玻璃熔窑保温节能技术的发展和存在的问题

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术现已在世界各地的５０多座窑炉应用，降低热损失率达７５—９０％【２ｌ。前苏联开发一种磷酸盐珠光体的 新型隔热材料，其特点是容重轻（８００－１ｌＯＯＫｇ／ｃｍ３），导热率低（０．４５Ｋｃａｌ／ｍ２．℃－ｈ），是玻璃熔 窑有效的隔热材料之一，在熔化部碹顶上使用，可使表面温度降低至１２０－１３５＂Ｃ．隔热保温效率有 了明显提高【３ｌ。“Ｌｕｂｉｓｏｌ”技术在中国９０年代秦皇岛耀华国家示范线浮法窑建设中被引进，使用 一个窑期后因造价昂贵和国内保温技术和材料发展，成为孤例。 国内玻璃窑炉的强化密封保温技术走过了艰难推广道路，主要原因是从理论和技术角度特别是 对玻璃熔窑硅砖碹顶实施强化隔热保温的争议，当时许多业内业内专家认为，对硅砖碹顶进行强化 保温会使热负荷增大，蚀损加剧，影响大碹的使用寿命：还有人认为，硅砖碹顶保温要适中，不宜 提高保温力度，硅砖碹项的承受能力是有限的，进一步加大保温力度，会使大碹使用的安全性和可 靠性不能得到保证；较为普遍地认为，国内生产的硅砖不能满足强化保温使用要求，要进行大碹强 化保温，要求从国外进口优质硅砖：甚至有业内权威在其培训班中认为玻璃生产企业．窑炉密封无 用、保温无用，玻璃生产企业应该注重的是产量和质量而不是能耗的高低等等．在能耗并不为国家 和企业重视的年代里其难度更是可想而知。 应该指出，尤其窑炉硅砖碹顶实旄强化保温之所以得以实施并取得成功，是借助于两项独立的 研究成果： ｌ、对熔窑大碹硅砖使用后的损毁机理的研究‘４・５・６¨。，它为大碹实施强化保温提供了重要的理论
式中凡决定于散热表面位置的系数，
当散热面为向上的平壁时，肛２．８
因此，窑项向环境的散热损失，可由（１）和（２）两式计算求出。 ｌ、保温前（即不进行保温时），碹项散热损失为： ｑｌ－Ｑ，（ｔ。厂ｔ。）＝２７．５５（３２７—２０）＝８４５７．８千卡／米２・小时 ２、碹顶实施强化保温，前期取外表面平均温度１ １０＂Ｃ，其散热损失为：
ｑ ｉ＝Ｑ
２（ｔｆ２一ｔ。）＝１４．８９（１１０－２０）＝１３４０．１千卡／米２・小时
３、碹项实施强化保温，外表面温度降为８０＂Ｃ，其散热损失为：
ｑ后＝Ｑ
３（ｔｆ３一ｔ。）＝１３．２３（８０—２０）＝７９３．８千卡／米２・小时
从以上计算结果可以看出： ａ、熔窑碹项在不保温的情况下，散热损失十分严重，每平方米每小时散热量高达８４５７．８千卡。
依据：
２、
特种高效耐火隔热系列材料和具有特殊功能的密封系列材料的研究开发成功以及优质硅砖
的投入使用，为熔窑碹项实施强化保温创造了可行的先决条件。 研究结果表明，在满足某些条件下．可以对熔制钠钙玻璃熔窑的硅砖碹项进行强化保温，并且 应该进一步加大保温力度。因此。我公司八十年代中期在全国率先提出了熔窑大碹密封与强化保温 建议与论证喁Ｊ，并且在轻工行业青岛晶华玻璃厂马蹄窑推广使用成功的基础上【引，又提出了大型平板 窑实施强化保温的研究开发课题，１９８９年在秦皇岛耀华集团一厂九机窑进行了强化保温首次使用试 验，取得了大型熔窑大碹强化保温的成功经验。１９９２年４月通过了河北省科委技术鉴定，鉴定结论
和质量要求进行。
２、对玻璃窑体强化保温的部位局限。 目前国内玻璃窑炉中相对建材行业浮法窑炉保温部位情况好于轻工瓶罐行业窑炉，在有些玻璃企 业中认为碹项和蓄热室墙体保温就是保温，真正实现整个窑体如池底、小炉、甚至烟道全面密封保 温还有待提高。 ３、对密封保温材料重要性和施工质量重要性认识不足． 在玻璃企业中对窑炉耐火材料的认识一直以来都是重视关键部位耐火材料，如电熔砖、碹顶硅 砖及蓄热室内格子体等大宗耐火材料，把砌筑泥浆、密封耐火材料、保温耐火材料当成“辅材”， 这样造成结果是对材料选择相对随意，以价格高低唯选择条件，对质量的要求和把控不严。窑炉砌 筑施工和密封保温施工的质量水平是目前存在主要问题，以上情况造成砌体透气烧损后，不但承担 材料的损失、修补费用，而且造成能耗的更大损失。近几年我公司从承担越来越多的窑炉异常损坏 的修补中，可以明显感觉到这种损失对玻璃企业效益带来的明显损失。 国外玻璃窑炉相对国内玻璃窑炉从窑炉的结构而言并无明显的优势，相反国内尤其是轻工玻璃 马蹄焰窑炉近年来的不断窑炉结构创新，甚至走在世界前列。但是在耐火材料的质量、砌筑、使用 的稳定规范等方面的差异，在使用结果上产生了明显差距。正是这种不稳定和不规范使也使得玻璃 窑炉的强化保温技术在实践中走出了自己的路子，那就是严格有效的窑炉密封是取得稳定保温效果 的前提，在这种技术思路情况下，从理论、结构、材料、施工操作逐渐形成了完善的系统。迄今为 止，我公司在全国２１０余座不同类型的玻璃熔窑推广了密封强化保温技术，其中约有９０座是大型平 板窑（六座国外浮法窑炉），降低热损失９０％以上，从２００５年皮尔金顿（常熟）浮法线对我公司窑 炉密封材料通过英国本部详细研究和评估后采用，到２００７年英国皮尔金顿兄弟公司考利西尔浮法线 采用，以及国内自行设计，至今仍在使用，窑龄１１年的厦门明达５００ｄ／ｔ浮法二线系统采用密封保 温结构和材料效果看，无疑确定了这种技术的可靠和价值。 应该特别指出，对玻璃熔窑实施强化保温不仅可以节省大量热能和燃料，而且对整个玻璃熔化 工艺产生重大影响：强化保温蓄积的热量大约是未进行保温的二倍半，这些热量对减少窑内温度波 动，提高炉料热均匀性具有重要作用。众所周知，保持窑炉温度的高温稳定对玻璃熔化过程，即获 取均匀的玻璃是非常重要的。如碹项对配合料和玻璃液的热辐射是熔化能量的主要来源，强化保温 碹项保持稳定的高温加速了熔化过程，提高了熔化率和熔化质量。因此，强化保温是节约能源，提
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ｂ、熔窑碹顶实施强化保温之后，外表面温度显著降低，保温效果特别明显，经第一阶段的强化保温 降低到１３４０．１千卡／米２・小时，即减少了７１１７千卡／米２・小时，散热损失降低８４．１５％，达到了强 化保温减少散热损失要求。 ｃ、进一步提高保温力度，使其外表面温度达到现在实施中的最低水平，即外表面温度降至８０＂Ｃ， 热损失降为７９３．８千卡／米２・小时，散热损失降低９０９６以上，这是目前世界先进水平。 在计算节能价值时，我们取重油发热值为９５００Ｋｃａｌ／Ｋｇ，重油进厂价格（包括装运费）按每吨 ２５００元人民币计算。 从热损失计算结果可见，碹项进行强化保温之后节能效果显著，与不保温相比： 当散热损失减少数量为７１１７千卡／米２・小时。
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带来的效益结果却差异不同。主要表现在： ｌ、对玻璃窑炉强化保温的系统知识认识不足。 玻璃企业往往在设计和建造时期对玻璃窑炉保温系统知识的认识不足，导致在窑炉使用中后期 能耗异常上升，甚至烧损修补时并未真正认识到：保温的结构和材料的选择决定了这种现实。我们 认为玻璃熔窑保温节能效果的持续稳定关键在于保温的结构和材料，保温结构的关键在于实现真正 有效的密封。在此前提下，稳定保温节能效果在于保温材料的选择。首先：做好玻璃窑炉的密封是 玻璃窑炉保温节能的关键，当不进行密封或是密封不严，就会产生沿砖缝窜火，尤其在保温中加剧 了烧损速度，烧损造成保温层揭掉、随着窑炉的运行，这种情况会越来越严重，造成大量的热量损 失．密封既是个选材问题，又是个结构问题，二者都以满足强化保温使用要求为目的。实施强化保 温主要问题之一是设置严格而有效的密封结构，它的主要功能是确保砌体之间和碹砖与密封层形成 严密的整体结构，这种经过严格密封的砌体，既起到了密封保温作用，还起到了增加整体结构强度 的作用。其次：密封施工操作是实现窑体强化保温的重要环节，必须严格按着施工程序、操作方法
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，从近２０年专注于玻 璃窑炉保温节能工作的实践，笔者认为强化窑体全保温并长期稳定的保持窑炉密封保温效果是玻璃 工业节能最有效、最直接的途径之一。 一、强化窑体全保温并长期稳定的保持窑炉密封保温效果是玻璃窑炉节能的最有效的途径。 从玻璃窑炉的熟效率分析，使得占整个热消耗三分之一的窑体散热减少，是显而易见的节能方 式，以窑炉熔窑碹项为例，通过以下对散热量和节能价值计算可以得出以下数据。 表面散热的数据分析根据实际测试结果，保温前外表面温度取平均温度３２７‘Ｃ：保温后外表面 温度前期取平均温度１ １０＂Ｃ，后期降为８０＂Ｃ；周围空气温度取全年平均室温２０＂Ｃ。 对连续式操作的玻璃熔窑，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 热可用下式进行计算： ｑ１＝Ｑ－（ｔ．ｔ—ｔ．）
玻璃熔窑保温节能技术的发展和存在的问题
高峰 （太原高科耐火材料有限公司
山西太原０３０００６）
玻璃窑炉是玻璃工业能源消耗的关键热工设备，其能耗占全厂的８０％左右，玻璃窑炉的节能降 耗是整个玻璃工业节能的关键，搞好玻璃窑炉的节能降耗是提高玻璃企业经济效益的主要手段。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
与国内玻璃工业窑炉保温技术相比，国外玻璃工业窑炉保温技术发展相对保守和缓慢，在我国
全引进的轻工玻璃窑炉如：广州ＡＣＬ生产线线和上海耀华皮金顿浮法线的窑炉保温在十余年来，以 及新的窑期内并无变化，采用的结构仍然是以轻质保温砖为主。８０年代未美国一条浮法玻璃窑炉首 先采用“Ｌｕｂｉｓｏｌ”的隔热保温材料，当隔热材料厚度在２００ｍ左右时，热损失率降低了７５％以上【¨． Ｌｕｂｉｓｏｌ工程公司是保加利亚一家生产玻璃熔窑碹项整体隔热材料的专业公司，该公司的材料及技
折合４８．４。元。
每平方米全年节省重油数量为：—７６—６４ｊｘ页２４万ｘ—３—６５＝７０６６Ｋｇ，
折合１７６６５元．
即与不保温相比仅碹顶每平米每年有１７６６５元人民币的热量损失，加之池壁、池底、胸墙、小 炉、蓄热室墙体等部位的热量损失，一个炉役使用以五年计，可见节能效果之显著，经济效益之大 是十分明显的。因此说，熔窑实施隔热保温是玻璃生产降低能耗，提高经济效益最重要措施。 二、强化窑体全密封保温的发展过程和现状 国内玻璃窑炉在上世纪七十年代后直到八十年代末就开始注意和采用窑炉的保温，在这个过程 中玻璃窑炉的保温大都局限在窑炉的大碹和蓄热室碹项，保温的方式以简易保温为主：在碹顶表面 铺石英砂，然后铺轻质耐火砖或硅藻土砖进行保温，这种方式目前仍有个别玻璃企业采用。直上世 纪八十年代太原高科耐火材料有限公司把玻璃窑炉隔热保温列为专题研究，重点对保温的结构设计、 特种高效隔热材料、施工操作及使用等方面进行了开发与研究。这种密封与强化保温技术是在高效 耐火隔热系列材料和密封系列材料研究开发成功，多层复合保温结构的采用，以及严格密封的基础 上进行的，因而保证了窑炉强化保温的安全使用和节能效果。这项技术首先是在轻工日用玻璃熔窑 取得成功的基础上，对大型建材平板玻璃熔窑进行专题攻关取得的，并且在推广使用过程中使这项 技术不断地改进、完善和提高。之后，传统的保温方式逐渐被取代。目前强化保温碹顶外表面温度 降至８０℃以下，散热损失减少９０９６以上，最高达９３％，创造了国内熔窑强化保温的最高记录，并居 世界先进水平．
是：
“九机玻璃熔窑大碹热保温结构设计、施工、密封与保温材料等技术先进合理，安全可靠，为
国内首创，填补了国内空白，其节能效果达到了国内同类熔窑先进水平”【ｌｏ】。在ｌ。窑强化保温成功 基础上，经改进与提高１９９２年６月，对２’九机窑进行强化保温科研成果推广使用，１９９３年１２月通 过了河北省科委技术成果推广项目验收【１¨。２。窑与１掌窑相比，隔Baidu Nhomakorabea力度与节能效果有显著提高。矿 选用了高效能隔热保温材料，实现了强化保温，使其节能效果大大优于ｌ＃九机窑。１９９５年６月，蚌 埠玻璃设计院对采用该技术的厦门明达浮法一线窑炉进行了热平衡测试认为：该窑的热效率在国内 自行设计的各大中型浮法窑中是最高的，超过通辽引进ＴＯＬＥＤＯ技术设计的样板窑水平。随后在其国 内首条设计八年窑龄的厦门明达二线５００ｔ／ｄ浮法窑中采用此技术，创下每公斤玻璃液热损耗１４４０ 千卡的更高水平。这项技术成为目前国内覆盖最广的保温结构，尤其在建材浮法玻璃窑炉中，已经 成为设计和使用定式普遍推广使用。 三、强化窑体全密封保温的目前存在的主要问题。 尽管玻璃窑炉强化保温已经为众多玻璃生产企业所采用，而且对玻璃窑炉是否能够或者应该实施 强化保温的技术争议不复存在了。但在玻璃窑炉采用保温措施后，各个企业在整个窑役内得到保温
【千卡／米２．小时】——（１）
其中：ｑｔ一每平方米窑壁散热损失（千卡／米２．小时） ｔ．－一窑炉壁外表面温度（℃）
ｔ。一周围空气的温度（℃）
ａ
ｔ～窑炉外壁与周围空气之间的对流，辐射换热系数【千卡／米２・℃・小时】
当窑炉周围空气为自由运动时，Ｑ。值可用下列公式计算：
Ｑ。孔瓜＋盥竺盘！眦ａ。肥鼬，
‰一ｆｃｒ
每平方米每天节省重油数量为：—７１百１７矿ｘ
２４＝１７．９８Ｋｇ，
折合４４．９５元；
每平方米全年节省重油数量为：—７１—１７弋ｘ商２菇４ｘ—３—６５＝６５６２．６翰，折合１６４０６．５０元：
当散热损失降为７９３．８千卡／米２・小时，热损失减少７６６４千卡／米２・小时。
每天节省重油数量为：—７６互６４矿ｘ２４＝１９．３６Ｋｇ，