全氧燃燒窯爐池壁磚新型熱修技術(shù)探討

周康 張文斌 王將 闞正權(quán) 呂聳

（彩虹（合肥）光伏有限公司 合肥 230012）

0 引言

全氧天然氣燃燒窯爐由于其反應(yīng)溫度高、原料反應(yīng)泡沫厚，且直接受混合料、玻璃液和火焰空間的沖刷與侵蝕，一旦操作、控制或者維護(hù)不當(dāng)，都會嚴(yán)重影響窯爐耐火材料的使用壽命，甚至造成重大的安全隱患。而且在池壁磚的侵蝕過程中，脫落的耐火材料進(jìn)入到玻璃液中，形成耐火材料結(jié)石，對壓延機(jī)的輥子造成很大的安全隱患。若結(jié)石沒有第一時間檢驗出來而進(jìn)入后端的鋼化爐，則很容易發(fā)生爆片，嚴(yán)重影響玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)。因此，應(yīng)該從材料選擇、原材料、窯爐工藝制度等多方面綜合考慮，控制或緩解池壁磚的侵蝕，最大限度地延長全氧窯爐的使用壽命。

1 全氧燃燒窯爐池壁磚的侵蝕及控制

1.1 池壁磚的選擇

由于全氧燃燒光伏窯爐池壁磚受高透玻璃液、窯爐空間堿性水汽等沖刷嚴(yán)重，所以在選材上必須要求耐火材料要耐高溫、耐沖刷侵蝕及抗酸堿、耐氧化。通過與相關(guān)耐火材料制造廠家進(jìn)行交流以及在實際使用過程中所積累的經(jīng)驗，耐火材料的選擇一定要慎重。傳統(tǒng)浮法普通玻璃大多選擇氧化法澆鑄無縮孔的33#AZS電熔磚，但是在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)該材質(zhì)磚材在高透的全氧燃燒壓延光伏玻璃窯爐上并不適用，沖刷、侵蝕太快，繼而選擇更耐沖刷、侵蝕的36#電熔磚，并且在投料口、熱點、拐角等關(guān)鍵區(qū)域選擇41#AZS電熔磚。另外，池壁磚的厚度對侵蝕也有一定的影響，過厚導(dǎo)致池壁冷卻風(fēng)不能更好地冷卻池壁內(nèi)部導(dǎo)致侵蝕過快，過薄也會使池壁磚不能很好地發(fā)揮較長時間抗沖刷作用就侵蝕完結(jié)。一般玻璃窯爐池壁磚厚度選擇250～300 mm，取中間值275 mm，既能讓冷卻風(fēng)很好地起到減緩侵蝕的作用，也能耐一定時間的侵蝕，讓池壁磚發(fā)揮最大的作用。

1.2 池壁磚的侵蝕

1.2.1 電熔磚的侵蝕機(jī)理

電 熔 磚 由Zr2O3、 Al2O3和 SiO2組 成，簡 稱AZS磚。具有良好的耐高溫、耐沖刷性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于各類窯爐中。其中有Zr2O3組成的斜鋯石、Al2O3組 成的剛玉和SiO2組成的玻璃相。在生產(chǎn)過程中，各種晶相相對穩(wěn)定，具有很高的黏度，但是只要一方發(fā)生變化，則會很快影響整個磚的結(jié)構(gòu)，侵蝕加劇。

在玻璃窯爐的液面處，配合料中的堿成分附著在AZS磚的表面。由于黏度小，還沒有徹底反應(yīng)形成玻璃液，不是完整的玻璃相，遇到AZS磚內(nèi)部的SiO2玻璃相，則會發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)并向外滲出，使配合料趨于玻璃液的方向發(fā)展，使該區(qū)域形成飽和、過飽和的狀態(tài)，逐漸形成玻璃液。而AZS磚由于玻璃相的析出，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)不平衡，Zr2O3、 Al2O3也會逐漸脫落，從而越來越少，侵蝕加劇。

1.2.2 電熔磚的侵蝕原因

由于玻璃液的流動以及整個窯爐的高溫，只要生產(chǎn)，AZS磚就會有侵蝕。但是侵蝕的快慢則與實際的操作有很大關(guān)系，影響AZS磚侵蝕的原因主要有：

（1）池壁磚的質(zhì)量。AZS磚耐侵蝕的成分為Zr2O3， Zr2O3的成分比例直接決定AZS磚的侵蝕速度，通常選用33#磚、36#磚，沖刷嚴(yán)重的關(guān)鍵區(qū)域選擇41#磚，而且要嚴(yán)格按照各種磚的理化指標(biāo)進(jìn)行制作，保證磚材的內(nèi)在質(zhì)量符合要求。同時嚴(yán)格出廠檢驗，嚴(yán)格把控AZS磚的外觀質(zhì)量及包裝，禁止使用不符合要求的產(chǎn)品。

（2）窯爐砌筑與烤窯。在窯爐砌筑過程中，池壁磚的排列要橫平豎直，磚與磚之間的膨脹縫按照要求預(yù)留（1～2 mm），而且接觸玻璃液的一面一定要平整，不能出現(xiàn)接茬，否則隨著玻璃液的流動，凸出部位侵蝕會加劇?？靖G要制定相應(yīng)的烤窯曲線，嚴(yán)格按照要求升溫，讓AZS磚緩慢升溫，避免發(fā)生過急的升溫或者冷卻導(dǎo)致磚的炸裂。

（3）窯爐溫度。溫度是導(dǎo)致AZS磚侵蝕的主要因素之一，溫度越高，侵蝕越塊；溫度波動越大，侵蝕越快，大約在1680 ℃就會變形，侵蝕加劇，所以合理地制定溫度制度和控制溫度是重中之重，在確保熔化質(zhì)量的前提下，盡可能地降低溫度，減緩侵蝕。

（4）原料成分。在原料逐漸熔化形成玻璃液的過程中，某些組分對池壁磚的侵蝕很大。其中純堿、芒硝、氟化物等對于池壁磚的侵蝕尤其厲害，通過合理地搭配各組分，最大限度地加快原料的熔化速度，減少料堆與池壁磚的接觸距離和時間，減緩原料對池壁的侵蝕速度，延長池壁壽命。

（5）液面波動。液面忽高忽低會導(dǎo)致液面線附近的耐火材料侵蝕加劇，通過控制混合料水分、混合料均勻度及投料口下料擋板等，提高液面控制精度，減少波動。

（6）冷卻風(fēng)系統(tǒng)。對于液面線及以下500 mm的地方，底腳處，合理布置風(fēng)管位置及風(fēng)量大小，特別是立柱后及熱點等關(guān)鍵區(qū)域，可以適當(dāng)增加冷卻，使冷卻風(fēng)能更好地起到減緩池壁侵蝕的作用。

2 全氧燃燒窯爐池壁磚的熱修

隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，池壁磚的侵蝕越來越嚴(yán)重，必須采取一系列對策措施確保窯爐的安全運行來延長窯爐使用壽命，如增加臨時風(fēng)管、局部增加臨時風(fēng)機(jī)、局部綁磚熱修等。一次綁磚熱修可延長使用時間6～10個月，經(jīng)過幾次綁磚可以大幅延長窯爐的使用壽命，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 普通熱修

在原池壁磚侵蝕到剩下20～50 mm時，需要進(jìn)行貼磚維護(hù)。按照實際檢測，液面線以下350～400 mm都有不同程度的侵蝕，所以貼磚高度定在460 mm，厚度選擇100 mm，寬度根據(jù)原池壁磚相應(yīng)的尺寸進(jìn)行作業(yè)。具體作業(yè)步驟為：

（1）在作業(yè)區(qū)域拆除池壁磚的冷卻風(fēng)管及攔鐵、槽鋼、頂絲；

（2）現(xiàn)場臨時軸流風(fēng)機(jī)對該處進(jìn)行吹風(fēng)冷卻；

（3）將上部和外部的雜質(zhì)清理掉；

（4）將新磚貼在原池壁磚外側(cè)，要注意相互之間的間距和高度要一致；

（5）對間隙磚進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)缺，必要時用AZS密封料進(jìn)行封堵，確保不漏火、漏光，保護(hù)胸墻托鐵及立柱的安全；

（6）安裝槽鋼、攔鐵、頂絲及風(fēng)管，逐步打開冷卻風(fēng)至正常風(fēng)量，作業(yè)完成。整個作業(yè)前后對比如圖1所示。2.2 新型剔除法熱修

圖1 作業(yè)前后對比示意圖

在普通貼磚綁磚之后，發(fā)現(xiàn)由于原池壁磚距離立柱400 mm，再貼一層就沒有足夠的空間再次作業(yè)，使綁磚次數(shù)變少，而且使胸墻托鐵過早地暴露在火焰中，嚴(yán)重影響了窯爐運行安全與壽命。如圖2所示。

圖2 原綁磚示意圖

經(jīng)過研究探討，決定將第一層池壁綁磚拆除，如圖3所示，換成75 mm厚的磚，這層侵蝕到一定程度，可繼續(xù)往外貼75 mm厚的一層磚，然后再貼100 mm厚的磚，如圖4所示。這樣可以比普通直接貼磚多綁一次甚至兩次，延長窯爐壽命，而且使胸墻托鐵不過早接觸火焰空間，確保窯爐安全。

圖3 第一次綁磚拆除示意圖

圖4 拆除后的綁磚示意圖

2.2.1 準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備相關(guān)材料和工具；對中二層、一層進(jìn)行安全防護(hù)，檢查確認(rèn)中二層、一層應(yīng)急水管及消防設(shè)施；潤滑需要拆除的頂絲。

2.2.2 注意事項

由于在作業(yè)過程中要將原池壁磚拆除，為了確保安全，必須將水冷水管插入玻璃液中使玻璃液達(dá)到一定的黏度不流出來，才能將池壁磚拆除。在下水冷水管的過程中，由于大量的水注入玻璃液中，產(chǎn)生大量的水蒸氣，需注意以下幾點：①不宜在玻璃液中插入過多水冷水管，開水不宜過急，防止發(fā)生溢料和其他重大工藝影響；②及時調(diào)整爐壓；③由于玻璃液溫度降低，注意玻璃液發(fā)生結(jié)塊向投料口方向延伸；④在拆磚過程中，隨時做好玻璃液流出的應(yīng)急準(zhǔn)備；⑤觀察窯爐溫度變化，及時調(diào)整；⑥注意池壁磚的沖刷形成耐火材料結(jié)石。

2.2.3 作業(yè)過程

（1）取掉池壁磚頂部的間隙磚；

（2）從池壁磚頂部間隙處下水冷水管冷卻，并調(diào)整水量大小；

（3）經(jīng)過3～5 h待到玻璃液完全結(jié)塊之后，在上部開一個小孔將多余的水流出來；

（4）拆除作業(yè)區(qū)域池壁磚的冷卻風(fēng)管及攔鐵、槽鋼、頂絲；

（5）現(xiàn)場采用臨時軸流風(fēng)機(jī)對該處進(jìn)行吹風(fēng)冷卻；

（6）慢慢剝落池壁磚，將剝落面修理平整；

（7）貼新磚，注意調(diào)整磚縫隙和高度，保持一致；

（8）對間隙磚進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)缺，必要時用AZS密封料進(jìn)行封堵，確保不漏火、漏光，保護(hù)胸墻托鐵及立柱的安全；

（9）安裝槽鋼、攔鐵、頂絲及風(fēng)管，逐步打開冷卻風(fēng)至正常風(fēng)量，作業(yè)完成。

2.2.4 作業(yè)中的工藝調(diào)整

由于下水冷水管作業(yè)時間長，注入水量大，窯爐工藝發(fā)生較大的變化。為了保障正常生產(chǎn)，必須及時對工藝進(jìn)行調(diào)整。

（1）爐壓。提主煙道直排閘板，降低爐壓至0～2 Pa為宜；

（2）溫度和氣量調(diào)整。每下一個水冷水管，總氣量加100 m3/h；下水冷水管的胸墻光測溫度控制在1350 ℃±30 ℃，具體如表1所示。

表1 天然氣調(diào)整趨勢

3 池壁磚的侵蝕控制

隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，池壁磚的侵蝕不可避免。由于池壁磚直接接觸玻璃液，它的使用時間直接決定著窯爐的壽命。在日常的生產(chǎn)過程中必須加以重視，盡可能維護(hù)好池壁磚的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時維修、調(diào)整，確保窯爐的安全運行。

3.1 窯爐工藝控制

（1）溫度。制定合理的溫度工藝制度，投料口、熱點和澄清區(qū)形成明顯的山型曲線趨勢，精細(xì)控制溫度變化，及時調(diào)整。在確保熔化質(zhì)量的前提下，盡可能降低關(guān)鍵區(qū)域的溫度來減緩池壁磚的沖刷和侵蝕。同時，合理使用消泡系統(tǒng)，降低窯爐溫度，提高天然氣的熱利用率；

（2）爐壓。窯爐內(nèi)部保證微正壓3～5 Pa，減少外部冷空氣的進(jìn)入和內(nèi)部熱量的散發(fā)，為玻璃的熔化創(chuàng)造良好的條件；

（3）液面。嚴(yán)格把控混合料水分和均勻度，穩(wěn)定引出量，及時調(diào)整投料機(jī)開度，配合液面儀DCS的精準(zhǔn)控制，減小液面波動造成的池壁磚沖刷；

（4）料山。由于全氧燃燒窯爐水蒸氣大，泡沫層厚，沒有明顯的泡界線，嚴(yán)格把控兩側(cè)料山的長度，不能出現(xiàn)超過熱點區(qū)域或者兩側(cè)差異較大的情況。

3.2 日常維護(hù)

（1）制定全面的窯爐池壁磚巡檢制度并落到實處；

（2）定期對池壁磚測溫，形成溫度曲線；

（3）根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和實測溫度的變化及時調(diào)整冷卻風(fēng)量以確保池壁磚的安全；

（4）合理選型池壁磚冷卻風(fēng)機(jī)，確保足夠的冷卻風(fēng)量；嚴(yán)格按照要求點檢和潤滑風(fēng)機(jī)，確保運行狀態(tài)穩(wěn)定；

（5）做好窯爐應(yīng)急演練、應(yīng)急準(zhǔn)備，現(xiàn)場應(yīng)該具備全面的窯爐應(yīng)急工具及風(fēng)機(jī)等。

4 結(jié)語

隨著玻璃窯爐技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越追求操作簡單化、排放環(huán)?；褪褂酶咝Щ跞紵渤蔀橐环N發(fā)展趨勢。但是由于全氧燃燒窯爐溫度高、侵蝕快，在日常的生產(chǎn)維護(hù)中必須加以重視。特別是池壁磚的保護(hù)，在選材上要與時俱進(jìn)，選擇更加符合全氧燃燒特點的新型AZS耐火材料；在工藝控制上，要結(jié)合全氧燃燒窯爐的優(yōu)勢，合理布局，制定相應(yīng)的工藝制度和料方，控制好熔化溫度；在窯爐維護(hù)上，多點檢，多測溫，特別是窯爐運行后期，更要加強(qiáng)巡檢與維護(hù)，發(fā)現(xiàn)隱患及時維修；在池壁磚的熱修上，根據(jù)不同部位不同的侵蝕情況，采取不同的熱修方法，盡最大可能確保窯爐安全，延長窯爐使用壽命。