精細(xì)化管理熔窯蓄熱室格子體

熊愛民 黃建勇 高建軍 覃紅武

（咸寧南玻玻璃有限公司 咸寧 437000）

0 引言

中國浮法玻璃經(jīng)過50余年的發(fā)展，通過工藝、設(shè)計的不斷改進(jìn)，整個行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，不僅生產(chǎn)規(guī)模位居全球第一，而且主要技術(shù)也處于世界領(lǐng)先水平。在行業(yè)發(fā)展過程中，浮法玻璃企業(yè)為提高市場競爭力以及為應(yīng)對人們對物質(zhì)文化需求的不斷提高，通過投入大量的研發(fā)力量，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的持續(xù)升級，從初步掌握浮法技術(shù)，到汽車玻璃、超白玻璃、電子玻璃的量產(chǎn)，部分指標(biāo)和性能達(dá)到甚至超過國際先進(jìn)水平。

與此同時，受益于浮法玻璃國內(nèi)自主技術(shù)的飛速發(fā)展，呈現(xiàn)出“百花齊放”的場面，市場供求關(guān)系逐步改變，生產(chǎn)企業(yè)競爭日益劇烈。這就要求技術(shù)人員在“向前走”的過程中也要“回頭看”，切實(shí)做到“溫故而知新”，除了能開發(fā)出新的技術(shù)，也要能將已掌握的爭取做得更好甚至到極致，以降本增效、提高企業(yè)市場競爭力。

某司通過對行業(yè)內(nèi)部窯爐生產(chǎn)過程的分析，發(fā)現(xiàn)蓄熱室格子體堵塞，既降低生產(chǎn)穩(wěn)定性，又導(dǎo)致能耗增加，同時對窯齡也存在較大影響。針對此情況，公司成立“精細(xì)化管理蓄熱室格子體”攻關(guān)小組，從投產(chǎn)起課題即開始實(shí)施。通過采取一系列新的措施，生產(chǎn)穩(wěn)定性和能耗受控性提升明顯，窯齡較設(shè)計至少延長2年。

1 蓄熱室格子體的堵塞

圖1為熔窯剖面圖。

圖1 熔窯剖面圖

1.1 蓄熱室結(jié)構(gòu)

蓄熱室是利用耐火材料（格子體）做蓄熱體，結(jié)構(gòu)形式主要有連通式、分隔式、兩小爐分隔式等。其作用主要是通過格子體周期性地吸收煙氣的熱量，降低煙氣溫度，放出熱量，加熱助燃空氣，提高熔化溫度，從而起到節(jié)能降耗的作用。

1.2 格子體耐火材料

蓄熱室的工作環(huán)境主要有三個特點(diǎn)：①溫度高，頂層最高約1550 ℃；②溫度變化大，磚體的溫度因換火隨著時間變化，底部溫度波動范圍為200～700 ℃；③蓄熱室磚體接觸的氣體有空氣、天然氣、煙氣，而煙氣內(nèi)含固體粉料（如堿粉）、配合料分解產(chǎn)物（如鹽類）、燃料燃燒產(chǎn)物（如SO2）。

在蓄熱室工作條件下，格子體受到三個作用，即熱作用、化學(xué)作用和機(jī)械作用。因此，要求選用致密、熱振性能好并能承重的材料作為格子體。常用格子體的耐火材料性能見表1。

表1 格子體的耐火材料性能

1.3 格子體堵塞原因

以6對小爐700 t/d熔窯為例分析格子體堵塞原因。

（1）上層受熱作用影響，高溫灼燒和熱沖擊使磚體燒熔、軟化和產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致磚體開裂。受此影響的堵塞主要發(fā)生在1#～ 3#小爐。

（2）中上部受化學(xué)作用影響，固體粉料和氣體的侵蝕，以及不同性質(zhì)的格子體相互間的接觸反應(yīng)，這些將導(dǎo)致磚體熔融成液相，晶型轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)開裂、剝落等。受此影響的堵塞主要發(fā)生在前1#～ 3#小爐。

（3）下部受機(jī)械作用影響，蓄熱室底層格子體承受的質(zhì)量負(fù)荷較大，同時受換向作業(yè)的冷熱交替作用，鹽類產(chǎn)物易冷凝成絮狀物，停留在爐條碹上方。受此影響的堵塞主要發(fā)生在前4#～ 6#小爐。

2 格子體堵塞演變過程及常規(guī)處理

2.1 第一階段，頂層表面輕微堆積物

（1）現(xiàn)象：運(yùn)行約6個月后，配合料被風(fēng)、火帶入蓄熱室，格子體頂層表面開始出現(xiàn)少量的堆積物。此時從蓄熱室底部觀察，倒影清晰，且不影響熔窯火焰的燃燒和空間氣氛。

（2）措施：一般不做處理。

2.2 第二階段，中部開始堵塞

（1）現(xiàn)象：運(yùn)行約12個月后，被帶入的配合料逐步增多，進(jìn)入格子體中部。此時從蓄熱室底部觀察，倒影開始呈模糊狀態(tài)，熔窯氣氛整體向還原方向變化。

（2）措施：使用火焰熔融清除法，即反燒法來進(jìn)行疏通；同時，根據(jù)熔窯氣氛，相應(yīng)增加風(fēng)火比。

（3）結(jié)果：疏通后，倒影清晰度接近正常水平。但在疏通過程中，約50%的生產(chǎn)線產(chǎn)質(zhì)量會受到影響，階段時間內(nèi)成品率降低。

2.3 第三階段1，中上部堵塞逐步加重

（1）現(xiàn)象：運(yùn)行約24個月后，進(jìn)入格子體中部的配合料繼續(xù)增多，并逐步向上堆積，1#～

#3 爐堵塞加重。此時從蓄熱室底部觀察，部分倒影已開始變黑，熔窯氣氛整體向還原方向變化。調(diào)整風(fēng)火比例已不能滿足熔窯氣氛和燃燒效果的需求，能耗呈上升趨勢。

（2）措施：邀請專業(yè)窯爐熱修公司處理。行業(yè)內(nèi)開始采用的方法，是從底部使用柴油進(jìn)行強(qiáng)燒，因最高溫度可達(dá)1800 ℃，對格子體損傷很大，極易造成格子體局部塌方；目前大多采用從底部往上捅，即機(jī)械疏通，對格子體的損傷程度減小但依然存在。

（3）結(jié)果：疏通率可達(dá)85%，效果較好。不足之處在于，一方面，柴油強(qiáng)燒疏通和機(jī)械疏通對格子體損傷較大，易造成永久性堵塞；一方面，產(chǎn)生的費(fèi)用較高。

2.4 第三階段2，頂層格子體蠕變、下部堵塞

（1）現(xiàn)象：運(yùn)行約24個月后，1#～ 3#爐頂部1～2層格子體受原料粉塵侵蝕和高溫影響，導(dǎo)致低共熔物生成，逐漸開始出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，造成格子體全面堵塞；4#～ 6#爐由于熔窯內(nèi)部鹽類產(chǎn)物進(jìn)入后，冷凝形成絮狀物，在爐條碹上方聚集，影響助燃風(fēng)的進(jìn)入和煙氣的排出。

（2）措施：針對1#～ 3#爐上層格子磚蠕變，邀請專業(yè)窯爐熱修公司進(jìn)行格子體“摘帽”；針對4#～ 6#爐的絮狀物，采用機(jī)械疏通。

（3）結(jié)果：1#～ 3#爐上2層實(shí)行“摘帽”后，效果較好，但能耗上升約0.3%；4#～ 6#爐絮狀物采用機(jī)械清除可達(dá)到效果，但往往2～3個月后，類似問題重復(fù)出現(xiàn)。

2.5 第四階段，永久性堵塞

（1）現(xiàn)象：長時間采取柴油強(qiáng)燒疏通和機(jī)械疏通后，造成永久性堵塞，沒有辦法進(jìn)行疏通。

（2）措施：此狀態(tài)下助燃空氣進(jìn)不來、產(chǎn)生的煙氣出不去，只能通過“開通路”方法，即將靠蓄熱室目標(biāo)墻的外側(cè)部分格子磚拿掉，滿足進(jìn)氣排煙功能。

（3）結(jié)果：能耗大幅上升，對生產(chǎn)穩(wěn)定性影響較大，同時受此影響，考慮投入產(chǎn)出比，將提前至少2年進(jìn)入冷修技改。

3 “精細(xì)化管理蓄熱室格子體”的實(shí)施

3.1 設(shè)計創(chuàng)新

（1）可視觀察孔

通過在蓄熱室底部設(shè)可視觀察孔（圖2），完全避免了常規(guī)磚孔設(shè)置下觀察時須接觸高溫并影響熔窯氣氛的弊端，監(jiān)控時效性更強(qiáng)。

圖2 可視觀察孔

（2）底部吹掃孔

在爐條碹上方開吹掃孔（圖3），可及時處理掉落到蓄熱室下部的料灰、鹽類冷卻物，處理速度快、效果好。

圖3 底部吹掃孔

3.2 頂部吹掃

（1）運(yùn)行約6個月后，配合料被風(fēng)、火帶入蓄熱室，格子體頂層表面開始出現(xiàn)少量的堆積物。隨著主要為料灰的堆積物的增多，會造成堵塞，并與格子磚發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與高溫一起加速格子體的蠕變。

（2）出現(xiàn)此種現(xiàn)象時，使用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，但必須注意的是，壓縮空氣必須加熱到90 ℃及以上，否則會因熱震作用，使格子磚出現(xiàn)炸裂。

3.3 周期性底燒、底吹工作

通常通過格子磚倒影的清晰程度來判斷是否存在堵塞。實(shí)際上，由于格子磚具備一定的高度和溫度，所以只要有空隙，倒影都是清晰的；當(dāng)?shù)褂白兒?，甚至只是出現(xiàn)模糊時，相對應(yīng)的格子磚其實(shí)已被完全堵住。因此，決定將疏通操作納入周期性工作。

①每2個月對1#～ 3#爐使用天然氣底燒一次。前面三對小爐屬于料堆區(qū)域，因窯內(nèi)氣氛偏還原，煙氣溫度較高，進(jìn)入蓄熱室的配合料易粘附在格子磚壁，逐步堵塞格子磚。

②每1個月對4#～ 6#爐使用壓縮空氣底吹一次。后面三對小爐屬于泡沫區(qū)域，鹽類分解物易隨煙氣帶入爐條碹上方，冷凝后形成絮狀物，擠占格孔空間，影響進(jìn)氣排煙。

3.4 實(shí)施結(jié)果

兩條生產(chǎn)線經(jīng)過實(shí)施“精細(xì)化管理蓄熱室格子體”，運(yùn)行9年后，格子體依然保持較好狀態(tài)（圖4）。工藝運(yùn)行方面，因周期性疏通操作時間短，基本沒有影響；同時在格子體持續(xù)暢通狀態(tài)下，生產(chǎn)穩(wěn)定性、能耗受控性均明顯優(yōu)于上一窯期。成本方面，一條生產(chǎn)線每年疏通所使用的壓縮空氣、天然氣成本約2萬元，與行業(yè)內(nèi)部分企業(yè)每年外請專業(yè)窯爐公司維護(hù)3～4次需18～24萬元相比，年節(jié)約至少16萬元。

圖4 運(yùn)行9年后的蓄熱室格子體頂部、底部現(xiàn)狀

4 結(jié)語

通過實(shí)施“精細(xì)化管理蓄熱室格子體”，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)穩(wěn)定性的提高，格子體整體壽命的延長及熔窯能耗隨著窯齡增長的幅度得到控制，達(dá)到了降本增效的目的，進(jìn)一步提高了公司的市場競爭力。溫故而知新，只有不斷積累、總結(jié)、創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。