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1玻璃窯蓄熱室結(jié)構(gòu)及工作原理
蓄熱室是通過氣體的放熱和蓄熱進行熱交換的余熱回收裝置。從玻璃窯內(nèi)排出的煙氣(廢氣)溫度非常高，通常約為1400-1500℃，廢氣中還存在著大量的熱能，必須將這些熱能利用起來。玻璃窯配備蓄熱室的目的，一方面是為了節(jié)約能源，另一方面是為了使火焰達到較高的溫度，在玻璃熔窯中，火焰溫度需要達到1700℃左右，除燃料燃燒所提供熱能以外，還需要利用廢氣的高溫將空氣和煤氣預熱，保證火焰達到高溫。
玻璃窯蓄熱室根據(jù)氣流方向可分為立式和臥式兩種，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為連通式和分隔式兩種。其中立式蓄熱室結(jié)構(gòu)如圖1所示，氣體煙道頂部砌蓄熱室爐條碹，爐條碹上碼砌格子磚，風火隔墻是煤氣與空氣之間的隔墻，由于上部溫度高，飛料侵蝕，燃燒后容易出現(xiàn)透火現(xiàn)象，因此其厚度較大，而且要求砌筑緊密。蓄熱室外墻砌有保溫磚以減少散熱損失。蓄熱室經(jīng)常需要修復格子磚及清理粉灰，所以一般外墻都設置了熱修門和清掃孔，煙道內(nèi)建造了掏灰坑。
當玻璃窯內(nèi)的高溫廢氣自上而下通過蓄熱室時，蓄熱室內(nèi)的格子體被加熱，格子體的溫度慢慢升高，格子體積蓄一定的熱量;改變方向后，當助燃的空氣和煤氣經(jīng)過蓄熱室底的煙道，自下而上進入蓄熱室時，其內(nèi)格子體用蓄積的熱量，來加熱空氣和煤氣，使氣體溫度升高，達到預熱目的。蓄熱室是周期性工作的，一個周期是加熱期，另一個周期是冷卻期，因此它的作用是：利用格子磚作為蓄熱體，積蓄廢氣中的熱量，再用這些熱量將空氣和煤氣預熱。一般空氣可預熱到1000～1200℃;煤氣可預熱到800～1000℃;廢氣出蓄熱室的溫度為600℃左右。
在傳熱過程中，廢氣主要通過輻射將熱量傳遞到格子體的表面，再通過熱傳導將熱量傳遞到內(nèi)部;而加熱空氣時，格子體主要通過對流加輻射將熱量傳給空氣，因為空氣中的O2和N2為對稱雙原子，不會輻射也不吸收，所以溫度仍以對流傳熱為主;當加熱煤氣時，輻射的效應得以加強。換向時間對于蓄熱室的換熱效率有很大影響。另外，格子磚的比熱容、密度、排列方式以及通道內(nèi)氣體流動也影響熱交換過程。蓄熱室內(nèi)氣流主要是氣流在橫截面上的均勻分布，這對改善傳熱和提高熱效率具有重要意義。
2玻璃窯蓄熱室耐火材料的配置
按照蓄熱室耐火材料的性能需求及工作環(huán)境，上層格子磚的溫度范圍為1200℃-1500℃，受到堿性蒸氣及固體飛料的侵蝕最嚴重，因此，一般上層選用堿性材質(zhì)，最上層采用耐侵蝕、抗?jié)B透性好、抗高溫蠕變性強、熱震溫度性好的高純鎂磚，MgO含量在96.5%以上。
中層格子磚的溫度范圍為800℃-1200℃，煙氣含有SO2成分，部分SO2與氧氣反應生成SO3。而從熔化玻璃中揮發(fā)出的NaOH與SO3會反應生成Na2SO4。中部冷凝區(qū)的溫度在芒硝(Na2SO4)的熔點附近變化，使芒硝反復進行著固化和液化反應，芒硝或SO2與氧化鎂反應會生成鈉鎂硫酸鹽，導致磚體結(jié)構(gòu)變脆而粉化。所以中層采用抗堿性凝固物和抗SO2、V2O5侵蝕能力強的鎂鉻磚或含高純鎂磚，或者采用鎂橄欖石耐火磚以及方鎂石-鎂橄欖石磚，這種材料在高溫燒成時所形成的結(jié)構(gòu)以及生成的鎂橄欖石能保證它擁有較好的使用性能，并且其中所生成的物質(zhì)能夠在方鎂石顆粒周圍形成保護膜。另一方面過量的SO3也會與材料中的MgO或CaO發(fā)生反應生成硫酸鎂或硫酸鈣，造成磚體損壞。
下層格子磚的溫度范圍一般在600℃-800℃，這里有許多凝結(jié)的堿沉淀物，此部位受到的化學侵蝕較弱，但仍然受到Na2SO4的侵蝕，另外，下層接近煙道，因冷空氣影響，也受到換向中的冷熱沖擊力，以及上方格子體的重量等，過度的熱應力和機械應力也會導致磚的損壞。底層一般由低孔隙度的高質(zhì)量粘土磚制成，具有較高的抗高溫蠕變性，良好的抗熱震性和較高的抗壓強度。
近年來，針對中層蓄熱室所處的環(huán)境，以天然鎂橄欖石及鎂砂為主要的原料，經(jīng)過粉碎、配料混練、成型干燥、燒成等步驟，研制的鎂橄欖石磚具有優(yōu)良的高溫性能和抗芒硝、堿侵蝕性能，體積密度約為2.65g/cm3，950℃風冷最多12次。采用橄欖石生料和煅燒料以及部分優(yōu)質(zhì)鎂砂為主要原料，用亞硫酸紙漿廢液為結(jié)合劑制備了鎂橄欖石磚，基質(zhì)中的鎂橄欖石相互燒結(jié)形成連續(xù)的骨架機構(gòu)，但體積密度僅為2.65g/cm3，顯氣孔率為21%，950℃風冷最多10次即發(fā)生損毀。無鉻無鋯-鎂橄欖石結(jié)合鎂磚，材料的體積密度提高到了2.94g/cm3，并且表現(xiàn)出良好的性能，被推薦應用于蓄熱室冷凝區(qū)格子體。Y形蓄熱室新型鎂橄欖石格子磚傳熱面積大，熱利用率高，但是其體積密度不高，耐壓強度為50MPa。
綜上，在玻璃窯蓄熱室關(guān)鍵部位——中部區(qū)域格子體工作環(huán)境下，目前開發(fā)的鎂橄欖石質(zhì)耐火材料的致密性、強度、熱震穩(wěn)定性及抗侵蝕性等性質(zhì)，在經(jīng)受高溫、溫度變化、硫酸鹽侵蝕、靜壓力等條件作用時，還需要結(jié)合鎂橄欖石的結(jié)構(gòu)特征，在原料組成、微觀結(jié)構(gòu)、致密性等方面開展進一步的研究工作。
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