玻璃窑炉节能途径

发布时间：2015-04-13 11:05:17    点击量：   玻璃的能源主要用于三个方面：玻璃的熔化能，能源的利用率和窑墙的外部散热及产品、排出物带出的热量，而窑墙自身的蓄热和玻璃自身的蓄热，由于在生产过程中相对稳定，可调节的程度极小，可以忽略。


　　而最近几年，玻璃电熔技术在我国取得了飞快的发展，其电熔炉生产线达数百条；而全氧燃烧技术日趋成熟，国内已经有多条生产线采用了该项技术，效果显著，秦皇岛港盛玻璃窑炉热修来分析玻璃窑炉节能途径

　　1、降低玻璃熔化的能量

　　1.1降低熔化温度

　　熔化温度是指在玻璃粘度为10～100泊时的温度，一般由玻璃配方中化学组分决定。但由于在生产现场粘度的不可测量，实际的熔化温度都是有经验估计而定，而提高温度有利于玻璃的快速熔化和澄清，因而实际很多的玻璃厂家熔化温度相对偏高，因而，选择合适的熔化温度非常重要，因为高温阶段温度的升高需要更大的能量输入。

　　1.1.1优化原料
　　玻璃制品的导热系数很低，通过提高玻璃的透热性来提高热效率。玻璃熔窑池深方向的温度梯度就小，深层玻璃液的温度就高。这样，不仅可以降低火焰温度，节约燃料，还能提高玻璃液的均匀性。影响玻璃透热性的主要因素是玻璃内含铁总量，尤其是FeO的含量。玻璃中氧化铁含量，世界先进水平控制在0.1％以下，而我国大多数企业在0.15％～0.18％。同时，含铁量低，玻璃透明度高，质量好。
改变配合料的入窑形态。我们一直沿用散料（体积密度1.2～1.3g／cm3，气孔率40％～50％）入窑，导热系数小（0.273w／m.K），熔化慢，粉料飞散，还会改变玻璃成份，降低玻璃质量。通过粒化和压实等方法，将散状粉料进行密实化处理（体积密度达1.9～2.2g／cm3以上、气孔率8％以下），导热系数大大增加（0.43～0.49w／m.K），配合料传热快，易于熔化，不仅降低能耗，而且还能提高玻璃的产量和质量，延长熔窑寿命。

　　1.1.2提高气泡率
　　气泡率是指玻璃配合料中生成的气体占配料的重量比。玻璃气体率的提高有利于玻璃液的澄清和均化，也有利于热量的传递，但过量的气体率不仅增加了化学反应能，而且还增加了废气量，增加了能耗。一般来说10～15％的气体率比较适中。并根据玻璃料的熔化难易选择高低值。

　　1.2缩短熔化澄清时间
　　玻璃的澄清和均化很重要，它是降低玻璃气泡缺陷和条纹缺陷的主要过程。玻璃的澄清和均化主要在熔化池完成，而料道对玻璃的最终均化有决定性作用，一般来说，料道越长均化越好，但过长的料道会提高热量的散失。

　　1.2.1气体率的影响
　　气体率通过气体的引入，提高玻璃液搅动。

　　1.2.2鼓泡技术
　　通过窑底鼓入气体，来改善玻璃液的澄清和均化。气泡的鼓入，不仅可以改善玻璃液的流动，增加玻璃热量对流和传导，促使表面层的玻璃液与深层玻璃液之间的热交换增强，相应地提高了熔化能力并节约燃料，同时玻璃液的强对流，使得

　　各部分成分快速均化，减少玻璃液的条纹；此外，玻璃液中的小气泡由于玻璃液的饱和蒸汽压和玻璃液压强的作用很难快速排除，而鼓入的大气泡能吸收玻璃液中的小气泡共同快速排出。
　　由于用于鼓泡的气体量很小，几乎不提高废气量和带走余热。

　　1.2.3搅拌和窑坎的应用
　　搅拌目的是为了减少玻璃液的温差，消除条纹以及因原料分层所引起的玻璃液组分不一致。事实上仅靠熔池内玻璃均化就必须采取机械搅拌的方法。机械搅拌不仅消除已澄清玻璃液的分层，还增加扩散面，消除因浓度微差所引起的条纹；消除温差相对流所引起的条纹；消除因玻璃组分挥发所引起的条纹；

　　1.3增加碎玻璃含量
　　碎玻璃属于熟料，在使用中不需要再消耗各种化学反应的热量，因而能降低能量消耗，大大降低了玻璃熔化能量。但由于碎玻璃的引入，减少了玻璃的气体率，使得玻璃难以澄清，而碎玻璃的成分控制较难，因而一般玻璃配合料中碎玻璃的比例仅为10～30％。而深圳某玻璃公司采用新型配方和澄清剂，使得碎玻璃的比例达到90～100％，大大降低了熔化能量，减少了产品成本，提升了产品竞争力。

　　在玻璃配合料中，因根据玻璃料种的不同来决定不同的碎玻璃量。由于碎玻璃的成分难于控制，其杂质成分存在两次沉淀，因而对玻璃的性能有一定影响，特别是一些高要求高质量玻璃。

　　2、提高能量利用率

　　2.1燃料的选择
　　炉用燃料的选择对组织炉内火焰的合理、稳定、高效燃烧起着决定性的作用，所以应根据加热工艺要求、燃料资源和火焰炉的种类，选择合适的燃料。火焰炉的最佳燃料是气体燃料，特别是高热值的天然气、戊烷合成气、混合煤气等，其次是液体燃料，再其次是烧煤。

　　无论新建火焰炉，还是改造原有火焰炉，首先根据加热工艺要求、燃料资源和所建火焰炉的种类，选择合适的燃料。燃料选择应该优先选用燃油，因为油、气和煤的燃耗比是0.61︰0.95︰1.00，可见燃油较燃气和燃煤节能。当然，油、气要比煤好用得多，只有当不能用油和气时才用煤作燃料。
　　选择燃料也要根据当地的实际情况，因地制订，充分利用地域优势。

      2.2提高燃烧效率
　　在火焰炉中，提高燃烧效率是至关重要的，决定了产品的质量，而火焰炉的平均热效率只有20％～30％，炉窑单位能耗及运行热效率与国际平均水平差距很大，因此，提高火焰炉的燃烧效率和热效率对于玻璃行业节能、降低成本、增加市场力和提高窑炉寿命的意义是非常重大的。

      窑炉在最佳的状态下，窑炉最佳热效率下，其离窑烟气带走热损失与不完全燃烧热损失之和最小，其实质是此条件下提高了燃料的有效热。增加过剩空气量将减少化学不完全燃烧热损失而提高燃烧效率，但此时烟气带走热损失将增加，并使燃烧温度与火焰辐射率有所降低，将影响玻璃的熔化质量。因此，为寻求最佳的热效率，必须使烟气离窑带走热损失与不完全燃烧热损失两者之和达到最小。其实质是控制适当的空气过剩系数，使其完全燃烧，或满足气氛要求而不过份地增加烟气带走的热损失。

      此外，采用高效节能的燃烧器也很重要，通过预混和雾化等结构，使燃料和空气混合均匀，燃烧充分，提高燃烧效率。

      2.3合理的窑炉结构

      常用的窑炉结构有蓄热式和换热式，其适应不同大小和玻璃料种的熔化窑炉，要根据实际情况来进行选择。
　　玻璃窑炉内衬的蓄热和散热，一般占炉子总能耗的20％～45％，选用节能型的耐火材料可减少炉体的蓄热和散热损失，提高热效率。筑炉材料的发展趋向是“两高一轻”，即高温、高强、轻质。

      3、减少热量损耗

       3.1加强保温
　　对窑炉进行保温，减少热量散失。池窑保温是增加池窑热效率、提高熔化率、节约燃料的主要措施之一。加强保温，不仅能够大大降低窑体对外界的散热，以便更好的保持窑内温度制度的稳定性和控制生产工艺，而且有利于提高玻璃液本身的实际温度，提高溶化率，提高玻璃质量和降低能耗。加强窑体保温，一般可提高融化温度20～30℃。

      窑体采用保温措施时，必须考虑窑炉不同部分的不同特点，采用不同的保温措施及不同的耐火材料和保温材料，做到“关键部位用优质，次要部位用一般”，不但加强了保温，也节省了材料费用，降低玻璃成本。

      3.2减少废气的排除
　   空气中含有79％的氮气，在整个燃烧过程，不仅由于显热的提高而带走大量的热量，同时在高温下N2会反应生产氮化物，对大气进行污染。这部分热量约占整个窑炉散热的30％。

      废气主要由配合料的挥发，气体率和燃料的生成气体和空气中氮气。前两个因素由配合料品种决定，难以调整，燃料应尽量选用低生成气体高热量的热源，而对于空气中的氮气，一般只有采用富氧空气来减少，其成本较高。

       3.3废气回收利用
　　火焰炉出炉烟气温度较高，排烟损失对炉窑热效率影响最大，烟气余热随炉温变化，约占总供给热的30％～70％不等，充分回收余热，节约燃料，是炉子节能的重要途径。一般都回收来预热助燃空气，助燃空气温度每提高100℃，可节约燃料5％，因此最大限度地回收烟气余热是火焰炉节能发展的主要方向。

      在空气助燃的燃烧过程中，近80％的不助燃氮气吸收了大量的热量，从废气中排掉，不仅带走了大量的热量，同时生成氮氧化物，污染了环境，在环保和节能已经成为时代主题的趋势下，对玻璃行业的发展是非常不利的。

      4、新技术的发展应用

      4.1电熔技术的发展
　　电熔技术在国外发展较早，在国内最初在80年代开始引进，但近几年在国内得到了迅速发展。电的使用在提高能源利用率有非常好的效果，由于电加热是利用玻璃自身的电阻产生的热量，因而不存在传热过程的热损失，而且热量直接在玻璃内部产生，因而窑炉的炉墙温度相对较低，因而散热也相对降低。

      同时玻璃电熔技术不产生废气和废水，是真正的节能环保技术，也是国家科技部指定的科技成果重点推广项目。
　　目前国内的电熔技术发展很快，几乎可以运用于日产0.5～40吨规模的所有玻璃种类。其根据产品的不同可以采用全电熔、电助熔及料道电加热。

      4.2全氧燃烧技术的发展
　　全氧燃烧，又叫纯氧燃烧，是指在燃料的燃烧过程中，利用氧气来代替空气进行助燃的燃烧。由于没有空气中的N2，因而在燃烧后形成的废气大大减少，废气也大大减少。因而近两年全氧燃烧获得快速发展。

      全氧燃烧热点有：节能降耗，降低氮化物排放，提高窑炉熔化率等。其节能效率约10％。
近几年，随着气体制备工艺的完善，全氧燃烧的成本正在逐渐下降，为了降低由于燃烧生成大量的水蒸气对耐火材料的影响，这几年在窑炉结构等方面做了改进。目前在国内常州等地有多家浮法玻璃生产线。

      4.3混熔技术的推广混熔技术，是指两种或以上能源共同熔化，且能量比例相近的技术。一般指气电混熔或油电混熔炉。该技术的应用，结合了火焰炉和电熔炉的优缺点，能广泛地应用于各种窑炉。

      4.4减压澄清技术
　　为了提高澄清效率，最大可能地消除灰泡缺陷，目前最新有采用减压澄清技术，通过降低空间的气体压强，利用其与灰泡内部气体的压力差，使得气泡迅速上升直到排除，从而提高澄清的速率和效率，并能降低澄清温度100～250℃。资料表明，通过减压澄清技术，玻璃中0.05～0.5mm的气泡个数从500～5000个／公斤玻璃降低到0.2个／公斤

      4.5新型加热源的开拓
　　利用新型加热源，如感应等离子加热产生强热气流熔化粉碎很细的配合料，在反应空间内，配合料迅速转化为液滴，并汇流成薄层，逐步流入工作池内，借助机械搅拌，来完成从熔化、澄清、均化、冷却成型的整个高效率熔化过程。从而有可能使玻璃熔窑的产量提高很多。

      5、结论

　　玻璃窑炉的节能途径还有其它很多途径，玻璃厂家应根据自身要求，进行有效整治，在提高窑炉热利用率的同时，降低废气和废水的污染，真正实现可持续发展的道路。

      玻璃电熔化及全氧燃烧等技术的推广应用，可以很好实现节能、环保减排的目的，在生产中几乎没有废气的产生，从而使企业能形成良性发展。
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