1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

一 课题背景

我国玻璃行业发展迅猛，早已成为世界第一玻璃生产大国玻璃行业的快速发展，自然促进了我国玻璃窑用耐火材料的发展和技术进步。我国玻璃窑用耐火材料的发展，将续围绕玻璃熔窑寿命、玻璃产品质量及成本、能源消耗及环保等方面进行，也就是说，玻璃窑用耐火材料所面临的主要问题是低温熔融方面的发展即随着玻璃熔窑富氧燃烧、全氧燃烧、无砷材料的熔融工艺以及电助熔等技术推广应用，将对耐火材料尤其是熔铸耐火材料提出史高的要求^[1] 。

二 玻璃窑炉

2.1 窑炉的定义

按照工艺或工艺过程的要求，能够满足用加热的方法，按照特定的温度制度，使原料经过一系列的物理化学变化变为产品的结构空间^[2] 。

2.2 窑炉的特性

窑炉是产品生产过程中一个不可缺少的设备；该设备具有聚集热量变为高温；该设备能满足原料文成一系列物理化学变化过程。窑炉是所有无机材料非金属材料产品形成的必备设备，也即：几乎所有的无机非金属材料产品都要经过高温制备而成 ^[3] 。

2.3 玻璃窑

玻璃是指由熔融物冷却硬化而得的非晶态固体物质，他有许多种类。在此所指的玻璃既不是单质玻璃也不是有机玻璃，而是指由无机非金属材料而制得的玻璃，即所称之为的无机玻璃，简称为玻璃。玻璃在无机非金属材料工业中属于一种比较特殊的制品。它的特殊性不仅表现在其物理化学性能上，而且还表现在它的生产工艺上^[4]。从传统的意义上来讲玻璃在由原料到玻璃制品的生产过程中，都要经过原料的制备、玻璃液熔制、玻璃产品的成型、玻璃制品的退火等几个阶段。经过这整个生产过程，玻璃原料在高温下经过一系列的物理化学反应而形成玻璃液，并且最后成为玻璃制品 ^[5] 。

2.4 玻璃窑的作用

玻璃窑的作用是：将玻璃配合料在窑内于一定的合理温度制度下熔融成液相，并将其均化、澄清，使其成为透明的液体，且保持其特征便于后期工序的要求 ^[6] 。

2.5 玻璃窑的分类

池窑分类（按所用热源）	火焰，电热，火焰-电热混合
按工作性质不同	连续式，间歇式
按烟气余热利用设备	蓄热室式窑，换热器式窑
按窑内火焰流动方向	横焰窑，马跳蹄焰窑，纵焰窑
按生产类型	平板玻璃窑，日用玻璃窑
按窑的生产能力	按生产能力	大型	150t/天
中型	50-150t/天
小型	50t以下/天
按熔化面积	大型	60t/㎡
中型	30-60t/㎡
小型	30t/㎡
对浮法玻璃	大型	500以上t/天
中型	300-500t/天
小型	300以下t/天[7]

三 玻璃窑炉中空气预热器分类及特点

空气预热器是用于锅炉系统热交换性能提升的一种设备。空气预热器的主要作用是将锅炉排出的烟气中的热量收集起来，并传导给进入锅炉前的空气。空气预热器有四个大类分别是板式空气预热器、回转式空气预热器和管式空气预热器 ^[8] 。

3.1 热管式空气预热器

热管是一种高效的传热元件，早在上世纪40年代热管的概念就已提出，直到60年代，由于宇宙航行的需要，热管才在宇航技术中得以应用。此后发展很快，70年代热管就已广泛应用于电子、机械、石油、化工等行业。从那时起，国内石油化工管式炉、锅炉上就开始使用热管式空气预热器来回收烟气余热，并迅速得到推广，到目前为止估计已有数百台在运行中。它与管式和回转式等其他空气预热器相比，具有体积小、质量轻、效率高、不易受低温露点腐蚀等优点，这也就是它被迅速推广和应用的原因 ^[9] 。

3.2 板式空气预热器

板式空气预热器的主要传热部件是薄钢板，多个薄钢板一起焊接成长方形的盒子。而后数个盒子拼成一组，板式空气预热器就由2到4个钢板焊接盒子组成。板式空气预热器工作时，烟气会流经盒子的外侧，而空气流经盒子的内侧通过钢板完成热传导^[10]。 板式空气预热器的结构松散而不紧凑，制造需要耗费大量的钢材，因此制造成本较高。板式空气预热器的盒子由焊接方式拼接，焊接工作量大且缝隙较多容易出现泄漏。板式空气预热器目前已经很少被使用 ^[11] 。

3.3 回转式空气预热器

回转式空气预热器是指内部设有旋转部件，通过旋转的作用在烟气和空气之间传导热能的一种空气预热器。回转式空气预热器还能够分为两个类别。也就是受热面旋转的转子回转式空气预热器和风道旋转的风道回转式空气预热器^[12]。 回转式空气预热器的优点是体积小、重量轻、结构紧凑，传热元件承受磨损的余量大。因此回转式空气预热器特别适合应用于大型锅炉。回转式空气预热器的缺点是内部的机构复杂消耗电力较大且漏风量较高 ^[13] 。

3.3 管式空气预热器

管式空气预热器的主要传热部件是薄壁钢管。管式空气预热器多呈立方形，钢管彼此之间垂直交错排列，两端焊接在上下管板上。管式空气预热器在管箱内装有中间管板，烟气顺着钢管上下通过预热器，空气则横向通过预热器完成热量传导^[14]。 管式空气预热器的优点是密封性好、传热效率高、易于制造和加工。因此多应用在电站锅炉和工业锅炉中。管式空气预热器的缺点是体积大、钢管内容易堵灰、不易于清理和烟气进口处容易磨损 ^[15] 。

四 关于玻璃窑中的热管式空气预热器

4.1 热管的工作原理和分类

热管是一根两端密封，内部抽真空并充有工质的管子。其一端(热端)被加热时，工质吸热蒸发并流向另一端(冷端)，在那里将热量释放给管外的冷介质而冷凝，冷凝液流回热端，再吸热蒸发，如此循环，完成热量传递。由于汽化潜热大，所以在极小的温差下就能把大量的热量从管子的一端传至另一端^[16] 。

图1 热管工作原理示意图^[17]

（a）重力式热管（热虹吸管）(b)毛细力热管（吸液芯热管）

热管种类繁多，可按工质回流原理，工作温度、形状或工质等来分类。按冷凝液回流原理来分主要有重力式(热虹吸式)热管和毛细力式(吸液芯式)热管两种。故名思义，重力式热管的冷凝液靠重力回流，因此只能垂直安装或倾斜安装，热端在下，冷端在上。毛细力式热管热端吸液芯中的工质吸热蒸发时，蒸发压力大于冷端，由此压差将蒸汽从蒸发段驱送至冷端，而冷凝液靠毛细压力送回蒸发段，以补充蒸发消耗了的工质。因此其安装位置不受限制，甚至可与重力式热管相反，即热端在上，冷端在下也照样运行 ^[18] 。图1表示了这两种热管的工作原理。此外，还有依靠静电体积力使工质回流的电流体动力热管；依靠磁体积力使工质回流的磁流体动力热管；依靠渗透膜两侧工质的浓度差进行渗透使工质回流的渗透热管；靠离心力分力回流的旋转式热管等等 ^[19] 。按工作温度可分为五类： (1)超低温热管，工作温度低于-200℃； (2)低温热管，工作温度-200─50℃；(3)常温热管，工作温度50─250℃； (4)中温热管，工作温度250─600℃； (5)高温热管，工作温度高于600℃。按热管形状分有管形、板形、室形、L形、可弯曲形等。此外还有径向热管和分体式热管。径向热管的内外层分别为加热段和冷却段，热量既可沿径向导出，也可由径向导入。分体式热管是将加热段和冷却段分开，工质在加热段蒸发产生的蒸汽汇集于联箱中，经蒸汽导管送至冷却段，在冷却段放热并冷凝成液体，再经液体导管回流到加热段。石油化工管式炉、锅炉上常按工质来分类，例如钢水热管，萘管等 ^[20] 。

4.2 热管的结构

典型的热管包括壳体、工质和吸液芯三部分。三者之间要达成最适宜的组合，常常会出现矛盾 ^[21] 。

4.2.1 壳体

壳体的作用是把工质和外界隔开。对其材料的主要要求是:

(1)与工质有良好的化学相容性，以避免产生不凝气和腐蚀，影响热管的传热性能。

(2)导热系数高。

(3)承压能力强，机械强度高，易于机加工。

(4)与工质有良好的浸润性。

(5)价格便宜 ^[22] 。

常用的壳体材料是碳钢和不锈钢，其次是铜、铝、镍等，也可采用玻璃、陶瓷等非金属材料 ^[23] 。

4.2.2 工质

工质是热管中携带热能的工作物质。它应满足下列要求:

(1)在要求的工作范围内能产生相变，并具有合适的饱和蒸汽压力。

(2)化学性能稳定并与壳体和吸液芯有良好的化学相容性。

(3)能浸润壳体与吸液芯。

(4)高导热系数、高汽化潜热和高密度。

(5)低粘度和高表面张力 ^[24] 。

五 关于余热回收

5.1综述

余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60% ^[25] 。

5.2 用途

余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好，其次是直接利用，再次是间接利用（如余热发电）。综合利用就是根据余热的品质，按照温度高低顺序不同按阶梯利用，品质高的可以用于生产工艺或余热发电；中等的（120度-160度）可以采用氨水吸收制冷设备来制取-30度到5度的冷量，用于空调或工业；低温的可以用来制热或利用吸收式热泵来提高热量的数量或温度供生产和生活使用 ^[26] 。

5.3余热回收设备

5.3.1 热管余热回收器

热管余热回收器即是利用热管的高效传热特性及其环境适应性制造的换热装置，主要应用于工业节能领域，可广泛回收存在于气态、液态、固态介质中的废弃热源 ^[27] 。按照流体和冷流体的状态，热管余热回收器可分为：气#8212;气式、气-汽式、气#8212;液式、液#8212;液式、液#8212;气式。按照回收器的结构形式可分为：整体式、分离式和组合式 ^[28] 。

5.3.2 间壁式换热器

换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛 ^[29] 。换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。常见间壁式换热器如：冷却塔(或称冷水塔) 、气体洗涤塔(或称洗涤塔) 、喷射式热交换器 、混合式冷凝器 ^[30] 。

六、总结

玻璃窑空气预热器将作为一种新型节能高效的预热器被广泛的运用。绿色化、全球化和高技术渗透这三大潮流, 深刻影响着玻璃工业和耐火材料行业的发展。全氧燃烧玻璃窑的上部结构可用熔铸 A, B2氧化铝砖或熔融再结合高纯镁铝尖晶石砖。特殊情况下, 可以试用低钙硅砖。使用石油焦时, 蓄热室是薄弱环节。为保证窑衬寿命, 要尽量使石油焦完全燃烧, 并减少 95镁砖的用量, 用 97镁砖和镁铬砖取而代之。我国尚不能批量制造熔铸格子砖。今后, 有关厂家应设法解决这一难题, 以满足玻璃工业节能减排的需求。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1、课题内容 2、原始设计参数 3、主要设计内容