玻纖窯爐純氧燃燒氣氛的控制

楊平原，曾 勇，黨旭峰，李奉云，額文泉，鄒明亮

（重慶國際復(fù)合材料股份有限公司，重慶 404100）

0 前言

玻纖窯爐純氧燃燒氣氛控制對于產(chǎn)品氣泡控制有著重要關(guān)聯(lián)作用，氣泡作為玻璃液的氣體夾雜物［1］，在玻璃纖維日常生產(chǎn)中易引起纖維變脆，飛絲等情況，對產(chǎn)品的拉力強(qiáng)度、電絕緣性存在較大的影響。中空纖維在電子布品質(zhì)要求里是一票否決制，目前客戶對氣泡要求較高。玻璃中的氣體是形成氣泡的根源所在。氣體的存在狀態(tài)主要有可見氣泡、溶解氣體和化學(xué)結(jié)合的氣體3種。在玻璃纖維生產(chǎn)中，任何一種狀態(tài)的氣體都可能產(chǎn)生可見氣泡，將直接導(dǎo)致拉絲作業(yè)的中斷［2］，而玻璃中的氣體的形成與窯爐鼓泡、窯內(nèi)氣氛有著密切的聯(lián)系。

1 純氧燃燒氣氛控制的必要性

1.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量

監(jiān)測和控制窯內(nèi)氣氛，保障和改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低氣泡缺陷，控制玻纖著色，能有效提高產(chǎn)品品質(zhì)，增加經(jīng)濟(jì)效益。而殘氧量是判斷和控制窯內(nèi)氧化還原氣氛的重要依據(jù)，特別是在電子細(xì)紗窯爐上，殘氧量的控制更為關(guān)鍵。公司某生產(chǎn)線投產(chǎn)之初遇到過玻璃中氣泡超標(biāo)影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況，通過持續(xù)監(jiān)測窯爐和通路各個(gè)部位的殘氧量、并配合原料調(diào)整和氧燃比調(diào)整后，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品氣泡量下降和穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

1.2 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒

為了使燃料燃燒達(dá)到最大熱效率，通過檢測煙氣中殘氧量，對燃料與助燃劑進(jìn)行合理的配比，科學(xué)地控制空燃比，使燃料充分燃燒，減少燃料的消耗［3］，降低排煙熱損失和不完全燃燒化學(xué)熱損失，降低燃燒成本。玻纖窯爐控制好氧燃比，無論節(jié)約氧氣還是天然氣都有降低燃燒成本的作用，節(jié)能效果一般在3%左右［4］。

1.3 減少NOx排放

隨著近幾年無硼無氟的無堿玻璃配方的推廣使用，其熔制溫度和成型溫度也相應(yīng)提高了，純氧燃燒技術(shù)的出現(xiàn)既滿足了玻璃對熔制溫度的要求，又滿足了節(jié)能減排的環(huán)保要求［5］。在日常使用過程中，氧燃比的控制直接影響了其熱效率和窯內(nèi)的氣氛，通過調(diào)整殘氧量來降低NOx生成量非常明顯。國內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：合理的氧燃比控制一般可降低NOx生成20%~30%，減少廢氣排放，降低脫硝運(yùn)行費(fèi)用，促進(jìn)環(huán)保達(dá)標(biāo)，適應(yīng)日益趨嚴(yán)的大氣污染物排放要求，在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也體現(xiàn)了企業(yè)的社會(huì)責(zé)任。

1.4 延長窯爐壽命

窯內(nèi)煙氣殘氧量過高，會(huì)直接導(dǎo)致耐火材料侵蝕加劇，特別是處于三相界面的鉻質(zhì)耐火材料表現(xiàn)最為明顯。窯內(nèi)煙氣殘氧量過低，窯爐天然氣燃燒不充分、窯爐出現(xiàn)竄火，加劇耐火材料侵蝕的同時(shí)易燒損觀察孔蓋等相關(guān)附件，增加窯爐安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。合理的殘氧量控制，能有效延長窯爐使用壽命。

2 窯爐氣氛控制與調(diào)整

2.1 某純氧側(cè)燒窯爐投產(chǎn)初期氣泡量變化趨勢

某純氧側(cè)燒窯爐投產(chǎn)初期氣泡數(shù)量變化趨勢見圖1、圖2。

圖1 氣泡數(shù)量趨勢圖

圖2 泡徑柱形圖

該窯爐點(diǎn)火近1個(gè)月氣泡較高，波動(dòng)較大，導(dǎo)致產(chǎn)品由于氣泡超標(biāo)，從泡徑分析主要為大氣泡，判斷為澄清不夠?qū)е隆?/p>

2.2 原料使用的變化

由于國內(nèi)高嶺土（高COD）品質(zhì)下降，且配礦復(fù)雜，給生產(chǎn)帶來諸多不穩(wěn)定因素，為降低國內(nèi)高嶺土（高COD）對生產(chǎn)帶來的隱患，最后我們采用碳粉取代高COD高嶺土（因?yàn)樘挤奂兌雀?，更穩(wěn)定）來穩(wěn)定玻璃氣泡及色差。但在純氧燃燒窯爐使用碳粉調(diào)整氣氛方面公司暫無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)可借鑒，只能按傳統(tǒng)燃燒數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整，但碳粉燒失量無法有效確定，對氣氛調(diào)整帶來較大的不確定因素。

2.3 氣泡穩(wěn)定前調(diào)整數(shù)據(jù)

2.3.1 窯爐調(diào)整數(shù)據(jù)

為保證玻璃有足夠的熔制時(shí)間，控制生料線，我們開啟1#號燃燒噴槍后，導(dǎo)致碳粉燒失加大，玻璃亞鐵比例由55%降至45%，泡沫層較厚，生產(chǎn)作業(yè)較差。

2.3.2 原料數(shù)據(jù)調(diào)整

由于亞鐵比例較低，逐步增加碳粉用量由0.35 kg/副增加至0.7 kg/副，降低芒硝0.3 kg/副后，亞鐵及氣泡沒有明顯變化。

2.4 改善數(shù)據(jù)匯總分析

在原料、窯爐工藝多次調(diào)整沒有明顯的改善之后，我們通過對窯內(nèi)多個(gè)區(qū)域殘氧檢測，發(fā)現(xiàn)加料口CO過高（超過0.01），測試儀器直接無顯示。澄清池區(qū)域殘氧較高，分析認(rèn)為是煙氣流動(dòng)導(dǎo)致澄清區(qū)殘氧抽至加料口區(qū)域，和殘留的CO反應(yīng)將碳粉全部燒失（之前原料不斷增加碳粉用量，亞鐵無反應(yīng)的原因得到解釋），芒硝分解（若無還原性物質(zhì)反應(yīng)，芒硝分解溫度較高）過慢導(dǎo)致氣泡未能在澄清區(qū)域排出，殘留于玻璃中形成氣泡。

2.4.1 氧燃比調(diào)整步驟

通過對氧燃比調(diào)整減少了碳粉燒失（碳粉易燒掉），碳粉有效率提高，調(diào)整24 h后亞鐵比例上升，氣泡開始明顯降低（表1），檢測加料口的殘氧量＜2%，前墻＜4%，碳粉用量由0.7 kg/副降至0.4 kg/副，亞鐵比例升至55%，最后經(jīng)過跟蹤氣泡降至0.01以下，生產(chǎn)作業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到96%。

表1 池窯氧燃比調(diào)整步驟數(shù)據(jù)

2.5 前爐調(diào)整

2.5.1 調(diào)整前情況

在調(diào)整前作業(yè)通路出現(xiàn)竄火、產(chǎn)品氣泡較高的情況，且表現(xiàn)為氣泡不集中，分布在一條通路的部分區(qū)域，在竄火處檢測殘氧較高，但是多次降低該區(qū)域的氧燃比，無效果，并且由于降得過低導(dǎo)致溫度下降及火焰失去剛性。

2.5.2 調(diào)整前后數(shù)據(jù)分析

成型區(qū)各區(qū)玻璃氣泡量如圖3，看出各區(qū)氣泡通過一個(gè)月的調(diào)整降低明顯，基本達(dá)到0氣泡。

圖3 成型區(qū)各區(qū)玻璃氣泡量趨勢圖

2.5.3 主要調(diào)整方法

由于只針對竄火區(qū)域進(jìn)行氧燃比調(diào)整，未達(dá)到理想效果，故參照池窯的調(diào)整方法，降低通路末端氧燃比，效果非常明顯。下面就舉例流量差異較大的2個(gè)區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

以A4通路為例，因品種分布為C1 200超細(xì)紗，流量較小，在復(fù)產(chǎn)之初氣泡較多，通過反復(fù)調(diào)整氧燃比氣泡減少明顯。從表2看出殘氧降低后氣泡明顯降低。流量較大的A1通路也做了對比，如表3。

表2 A4通路殘氧調(diào)整前后數(shù)據(jù)對比（超細(xì)紗纖維直徑5μm以下）

從表3可以看出作業(yè)通路殘氧量的控制對于氣泡有很大影響，特別是流量較小的超細(xì)紗對于通路的殘氧量要求更為敏感。在作業(yè)通路中，煙氣的走向是從通路的末端到首端，在氣泡分析過程中出現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象：通路第一塊漏板取樣發(fā)現(xiàn)氣泡，但是第二塊第三塊漏板直至通路末端均無氣泡，除了與玻璃液停留時(shí)間有關(guān)以外，煙氣中殘氧累積到過渡通路也會(huì)對首端拉絲產(chǎn)品造成影響，因此過渡通路的殘氧量控制也同樣重要。

表3 A1通路殘氧調(diào)整前后數(shù)據(jù)對比

3 結(jié)果分析

從表4、表5可以看出不論窯爐還是成型區(qū)殘氧（燃燒氣氛）對氣泡的影響均較大，且各個(gè)燃燒控制區(qū)域?qū)ζ渌c(diǎn)均有較大影響，這和SO3?SO2+O2的可逆反應(yīng)有關(guān)，若殘氧過高影響SO3的分解，在后續(xù)易產(chǎn)生二次氣泡，若偏還原可能導(dǎo)致產(chǎn)生過多的SO2從而沒有足夠的時(shí)間排出形成氣泡，所以殘氧的控制須考慮SO3在玻璃中的溶解度、池窯的溫度制度等。

表4 窯爐部分調(diào)整前后數(shù)據(jù)對比

表5 電子紗通路調(diào)整前后收據(jù)對比

4 結(jié)論

從行業(yè)目前的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，電子細(xì)紗對于窯爐殘氧控制要求較為嚴(yán)格，粗紗窯爐在實(shí)際操作過程中大多是以噴槍火焰燃燒狀況和整個(gè)窯內(nèi)的殘氧量來調(diào)整，而對于窯內(nèi)每個(gè)區(qū)域氣氛缺乏進(jìn)一步的探索與思考。氣泡控制除池窯的“四小穩(wěn)”、“四大穩(wěn)”、原料的氧化還原度外，燃燒氣氛同樣非常重要，且任何一個(gè)區(qū)域的殘氧量對整體氣泡的控制都有較大的影響。通過實(shí)踐生產(chǎn)數(shù)據(jù)我們得出，純氧平燒窯爐澄清區(qū)殘氧控制在4%左右，加料口小于2%，通路5%左右對玻璃氣泡的排出最為有利，但因各窯爐設(shè)計(jì)、產(chǎn)品不同，也存在一定的差異。