浮法玻璃炉设计与运行控制

浮法玻璃炉设计与运行控制摘要文章从浮法玻璃窑炉的热量体系分析入手,总结了玻璃窑炉节能设计中所采取的一些技术措施以及需要注意的一些问题，简单介绍了窑炉运行控制时需要注意的关键步骤和注意事项。

关键词设计节能运行控制浮法玻璃由于世界能源短缺,导致能源价格逐步上涨,燃料成本在玻璃生产成本中所占比例随之越来越大。

玻璃工厂中绝大部分燃料消耗在窑炉中,以用于玻璃液的熔化,因此,降低玻璃窑炉热耗,对降低生产成本,缓解能源短缺具有重大意义。

本文根据笔者的经验以及对玻璃窑炉的理解,着重探讨浮法玻璃窑炉设计方面的节能措施，简单介绍了窑炉运行控制时需要注意的关键步骤和注意事项。

1 浮法玻璃窑炉的热平衡体我们知道,玻璃窑炉可以作为一个热平衡体系,体系中包括相互平衡的输入体系的热量和输出体系的热量。

根据能量守恒定律,两者之间是相互平衡的。

为准确分析浮法玻璃窑炉的热能利用情况,可以将窑炉本体、小炉及蓄热室纳入体系之中。

在玻璃窑炉热平衡体系中,输入体系的热量包括:通过喷嘴入口带入的燃料潜热和助燃物(空气、氧气)显热以及电能输入热(电极处);输出体系的热量包括:窑体表面散热,燃烧废气排出热,冷却风、水带走热,窑体孔口、缝隙带走热以及玻璃液离开窑炉带走热。

输入体系的热量根据功能分为两部分:一部分用于满足玻璃液的熔化、澄清、均化、冷却直至成型所必须的热量,可称之为有用热量;另一部分是理论上不需要,而实际中又必须发生的热量,可称之为无效热量,它们体现在输出体系的热量中,包括:窑体表面散热,燃烧废气排出热和窑体孔口、缝隙带走热。

2 浮法玻璃窑炉的节能设通过上述热量体系的分析,降低窑炉热耗的基本途径有2个:一是尽可能提高输入体系的热量的使用效率;一是在满足工艺要求的前提下尽可能降低无效热量的输出。

玻璃窑炉的节能设计只有紧紧围绕着这两个方面,采取科学合理的技术措施,才能达到节能降耗的目的。

同时,必须牢牢记住,节能设计在窑炉设计中永远是以满足生产的工艺要求为前提的,节能设计不能以降低玻璃质量作为代价,这样的节能设计是得不偿失的。

下面具体分析浮法玻璃窑炉节能设计中可以采取的一些技术措施。

2.1 尽可能提高输入体系的热量的使用效率1)提高燃料燃烧热的使用效率提高燃料燃烧热的使用效率包括2个方面:提高燃料的燃烧效率;提高燃烧火焰与玻璃液间的传热效率。

2)提高燃料的燃烧效率和火焰的传热效率的技术措施:(1)根据不同的燃料种类,采用先进高效的燃烧装置,提高燃料燃烧效率。

对于燃烧重油的窑炉,设计时选用雾化效果好、火焰调节方便的喷嘴,提高重油的燃烧速度和燃烧完全度。

对于燃烧天然气的窑炉,设计时选用火焰调节方便,尤其是具有自增碳效果的喷嘴,保证火焰的刚性及其灵活的长度调节,特别是自增碳效果可以大幅提高天然气火焰的辐射效果。

(2)根据不同的燃料种类,科学合理设计小炉结构。

对于燃烧重油的窑炉,由于重油的燃烧效果好、火焰辐射效率高,可采用多种小炉结构形式,如底烧、底插、侧烧、顶插式的燃烧方式。

设计中必须根据窑炉的规模大小及窑池宽度的大小,确定合适的小炉尺寸,重要的一点是要合理地设计小炉口的宽度及面积的大小,保证一定的的火焰覆盖面和火焰喷出速度,组织合理的燃烧。

对于燃烧天然气的窑炉,宜采用利于天然气增碳效果的燃烧方式,以得到辐射性能好的火焰。

天然气中甲烷的裂解有2个条件:缺氧和温度(1130~1180e效果最好),相比较而言,笔者认为底烧能更好地满足这2个条件;同时需增加天然气小炉炉口的高度,保证天然气火焰具有一定的厚度以弥补火焰黑度的不足。

对于燃烧煤气的窑炉,根据煤气的燃烧特点,结合影响煤气燃烧效果的因素:空气煤气流的相交角度、空气煤气混合室的长度、空气煤气流的相对速度、空气煤气层的厚度等设计燃煤气小炉的结构。

煤气小炉口宜采用扁平式结构,尽量减小火焰与玻璃液面的距离和增加火焰的覆盖面积。

(3)合理设计窑炉的上部结构。

燃烧的火焰将热量传给玻璃液的方式有2种途径:一是火焰直接辐射给玻璃液;一是间接通过窑炉碹顶给玻璃液加热。

合理的上部结构设计可以更好地提高火焰的传热效率。

措施包括:不同种类的燃料设计不同的火焰空间热负荷。

一般高热值燃料的窑炉火焰空间要高一些,低热值燃料的窑炉火焰空间要低一些。

采用蜂窝状的大碹结构。

可以增大大碹表面的辐射面积和表面黑度,强化大碹对玻璃液的辐射效率;采用蜂窝状碹砖设计对碹砖制作的外观尺寸及安装的砌筑质量要求非常高,否则极易影响窑炉大碹的使用寿命,得不偿失。

(4)科学设计窑炉蓄热室结构提高蓄热室的换热效率,提高助燃空气的预热温度至1300e以上,进而提高燃料燃烧速度和燃烧的火焰温度,增加火焰的辐射效果。

措施包括:设计合理的格子体的高度,使得气流具有一定的行程,气流能够有足够的时间与格子体充分换热。

采用换热效果良好的烧结筒型砖和十字电熔砖格子体,增加有效蓄热面积。

(5)设计等宽或准等宽投料池结构。

等宽或准等宽投料池结构配合使用大型毯式投料机,可以实现配合料的薄层投料,减少料层厚度,更有效地吸收火焰辐射,提高配合料的熔化速度。

(6)设计池底鼓泡装置。

采用池底鼓泡装置,有效地控制、强化和改善熔化池内的玻璃液对流体系,增强窑炉内玻璃液的对流,增强炉内各物料间的热交换及物理化学反应,加快玻璃液的上、下层热交换过程,达到减少燃料消耗的目的。

(7)设计0#氧枪由于氧气助燃燃烧火焰温度高,0#氧枪的使用加速了玻璃配合料的熔化过程,同时也减少废气的排放,具有一定的节能效果。

2)减少窑炉熔化部的热量消耗在满足生产工艺要求的前提下,尽量减少窑炉熔化部的热量消耗,也是节能降耗的一个有效途径。

(1)熔化部浅池结构熔化部采用浅池结构设计,减少窑炉中玻璃液的容量,降低为维持窑内玻璃液的工艺温度制度而产生的热量消耗。

(2)台阶式池底台阶式池底的结构设计,可以减少熔化好的玻璃液从冷却部往熔化部的回流,降低二次加热所需的热量消耗,降低燃料的供给。

2.2 尽可能减少无效热量的输出对于浮法玻璃窑炉而言,玻璃液带出热只占热量的1/3左右,大部分热量都通过废气、窑体散热而带出窑外。

窑炉的节能设计必须充分重视这部分热量损失,达到节能的目的。

1)减少进入冷却部的玻璃液量(1)窄长卡脖、深层水包结构设计长宽比较大的卡脖,一是可以减少冷却部玻璃液向熔化部的回流,减少重新加热回流玻璃液的热耗;一是可以加大流经卡脖的玻璃液的温降,减轻冷却部的负担。

配合使用深层水包,可以进一步减少冷却部的面积,使冷却部的设计经济合理。

(2)采用台阶、浅池结构在卡脖处抬高池底,采用较浅的冷却部池深设计,可以减小冷却部的玻璃液容量,降低冷却部的散热损失。

需要注意的是,池底的抬高需要相应的工艺操作与之适应,同时根据研究抬高池底对玻璃液的澄清有一定的影响,所以采用抬高池底的设计,必须以满足玻璃质量为前提,设计中要权衡利弊,不能为了节能而降低玻璃质量。

2)设计窑体保温窑体表面散热几乎占输入总热量的1/3,近年来随着耐火材料、保温材料的发展,窑炉保温设计技术也得到很大的提高,节能效果非常明显。

如碹顶经保温后表面温度可控制在80e以下,散热损失减少90%以上,保温窑炉从保温中可节能达20%~40%甚至更高。

窑炉保温层是多层、多种材料的组合体,设计时应该作为一个整体来对待。

设计中使用的保温材料必须满足一定的条件:保温性能好、能耐一定温度、有一定耐压强度、有好的体积稳定性和化学稳定性、施工简便。

保温设计时,一定要注意各层保温材料的实际温度不能超过其使用温度,否则,会引起保温材料的烧蚀、粉化、蠕变、起鼓等等现象,降低或起不到保温的作用。

保温设计中除保温层外,一般都都应该考虑密封层和防护层。

它们既可以延长保温层的寿命,又可以增加保温效果。

浮法玻璃炉的运行控制液面控制玻璃液面高低变化，不仅影响熔化作业的正常进行，还直接影响成型工艺的稳定，同时液面波动过大会加剧熔窑池壁耐火材料的侵蚀。

液面控制的稳定性直接关系着生产的正常进行。

生产中对液面控制应注意以下几方面的问题：1、投料处于自动控制时，要随时注意自控信号灯和运行情况，保持液面镜测量系统对投料机自控状态的灵敏性和准确性，随时跟踪投料运行速度频率，保证液面稳定。

2、液面自控失灵立即改为手动投料，计算机手动控制投料机速度频率，并及时向熔化工报告，同时找仪表工修理，修复后改为自控投料。

投料机手动控制时，用液面钩子测量液面高度，每小时不少于4次，并观察料堆、泡界线情况，保证液面稳定。

窑压及其控制一、窑压自动控制基本原理池窑燃烧用的空气，通过鼓风机管道、送入交换闸板前，经支烟道、蓄热室、小炉，在喷火口处和油枪喷出的雾化油混合燃烧；燃烧后的高温烟气，经另一侧的蓄热室、烟道、集尘设备、余热锅炉经烟囱排放到大气中，形成平衡。

窑压是熔窑内压力与大气压差。

生产中窑压一般是通过差压变送器来测量的，取压的部位为窑炉澄清部胸墙两侧。

差压变送器检测到窑炉相对于大气的压力，将信号通过计算机的模拟量输入通道进入计算机，经工程单位转换，计算机将压力测量值与压力设定值进行比较，通过偏差PID控制算法计算出输出值，再通过计算机的模拟量输出通道，将控制信号输出给现场的电/气阀门定位器，阀门定位器将接受到的电信号转换成气信号，通过气动执行机构来推动烟道旋转闸板动作，改变闸板开度，进而改变窑内压力，是压力跟踪设定值，从而达到保证窑压稳定的目的。

工艺压力设定值↓取压管→变送气→输入模块→PID控制→输出模块→执行机构→调节闸板窑压测量及调节系统图二、浮法窑炉对窑压的要求浮法玻璃生产对窑炉内的压力要求是相当严格的，要求窑内压力控制为微正压，且保持稳定。

窑炉压力过高将对窑炉温度制度带来负面影响，而且对窑体侵蚀危害严重，甚至出现旋滴，影响产品质量，降低窑炉使用寿命。

窑炉压力过低，造成窑内温度低，相应增加了燃油的消耗量，同时影响玻璃质量。

窑压的波动不仅影响窑内温度制度的稳定，同时对流道温度产生相当大的影响，使流道温度波动，影响玻璃液的流量，使成型板宽难以控制，易造成拉边机脱边、沾边等生产事故。

故稳定窑压，既可保证熔窑温度制度的稳定，提高玻璃液澄清与均化质量，又可为成型提供良好的条件。

三、窑压对熔窑和熔化的影响池窑燃烧用的空气，通过鼓风机管道、送入交换闸板前，经支烟道、蓄热室、小炉，在喷火口处油枪喷出的物化油混合燃烧；燃烧后的高温烟气，经另一侧的蓄热室、烟道、集尘设备、余热锅炉经烟窗排放到大气中，形成平衡。

窑压过大，不仅会增加热损失，还会加剧窑体的侵蚀，而且影响燃料在窑内的充分燃烧，破坏窑内的气氛性质。

窑压过大还会影响玻璃液的澄清和均化，使气泡及气体夹杂物不能顺利排除，影响产品质量。

故生产过程中窑压基本控制在4—15pa。

熔窑的取压点通常在熔化部末端大旋顶上或澄清部的胸墙上，不同位置的基准点不同。