水玻璃制造設計剖析

1、水玻璃制造設計摘要：水玻璃是催化劑產(chǎn)品關鍵詞：水玻璃；設計；1引言水玻璃溶液是制造催化裂化催化劑的主要原料，是催化劑 SI02的主要來源。 水玻璃與酸反應生產(chǎn)硅膠，甚至與C02反應也能生產(chǎn)硅膠。硅膠是一種很有 價值的吸附劑和催化劑載體（即催化劑的骨架物質）。作為催化劑的主要化 工原料，水玻璃的生產(chǎn)力求平穩(wěn)，確保催化劑的需求。2水玻璃生產(chǎn)工藝2.1工藝原理在水玻璃生產(chǎn)中，配合料經(jīng)過加熱形成玻璃液的過程稱為熔制過程。熔制是 水玻璃生產(chǎn)中重要的過程，熔制質量和速度決定著產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量。熔制 過程大致分為四個階段：1）硅酸鹽形成階段配合料進入融窯后受熱過程中經(jīng)過一系列的物理化學反應，各組分間的 固相

2、反應、吸附水的揮發(fā)、結晶水的脫水、碳酸鹽加熱分解、釋放大量氣體，配 合料變成了由硅酸鹽和SI02組成的燒結物，此時溫度大約在 800-900 Eo2）玻璃液的形成階段由于繼續(xù)加熱，燒結物開始融化。這一階段結束時燒結物變成了透明體， 不再有未起反應的配合料顆粒。但此時玻璃液中帶有大量的氣泡條紋， 它的化學 成分上是不均勻的，此時溫度大約在 1200-1400C。3）玻璃液的澄清階段繼續(xù)加熱升溫，玻璃液粘度降低，玻璃液中溶解的氣泡長大、上浮而釋放。 此時玻璃液的溫度大約在1400-1500E。因為玻璃液的粘度隨著溫度的升高而降 低，因此高溫有利于澄清。4）玻璃液的均化階段玻璃液長時間處于高溫下，在

3、窯體上下溫差的情況下發(fā)生玻璃液的對流和 作業(yè)流的牽動等，使其化學成分趨于一致。由于溫差的存在，產(chǎn)生對流運動，有 利于玻璃的均化，同時加大了對耐火材料的侵蝕。2.1.1工藝流程水玻璃熔制主要在玻璃爐熔窯中進行的，水玻璃爐熔窯由水玻璃 熔制部分、小爐、排煙供氣和余熱回收五大部分組成.1）水玻璃熔制部分配合料從加料口入窯后，經(jīng)高溫加熱熔化成玻璃液，并進行澄清、 均化、冷卻。A. 加料口加料作業(yè)是熔制過程中重要工藝環(huán)節(jié)之一，加料作業(yè)正確與否影 響到配合料的熔化速度、熔化區(qū)的位置、熔化溫度的波動及玻璃液 面的穩(wěn)定等，從而影響熔化率、玻璃質量和燃料消耗量。B. 熔化部熔化部分為熔化帶和澄清帶。泡界線前稱為

4、熔化帶，泡界線后稱 為澄清帶。熔化部分為上下兩部分，下部為窯池，上部為火焰空間.C. 窯池窯池由池壁和池底兩部分組成。在窯池中直接與玻璃液接觸的周 圍磚墻稱為池壁。池底則是承受全部玻璃液重力的部件.D. 火焰空間在熔化部玻璃液面的上面是由窯墻、碹頂、前臉墻、后臉墻所包 圍著的充滿火焰的整個爐膛空間，稱之為火焰空間。火焰空問內有 熾熱的氣體，火焰氣體將自身熱量傳給玻璃液、胸墻和大碹?；鹧?空間應使燃料完全燃燒，以保證熔化和澄清所需要的熱量并盡量減 少向外界的散熱損失。E. 冷卻部冷卻部結構和熔化部基本相同，也分為上部空間和下部窯池兩部 分。上部空間由胸墻大碹組成，下部窯池由池底和池壁組成，只是

5、其胸墻高度略低于熔化部的胸墻高度，窯池深度比熔化部稍淺。冷 卻部無燃料燃燒，胸墻和大碹不與火焰直接接觸，窯池內玻璃液溫 度也低于熔化部。2）小爐對于使用重油等燃料的玻璃熔窯，燃料從噴嘴噴入窯內.燃燒用 的二次空氣是從小爐進入窯內，小爐起到空氣通道和排煙通道的作 用。3）煙道燃料在窯內燃燒后，生成的煙氣要不斷地排出，燃料才能繼續(xù)燃 燒。窯內煙氣的排出主要是依靠煙囪產(chǎn)生的抽力，首先將煙氣抽進 小爐，再到蓄熱室加熱格子磚，經(jīng)煙道到達煙囪。煙道不僅是排煙 的通道，同時由熔窯另一側進入的空氣經(jīng)過煙道進入蓄熱室預熱， 再經(jīng)小爐進入窯內進行燃燒，所以煙道也是進氣通道。4）煙道閘板煙道上裝有分支煙道閘板、總煙

6、道閘板等。分支煙道閘板用來調節(jié)各小爐的空氣量，同時也調節(jié)蓄熱室的煙 氣量?？偀煹篱l板是用來調節(jié)窯壓的，窯壓調節(jié)回路根據(jù)窯內壓力波動 調節(jié)總煙道閘板開度，使窯壓穩(wěn)定。5）交換機蓄熱式熔窯中煙氣和空氣的流動方向是周期性改變的，改變其流 動方向的設備稱為交換機。兩塊閘板的牽引鋼絲繩在一個傳動機構上，一塊提起，另一塊就 落下，提起一側（左側）煙氣從左側支煙道進入總煙道，而另一側 （右側）閘板落下，空氣從入口進入右側空氣支煙道。換向后兩塊 閘板交換位置，改變了空氣和煙氣的流向.空氣的引入可以是自然 通風，也可以是強制通風?？諝馊肟谔幵O蝶閥調節(jié)進風量。熔窯的結構示意圖如下：從圖1-1可以看出水玻璃原料通過

7、兩臺投科機進入熔窯內熔化， 經(jīng)過火焰空間、澄清均化部、冷卻部，最后玻璃液通過流液道，進 入出料小爐.圖1. 2熔化火焰換向圖從圖1. 2上我們可以看到當前為北火燃燒，火嘴噴出的火焰使熔 窯內保持一定的高溫。燃燒后炙熱的煙氣通過南分支煙道加熱小爐 蓄熱室內的格子磚，最后通過主煙道經(jīng)過余熱回收由煙囪排出。 這時南面的分支煙 道主要起煙氣通道的作用，而北面的分支煙道則是通過蓄熱室加熱后助燃空氣的通道。北面燃燒一段時間后（如15. 20分鐘），通過換向程序控制，進入南面燃燒.1. 1. 1. 3工藝控制1）混料機選用圓盤式混料機間斷式的將通過準確計量配比好的純堿和石 英砂進行均勻混合，可以使配合料充分

8、混合均勻，有利于配合料的 預熔和熔化質量的提高，并通過皮帶輸送機輸送到投料機里。2）投料機選用兩臺斜毯式投料機，向熔窯中投料，投入熔窯中的料中間厚，使兩邊的配合料溫度相對升高，中間的配合料相對于兩邊的配 合料溫差減小，從而克服八字料或偏料。同時該投料機的投料覆蓋 面大、有利于配合料的預熔和熔化質量的提高。投料口采用密封結構，可以提高投料口玻璃液的溫度，加快配 合料的熔化速度，減少粉塵；同時會減少大量冷空氣因換向期間窯 壓的波動而進入熔窯，減少窯內溫度波動，改善配合料的分布，使 窯內工況穩(wěn)定。同時還可降低投料池周圍的環(huán)境溫度，從而改善工 人的操作條件，提高工作效率.3）燃燒系統(tǒng)熔窯以重油為燃料，

9、采用底燒式噴槍，三對小爐每個小爐采用兩支噴槍每對小爐重油通過爐溫控制進行控制，以建立良好的燃燒作業(yè)條件， 穩(wěn)定熔化溫度控制。助燃風為支煙道換向、支煙道進風。以保證每個小爐的燃料有合適的助燃空氣，保證完全燃燒。換向期間，用助燃風量吹掃窯爐其作用為：在 換向期間.，由于窯內無燃料燃燒，廢氣量大大減少，.窯內壓力急劇下降，而此時窯壓自控系統(tǒng)已鎖定，因此增大助燃風 量可防止窯壓急劇下降，產(chǎn)生大幅度振蕩，保持窯壓穩(wěn)定，確保不 產(chǎn)生負壓，防止窯外冷空氣進入窯內.因此，助燃風量可盡可能快 地將窯內廢氣趕出去，保持窯內皆為新鮮空氣，保證燃料完全燃燒， 有利于節(jié)能.廢氣采用支煙道換向.每個支煙道設轉動式調節(jié)閘板

10、，以控制廢氣流量，總煙道設等雙翼調節(jié)閘板自動控制窯壓.4）窯壓控制要保證窯內熱工制度的穩(wěn)定，熔窯壓力也是一個非常重要的參 數(shù)。一般采用澄清部大碹取壓與等雙翼窯壓調節(jié)閘板連鎖聯(lián)動來自 動控制窯壓，窯壓調節(jié)精度為士 0. 5Pa,同時采用“小擾動”換火程 序，在換火期間，窯壓調節(jié)系統(tǒng)將被鎖定，同時在換向期間自動向 窯內吹以一定量的新鮮空氣，從而保證換向期間窯壓穩(wěn)定，避免自 控系統(tǒng)“不正常”的周期性大干擾，有利于換火后自控系統(tǒng)迅速恢 復到正常的工作狀態(tài)，從而使燃燒系統(tǒng)盡可能減少換向干擾而保持良好的完全燃燒工況，這樣既節(jié)約燃料，同時可以使窯內氣氛特別 干凈，使下一個周期的燃燒更完全.5）冷卻部加熱系統(tǒng)

11、冷卻部設有重油加熱調溫系統(tǒng)，以調節(jié)和控制冷卻部的窯溫、 窯壓，滿足生產(chǎn)水玻璃的要求，保證供給流液道的玻璃液溫度的穩(wěn) 疋.1.1. 2溶解工藝1. 1. 2. 1工藝原理熔融水玻璃通過蒸汽加熱后溶解成為一定模數(shù)的水玻璃溶液的過程稱為水玻璃 溶解過程，溶解是水玻璃生產(chǎn)中重要過程，溶解質量和速度決定著產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量.溶解過程大致分為熔融玻璃出料、玻璃水淬、水玻璃溶解分為三個階段。1）熔融玻璃出料熔融玻璃需要流到指定的位置進行出料，因此，將熔融玻璃液 經(jīng)流道引導進行輸送，在輸送過程中，為防止玻璃液凝固，需要對 玻璃液進行加熱；2）玻璃水淬為便于熔融玻璃液溶解，需要用冷卻水對玻璃進行水淬處理， 即將玻

12、璃液經(jīng)水冷卻后成為小塊的碎玻璃，以便后續(xù)的玻璃溶解；3）水玻璃溶解經(jīng)水淬后的玻璃進入常壓釜中，經(jīng)過通入蒸汽進行蒸煮后，玻 璃碎塊不斷溶解，逐漸成為有一定模數(shù)的水玻璃溶液，玻璃溶解的 好壞直接影響到產(chǎn)品的收率.1. 1. 2. 2工藝流程如圖1. 3所示，熔融水玻璃由出料小爐進入流槽，用冷卻水對熔融玻 璃液進行水淬處理后，使其經(jīng)流槽進入水玻璃收集罐，同時在流槽 加入大量水防止水玻璃粘結并將水玻璃固料沖入水玻璃收集罐，其 中的一部分水進入常壓釜配制水玻璃溶液，另一部分則溢流到冷卻 水回收罐經(jīng)循環(huán)冷卻后一部分加入流槽重新利用，另一部分則排放 到沉降池沉降、冷卻后重新使用，進入常壓釜后的水玻璃通過蒸汽

13、 加熱后，將其溶解成水玻璃溶液。圖1. 3常壓釜進料及循環(huán)水系統(tǒng)簡圖1. 1. 2. 3工藝控制1）出料小爐熔融玻璃由冷卻部出來后，經(jīng)進料口擋磚進入出料小爐，出料 小爐設有瓦斯加熱調溫系統(tǒng)和助燃風系統(tǒng)，保證熔融玻璃在出料小 爐中的流動，熔融玻璃由出料小爐的流道引導流到需要出料的位置。 由于出料的位置一般距離較短，因此，出料小爐對水玻璃溶解是非 常重要的；2）流槽熔融水玻璃由出料小爐進入流槽后，用冷卻水對熔融玻璃液進 行水淬處理另外，由于出料小姥與水玻璃收集罐之間有一定的距 離，通過流槽用水將水淬處理后的碎玻璃輸送到水玻璃收集罐；3）常壓釜在水玻璃溶解工序中，常壓釜是非常重要的設備，其前后由托

14、輪支撐，采用機械傳動，帶動常壓釜在托輪上旋轉，常壓釜內分為 多個小倉，每倉之間都裝有過濾網(wǎng)，除最后一倉外其余倉內都裝有 蒸煮水玻璃的蒸汽汽嘴，常壓釜入口安裝有機械密封，通過控制常 壓釜內的溫度和壓力，來實現(xiàn)溶解水玻璃的目的.1. 2目前國內水玻璃窯爐的控制系統(tǒng)簡介1. 2. 1熔化池溫度控制 圖卜4爐溫控制圖 溫控熱點是水玻璃窯爐熱工控制的關鍵之一。溫控設定值的原 則是要保證配合料熔化好.其溫度的下限值必須高于結石熔點。但過 高或溫度波動很大，勢必造成熱量過剩和燃料的浪費。因此，選擇能 真實反映玻璃液溫度熱點的測量點，合理地設定爐溫和減少爐溫波 動是節(jié)能的3要素。以小爐噴火口到空間擋火墻縱向長

15、度三分之二 處大碹中心線的碹頂為標準，將此處的溫度認為是窯內的最高溫度， 但此碹頂溫度并不能代表玻璃液的溫度，有時正好相反.曾經(jīng)遇到過， 由于進入窯爐的配合料中芒硝加多了，玻璃液面產(chǎn)生了泡沫隔熱層， 造成爐溫升高、玻璃液溫度卻降低。在檢測碹頂溫度的同時，還檢測了熔化池池 底和流渡洞的溫度，以便掌握玻璃液的實際溫度。不過，玻璃液的溫度變化很慢， 滯后大，調節(jié)作用不及時，就會使玻璃液溫度波動很大.所以一般以碹頂為標準， 并以此溫度的變化來調整助燃風和重油流量，實現(xiàn)熱點溫度控制，碹頂溫度的調節(jié)系統(tǒng)見圖1-4,就是采用碹頂溫度檢測，調整重油用量，實現(xiàn)窯爐溫度控制。這樣能 使各種干擾因素（如燃油壓力波動

16、、燃油熱值改變、燃油霧化程度變 化及窯壓異常等）反映到碹頂溫度時就迅速采取調節(jié)手段（改變助 燃風和重油流量）。1. 2. 2燃燒控制水玻璃窯爐熔化池的燃燒控制包括燃料油流量控制、最佳燃燒 控制。燃燒過程是燃料的氧化作用。為了充分燃燒，必須供給足夠的 二次空氣（助燃風）.如果空氣不足，就會造成不完全燃燒，導致窯爐 冒黑煙，不但污染了環(huán)境，還讓未燃燒的重油白白跑掉.如果空氣過 量，廢氣量增大，并從爐內排煙中帶走大量熱量。反而降低火焰溫度。 增加了重油消耗。所以說保證了合適的“風一油”比。也就保證了節(jié) 能。另外，在動態(tài)過程中，除了要做到燃燒的“風一油”比恒定。還要 讓燃燒的重油流量與助燃風流量實施交

17、叉限制控制。如圖1-5所示為保持爐溫恒定，煙囪不冒黑煙，當負荷增大、爐溫降低時，必須先加 大助燃風流量，后再加大重油流量；反之當負荷減小、爐溫增高時。 先減少重油流量，再減少助燃風流量。這種交叉限制控制，可以保證 在動態(tài)過程中，即使工作在低空氣過剩系數(shù)下，也不會產(chǎn)生燃燒不完 全，仍保持最佳燃燒控制，降低了能耗。1. 2. 3窯壓控制水玻璃窯爐窯壓控制是穩(wěn)定窯爐熟工制度必不可少的重要參量，窯壓波動會直接影響窯爐的火焰空間的燃燒狀況，會引起 實際燃燒的“風一油”比變化。窯壓低，吸進空氣，增加重油消耗， 這時過量空氣產(chǎn)生的煙氣會從爐內由排煙而帶走大量熱量。相反， 窯壓高會降低熔窯使用壽命，熱量從爐內

18、噴出，也損失了熱量。因 此，工藝要求窯壓控制在微正壓。目前采用對窯壓采用自動定值調節(jié)系統(tǒng)，通過合理整定調節(jié)器的 Pip參數(shù)，以達到精確控制窯壓的 目的，并在火焰換向期間調節(jié)器輸出鎖定其調節(jié)系統(tǒng)的方塊圖見圖 1-6,通過對窯爐實際窯壓的檢測，經(jīng)窯壓調節(jié)器來調整閘板開度， 實現(xiàn)對窯壓的實際控制.1. 2. 4玻璃液位控制圖1-6窯壓控制圖玻璃液位控制同樣是穩(wěn)定窯爐熱工制度的重要參量，液面的波 動將會直接影響熔窯熱工制度。由于加料機加料速度變化、加料倉 存料量的多少或出料量變化都會造成玻璃液面波動，會對熔窯燃燒 狀況和窯溫產(chǎn)生影響。目前采用人工手動控制加料機的開停，來控 制玻璃液位，液位控制波動較大.1. 2. 5火焰換向自動控制為了使熔