧式两种，根据结构可分为连通式和分隔式两种。其中立式蓄热室结构如图1所示，气体烟道顶部砌蓄热室炉条碹，炉条碹上码砌格子砖，风火隔墙是煤气与空气之间的隔墙，由于上部温度高，飞料侵蚀，燃烧后容易出现透火现象，因此其厚度较大，而且要求砌筑紧密。蓄热室外墙砌有保温砖以减少散热损失。蓄热室经常需要修复格子砖及清理粉灰，所以一般外墙都设置了热修门和清扫孔，烟道内建造了掏灰坑。

当玻璃窑内的高温废气自上而下通过蓄热室时，蓄热室内的格子体被加热，格子体的温度慢慢升高，格子体积蓄一定的热量;改变方向后，当助燃的空气和煤气经过蓄热室底的烟道，自下而上进入蓄热室时，其内格子体用蓄积的热量，来加热空气和煤气，使气体温度升高，达到预热目的。蓄热室是周期性工作的，一个周期是加热期，另一个周期是冷却期，因此它的作用是：利用格子砖作为蓄热体，积蓄废气中的热量，再用这些热量将空气和煤气预热。一般空气可预热到1000～1200℃;煤气可预热到800～1000℃;废气出蓄热室的温度为600℃左右。

在传热过程中，废气主要通过辐射将热量传递到格子体的表面，再通过热传导将热量传递到内部;而加热空气时，格子体主要通过对流加辐射将热量传给空气，因为空气中的O2和N2为对称双原子，不会辐射也不吸收，所以温度仍以对流传热为主;当加热煤气时，辐射的效应得以加强。换向时间对于蓄热室的换热效率有很大影响。另外，格子砖的比热容、密度、排列方式以及通道内气体流动也影响热交换过程。蓄热室内气流主要是气流在横截面上的均匀分布，这对改善传热和提高热效率具有重要意义。

2玻璃窑蓄热室耐火材料的配置

按照蓄热室耐火材料的性能需求及工作环境，上层格子砖的温度范围为1200℃-1500℃，受到碱性蒸气及固体飞料的侵蚀最严重，因此，一般上层选用碱性材质，最上层采用耐侵蚀、抗渗透性好、抗高温蠕变性强、热震温度性好的高纯镁砖，MgO含量在96.5%以上。

中层格子砖的温度范围为800℃-1200℃，烟气含有SO2成分，部分SO2与氧气反应生成SO3。而从熔化玻璃中挥发出的NaOH与SO3会反应生成Na2SO4。中部冷凝区的温度在芒硝(Na2SO4)的熔点附近变化，使芒硝反复进行着固化和液化反应，芒硝或SO2与氧化镁反应会生成钠镁硫酸盐，导致砖体结构变脆而粉化。所以中层采用抗碱性凝固物和抗SO2、V2O5侵蚀能力强的镁铬砖或含高纯镁砖，或者采用镁橄榄石耐火砖以及方镁石-镁橄榄石砖，这种材料在高温烧成时所形成的结构以及生成的镁橄榄石能保证它拥有较好的使用性能，并且其中所生成的物质能够在方镁石颗粒周围形成保护膜。另一方面过量的SO3也会与材料中的MgO或CaO发生反应生成硫酸镁或硫酸钙，造成砖体损坏。

下层格子砖的温度范围一般在600℃-800℃，这里有许多凝结的碱沉淀物，此部位受到的化学侵蚀较弱，但仍然受到Na2SO4的侵蚀，另外，下层接近烟道，因冷空气影响，也受到换向中的冷热冲击力，以及上方格子体的重量等，过度的热应力和机械应力也会导致砖的损坏。底层一般由低孔隙度的高质量粘土砖制成，具有较高的抗高温蠕变性，良好的抗热震性和较高的抗压强度。

近年来，针对中层蓄热室所处的环境，以天然镁橄榄石及镁砂为主要的原料，经过粉碎、配料混练、成型干燥、烧成等步骤，研制的镁橄榄石砖具有优良的高温性能和抗芒硝、碱侵蚀性能，体积密度约为2.65g/cm3，950℃风冷最多12次。采用橄榄石生料和煅烧料以及部分优质镁砂为主要原料，用亚硫酸纸浆废液为结合剂制备了镁橄榄石砖，基质中的镁橄榄石相互烧结形成连续的骨架机构，但体积密度仅为2.65g/cm3，显气孔率为21%，950℃风冷最多10次即发生损毁。无铬无锆-镁橄榄石结合镁砖，材料的体积密度提高到了2.94g/cm3，并且表现出良好的性能，被推荐应用于蓄热室冷凝区格子体。Y形蓄热室新型镁橄榄石格子砖传热面积大，热利用率高，但是其体积密度不高，耐压强度为50MPa。

综上，在玻璃窑蓄热室关键部位——中部区域格子体工作环境下，目前开发的镁橄榄石质耐火材料的致密性、强度、热震稳定性及抗侵蚀性等性质，在经受高温、温度变化、硫酸盐侵蚀、静压力等条件作用时，还需要结合镁橄榄石的结构特征，在原料组成、微观结构、致密性等方面开展进一步的研究工作。