水玻璃制造设计.docx

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1、水玻璃制造设计水玻璃制造设计 摘要：水玻璃是催化剂产品 关键词：水玻璃；设计； 1.引言 水玻璃溶液是制造催化裂化催化剂的主要原料，是催化剂SIO2的主要来源。水玻璃与酸反应生产硅胶，甚至与CO2反应也能生产硅胶。硅胶是一种很有价值的吸附剂和催化剂载体。作为催化剂的主要化工原料，水玻璃的生产力求平稳，确保催化剂的需求。 2.水玻璃生产工艺 2.1工艺原理 在水玻璃生产中，配合料经过加热形成玻璃液的过程称为熔制过程。熔制是水玻璃生产中重要的过程，熔制质量和速度决定着产品的质量和产量。熔制过程大致分为四个阶段： 1）硅酸盐形成阶段 配合料进入融窑后受热过程中经过一系列的物理化学反应，各组分间的 固

2、相反应、吸附水的挥发、结晶水的脱水、碳酸盐加热分解、释放大量气体，配合料变成了由硅酸盐和SIO2组成的烧结物，此时温度大约在800-900。 2）玻璃液的形成阶段 由于继续加热，烧结物开始融化。这一阶段结束时烧结物变成了透明体，不再有未起反应的配合料颗粒。但此时玻璃液中带有大量的气泡条纹，它的化学成分上是不均匀的，此时温度大约在1200-1400。 3）玻璃液的澄清阶段 继续加热升温，玻璃液粘度降低，玻璃液中溶解的气泡长大、上浮而释放。此时玻璃液的温度大约在1400-1500。因为玻璃液的粘度随着温度的升高而降低，因此高温有利于澄清。 4）玻璃液的均化阶段 玻璃液长时间处于高温下，在窑体上下温

3、差的情况下发生玻璃液的对流和作业流的牵动等，使其化学成分趋于一致。由于温差的存在，产生对流运动，有利于玻璃的均化，同时加大了对耐火材料的侵蚀。 2.1.1工艺流程 水玻璃熔制主要在玻璃炉熔窑中进行的，水玻璃炉熔窑由水玻璃 熔制部分、小炉、排烟供气和余热回收五大部分组成 1)水玻璃熔制部分 配合料从加料口入窑后，经高温加热熔化成玻璃液，并进行澄清、 均化、冷却。 A加料口 加料作业是熔制过程中重要工艺环节之一，加料作业正确与否影 响到配合料的熔化速度、熔化区的位置、熔化温度的波动及玻璃液 面的稳定等，从而影响熔化率、玻璃质量和燃料消耗量。 B熔化部 熔化部分为熔化带和澄清带。泡界线前称为熔化带，

4、泡界线后称 为澄清带。熔化部分为上下两部分，下部为窑池，上部为火焰空间 C窑池 窑池由池壁和池底两部分组成。在窑池中直接与玻璃液接触的周 围砖墙称为池壁。池底则是承受全部玻璃液重力的部件 D火焰空间 在熔化部玻璃液面的上面是由窑墙、碹顶、前脸墙、后脸墙所包 围着的充满火焰的整个炉膛空间，称之为火焰空间。火焰空问内有 炽热的气体，火焰气体将自身热量传给玻璃液、胸墙和大碹。火焰 空间应使燃料完全燃烧，以保证熔化和澄清所需要的热量并尽量减 少向外界的散热损失。 。 E冷却部 冷却部结构和熔化部基本相同，也分为上部空间和下部窑池两部 分。上部空间由胸墙大碹组成，下部窑池由池底和池壁组成，只是 其胸墙高

5、度略低于熔化部的胸墙高度，窑池深度比熔化部稍浅。冷 却部无燃料燃烧，胸墙和大碹不与火焰直接接触，窑池内玻璃液温 度也低于熔化部。 2)小炉 对于使用重油等燃料的玻璃熔窑，燃料从喷嘴喷入窑内燃烧用 的二次空气是从小炉进入窑内，小炉起到空气通道和排烟通道的作 用。 3)烟道 燃料在窑内燃烧后，生成的烟气要不断地排出，燃料才能继续燃 烧。窑内烟气的排出主要是依靠烟囱产生的抽力，首先将烟气抽进 小炉，再到蓄热室加热格子砖，经烟道到达烟囱。烟道不仅是排烟 的通道，同时由熔窑另一侧进入的空气经过烟道进入蓄热室预热， 再经小炉进入窑内进行燃烧，所以烟道也是进气通道。 4)烟道闸板 烟道上装有分支烟道闸板、总

6、烟道闸板等。 分支烟道闸板用来调节各小炉的空气量，同时也调节蓄热室的烟 气量。 总烟道闸板是用来调节窑压的，窑压调节回路根据窑内压力波动 调节总烟道闸板开度，使窑压稳定。 5)交换机 蓄热式熔窑中烟气和空气的流动方向是周期性改变的，改变其流 动方向的设备称为交换机。 两块闸板的牵引钢丝绳在一个传动机构上，一块提起，另一块就 落下，提起一侧(左侧)烟气从左侧支烟道进入总烟道，而另一侧 (右侧)闸板落下，空气从入口进入右侧空气支烟道。换向后两块 闸板交换位置，改变了空气和烟气的流向空气的引入可以是自然 通风，也可以是强制通风。空气入口处设蝶阀调节进风量。 熔窑的结构示意图如下： 从图1-1可以看出

7、水玻璃原料通过两台投科机进入熔窑内熔化， 经过火焰空间、澄清均化部、冷却部，最后玻璃液通过流液道，进 入出料小炉 图12熔化火焰换向图 从图12上我们可以看到当前为北火燃烧，火嘴喷出的火焰使熔 窑内保持一定的高温。燃烧后炙热的烟气通过南分支烟道加热小炉 蓄 热室内的格子砖，最后通过主烟道经过余热回收由烟囱排出。这时南面的分支烟道主要起烟气通道的作用，而北面的分支烟道则是 通过蓄热室加热后助燃空气的通道。北面燃烧一段时间后(如1520 分钟)，通过换向程序控制，进入南面燃烧 1113工艺控制 1)混料机 选用圆盘式混料机间断式的将通过准确计量配比好的纯碱和石 英砂进行均匀混合，可以使配合料充分混

8、合均匀，有利于配合料的 预熔和熔化质量的提高，并通过皮带输送机输送到投料机里。 2)投料机 选用两台斜毯式投料机，向熔窑中投料，投入熔窑中的料中间 厚，使两边的配合料温度相对升高，中间的配合料相对于两边的配 合料温差减小，从而克服八字料或偏料。同时该投料机的投料覆盖 面大、有利于配合料的预熔和熔化质量的提高。 投料口采用密封结构，可以提高投料口玻璃液的温度，加快配 合料的熔化速度，减少粉尘；同时会减少大量冷空气因换向期间窑 压的波动而进入熔窑，减少窑内温度波动，改善配合料的分布，使 窑内工况稳定。同时还可降低投料池周围的环境温度，从而改善工 人的操作条件，提高工作效率 3)燃烧系统 熔窑以重油

9、为燃料，采用底烧式喷枪，三对小炉每个小炉采用 两支喷枪每对小炉重油通过炉温控制进行控制，以建立良好的燃烧作业条件，稳定熔化温度控制。 助燃风为支烟道换向、支烟道进风。以保证每个小炉的燃料有 合适的助燃空气，保证完全燃烧。换向期间，用助燃风量吹扫窑炉其作用为：在换向期间，由于窑内无燃料燃烧，废气量大大减少， 窑内压力急剧下降，而此时窑压自控系统已锁定，因此增大助燃风 量可防止窑压急剧下降，产生大幅度振荡，保持窑压稳定，确保不 产生负压，防止窑外冷空气进入窑内因此，助燃风量可尽可能快 地将窑内废气赶出去，保持窑内皆为新鲜空气，保证燃料完全燃烧， 有利于节能 废气采用支烟道换向每个支烟道设转动式调节

10、闸板，以控制 废气流量，总烟道设等双翼调节闸板自动控制窑压 4)窑压控制 要保证窑内热工制度的稳定，熔窑压力也是一个非常重要的参 数。一般采用澄清部大碹取压与等双翼窑压调节闸板连锁联动来自 动控制窑压，窑压调节精度为士05Pa，同时采用“小扰动”换火程 序，在换火期间，窑压调节系统将被锁定，同时在换向期间自动向 窑内吹以一定量的新鲜空气，从而保证换向期间窑压稳定，避免自 控系统“不正常”的周期性大干扰，有利于换火后自控系统迅速恢 复到正常的工作状态，从而使燃烧系统尽可能减少换向干扰而保持 良好的完全燃烧工况，这样既节约燃料，同时可以使窑内气氛特别 干净，使下一个周期的燃烧更完全 5)冷却部加热

11、系统 冷却部设有重油加热调温系统，以调节和控制冷却部的窑温、 窑压，满足生产水玻璃的要求，保证供给流液道的玻璃液温度的稳 定 112溶解工艺 1121工艺原理 熔融水玻璃通过蒸汽加热后溶解成为一定模数的水玻璃溶液的过程称为水玻璃溶解过程，溶解是水玻璃生产中重要过程，溶解质 量和速度决定着产品的质量和产量溶解过程大致分为熔融玻璃出 料、玻璃水淬、水玻璃溶解分为三个阶段。 1)熔融玻璃出料 熔融玻璃需要流到指定的位置进行出料，因此，将熔融玻璃液 经流道引导进行输送，在输送过程中，为防止玻璃液凝固，需要对 玻璃液进行加热； 2)玻璃水淬 为便于熔融玻璃液溶解，需要用冷却水对玻璃进行水淬处理， 即将玻

12、璃液经水冷却后成为小块的碎玻璃，以便后续的玻璃溶解； 3)水玻璃溶解 经水淬后的玻璃进入常压釜中，经过通入蒸汽进行蒸煮后，玻 璃碎块不断溶解，逐渐成为有一定模数的水玻璃溶液，玻璃溶解的 好坏直接影响到产品的收率 1122工艺流程 如图13所示，熔融水玻璃由出料小炉进入流槽，用冷却水对熔融玻 璃液进行水淬处理后，使其经流槽进入水玻璃收集罐，同时在流槽 加入大量水防止水玻璃粘结并将水玻璃固料冲入水玻璃收集罐，其 中的一部分水进入常压釜配制水玻璃溶液，另一部分则溢流到冷却 水回收罐经循环冷却后一部分加入流槽重新利用，另一部分则排放 到沉降池沉降、冷却后重新使用，进入常压釜后的水玻璃通过蒸汽 加热后，

13、将其溶解成水玻璃溶液。图13常压釜进料及循环水系统简图 1123工艺控制 1)出料小炉 熔融玻璃由冷却部出来后，经进料口挡砖进入出料小炉，出料 小炉设有瓦斯加热调温系统和助燃风系统，保证熔融玻璃在出料小 炉中的流动，熔融玻璃由出料小炉的流道引导流到需要出料的位置。 由于出料的位置一般距离较短，因此，出料小炉对水玻璃溶解是非 常重要的； 2)流槽 熔融水玻璃由出料小炉进入流槽后，用冷却水对熔融玻璃液进 行水淬处理另外，由于出料小姥与水玻璃收集罐之间有一定的距 离，通过流槽用水将水淬处理后的碎玻璃输送到水玻璃收集罐；3)常压釜 在水玻璃溶解工序中，常压釜是非常重要的设备，其前后由托 轮支撑，采用机

14、械传动，带动常压釜在托轮上旋转，常压釜内分为 多个小仓，每仓之间都装有过滤网，除最后一仓外其余仓内都装有 蒸煮水玻璃的蒸汽汽嘴，常压釜入口安装有机械密封，通过控制常 压釜内的温度和压力，来实现溶解水玻璃的目的 12目前国内水玻璃窑炉的控制系统简介 121熔化池温度控制 图卜4炉温控制图 温控热点是水玻璃窑炉热工控制的关键之一。温控设定值的原 则是要保证配合料熔化好其温度的下限值必须高于结石熔点。但过 高或温度波动很大，势必造成热量过剩和燃料的浪费。因此，选择能 真实反映玻璃液温度热点的测量点，合理地设定炉温和减少炉温波 动是节能的3要素。以小炉喷火口到空间挡火墙纵向长度三分之二 处大碹中心线的

15、碹顶为标准，将此处的温度认为是窑内的最高温度， 但此碹顶温度并不能代表玻璃液的温度，有时正好相反曾经遇到过， 由于进入窑炉的配合料中芒硝加多了，玻璃液面产生了泡沫隔热层， 造成炉温升高、玻璃液温度却降低。在检测碹顶温度的同时，还检测了熔化池池底和流渡洞的温度，以便掌握玻璃液的实际温度。不过，玻璃液的温度变化很慢，滞后大，调节作用不及时，就会使玻璃液温度波动很大所以一般以碹顶为标准，并以此温度的变化来调整助燃 风和重油流量，实现热点温度控制，碹顶温度的调节系统见图1-4，就 是采用碹顶温度检测，调整重油用量，实现窑炉温度控制。这样能 使各种干扰因素(如燃油压力波动、燃油热值改变、燃油雾化程度变

16、化及窑压异常等)反映到碹顶温度时就迅速采取调节手段(改变助 燃风和重油流量)。 122燃烧控制 水玻璃窑炉熔化池的燃烧控制包括燃料油流量控制、最佳燃烧 控制。燃烧过程是燃料的氧化作用。为了充分燃烧，必须供给足够的 二次空气(助燃风)如果空气不足，就会造成不完全燃烧，导致窑炉 冒黑烟，不但污染了环境，还让未燃烧的重油白白跑掉如果空气过 量，废气量增大，并从炉内排烟中带走大量热量。反而降低火焰温度。 增加了重油消耗。所以说保证了合适的“风一油”比。也就保证了节 能。另外，在动态过程中，除了要做到燃烧的“风一油”比恒定。还要 让燃烧的重油流量与助燃风流量实施交叉限制控制。如图1-5所示 为保持炉温恒

17、定，烟囱不冒黑烟，当负荷增大、炉温降低时，必须先加 大助燃风流量，后再加大重油流量；反之当负荷减小、炉温增高时。 先减少重油流量，再减少助燃风流量。这种交叉限制控制，可以保证 在动态过程中，即使工作在低空气过剩系数下，也不会产生燃烧不完 全，仍保持最佳燃烧控制，降低了能耗。 123窑压控制 水玻璃窑炉窑压控制是稳定窑炉熟工制度必不可少的重要参量，窑压波动会直接影响窑炉的火焰空间的燃烧状况，会引起 实际燃烧的“风一油”比变化。窑压低，吸进空气，增加重油消耗， 这时过量空气产生的烟气会从炉内由排烟而带走大量热量。相反， 窑压高会降低熔窑使用寿命，热量从炉内喷出，也损失了热量。因 此，工艺要求窑压控

18、制在微正压。目前采用对窑压采用自动定值 调节系统，通过合理整定调节器的Pip参数，以达到精确控制窑压的 目的，并在火焰换向期间调节器输出锁定其调节系统的方块图见图 1-6，通过对窑炉实际窑压的检测，经窑压调节器来调整闸板开度， 实现对窑压的实际控制 124玻璃液位控制 图1-6窑压控制图 玻璃液位控制同样是稳定窑炉热工制度的重要参量，液面的波 动将会直接影响熔窑热工制度。由于加料机加料速度变化、加料仓 存料量的多少或出料量变化都会造成玻璃液面波动，会对熔窑燃烧 状况和窑温产生影响。目前采用人工手动控制加料机的开停，来控 制玻璃液位，液位控制波动较大 125火焰换向自动控制 为了使熔窑热工制度稳定和节能，必须用最短的时间和最少的 油耗来实施整个换向过程，而尤其重要的是换向频率与周期的控制 为了通过蓄热室充分利用废气余热，节约能源，需按适当的频率 与程序进行火焰换向自动控制，“废气蓄热”和“空气预热”互相转 换目前玻璃熔炉采用固定间隔时间单指令控制方案，但从节能的角 度出发，考虑到随着窑炉运行时间加长，两侧蓄热室特性不一致，两 侧重油管路及油枪也不尽相同，因而两个火向和火量是不一致的，故 应该分别设定换向时间。而更理想的方案是实施时间和左右两个蓄 热室顶部温度双指令自动换向控制，以确定最佳换向频率和周期，获 得最大的热效率和稳定的热工制度。