马蹄焰玻璃窑炉

蓄热室两侧温度不一致

等问题的原因剖析

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重庆莱弗窑炉技术有限公司陈兴孝邮编

玻璃窑炉的蓄热室，是玻璃窑炉的重要组成部分。是余热回收系统、是“节能减排”的重要设施，特别是三通道蓄热室，在现代节能窑炉中得到广泛应用。

在许多三通道蓄热室马蹄焰玻璃窑炉投产初期，就发现该窑炉两侧蓄热室温度不一致，有的要相差15～30℃，有的相差30～50℃、甚至更高；有的不但是两侧蓄热室温度不一致（在三通道蓄热室特别明显），而且还发现窑炉两侧喷火口出来的火焰长短不一致；甚至还出现烟道温度降低，很难把烟道温度升起来。特别是在窑炉烘烤结束后、把烘烤烟道的热源拆除，烟道温度又很快降低；有的窑炉还出现换向后两侧的烟道抽力不一致。是什么原因导致产生上述现象呢？先从窑炉结构着手进行分析。

在设计马蹄焰玻璃窑炉时，为了使窑炉温度、压力及气氛分布在换向前后基本保持一致，窑炉的对称性是非常重要的，因为这是保证马蹄焰玻璃窑炉换向前后窑炉工况基本保持不变的前提条件。但也有个别例外，比如：为了减少孔口辐射热量损失及孔口溢流热量损失，在产量低于吨/天的玻璃窑炉中大都采用单侧加料口。单侧加料口这对马蹄焰玻璃窑炉的对称性有一定破坏。然而这些例外，对马蹄焰玻璃窑炉换向前后的温度分布及压力分布的一致性是有一定影响的。其原因如下：

我们知道，在马蹄焰玻璃窑炉小炉喷火口喷火燃烧侧，由于大量的燃料及助燃空气喷出，具有一定流速的火焰流股，使窑炉压力呈正压。随着火焰流速降低，窑炉该侧压力越来越低，在窑炉流液洞前、火焰转弯处，窑炉压力由正压开始变为微正压；在回火的小炉喷火口侧，由于烟囱抽力的作用，窑炉熔化池该处负压最大。因此当加料口侧小炉为回火时，加料口处呈微负压，有的甚至呈负压（当加料口侧小炉喷火时，加料口呈正压或微正压，因而有火焰或热气流溢出）。

1、加料口冷空气的影响：

由于熔窑加料口与外界大气连通，当加料口侧小炉回火时，该处呈微负压或负压，难免有少量冷空气被吸入到蓄热室里去，降低了废气温度，从而影响蓄热室的温度；而窑炉另一侧是与外界隔离开的，回火时没有冷空气被吸入到蓄热室里去，那么蓄热室的温度就要高一些。

2、配合料及分解产物的影响：

当窑炉加料口侧小炉口回火时，由于配合料大量加入，配合料由室温快速升温至上千度，配合料在该区域吸收热量多，对废气（或火焰）温度的降低有影响；另外配合料受热分解，产生大量的气体，该气体的温度大大低于废气温度，那么分解气体进入蓄热室，也降低了整体烟气温度。若是窑炉加料口对面一侧小炉口进废气，配合料及其分解产物在炉内的行走路径长、停留时间长，分解产生的气体因炉内停留时间长温度要高一些，加上没有冷空气吸入，因而对另一侧蓄热室温度的影响要小得多，所以加料口侧蓄热室的温度应该比另一侧的蓄热室的温度低一些；在生产实践中加料口侧蓄热室格子体容易堵塞，这也说明配合料粉尘及分解产物对两侧蓄热室的影响是不一样的。

根据上述分析，在正常生产时，蓄热式马蹄焰池炉两侧蓄热室温度有一定的温差，是单侧加料口这种非对称性的结构及工艺布置引起的，这是正常的。但是两侧蓄热室温差应该不大，根据我们的实践经验，通常在15～30℃以内。若两侧蓄热室温度差别太大，一定是另有原因。多年来，我们对多座窑炉及附属设备结构的探索、解剖、分析研究，我们发现：一般都是助燃空气（俗称二次风）进入蓄热室两侧的风量多少不一样引起的，风量不一致对蓄热室格子体温度的影响不一样，进入蓄热室的风量多对蓄热室的温降大；进入蓄热室的风量少，对蓄热室格子体的温降少；助燃空气量少，还会造成火焰偏长。那么，同一个助燃空气系统为什么进入蓄热室的风量会有较大差异呢？通过对多个案例的分析研究，我们发现是空气交换器结构不合理或安装不合理所致。现将这些案例分析如下：

（一）助燃空气风管安装不合理

国内助燃风风管安装有如下两种方式，一种我们称为“一顺风”式，见(图一)。

图一一顺风式

图二裤衩管式

“一顺风”式助燃风风管，因其结构简单，投资少、安装方便，以前国内不少厂家采用这种方式；另一种为“裤衩管”式，见(图二)。“裤衩管”式助燃风风管，这种方式最早在国内引进项目中应用。从(图一)可以看出：“一顺风”式助燃空气风管在两侧交换器上的管道长度不一样，其阻力也就不一样；而且各点的压力也有差异，特别是当该系统处于非严格密闭不漏气的情况下，其进风量有较大差异。

“裤衩管”式进风管左右对称，风管长度相同，阻力均等，那么进入交换器的助燃空气量从理论上讲应该是一样的。

（二）空气交换器结构不合理

如果空气交换器结构合理，制作安装严密，那么进入蓄热室两侧的空气量多少是一样的。空气交换器种类较多，但是我们发现，有的天生不合理；有的主体结构合理，但制作安装上有缺陷，造成空气交换器漏气，有的甚至漏气严重。这里我们对玻璃工厂常用的几种空气交换器进行剖析、研究、比较：

1、翻板式空气交换器

翻板式空气交换器（见图三、图四）大多由槽钢、钢板、钢丝绳联接而成，由于其结构简单、制作方便（不用上刨床加工）及成本低廉，所以在以前的传统单通道蓄热室窑炉中被广泛的使用。

由于单通道蓄热室窑炉其蓄热室本身就像一个烟囱，有较大抽力，蓄热室底部成负压，助燃空气进入蓄热室后靠自身受热后的浮力就进入熔化池内助燃。所以以前的单通道蓄热室窑炉，一些不太大的窑炉，不是为了较精确测量和控制助燃空气的量，其助燃空气不用鼓风机，让其自然进风，进风量的多少是通过调节进风口截面积大小来满足窑炉火焰燃烧所需的助燃空气量，这种自然进风也能满足“老式”窑炉的燃烧需求。

为了“节能减排”燃烧合理，就必须控制空气过剩系数，使燃料和助燃空气按一定比例进入熔化池燃烧，简称“配比”燃烧。要“配比”燃烧就必须要用鼓风机、风管，以便测量及控制助燃空气的量。现在的单通道蓄热室从节能角度考虑，蓄热室格子体堆码高度都比较高，助燃空气受热后产生的几何压头较大，因此所选的助燃风机的功率都不大、风压低，流量大，就能满足窑炉燃烧的自动控制需求。

翻板式交换器虽具有上述优点，但缺点也是明显的：

(1)由于交换器框架和闸板没有经过刨床刨、磨加工，且闸板自身重量低，所以闸板与框架之间的气密性差，存在漏气现象;

(2)由于翻板式交换器是普通槽钢和钢板做的，如果烟道温度高易引起框架变形，气密性会变得更差，漏气更为严重;

(3)窑炉在运行过程中，烟气中的粉尘会附着在框架上，在换向时上下移动的闸板会将附着在框架上的粉尘刮掉；而翻板式交换器闸板只是盖在框架上，没有上下移动而产生的刮的功能，粉尘堆积多后会导致翻板式交换器的气密性变得更差，随着运行时间推移漏气会更为严重。

对于三通道蓄热室窑炉而言，由于助燃空气在进入窑炉的过程中，先经过小空气蓄热室（3室）预热，然后进入小空气蓄热室与大空气蓄热室（1室）之间的通道（2室）（此种称谓南北有一定差异，有的称1室为大蓄热室、3室为小蓄热室、2室为空通道），此时气流是由上往下流动（见图五）。根据热力学的相关知识我们知道，热空气始终是向上浮动的，要使热空气由上往下流动，需要较大的鼓风压力来克服热空气向上的浮力而向下挤压热空气使其通过通道（2室），

图五二次风进多通道蓄热室流程示意

所以三通道蓄热室窑炉助燃风机的功率、风压相对于单通道蓄热室窑炉的助燃风机的功率、风压要大得多；由于三通道蓄热室（1室）下部助燃空气压力大，这导致在三通道蓄热室中使用翻板式交换器漏气现象会更为严重。由于空气交换器是对窑炉所需的助燃空气进风口轮流交替打开、关闭；对烟气走向轮流交替开关，翻板式交换器闸板下降闸断烟道时（见图三）由于两侧闸板与框架密封程度不一样，从而导致两侧交换器漏气不一样（前提是进风量一样），进而导致两侧蓄热室的进气量不一致；同时该交换器上提侧的闸板应该将上部从风机来的助燃空气堵住（见图四），让空气完全进入另一侧。由于上提侧的闸板密封性不好（一是制作粗糙漏气、二是绳索在使用过程中变长），从而漏气导致应该进入另一侧的风量减少、而且压力减小，这就破坏了两侧进风量一样的平衡条件。

由于这两处漏气量不一样，这进一步导致两侧蓄热室的进气量不一致，由此在这两个地方共同作用下导致两侧蓄热室的进气量会有更大差异，也就导致两侧蓄热室温度差加大；由于烟囱抽力大，漏入的空气进入烟道会降低烟气温度，影响烟道温度，从而影响烟囱抽力。

上述现象我们在山东、四川、浙江等工厂就多次发现，比如四川某厂，蓄热室两侧温差较大，火焰长度长短不一样，而且烟道温度偏低，我们多次在烟道上烧火，但是火一停，烟道温度又降下来了。经反复查找原因，发现翻板式交换器，钢丝绳运转过程中变长，翻板与框架之间有较大间隙（见图四），大量的助燃空气由该处漏入烟道，造成烟道温度偏低。

由于空气交换器结构不合理，从而导致进入蓄热室两侧空气量不一样，进入蓄热室的空气量少，吸收格子体热量少，对蓄热室格子体的热交换（相同换向时间内）不一致，从而导致两侧蓄热室助燃空气预热温度不一致（助燃空气温度不一样，要达到同样的熔化温度，所消耗的燃料也不一样），再加上进入蓄热室两侧的进风量、风压不一致，因而导致窑炉燃烧的火焰长短、亮度、刚度等不一样。火焰的长度、亮度、刚性不一样会影响窑炉的正常、高效的运行，严重时会影响玻璃的产量、质量，所以这种交换器应该被淘汰了。

图六闸板式空气交换器（闸板处于下部时）

2、闸板式空气交换器

闸板式空气交换器（见图六）由框架(槽)和闸板构成，其材质为普遍铸铁或耐热铸铁。由于框架(槽)和闸板都要经过刨床配合刨、磨，这两者之间气密性比较好，再加上闸板自重较重，安装时向后倾斜7～9°，闸板压在框架上，是保障气密性的有力措施。闸板式空气交换器换向时闸板是贴在框架上下移动的，在框架上不会沉积粉尘影响闸板和框架之间的气密性。

由于闸板式空气交换器气密性好，因此在现代节能窑炉中闸板式空气交换器得到广泛的运用。但是在我们服务的个别厂家中，闸板式空气交换器在设计制作上存在问题，闸板运行处在下部时，即进助燃空气时密封较好，但是另一侧闸板上升让废气通行，且堵住助燃空气进口时，由于结构问题或安装不合理其密封性较差，因而大量空气漏入烟道致使二次空气量不够，导致火焰偏长；比如山东青岛某厂，我们发现两侧火焰长度相差很大。我们调整助燃空气的量（调整变频电机的转速）及烟道闸板（抽力），始终没有什么明显的变化。为了验证我们的分析，将空气交换器上部的检查盖打开，发现闸板处在上部位置时，与框架有较大间隙，大量的助燃空气由该处漏入烟道（见图七），因而造成助燃空气量不足，因而火焰偏长。

图七闸板式空气交换器（闸板处于上部时）

由于助燃空气漏入烟道导致烟气温度偏低、烟气温度低抽力下降。针对上述原因，为了解决左右两侧空气交换器密封性有差异的问题，国外窑炉公司在设计裤衩管时，在裤衩管交汇处增加了换向蝶阀（见图八），该蝶阀随着空气交换器换向而换向。没蝶阀时，裤衩管两侧的交换器两侧进风口压力基本一致；而有蝶阀时，裤衩管两侧的压力就大不一样，

图八带换向蝶阀的二次风系统

换向蝶阀随空气交换器而同步换向，走废气时，蝶阀将该侧进风口档住，助燃空气主要进入另一侧空气交换器；即使蝶阀可能也有少量的漏气现象存在，那么走废气侧空气交換器处的压力大大降低，由于压力低，即使是某一侧密封不好，那么该处的漏气量大大减少，从而降低了不平衡的条件，使窑炉能够正常生产（燃发生炉煤气的窑炉若漏气量严重还可能引起换向时“放炮”爆炸现象产生）。

3、组合式翻板交换器

组合式翻板交换器（见图九），该交换器主要应用在两通道窑炉中（见图十），这在国外一些窑炉中比较多见，国内也有但很少。该种交换器有的是用铸铁浇铸的，有的也用钢板焊接的。翻板与框架之间也存在密封漏气问题。在安装时翻板与框架之间要填充耐热可塑料。该交换器初期密封是比较好的，但是随着运行时间推移（按每20分钟换一次向，翻板每天与填充料要碰撞72次），填充的耐热塑料也会磨损，从而导致漏气量越来越大，严重时影响炉内燃烧状况，影响炉温及出料量。我们在国外就碰到上述状况，如泰国某生产玻璃器皿的窑炉就因为空气交换器密封性不好造成产量减产，由投产初期日产50多吨减产到30多吨，而且火焰呈还原气氛，影响玻璃的白度及色泽，因此该种炉型对空气交换器的密封性要求更高。

图九组合式翻板式交换器

图十双通道蓄热室结构

这种两通道窑炉，从热力学角度来看，是极不合理的。因为室温的助燃空气与格子体进行热交换，助燃空气受热后产生向上的浮力，越往下温度越高，向上浮力越大。因此要求助燃风机的功率更大，对空气交换器密封性要求更高，不然漏气量会很高。

空气交换器这种玻璃工厂必备的设备，看似非常简单，但是弄得不好就会影响炉温、影响产量、质量，影响能耗、影响节能减排。为此我公司根据我们发现的诸多问题，在此基上我们开发了助燃空气风管中的“裤衩管”（含蝶阀和气缸），以及密闭性非常好的闸板式空气交换器，还负责安装，为玻璃工厂排忧解难。

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