硅酸钠熔窑小炉空气通道烧坍事故

引言（一）

    某化工公司新建一座生产硅酸钠产品的蓄热式马蹄熔窑，熔窑熔化部面积为50m2，单窑日出料量为100t固体硅酸钠，燃料为发生炉产热混合煤气。建成后由于烤窑期间煤气换向器、空气换向器多次发生故障致使升温时间长达400h。投料生产2天后，发生了小炉空气通道烧坍事故，导致全线停产，进行修炉，损失颇大。为总结经验教训，防止类似事故发生，有利于生产顺利进行，现将事故原因分析如下：

    导致小炉空气通道烧坍事故可能有三方面的原因，一是熔窑小炉结构设计不合理；二是耐火材料选择不当或质量不合格；三是操作、处理事故不当。现就小炉烧坍原因用排除法进行分析，作出判断。

经过及现象（二）

    事故发生时，操作人员首先发现小炉通道与预燃室之间的膨胀缝冒火，其认为是膨胀缝未填实，遂找来耐火泥准备修补时又发现空气通道顶碹下陷了一个坑，但未做处理，而去找有关人员汇报，待回来时，小炉空气通道已烧坍。烧坍面积约1m2，呈长椭圆形，硅砖已被烧熔，事故发生时助燃风机未开，烟道总闸板提升高度为400mm，熔窑近24h未换向，当时熔窑日产固体硅酸钠为50t。修炉时发现空气蓄热室上部十二层粘土砖被烧变形并有倒坍。
 
分析（三）

    1）小炉结构分析

    硅酸钠熔窑与玻璃池窑主要区别在于硅酸钠熔窑只有熔化部而无工作部。小炉是熔窑的燃烧设备，主要由空气通道、煤气通道、小炉舌头、预燃室和喷火口五部分组成。该小炉为“小夹角”式。小炉尺寸的设计决定着熔化部火焰的刚性、方向、覆盖面积、预燃室内煤气的预燃程度、熔窑的效率和寿命。应特别指出的是与烧坏原因有关的小炉设计参数有两个：（1）喷火口的宽度过宽及小炉间距过小，不但会使操作不便，更重要的是会使池炉火焰过早转向而走短路，使熔化部温度分布不合理，造成炉温下降及火焰烧坏小炉和蓄热室等一系列问题。（2）预燃室是发生炉煤气与助燃空气混合预燃的空间，一般是指小炉舌头末端到喷火口的距离，其大小关系到预燃量及火焰的好坏。小炉能否正常工作及烧坍与其热强度有关。熔窑小炉设计经验值与事故小炉设计尺寸的比较见表1。

    表1 小炉设计经验值与事故小炉设计尺寸比较

   

序号	结构参数	小炉设计尺寸经验值	事故小炉设计尺寸
一             二         三	喷火口 1.喷火口喷出速度（m/s） 2. 喷火口面积/熔化面积（%） 3. 喷火口宽度比 4. 喷火口碹升高 5.一只喷火口宽度/熔化池宽宽度（%） 小炉水平通道 1.空气水平通道气体流速（m/s） 2.煤气水平通道气体流速（m/s） 3.空气碹下倾角（℃） 4.煤气碹下倾角（℃） 预燃室 1.预燃室热强度（kJ/m3·h） 2.预燃程度（%）	12～20 1.6～2.2 1.5～2.0 1/8～1/10 25～30     5～7 6～8 16～24 0（个别为5）   837×104 30～40	15 2.08 1.82 1/10 28     6.4 8.88 21 0   1059×104 24.5

     由表1可见，事故小炉设计尺寸及参数中煤气水平通道气体流速略大，煤气预燃程度偏低，但均不会引起本次事故，其它尺寸及参数基本在小炉设计经验值所列范围以内。因此，可以判断小炉空气通道烧坍事故不是因为小炉设计问题所致。

    2）耐火材料的选择及质量

    耐火材料的合理选择及质量，是保证熔窑正常运行的一个重要因素。应根据各种耐火材料的性能，结合熔窑各部位的具体情况，本着因地制宜、就地取材、经济合理的原则正确选用。

    事故小炉炉墙和碹均采用硅砖，喷火口采用熔铸锆刚玉砖，水平通道为粘土砖，舌头根部为硅砖，舌尖部为熔铸锆刚玉砖。硅砖理化指标符合（YB/T147-1998）BG-96A标准，熔铸锆刚玉砖理化指标符合JC493-1992（96）AZS-33Y标准，粘土砖理化指标符合JC422-91标准。

    空气蓄热室实际所用的粘土耐火砖的密度略小于设计用砖密度，但不会导致此事故的发生，小炉所用耐火材料的选择及质量指标均满足小炉用砖要求。因此也可以排除由于耐火材料及质量引起事故的因素。

    3）操作及事故处理分析

    从小炉烧坍的位置及硅砖烧熔的现象，可以肯定混合煤气的燃烧已退到空气蓄热室空气进入的通道内，空气通道内的燃烧与熔化部的燃烧不同之处在于，熔化部的燃烧产生的热量大部分传给了原料——硅砂及纯碱，进行熔融反应，因而温度不会急剧增加。而空气通道内的燃烧产生的燃烧热被带走的热量相对熔化部带走的热量要少得多，因此很快使燃烧处的局部温度过高，达到1690℃以上。硅砖从变形4%到变形终了（破坏）的温度范围很小，硅砖中液相量迅速增加，机械强度急剧下降，随之被烧熔而坍落。

    小炉是熔窑的燃烧设备，正常情况下燃烧过程应为混合煤气、空气先经过煤气、空气蓄热室被预热后，再经过煤气、空气通道，从小炉舌头进入预燃室，煤气、空气进行混合，预燃室内30%～40%的煤气预先燃烧，而后通过喷火口送入熔化部空间，形成有一定刚性和覆盖面积的稳定火焰。事故中燃烧火焰根部已经处于小炉空气通道位置，从燃烧理论上讲，火焰已经移至“喷嘴”内，发生了回火事故，原因是气体的喷出速度比火焰的传送速度小得多，一台煤气发生炉产生的混合煤气仅供一台熔窑使用，日产硅酸钠50t，生产为半负荷状态，为了保证炉温，烟道总闸板只提起400mm，是全部开启的1/3，靠自然通风，空气量很小，混合煤气倒入空气通道以致空气蓄热室上部燃烧，造成空气通道碹顶烧穿，空气蓄热室上部粘土砖烧变形而坍塌。

    操作人员近24h未换向，明显违反了操作规程，同时对事故处理不当也是事故扩大的原因之一。当班的操作人员发现空气通道与预燃室膨胀冒火，没有考虑到此处不应有火焰，而且是事故的初起，更没有采取开助燃风机机械送风或增大烟道闸板提升高度、甚至紧急停车等措施，待见到空气碹坍陷了时仍去找有关人员，使事故进一步扩大，致使碹烧熔、烧穿，全线停产。

结论（四）

    本网据“化工安全与环境”报道：由以上分析可知，事故熔窑的小炉结构参数与设计参数经验值基本相符，砌筑耐火材料选择基本合理，材料质量符合有关标准，事故的发生可以排除结构和材料的原因。因此基本可以确定，事故的产生是由于操作调节不当，现场事故判断有误，处理不果断造成的。需吸取的教训是，对新投产的熔窑应根据负荷及时调节温度、压力、投料量等，密切观察熔化部内火焰燃烧情况；还应加强对工人的技术培训，提高操作人员的技术素质，及时发现事故隐患；一旦发现事故应及时作出正确判断，并采取可行的措施，将事故消灭在萌芽状态，防止重大事故的发生。