玻璃行业节能降耗的现实意义

玻璃工业热工设备课程
论文题目：
玻璃行业节能降耗的现实意义
院系建筑与材料工程系
专业工程管理
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2012 年 06 月 08 日
玻璃行业节能降耗的现实意义
专业工程管理学生XXX学号XXXXXXXX
摘要：本文介绍了玻璃工业节能技术的发展现状以及目前主要采取的节能措施，着重讲述了玻璃熔窑保温和全氧燃烧技术，并给与具体事例分析，用数据说明了采取这些节能措施所带来的经济效益。

关键词：玻璃熔窑；窑体保温；全氧燃烧；节能降耗
Abstract:This article describes the current development of the glass industry energy-saving technologies , as well as the main energy-saving measures taken , highlighted the plight of the glass melting furnace insulation and full oxygen combustion technology , and give specific examples of analysis , and data used to take these energy-saving measures brought to economic benefits .
Key words：glass melting furnace ; kiln insulation ; oxy-fuel ; energy saving
目录
1、前言 (3)
2、我国能源所面临的形势 (3)
3、玻璃窑能耗现状 (3)
4、节能措施 (4)
4.1 选用优质的耐火材料 (4)
4.2 强化窑体保温 (4)
4.3 减少流液洞中玻璃液回流 (4)
4.4 全氧燃烧 (4)
5、经济效益 (4)
5.1 窑体保温 (4)
5.1.1 窑体散热的相关热工公式 (4)
5.1.2 实例计算 (5)
5.1.2.1 窑体保温的基本数据 (5)
5.1.2.2 窑体散热量热工计算 (5)
5.2 全氧燃烧 (8)
5.2.1 热量与质量平衡方程的建立 (8)
5.2.2实例计算 (8)
5.2.2.1 浮法玻璃熔窑设计基本数据 (8)
5.2.2.2 熔窑热工计算 (9)
6.结语 (9)
1、前言
节能减排是玻璃行业建设和运营的重要内容，关系到玻璃行业的全面协调和持续发展。

而玻璃窑炉是玻璃工业能源消耗的关键热工设备，一般占全厂总能耗的80％左右，玻璃窑炉的节能降耗是整个玻璃工业的节能关键，搞好玻璃池窑的节能降耗是提高玻璃企业经济效益的有效手段。

当能源成为企业沉重负担因素时，就会使能耗高、成本高企业处于更加艰难的处境，生存和利润决定了企业对窑炉能耗的关注，也使得各种提高玻璃窑炉节能技术应用的更加普遍，其中窑体表面散热约占整个热能消耗的30％左右，因此强化窑体全保温并长期稳定保持窑炉密封保温效果是最直接最有效的措施之一。

玻璃企业的节能是一个长期任务，国内外技术人员积极进行研究，如优化窑炉结构设计、强化窑体保温、余热利用、减压澄清、富氧燃烧、全氧燃烧等。

2、我国能源所面临的形势
①资源总量和人均量不足。

②资源消耗增长速度惊人。

③对外资源依赖度持续升高。

④资源重复利用率低
⑤生态环境急剧恶化。

⑥资源利用率整体偏低。

3、玻璃窑能耗现状
玻璃熔窑在玻璃工厂中是消耗燃料最多的热工设备，一般，占全厂总能耗的70～85％左右，抓住了玻璃熔窑的节能，就抓住了玻璃厂的节能节能的核心。

可见玻璃熔窑节能是至关重要的。

从一个较先进的玻璃熔窑的热平衡测试可知，对于火焰窑来讲，玻璃熔窑的能耗主要是由三部分组成，(1)、把配合料熔制成玻璃液，对于钠钙硅玻璃而言，其耗热大约在600～750kcal／kg玻璃液左右；(2)、窑体散热，对于热效率在30％左右的玻璃熔窑来说，其耗热大约也在600～750kcal／kg玻璃液左右；(3)、从烟囱冒出的烟气带走的能耗，对于热效率在30％左右的玻璃熔窑来说，其耗热大约也在600～750kcal/ kg玻璃液左右。

从热平衡中得知，第—部分的能耗是必不可少的，第二、三部分能耗是浪费的，所以抓住了后两个部分的节能就抓住了玻璃熔窑的关键，就会取得事半功倍的结果，这就是玻璃熔窑节能的方向。

4、节能措施
4.1 选用优质的耐火材料
在玻璃工业中，耐火材料是窑炉设计的基础，因为在玻璃池窑上实施一系列技术措施，没有可供使用的优质耐火材料是难以实现的。

4.2 强化窑体保温
窑体的强化保温，就是尽量减少熔化玻璃时从窑体散失的热量。

窑炉只有采取强保温后，才能将窑体不保温散失的占输入热量30%左右的热量减少到6～9％左右。

玻璃窑炉的保温，不仅可使窑壁热阻增加，减少向外散热，并且能在相同的火焰温度下，提高玻璃窑内的玻璃液温度(30～50℃)，加速熔化过程，摄高熔化率，降低单位玻璃液的能耗。

保温还可增加窑体结构的严密性，减少通过胸墙、碹顶等不严密部位的热气溢散，以及通过小炉、蓄热室墙体缝隙吸入冷空气而造成的能耗损失。

只有对窑炉的池壁、胸墙、碹顶、小炉、蓄热室等部位进行全方位复合层次的保温，才是提高玻璃熔窑的热效率、节能三个最大的途径之一。

4.3 减少流液洞中玻璃液回流
流液洞中存在着回流，即会引起池窑能耗显著增加。

这是因为从工作池流向熔化池的冷玻璃液必须重新加温，使其达到熔化池澄清区的平均温度，以避免影响玻璃液的澄清。

4.4 全氧燃烧
随着制氧成本的降低，全氧燃烧将是玻璃行业节能减排的最佳选择，也是我国玻璃行业未来实现节能减排的最经济有效的措施。

全氧燃烧玻璃熔窑整个熔化部采用全氧燃烧，其优点是：
(1)改善燃烧效率，节能25～55％。

排放量降低达80％以上，粉尘排放量减少70～80％。

(2)污染减排显著：NO
X
(3)投资成本低，窑炉结构简单占地小，没有蓄热室及脱硝装置等。

(4)筑炉时间短，维修量少，窑炉寿命长。

5、经济效益
5.1 窑体保温
5.1.1 窑体散热的相关热工公式
依据《JC488-92玻璃池窑热平衡测定和计算方法》，对连续操作的玻璃熔窑，
通过窑体向外散失的热量，属于稳定热流，按传热学原理，这种散热可用下列公式进行计算：
)t -(t f ωα∑=q [kcal ∕(m ²·h)] ———⑴
其中q ——每平方米窑壁散热损失[kcal ∕(m ²·h)]
w
T ——窑壁外表面温度(℃) f
T ——周围空气的温度(℃)
α——比例系数，称对流辐射换热系数，[kcal ∕m ²·℃·h] 当周围空气为自由运动时，α值可以用下列公式计算：
f
f f t t T T t t A -10010054.4-4
4
4
ωωωωα⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫
⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑ ———⑵
其中ωA ——散热面位置系数：碹顶取3.26，小炉、胸墙取2.56
5.1.2 实例计算
5.1.2.1 窑体保温的基本数据
1）1000T/d 平板窑每天散发热量及保温措施
池窑各部位的表面温度
类别 项目 表面积（m 2） 无保温
池窑(0C) 保温材料(mm)
有保温
池窑(0C) 保温砖 硅酸铝板 硅钙板 保温涂料 碹顶 400 350 2330 100 - 50 80 小炉 250 250 - - 100 80 80 胸墙 100 400 - - 100 80 80 蓄热室
500
150
-
-
-
60
50
注：上述温度均为平均温度。

2）每种材料现实价格如下：
保温砖：1000元/m3 ； 硅酸铝板材：950元/m3 ； 硅酸钙板：1400元/m3 ； 保温材料：1800元/m3 ；
按市场价格预估，各种材料安装过程的施工费为300元/m3。

煤的价格为1200元/吨。

标煤发热量为Q 煤=7000Kcal/kg 。

5.1.2.2 窑体散热量热工计算
采取保温措施前，周围环境温度500C ： 1）根据公式（2）计算得：
碹顶：
50-3501002735010027335054.450-35026.34
441⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⎪
⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛++
⨯=α=34.71
小炉：
50-2501002735010027325054.450-25056.24
4
4
2⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡⎪
⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛++
⨯=α=24.14
胸墙：50-4001002735010027340054.450-40056.24
4
43⎥
⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛++
⨯=α=36.28
蓄热室：=4
α18 kcal ∕(m ²·℃·h ）
2）根据公式（1）计算得： 碹顶：)t -(t f 11ωα=q =34.71×(350-50)=10413 kcal ∕(m ²·h) 小炉：)t -(t f 22ωα=q =24.14×(250-50)=4828 kcal ∕(m ²·h) 胸墙：
)t -(t f 33ωα=q =36.28×(400-50)=12698 kcal ∕(m ²·h) 蓄热室：
)t -(t f 44ωα=q =18×(150-50)=1800 kcal ∕(m ²·h)
每天窑体散热损失：
()2444332211⨯+++=F q F q F q F q Q =(10413×
400+4828×250+12698×100+1800×500)×24=181008000 kcal
每天消耗标煤M=Q/Q 煤=181008000 /7000=25828.29 kg 采取保温措施后，周围环境温度250C ： 1）根据公式（2）计算得：
碹顶：25-80100273251002738054.425-8026.34
441⎥
⎦⎤
⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛++
⨯=α=15.18
小炉：25-80100273251002738054.425-8056.24
442⎥
⎦⎤
⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛++
⨯=α=13.27
胸墙：25-80100273251002738054.425-8056.24
443⎥
⎦⎤
⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛++
⨯=α=13.27
蓄热室：=4α11.5 kcal ∕(m ²·℃·h ）
2）根据公式（1）计算得： 碹顶：)t -(t f 11ωα=q =15.18×(80-25)=834.9 kcal ∕(m ²·h) 小炉：)t -(t f 22ωα=q =13.27×(80-25)=729.85 kcal ∕(m ²·h) 胸墙：
)t -(t f 33ωα=q =13.27×(80-25)=729.85 kcal ∕(m ²·h)
蓄热室：
)t -(t f 44ωα=q =11.5×(50-25)=287.5 kcal ∕(m ²·h)
每天窑体散热损失：
()24
44332211⨯+++='F q F q F q F q Q =(834.9×400+729.85×
250+729.85×100+287.5×500)×24=17595780 kcal
每天消耗标煤M=Q ´/Q 煤= 17595780/7000=2513.68 kg
某玻璃池窑外保温前后的效果对比 保温部位 表面积/㎡ 表面温度/℃ 散热损失/kW 保温前 保温后 保温前 保温后 碹顶 400 350 80 10413 834.9 胸墙 250 250 80 4828 729.85 小炉 100 400 80 12698 729.85 蓄热室 500 150 50 1800 287.5 合计
4850
注：表中所列温度均为平均温度，散热损失为近似计算值。

①保温前后节省能量如下：
Q=（181008000-17595780）=163412220 kcal
②保温后每天节省的标煤M=25828.29-2513.68=23314.61 kg
每年节省的标煤=23314.61×365=8509832.65 kg=8509.83 吨 ③保温后每天减排CO2量M(CO2)=8509.83×2.62=22295.75 吨
④每年在煤上节省的钱为：22295.75×1200=26754900 元=2675.5 万元 ⑤每年保温改造投入费用：
碹顶：0.23×400×1000+0.1×400×950+0.05×400×1800=166000 元 小炉：0.1×250×1400+0.08×250×1800=71000 元 胸墙：0.1×100×1400+0.08×100×1800=28400 元 蓄热室：0.06×500×1800=5400元
施工费用：[400+400+（250+100）+（400+250+100+500）]×300=720000 元
合计：166000+71000+28400+5400+720000=990800元=99.08 万元 经济效益：2675.5-99.08=2576.42 万元
5.2 全氧燃烧
5.2.1 热量与质量平衡方程的建立
设计玻璃熔窑在确定窑制之后，需要进行全面的热量平衡和质量平衡的计算，以生产1kg 玻璃液为计算基准，列出热量收支平衡式如下。

全氧燃烧：7654321321Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q '+'+'+'+'+'+'=++ （1）
空气燃烧：
765
4321321q q q q q q q q q q '+'+'+'+'+'+'=++ （2）
在进行热平衡计算时·全氧燃烧与空气燃烧的熔制玻璃的耗热晕(1234Q '
和
1234q '）、窑体散热（5
Q '和5q '）及冷却水带走的热量(6Q '和7q ')分别相等。

表1 玻璃熔窑热量收支平衡表
收入热量
支出热量
全氧燃烧
空气燃烧
全氧燃烧
空气燃烧
天然气耗热（Q 1） 天然气物理热（Q 2） 助燃氧气物理热（Q 3） 天然气耗热（q 1） 天然气物理热（q 2）
助燃氧气物理热（q 3）
压缩空气物理热（q 4） 玻璃形成耗热(1Q '）
加热去气产物（2Q '）
加热燃烧产物（3Q '）
加热回流玻璃液（4Q '） 窑体散热（5
Q '）
冷却水带走的热量（6
Q '） 废气带走的热量（7Q '）
玻璃形成耗热（1q '） 加热去气产物（2q '） 加热燃烧产物（3q '） 加热回流玻璃液（4q '） 窑体散热（5q '）
（除6q '） 小炉口辐射热损失（6q '） 冷却水带走的热量（7q '） 废气带走的热量（8q '）
5.2.2实例计算
5.2.2.1 浮法玻璃熔窑设计基本数据
1)生产规模：每天熔化配合料量(包括碎玻璃)400吨。

2)窑型：空气助燃为全保温蓄热式燃天然气横火焰池窑，氧气助燃时为全保温燃天然气横火焰池窑。

3)碎玻璃数量：占全部粉料的20％。

4)配合料(不包括碎玻璃)水分：5％。

5)助燃空气预热温度：1050℃； 6)助燃氧气预热温度：25℃(93％O 2)。

7)空气过剩系数：空气燃烧时为1.18；全氧燃烧时为1.05。

8)排烟温度：空气燃烧时为450℃；全氧燃烧时为1200℃。

9)燃料：天然气。

5.2.2.2 熔窑热工计算
根据池窑基本数据，根据公式(1)和公式(2)分别进行空气燃烧与氧气燃烧的热工计算，计算结果分别列在表3及表4。

表3 玻璃熔窑计算结果
空气燃烧全氧燃烧日产量400 400 热耗（kJ/kg玻璃液）7466 6242
天然气单耗（nm3/kg玻璃液）2856 2388 热效率（%）36.3 45.5
黑度（ξ）0.186 0.451 从表3可知，对全氧燃烧熔窑计算得到生产每千克玻璃液热耗为6242kJ，天然气单耗为2388Nm3／kg玻璃液。

与空气燃烧相比，每天可节约6.45×106nm3天然气，节能达20％，热效率提高了近10％。

可见全氧燃烧节能非常明显，即使空气燃烧时蓄热式窑的空气预热温度达到1200℃，全氧燃烧时的热耗仍然比它小，因为在空气燃烧时，小炉口的辐射热损失在(10～l5)％，而全氧无小炉口辐射损失热量。

6.结语
随着我国经济的不断快速发展，对能源的依赖性越来越大，但能源利用率低的问题更加突出。

一方面世界能源日趋紧张，一方面建材工业能源消耗居高不下，能源利用率提高较慢。

对于玻璃工业来说，随着产能不断扩大，市场竞争日益加剧，如何减少消耗，降低成本，进一步提高企业的市场竞争力是一项长期艰巨的任务。

无论从熔窑热效率还是从单位能耗来说，我国玻璃工业的节能潜力都是很大的。

如何把各项节能的潜力挖掘出来，这是当前摆在我国玻璃工业面前的一项紧迫任务和重大课题。

以上各项节能的技术措施，在技术上是可行的，经济上是合理的，不仅可以节约大量能源，同时有助于提高玻璃产品的质量和产量，有助于降低成本，以期待得到明显的节能效果。

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