玻璃窑炉节能技术的最新发展

实施新型窑炉节能新技术．任务迫切，市场巨大。 Ｉ全电熔技术
玻璃有以下电学特性：低温时玻璃是非常好的绝缘体．但是在高温状态。，玻璃就变成了一种电
导体。熔融玻璃舍有碱金属钠、钾离子，它且有导电性能，当电流通过时，奢产’ｔ排耳热技应，热量
够大时，则可以用来熔化玻璃，这就是的玻璃电熔技术。 优点： ①没有废气，防止空气污染。由于没有火焰窑的燃烧气体，厂区外不存在有害烟尘弥散的问题。
３ ０．２ ｌ
③熔窑大修较快、建设投资少、辅助设备简单、占地面积小。熔制生产过程便于实现自动化操作，
控制平稳。电熔窑仅包括熔化池、流液洞、上升道和工作池。
④在整个窑期内可始终保持满负荷的出料量。在燃料加热的熔窑中，保持热量输入的能力及玻璃
的出料量，往往因燃烧系统恶化而受到限制。在电熔窑中，通过提高电压来提高电功率输入的方法， 即可迅速而简便地补偿由于侧墙造成的额外热量损失。
各种挥发物都被配合料覆盖。
②由于熔化是在玻璃液内部进行，沿熔化池深度温差很小；挥发少（见表１），玻璃成分稳定；垂
直熔化减少了玻璃的分层。所有这些保证了玻璃液有良好的均匀性、稳定性。 表１采用电熔窑熔化挥发损耗的减少（％） 挥发组分 氟 铅 硼 燃油、燃气窑炉
６０－－－７０ １０ １０－－一１５
电熔窑
玻璃窑炉节能技术的最新发展
黄杰赵恩录陈福
（中国节能协会玻璃窑炉专业委员会，河北省玻璃窑炉孥业委员会）
摘要：本文综述了玻璃窑炉节能技术的最新发展动态，包括电熔拄术、争氧燃烧技术、仝氧助熔 技术、全氧燃烧结合电辅助加热、富氧燃烧节能技术、亲热利用技术、减压澄清技术和改性石油焦粉 的直燃技术等．井对其应用前景进行了展望。 关键词；玻璃窑炉；全氧燃烧；余热利用；节能技术 ０引盲
有所提高：全氧燃烧熔窑节约了燃料、减少了Ｎｏｘ排放，而且提高了玻璃质量，增加了产量；全氧燃
烧熔窑为用废气预热玻璃配合料提供了最佳的应用条件。 全氧浮法玻璃熔窑生产工艺技术路线如下图所示：
图１全氧燃烧熔窑生产工艺流程
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全氧燃烧技术的优点ｉ ｌ、玻璃熔化质量好
全氧燃烧时烟气中水汽含量高达５３％，玻璃液与水汽发生反应，玻璃液中的ＯＨ含量增加。玻璃
粘度降低，有利于澄清、均化，提高玻璃质量。另一方面，全氧燃烧火焰稳定，无换向，燃烧气体在 窑内停留时间长，窑内压力稳定且较低，这些都有利于玻璃的熔化、澄清，减少玻璃体内的气泡、灰 泡及条纹。 ２、节能降耗 全氧燃烧使燃烧所需空气量减少，废气带走的热量下降。通常的空气燃烧只有占空气总量ｌ／５的 氧气参与燃烧，其余约占４／５的氮气非但不助燃，反而要带走燃烧产生的大量热量，从烟气中排出。 在使用全氧燃烧的情况下，燃烧所需氧气为原空气总量的１／５，烟气量减少，引入的氮气量减少９０％
①提高生产率，提升出料量５％－－．１５％：②延长窑炉寿命，减少配合料的飞料和克服格子体的限制：⑨ 改善质量，减少气泡等缺陷：④提高热效率，可节省燃料２＊／０＂－－８％；⑤减少５＊／，＂－２０％的污染排放。 浮法玻璃熔窑“０＇’号小炉全氧燃烧助熔技术是一项提高产量、满足产品质量要求的经济、可靠且容
易实施的方法。即在不改变已有窑炉结构的情况下，在熔窑的关键部位增设全氧喷枪进行助熔【６】。此 项技术可使出料量增加１０％左右，使热点温度降低，可以减少玻璃配合料的飞料，降低单位燃料消耗， 减少气泡数。‘‘０”号小炉全氧燃烧助熔技术对我国玻璃行业原有玻璃生产线的技术改造和提升极具意 义，并有广泛的应用前景。玻璃纤维池窑、玻壳、玻锥电子窑及在浮法窑增设“０号小炉”的全氧助 燃已相继建成投运。 ４．全氧燃烧结合电辅助加热 全氧燃烧结合电辅助加热是熔制高品质玻璃的良好手段，采用电辅助加热，用较少的投入，得到 性能提高的玻璃制品。 高品质玻璃（高硼硅玻璃，高铝硅酸盐玻璃，低膨胀微晶玻璃，液晶显示器基板玻璃等）生产中 存在两方面的技术难题：一是玻璃熔化温度较高，二是澄清均化比较困难。采用全氧燃烧结合电助熔 技术时，玻璃粘度降低，同时，全氧燃烧火焰稳定，无换向，燃烧气体在窑内停留时间长，窑内压力 稳定且较低，这些都有利于玻璃的熔化、澄清，减少玻璃体内的气泡、灰泡及条纹，全氧燃烧可使吨 玻璃中的气泡数少于１个。可以保证熔制出均匀、无气泡、质量良好的玻璃液，并生产出高平整度的 玻璃。 ５富氧燃烧技术 富氧燃烧技术是以氧含量高于２１％的富氧空气或纯氧代替空气作为助燃气体的一种高效强化燃烧 技术。其特点在于不论是助燃空气还是燃烧废气体积都有所减少。燃烧反应速度加快，火焰温度提高， 这有效提高了熔窑的热效率，熔化率增大，玻璃液单位热耗降低。烟气生成量降低，进而使烟气净化 系统运转更加可靠，粉尘污染大大降低。研究表明：富氧燃烧技术不仅能够节约大量能源，减少环境 污染，而且能提高玻璃的产量、质量，延长熔窑寿命。该技术的成熟和推广应用将为玻璃生产行业带 来可观的经济效益和一定的社会效益【７，８Ｊ。 富氧燃烧节能的基本原理是，富氧燃烧降低了烟气生产量，水蒸汽和二氧化碳的含量和分压增大， 火焰黑度增加，燃烧速度加快，火焰温度提高，提高了火焰向配合料或玻璃液的辐射传热和对流传热， 结果使熔化率提高。富氧燃烧在提高火焰传热效率同时，也对其燃烧设备提出了不同的要求。 目前，国内外在富氧制备和富氧燃烧方式等技术开发领域作了大量的研发工作。普遍认识到，降 低富氧气体的制备成本对推广富氧燃烧技术至关重要。秦皇岛玻璃工业研究设计院成功地将浮法玻璃 生产线气保车间产生的富氧气体应用于横焰浮法玻璃熔窑及马蹄焰玻璃窑炉，达到了节约燃料、提高 质量和增加产量的目的。 ６．余热利用技术 从蓄热室、换热室或全氧熔窑烟道出来的烟气携带的热量需要回收利用。 ６．１余热锅炉 余热锅炉是利用窑炉烟气的余热以获得蒸汽或热水的装置。安装余热锅炉可以回收热量，节约燃 料，降低烟气温度。生产的蒸汽可作燃油的雾化剂或用来预热重油，也可作为煤气发生炉的气化剂， 还可以转化为电能或制造压缩空气等。它和普通锅炉的区别是：其传热作用全部依靠对流和气体辐射， 而不是依靠火焰或燃料层的辐射，因而不仅传热系数较低，而且平均温差也小，所以需要的加热面积 也较大。 ５００ｔ／ｄ级熔窑总烟气量设计值（标态）约７６０００－－一８００００Ｎｍ３／ｈ。根据建设单位的要求，烟气可设
计为部分通过余热锅炉，或全部通过余热锅炉（烟气温度４００．－．－．５００。Ｃ）。据此选择余热锅炉的台数。
常规设计选用的余热锅炉，蒸汽压力可达到１．２７ＭＰａ，每台锅炉每小时可产生蒸汽４～５ｔ。蒸汽作为二 次能源，可用于燃料油系统的加热，可作为雾化系介质，可作为厂区内采暖及生活用汽等。 ６．２利用熔窑烟气余热预热玻璃配合料
⑤热量散失减少，能耗大大降低。利用玻璃液直接作为焦耳热效应的导电体，热效率可以高达
８０％＂－＇８５％，节约能源。全电熔窑是靠玻璃液自身导电来实现其熔化的，它是内热式的【２】。 缺点：
①很多地区电力费用仍较昂贵。 ②电熔窑所用Βιβλιοθήκη Baidu火材料的寿命不如火焰窑中所用的那么长。
２．全氧燃烧技术 全氧燃烧玻璃熔窑结构类似于单元窑，省去了蓄热室、小炉，增加了设在胸墙上的全氧重油或天 然气喷枪，大大提高了燃烧效率；由于碱蒸汽浓度的增加，要求熔窑上部耐火材料的抗碱性、耐火度
以上，燃料燃烧完全充分，利用率高，所以节能明显。
研究和实践表明，熔制普通钠钙硅平板玻璃熔窑可节能约３０％。 ３、减少ＮＯｘ排放 全氧燃烧技术除了给熔窑节能带来明显效果外，还可降低环境污染。使用全氧进行燃烧，氮气量减 少到原来的１０％，而氧气总量基本维持原有的水平，由于ＮＯｘ的生成与氮气和氧气的分压、燃烧反应 的温度有关，熔窑废气中ＮＯｘ排放量从２２００ｍｇ／Ｎｍ３降低到５００ｍｇ／Ｎｍ３以下，粉尘排放减少约８０％， Ｓ０２排放量减少３０％，污染大为减少。 ４、改善了燃烧，提高了熔窑熔化能力，可使熔窑产量得以提高。 全氧燃烧可以提高燃烧区的火焰温度。研究表明，火焰温度随着燃烧空气中氧气比例增加而显著 提高。全氧燃烧可明显提高火焰温度，提高火焰对配合料和玻璃液的加热效果。 玻璃熔窑采用全氧燃烧时，燃料燃烧完全，火焰温度高，产物主要为Ｃ０２和Ｈ２０，比空气助燃黑 度大，辐射能力强，火焰辐射玻璃液温度可提高１００＂（２左右，配合料熔融速度加快，可提高熔化率１０％ 以上。 ５、熔窑建设费用低 全氧燃烧窑结构近似于单元窑，无金属换热器及小炉、蓄热室。窑体呈一个熔化部单体结构，占 地小，建窑投资费用低。 ６、熔窑使用寿命长 全氧燃烧能加快燃烧速度，提高燃烧强度、使火焰变短，获得较好的熟传导，促使窑内温度分布 均匀，采用全氧喷枪燃烧可使火焰分为两个区域，在火焰下部由于全氧的喷入克服了缺氧现象，使火 焰下部温度提高，而火焰上部的温度有所降低，使熔窑碹顶温度下降约２０－－－＇５０＂Ｃ，减轻了对大碹的烧 损，延长熔窑使用寿命。同时全氧燃烧窑体火焰空间选用优质耐火材料砌筑，故窑龄可提高到１０年以 上。 目前，秦皇岛玻璃工业研究设计院等国内科研设计机构正在承担“十一五”国家科技支撑计划“玻 璃熔窑全氧燃烧技术研究”，通过消化吸收我国显像管和玻璃纤维全氧燃烧生产线，掌握了全氧窑炉结 构、全氧喷枪、氧气制备等一系列关键技术，示范工程正在实施中。 ３．玻璃窑炉纯氧喷枪助熔技术 玻璃窑炉纯氧喷枪助熔技术应用于马蹄焰窑窑、单元窑／换热式窑、横火焰蓄热室窑，可以达到：
利用烟气余热进行玻璃熔窑配合料预热工艺技术及装备的研究开发，有效利用烟气余热预热玻璃 配合料，从而降低玻璃熔化温度及熔窑的热损失，改善熔窑工作条件，延长熔窑的使用寿命，达到节 约能源、降低玻璃成本和保护环境及合理综合利用资源的目的【列。 选择合适的粘结剂添加到普通浮法玻璃配合料中，借鉴水泥行业的成球粒化技术进行玻璃配合料 的粒化，经过粒化处理后，加速了配合料中各组分的反应速度，避免粉料预热造成的烟尘污染问题； 新制作的玻璃粒化料强度较差，在运输过程中，易破碎，所以首先采用高温热超导技术利用烟气的余 热进行预热干燥固化，使其具有足够的强度以便于输送，之后在专用预热设备中将其预热到更高的温 度，粒化料经过预热后，可缩短玻璃熔化时间，有效提高熔化速度，降低熔化温度和燃料消耗，从而 降低玻璃熔窑的热损失，在降低玻璃能耗及生产成本的同时，减少烟尘排放量【１ ０１。 ６．３玻璃熔窑窑外预热预分解节能工艺技术 目前玻璃熔窑的全氧燃烧技术已成为研究试用的热点，采用全氧燃烧技术后，废气的最高温度可 达１２００℃，采用玻璃熔窑窑外预分解技术，将玻璃配合料中碳酸盐、硫酸盐的分解过程从窑内移到窑 外完成，由这些盐类产生的气体在窑外排除，可减少现在窑炉熔化面积，从而达到节约能量、降低玻 璃成本和减少烟尘排放量的目的Ｉ¨Ｊ。 在不考虑产能提高、熔窑寿命延长等隐性经济效益的情况下，仅以燃料节约１０％，硅质超细粉利 用率提高１０％计算，一座熔化能力５００Ⅱ屯／日的浮法玻璃熔窑，每年可节约重油约３５００多吨，砂岩１３０００ 多吨，产生１０００万元以上的直接经济效益，同时可降低烟气中的烟尘量１０％～２０％。由此可以预见， 该技术一旦投入工业应用，必将带来巨大的经济和社会效益，对国民经济的发展具有积极意义。 玻璃熔窑采用窑外预分解技术，在国际上属于领先水平，是我国玻璃工艺技术与装备的进一步研 究创新，可提高我国玻璃技术创新能力和核心竞争能力。 ６．４玻璃熔窑纯低温余热发电 玻璃熔窑排出的废气量很大，温度却较低，一般为４００＂－＇５５０＂Ｃ。近些年玻璃工业的大力发展，余 热利用也相继得到了发展，国内很多玻璃厂的余热锅炉产生的蒸汽很难做到产销平衡。不采暖的春夏 秋三季，除生产或少量生活用气外，另无他用。在这种情况下，玻璃熔窑废气只能部分通过余热锅炉、 而多余的废气只好旁通入烟囱，余热没有得到充分利用。 鉴于以上问题和现状，建议在新建的项目中用中压抽气冷凝发电系统代替传统的低压蒸汽系统。 现以日熔化量３００ｔ／ｄ的浮法玻璃厂为例进行分析，其工况流程简图如图２所示。
匪
设计过程的所有详细数据（托８４组成分）另见表 五结论 玻璃成分的节能性设计．是改良产品技术经济性能的方向，优化设¨技术则是今后开发新产品的 必要手段，值得广泛推广。 在实际应用中．根据设计结果和且体窑炉结构冉进行适当调整，即可快速确定符合要求的玻璃成 分。 参考文献
１（Ｇｌａｓｓ ＥｎｇｉｎｅｅｒＳｙｓｔｅｍ ２０１０）ＵｓｅｒＭａｎｕａｌ
我国玻璃工业已其肯相当规模。到２００８午底陶内仅浮法玻璃生产线就肯２１０多条”】．电子玻璃、
瓶罐器皿玻璃种具规模，玻璃产能持续增加．ｒｆ Ｊ场竞争日趋白热化。做为玻璃＝！＝业主甚燃料的重油、 无然气和煤．价格持续走高．在玻璃成本中所，，比例越柬越大。因此，丌发玻璃窑炉节能新技术．对
降低生产成本．提高企业的市场竞予力，减少环境污染，埋１Ｉ至能源短缺等都具有巨大意义。玻璃企业