自然环境对玻璃窑炉的影响及对策

自然环境对玻璃窑炉的影响及对策
邵正助张玉忠
(河南安彩高科股份有限公司安阳市455000)
摘要玻璃窑炉是实现玻璃熔制过程连续进行的热工设备，是玻璃工厂的核心设备，窑炉稳定是优质高效生产的重要基 础之一。

影响玻璃窑炉的因素众多，自然环境是其中之一。

以安阳某玻璃公司为例，列举了对玻璃窑炉稳定性影响较明显 的部分环境因素，分析探讨了工厂设计和日常管理两个方面的对策措施。

关键词玻璃窑炉自然环境气温极端天气植被
中图分类号：TM924.13文献标识码：A文章编号：1003-1987(2017)11 -0037-05
Influence ofNatural Environment on Glass
Furnace and tThe Corresponding Countermeasures
SHAO Zhengxun,ZHANG Yuzhong
(Henan AncaiHI-TECHCo.，Ltd.，Anyang,455Q Q Q)
Abstract: Glass furnace is the thermal equipment for continuous glass-melting and the core equipment for glass production.The stability of the furnace is a important precondition for high quality and cost effective glass production.There are many factors affecting glass furnace and the natural environment is one of the factors.Some of the environment factors significantly affecting the stability of glass furnace were listed by taking a glass manufacturing company in Anyang as an example.The countermeasures were discussed and analyzed from both design of production line and daily operation.
Key Words: glass furnace,natural environment,atmospheric temperature,extreme weather,vegetation
〇引言
玻璃生产是高温下的动态平衡，平衡一旦被 打破，将会导致玻璃质量波动，因此稳定是熔制 的基础，对于整个系统提出了“原料稳、燃料 稳、熔化稳、成型稳”四大稳的要求，对于熔制 工艺控制提出了“温度稳、窑压稳、液面稳、泡 界线稳”四小稳的要求。

生产中影响窑炉稳定的 因素很多，周边自然环境因素是其中之一，这其 中又包括气温变化、雨、雪、风、雷等多个方面，它们或直接影响窑炉温度，或影响原料的供 应，或影响窑炉相关设备的正常运行。

以河南省安阳市某公司为例，列举自然环境 对窑炉稳定性的影响，并从设计和日常管理两个方面讨论对策措施。

该公司自1991年第一台玻璃窑炉点火至今，一直以玻璃制品生产为主，先后投产10余台窑 炉。

在20多年的生产过程中，各窑炉曾经历过多 次的生产波动，积累了一定的经验教训，并有针 对性地进行了一些改造，取得一定效果，还形成 了一套相应的生产管理制度。

安阳的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季 风气候，气候温和，四季分明，日照充足，雨量 适中，春季温暖，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬 季寒冷干燥。

年平均气温12.7~13.7°C，历史最 高气温43.2 °C，最低气温-21.7 °C。

风向、风速 随季节而变化，春、夏、秋以偏南风居多，冬季 以偏北风为主，年平均风速1.7~3.5m/s，最大风
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力8级。

因受季风影响，降水分配不均，夏季降 水占全年降水总量的70%左右。

1气温
季节变换、昼夜交替、阴晴变化等，使得气 温一直处于变化之中。

与之对应，玻璃窑炉与周 围环境之间的热交热也在不断变化，加之相关设 备、原料和介质也受到温度变化的影响，因而环 境温度变化对玻璃熔制的影响是多方面的、复杂 的，下面从日常温度变化、高温和低温三大方面 对窑炉的影响及对策进行讨论。

1.1日常温度变化
温度是窑炉工艺控制的最主要参数，“温度 稳”是玻璃熔制稳定的最基础要件，气温变化是 窑炉温度常见的扰动因素。

气温变化对窑炉温度 的影响有以下4个方面：①影响助燃空气和天然 气温度，使得火焰温度发生变化，进而导致窑炉 温度变化；②影响窑炉用冷却空气温度，使得被 冷却部位温度随之变化；③窑炉温度与环境温度 差值发生变化，使得窑炉散热情况发生变化；
④影响间接冷却水温度，使得被冷却部分温度发 生相应变化。

而这4种情况往往又会叠加，从而 导致窑炉温度会发生较大的变化。

气温变化，一方面是随季节交替的变化，该 变化幅度较大，但因其周期较长，趋势相对较缓；另一方面是温度的昼夜变化，安阳地区昼夜 温差一般为l〇°C左右，遇到天气变化，幅度或变 小或增大，而且每天都在反复变化。

1.1.1日常调控
日常温度管理，根据窑炉主控温度变化，及 时调整燃料用量。

但由于窑炉热容量较大，其温 度变化有一定的滞后性。

一般地，碹顶温度反应 稍快，约有l h的滞后；池底温度反应更慢，视窑 炉大小不同，有4~ 10 h不等的迟滞。

这种滞后性 往往会影响操作人员的判断，加之昼夜气温变化 周期较短，如果在燃料调整时间点上有较大偏38差，反而会造成窑炉温度波动加剧。

因此，燃料 调整要遵循能量守恒定律，以把握调整的方向；还须总结每台窑炉的特点，选择反应迅速的温度 点做为参考。

气温出现骤降时，一定要及时足量 升高燃料用量，防止窑炉温度大幅下降。

另外，根据气温的变化趋势，还要及时对影响散热的门、窗和天窗等及时相应打开或关闭。

1.1.2厂房材料和二次封闭
厂房阻挡了部分太阳辐射和空气对流，因此 厂房内的环境温度变化幅度要小于外界温度变化，幅度的减少程度又因厂房材料不同而有所差 异。

早期的厂房主要使用水泥和砖，其隔热效果 较好，车间内环境温度变化幅度较小。

1995年以 后的厂房采用“钢结构+彩钢板”形式，隔热效 果稍差；而2009年以后的厂房墙体采用的是没有 隔热层的单层彩钢，车间内环境温度变化幅度超 过5 °C;另外，大面积安装玻璃窗的向阳面，对 太阳的辐射阻挡较弱，温度变化与外界相当。

当然，采用何种建筑材料，还关乎工厂基建成本，需要综合考虑。

为进一步减小环境温度变化的影响，还可对 厂房内比较重要的部分设备进行二次封闭，比如 助燃风机、玻璃液冷却风机可建专门的风机房，窑炉周围也可使用铁皮进行封闭，以减小空气对 流引起的温度变化。

由于助燃风温度对窑炉温度影响较大，因此 可在构建专门风机房的基础上，引人窑炉碹顶热 风，不但可升高助燃风温度、降低窑炉能量消 耗，还能通过对冷、热风的匹配来稳定助燃风温度。

1.1.3冷却水温控系统
光伏玻璃厂和浮法玻璃厂间热冷却水使用量 较大，因此水温的变化对窑炉温度影响较大。

针 对于季节变化引起的较大温度变化，可通过控制 晾水塔冷却风机使用台数来调控水温；而对于昼 夜温差变化对水温的影响，可以为冷却风机设计
变频器，通过调整风机频率实现水温的精确控制。

对冷却水温要求特别严格的设备，比如液位 计，可建造专门的局部水温调节系统。

1.2 局温
玻璃窑炉是高温热工设备，受其散热影响，车间内的环境温度本来就比较高，每年逢5~8月 的高温月份，车间内温度又会进一步升高，现场 温度多超过40 °C，局部可超过80 °C。

窑炉区受 高温影响比较明显的有3个方面，分别是窑炉安 全、电气件和橡胶制品。

1.2.1 池窑冷却风
窑炉一些关键部位安装有冷却风，以减缓这 些部位耐火材料侵蚀。

如果冷却风温度升高，其 冷却效果就会下降，耐火材料侵蚀加剧。

因此炉 体冷却风机房一般安装有百叶窗，可直接抽取厂 房外温度相对较低的空气；随着夏天的到来，还 须逐步升高风机频率，以增大冷却风量；如果条 件许可，风机房还可安装制冷设施。

1.2.2 电气件
电气件尤其是控制元件对温度比较敏感，一旦温度超限，轻者运行失常，较严重者报警停机，甚至直接烧坏，对窑炉运行影响较大。

因此 各电气柜室都设计有冷风或空调，现场的控制柜 也必须自带制泠空调，各电机和现场重要的电气 件也要设计专门的冷却装置，以保证它们稳定运 行。

浮法窑炉卡脖水平搅拌器操作控制柜，最初 安装在窑炉现场，以便于操作，但该柜未安装制 冷设备，现场温度一高，变频器就频繁报警停机，最后只得将该控制柜移位。

每年高温季节到之前，要有计划地对各制冷 设备进行检查维修，以保证其在高温时节正常运 行；空调在使用期间，定期对室内机滤网和室外 机散热片进行清理，保证其制冷效果。

如果制冷 设备出现故障，须尽快维修或更换，并对电气柜 采取临时冷却措施。

某年5月份，电气柜室空调 故障，室内温度超过40°C，在等待维修期间，加料系统控制模块故障，加料机停运约30 min，窑
炉液位大幅下降。

1.2.3橡胶件
高温还会使橡胶件老化加快，缩短其使用寿
命。

窑炉区使用橡胶件的部位有各气缸、气动定
位器、气动阀的密封件，各风机皮带。

可加装隔
热装置，以减少高温源的辐射热；如果条件允
许，还可加装冷却风，降低其温度；另外，在高
温季节，适当缩短这些橡胶件的更换周期。

1.3低温
每年的11月至次年1月为安阳地区冬季，气
温较低，低于〇°C时，对窑炉相关因素影响较明
显，主要表现在以下几个方面：
(1)低温使得空气密度增大，-10 °c的空气 密度约是20 °C时的1.11倍。

通风机在流量不变的
情况下，随着气温降低，电机电流升高，因此在
为风机动力电接触器选型时，要以低温时的工况
为依据，否则有可能出现过流停机。

某窑炉冷却
风机曾在寒冬的凌晨异常停机，原因是其接触器
跳闸，检查风机本体未见明显异常，但测量其运
行电流偏高，已接近接触器额定电流，更换较大
额定电流接触器后，未再发生类似事故。

(2)低温带来的另一个问题是结冰。

含水 量较大的原料，如硅砂，就会因结冰而结块，影
响其正常输送，因此砂库须设计暖气。

另外，低
温下气体中的水蒸气易凝结成水，影响系统中的
仪表和控制阀。

2011年冬季某夜，浮法窑炉因澄
清部压力异常，导致窑炉温度大幅波动，排查发
现压力计处有大量积水，为窑炉烟气中的水蒸气
凝结而成。

鉴于此事故，一方面对窑炉下方各测
压系统周围适当保温，防止温度过低；另一方
面，定期对各取压管进行排水。

(3)低温还影响某些化学变化。

例如，Na2C03+ nH20hN a2C03 -nH20+Q为放热反应，
随着温度降低反应向右进行，低于32°C即可形成
稳定的Na2C03.10H20。

浮法窑炉在投产的第一
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年冬季，炉头仓周围粉尘飞扬特别严重，配合料 中发现大量碱球，而且分层严重，配合料看起来 非常干燥，但测量其水分却正常（4.0%)。

测量 加料机处配合料温度约为27°C。

该配合料运输线 较长，超过l〇〇m，皮带长廊墙体薄、隔热性 差，尽管从混料机出来的配合料温度可达50°C，但经远距离输送后，温度连续下降，配合料中的 纯碱不断与水结合；而远距离输送为该反应提供 了足够的时间，从而使得纯碱大量吸收配合料中 的自由水，降低了对配合料的润湿作用。

针对这 些问题，混料机加水改为热水，以升高配合料初 始温度，并对皮带长廊进行了保温，还加装了暖 气，情况大为改观。

2极端天气
安阳市曾出现的极端天气有暴雨、雷电、大 风和暴雪，它们对生产的影响如下：
2.1雷电和大风
雷电和大风极易导致停电，从而造成设备停 机，窑炉加料系统、燃烧系统、冷却系统、排烟 系统中任何系统的设备停机，都会导致窑炉工艺 大幅波动，甚至危及窑炉安全。

玻璃工厂电源一般都设计有双回路，各控制 系统以及特别重要的动力系统还设计有UPS电源。

为防止停电后无法出料，光伏玻璃厂压延机 和浮法线主传动，其动力系统就设计有UPS电源；显像管玻壳窑炉还曾专门设计了应急发电机 组，以保证极端异常情况下窑炉区的供电，避免 出现大的安全事故或生产事故。

另外，燃烧系统 和排烟系统设备还须设计人工操作方式，以在无 电情况下恢复部分燃烧和排烟，保证窑炉安全，减小温度下降幅度。

为减少瞬间停电对生产的影 响，各风机还设计有自启动程序，对于不超过 5秒的停电，风机可自行恢复启动。

日常管理方面，将停电应急作业内容做为操 作人员上岗前的重点培训科目，而且每年夏季到 40来之前还要进行强化培训，并进行应急演练，以提高应急处理能力；收到气象部门极端天气预警 后，车间安排相关专业技术人员值班，加强应急 力量。

2.2暴雨
暴雨的影响主要表现为厂房漏雨和进水。

漏 雨可影响以下各种设备的正常工作，尤其是电气 设备，可能会出现短路或漏电，并导致设备停机。

因此要未雨绸缪：厂房雨水管路要以历史最 大降雨为基础进行设计；日常出现的漏雨点要及 时检查维修，雨季到来前检查雨水管路，防止因 堵塞造成排水不畅，电气柜室和控制室准备防雨 物品。

2015年浮法工厂曾发生大范围漏雨，检查 发现房顶下水管道被杂物堵塞，积水从房顶结合 间隙处流下。

厂房进水主要影响窑炉区蓄热室和烟道，浮 法和光伏线的蓄热室和烟道都在地坑内，地势较 低，一旦厂房进水，更易受到危胁，因此专门设 计了地坑积水池和抽水装置；对于此情况，还专 门制定了《防汛应急预案》，在每年雨季到来前，对防汛设施进行专项检查，并举行防汛应急 演练。

2.3暴雪
暴雪对道路交通运输影响最大，进而影响原 材料供应，为此需要设计足够的库容，而且在冬 季来临前扩大原材料储备，以提高缓冲能力。

另 外，积雪融化期间，还会导致低温天气。

3周边植被
安阳地区四季分明，植被也有明显的季节特 点，不同季节里植被情况对窑炉工艺的影响如下：
(1)每年早春时节，大地刚解冻，冬小麦 开始返青，小草也刚发芽，土地裸露较多，加之 雨水少、风多，空气中的灰尘量偏大，使得玻璃 液冷却风机过滤网堵塞较快。

如果仍按正常周期 切换风机或更换滤网，更换前后的冷却风流量和
压力变化较大，导致玻璃液温度和空间压力波动 较大，严重时导致通道灰结石，因此要据情况适 当缩短切换周期。

(2)安阳市区及周边道路绿化树种中，杨 树和柳树占较大比例，每年的4月上中旬为杨絮 飘扬时节，5月中旬又是柳絮纷飞之时，届时杨 絮或柳絮漫天飞舞，并随着空气的流动进人厂房 内，容易造成各通风口和滤网堵塞，导致冷却风 量不足。

其影响范围有：各风机吸风口滤网，电气柜冷却风吸风口、计算机冷却通风口、现场控 制柜自带空调吸风口，甚至还会落人循环水中造 成冷却水滤网堵塞。

另外，5月份各电气柜室已 开始使用空调，届时还会影响到空调室外机散热 片和送风机滤网。

2012年5月份，浮法线多台风 机因变频器超温报警而停机，紧急启用备用风机；助燃风机停机还造成窑炉短时间停火，碹顶 温度下降约l〇°C。

检查发现变频器冷却风道被大 量絮状物堵塞，其中一台变频器因高温损坏。

针对上述情况采取如下对策：对电气柜房间、控制室、生产线机房和风机房等重要房间进 行进一步密封，并严控开门和开窗，对于需要打 开的窗户，加装纱窗；每年该时节，用高压水枪对厂区内的杨树进行冲洗，减少杨絮飞扬；加强 对各纱窗，电气柜、计算机和空调等通风口的检 查，并定期进行清理；适时切换各风机，然后对 变频器冷却风道进行清理。

采取上述措施后，没 再发生类似事故。

秋末冬初，厂区内大多树木相继落叶，树叶 随风吹散，易造成风机房百叶窗和风机吸风口滤 网堵塞。

因此这个时节要加强这些风机的检查，并及时清扫落叶。

4结语
玻璃工厂周边的自然环境因素对玻璃窑炉有 一定影响，为避免或减小影响，在工厂设计时要 全面调查其周围的环境因素，并据此采取相应的 应对方案；日常生产管理中，根据各季节中的主 要影响因素，安排专门的检查和维护，有针对性 地进行人员培训，并举行相关应急演练。

参考文献
[1]西北轻工业学院.玻璃工艺学[M].北京:轻工业出版社，
1991.
[2]张战营，姜宏，黄迪宇，刘缙，等.浮法技术与设备[M].北京:
工业出版，2005.
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