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水冷式鼓泡器在玻璃熔窯中的使用維護

2017-11-07 來(lái)源:期刊文獻

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中玻網(wǎng)0、前言

  鼓泡技術(shù)廣泛應用于大型玻璃熔窯,其通過(guò)鼓泡器向熔窯的玻璃液底層鼓入一定壓力和流量的潔凈氣體,該氣體在高溫玻璃液內膨脹形成氣泡,并逐漸上升長(cháng)大,較終到達玻璃液面破裂逸出。

  氣泡在上升和長(cháng)大過(guò)程中,帶動(dòng)和強化了其周?chē)牟Aб毫?,同時(shí)還吸收其周?chē)囊徊糠中馀?,因此鼓泡過(guò)程可提高玻璃的熔化效率、加強玻璃液澄清和均化。

  另外,鼓泡過(guò)程中,還可將熔窯底部的低溫玻璃液帶到液面,促進(jìn)其與火焰空間的熱交換,從而提高熱能利用率。

  但是,鼓泡器工作環(huán)境溫度較高,尤其是與玻璃接觸部位,需要耐受1100℃以上高溫,因此鼓泡器或采用特殊的耐高溫材料,或采取專(zhuān)門(mén)的冷卻裝置。

  下面以水冷式鼓泡器為例,通過(guò)其在某浮法池爐應用中的故障分析,為該類(lèi)鼓泡器的制造、冷卻水系統設計和日常使用維護提供借鑒。

  1、鼓泡器在某浮法池爐的應用情況

  某公司浮法玻璃熔窯,為橫火焰蓄熱式池爐,熔化部有6對小爐,熔化池全長(cháng)40.7 m、寬12.2 m、池深1.4 m,其中熔化帶面積為273.28平方,設計出料量為600 t/d,熔化率為2.2 t/(d·m2)。該池爐使用英國F.I.C公司鼓泡器。

  2、鼓泡器結構

  鼓泡器結構示意見(jiàn)圖1。設計思路是在鼓泡氣管外加裝了水冷套管,以保護鼓泡氣管。水冷套材料為碳鋼,工作端直徑為40 mm,管壁厚為4.25 mm。

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  水冷套外管直接由鉆頭通過(guò)水冷鉆孔而成,與玻璃液接觸部分的管壁四周無(wú)焊接,這樣可使得各處導熱性能良好,以保證水冷效果,還可避免從焊點(diǎn)處開(kāi)裂漏水。

  正常情況下,鼓泡器使用的冷卻水是工業(yè)軟化水,采用的是水泵和保安水塔相結合的供水方式,以提高供水的安全性;供水主管路還通過(guò)橋閥與消防水管路相連,緊急情況下,可短時(shí)間使用消防水進(jìn)行冷卻,以非常大可能減少斷水情況的發(fā)生。

  每根鼓泡器有相對單獨的冷卻水供排管道,在各自進(jìn)出水管路上還安裝有截止閥,以便于在鼓泡器更換時(shí)切斷水路,而且每根鼓泡器的回水管路上還安裝有熱電阻,以對回水溫度進(jìn)行測量,并遠傳至中控室進(jìn)行日常監控。

  3、鼓泡器故障情況及對生產(chǎn)的影響

  該窯爐鼓泡器于2011年9月25日投入使用,2012年5月21日初次出現故障。之后又有多根鼓泡器相繼發(fā)生故障,至2012年9月11日共有11根鼓泡器故障,使用壽命都不到1 a,距1個(gè)爐齡(約為8 a)的設計要求相差非常大。

  3.1鼓泡器故障前后的現象

  對比這11根鼓泡器故障前后的各種現象,有以下2個(gè)共同特征。

 ?。?)回水溫度逐漸升高。

  鼓泡器在使用一段時(shí)間后,各回水溫度均有所升高,但個(gè)別回水溫度升高幅度非常大,逐步偏離一般情況。

  當鼓泡器回水溫度>50℃時(shí),其發(fā)生故障的幾率往往非常大,且回水溫度越高越易發(fā)行故障,故可據此進(jìn)行預警。

 ?。?)泡徑突然變大。

  在高回水溫度下運行的鼓泡器,一段時(shí)間后泡徑會(huì )突然變大,為正常泡徑的數倍,此時(shí)即可判斷鼓泡器發(fā)生了故障,圖2為工業(yè)電視中拍攝到鼓泡器故障時(shí)的畫(huà)面。

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  檢查卸下的鼓泡器,可發(fā)現其外壁上有被燒穿的孔洞,泡徑變大即是漏出的冷卻水被高溫玻璃液加熱汽化所致,這是鼓泡器燒穿的典型特征,且漏水越嚴重泡徑越大。

  3.2鼓泡器故障對生產(chǎn)的影響

  鼓泡器故障對生產(chǎn)的影響可分為2個(gè)方面,一方面是泡徑變大后對玻璃液的劇烈翻騰,有可能攪起窯爐底部的滯留層而導致析晶結石;另一方面是鼓泡器停用期間,原來(lái)其發(fā)揮的作用暫時(shí)中斷,影響玻璃液的澄清和均化。

  該窯爐鼓泡器初次燒穿后,由于經(jīng)驗不足,對其發(fā)現不及時(shí),判斷和處理不果斷,致使較長(cháng)時(shí)間(約1 h)鼓泡劇烈,將窯爐底部的大量滯留層翻騰起來(lái),導致了長(cháng)時(shí)間的析晶結石高發(fā),結石日數量由正常時(shí)的60枚左右激增至數千枚,圖3為結石統計曲線(xiàn)。

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  有了此次教訓,之后的鼓泡器故障發(fā)現都比較及時(shí),并立即關(guān)閉其冷卻水,然后將其抽出至安全位,在鼓泡器停用期間,升高池爐后部溫度,以加強玻璃液澄清,沒(méi)再出現結石高發(fā),但對應于故障時(shí)段,內氣泡有所增多。

  4、鼓泡器故障原因分析

  鼓泡器所處的玻璃液溫度為1100~1350℃,與玻璃液直接接觸的鼓泡器外管材料為碳鋼。

  碳鋼在高溫下氧化比較快,在高溫玻璃液中會(huì )很快被侵蝕,而且溫度越高侵蝕速度越快。

  采用冷卻水的目的也就是通過(guò)水的流動(dòng)來(lái)對鼓泡器進(jìn)行降溫。

  鼓泡器冷卻用水為工業(yè)軟化水,日常監測其硬度為0.4~0.6 mg·N/L,因此可初步排除結垢的可能。

  在檢查鼓泡器回水時(shí)曾發(fā)現冷卻水中的懸浮物較多,沉淀后主要為泥沙等雜物。

  鼓泡器的供水系統為半封閉式循環(huán)供水,工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4。

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  盡鼓泡器的回水為封閉式,但是熔窯和錫槽的其他用水設備的回水槽多為公開(kāi)式集水槽,受周?chē)h(huán)境影響,容易落入灰塵。

  對冷卻水供水系統進(jìn)一步檢查又發(fā)現,供水系統的冷卻塔為開(kāi)式冷卻塔,而它們又緊臨廠(chǎng)內道路和碎玻璃堆場(chǎng),其操作平臺上可見(jiàn)大量粉塵,因此冷卻塔周?chē)諝庵械幕覊m和飛揚的雜物會(huì )隨著(zhù)冷卻氣流進(jìn)入塔內,然后隨下降水流進(jìn)入冷水池。

  盡管在水池內一部分泥沙會(huì )沉淀,但仍會(huì )有大量懸浮泥沙進(jìn)入抽水泵。

  再有,冷卻水的原來(lái)過(guò)濾方式為“旁濾式”,過(guò)濾器安裝在與供水管道并聯(lián)的管路上,將水過(guò)濾后再送入冷水池,因此它只能起到逐步凈化池內水質(zhì)的作用。

  而一旦冷水池內的水被污染,水質(zhì)較差的冷卻水就會(huì )直接進(jìn)入供水管道,而過(guò)濾器對該部分水中的污染物起不到阻擋作用。

  含有大量懸浮物的冷卻水進(jìn)入鼓泡器后,一部分會(huì )逐漸在管道內沉積吸附,隨著(zhù)沉積物的增多,管內水的流速會(huì )降低,這樣使得雜物更易沉積,形成惡性循環(huán),較終導致管路的嚴重堵塞。

  而由于熔窯和錫槽其他水冷卻設備內腔非常大,水中懸浮物對它們的影響非常小。

  5、對策措施及效果

  5.1對策措施

  經(jīng)過(guò)上述討論,已經(jīng)明確了導致鼓泡器燒穿的根本原因,由于冷卻水中懸浮物,造成冷卻水管路的堵塞,因此對策的要點(diǎn)就是提高冷卻水的潔凈度,具體措施有4項。

 ?。?)現場(chǎng)各回水集水槽加裝槽蓋,以避免灰塵的落入。

 ?。?)冷卻塔吸風(fēng)口處加裝兩層過(guò)濾網(wǎng),外層過(guò)濾精度為10目,內層為40目,并定期進(jìn)行沖洗,以阻擋外界灰塵和雜物通過(guò)冷卻塔進(jìn)入集水池。

 ?。?)冷卻塔旁邊的碎玻璃堆場(chǎng)加裝噴淋水管,定期對碎玻璃濕潤,以減少玻璃粉塵的飛揚,從源頭上減少粉塵進(jìn)入冷卻塔。

 ?。?)改進(jìn)冷卻水的凈化措施,由原來(lái)的循環(huán)水旁濾,改造為全濾,即在各抽水泵出口加裝高壓反沖洗式過(guò)濾器,過(guò)濾精度為50μm,從根本上保證冷卻水的潔凈度。

  5.2對策效果跟進(jìn)

  5.2.1水質(zhì)改善情況

  針對于冷卻水中懸浮物的情況,增加了水的“濁度”指標測量。

  濁度是指水中懸浮物對光線(xiàn)透過(guò)時(shí)所發(fā)生的阻礙程度。水中的懸浮物一般是泥土、

  砂粒、微細的農業(yè)生產(chǎn)體系物和無(wú)機物、浮游生物、微生物和膠體物質(zhì)等。

  水的濁度不僅與水中懸浮物質(zhì)的含量有關(guān),而且與它們的大小、形狀及折射系數等有關(guān)。

  對策措施在實(shí)施時(shí)按難易程度分步進(jìn)行,至2013年2月各項措施全部完成,水的濁度也相應地逐步下降。

  嚴重時(shí)濁度14.2 NTU,靠前二項措施實(shí)施后,濁度10.1 NTU,第三項措施實(shí)施后濁度7.5 NTU,第四項措施實(shí)施后3.6 NTU,穩定情況后濁度3.3 NTU。2013年3

  月初,現場(chǎng)檢查各鼓泡器回水,發(fā)現水質(zhì)清澈,肉眼已基本看不到懸浮物。

  5.2.2鼓泡器的使用情況

  隨著(zhù)供水系統改善措施的逐步實(shí)施,水質(zhì)在逐步好轉,同時(shí)回水流量一直保持在55~65 L/min,各鼓泡器的回水溫度沒(méi)有出現明顯的偏離性升高。

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