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节能新材料在玻璃窑炉的重要意义(中篇)

时间:2020-12-01 14:15:50 点击:

近几年玻璃窑炉采用行之有效的几项节能新技术:
  (1)玻璃窑炉的节能
  根据以上的数据和分析,我国玻璃工业的节能潜力巨大,玻璃窑炉的热能用在熔化玻璃上只是少量的,大部分未能被利用。资料显示:输入玻璃窑炉的热能利用和散失,大致可分成三份,即:三分之一热量用于熔化玻璃、三分之一热量由炉体散失、三分之一热量随着烟气被排入大气中。
  显然第一个三分之一为必不可少的,后两个三分之一是我们节能主攻方向。当然第一个三分之一也要做些文章。今后要结合国情除消化吸收国外的软硬件,侧重于先进的节能经验和行之有效的节能先进技术,更主要的是要依靠国内的广大科技工作者和经营管理者,根据自己的实际情况和需求进行研发和创新,以科学的严谨态度,以不断创新的方式和成果使窑炉全方位达到运行最佳化,以追求窑炉最大的节能效果和经济效益。
  节能要在保证玻璃质量的前提下,将以现代国内外玻璃窑炉节能先进成熟的技术和节能措施,从窑炉的软硬件入手全方位进行技术创新。做主要提示:
  窑炉的最新设计理念,设计者要采用当代最新设计成果和节能技术。
  采用当代最节能的配方,设计选用最先进配料系统。
  设计最新而先进的燃烧系统和设备。
  设计和选用最先进的自动化设施和自控系统。
  选用相匹配的优质耐火材料。
  余热回收和利用。
  窑炉配套系统的节能等。
  1)玻璃窑炉的设计改革和创新达到节能:
  玻璃窑炉的设计是一项十分重要的技术性极高的工作,它涉及到热力学、燃烧学、流体力学、玻璃工艺学、材料学、耐火材料学等多种学科。
  按设计程序进行,设计前任务书、调查了解国内外相似炉型的先进资料等收集相关资料并在调查研究的基础上选定炉型、根据技术指标和使用方的要求,经计算、实验绘制图纸完成设计,初步设计:所用燃料类别确定单耗、确定熔化率和出料量、确定熔制工艺制度、确定熔窑的主要尺寸(熔化池尺寸、工作池尺寸、燃料的燃烧计算和耗热量的计算、火焰空间尺寸、设计小炉尺寸、蓄热室设计、烟道尺寸、烟囱设计等)、耐火材料的选择、土建、燃料及动力的配套工程供应等必须做。窑炉设计和采用先进结构效益。此外筑炉和烤炉及日常使用也必须注意。一座窑炉设计的成功与否关系到炉投入使用能否按设计指标节能、高效、长寿命运行,关系到企业今后的经济效益。
   由于对窑炉技术经济指标的高要求,窑炉设计工作者必需采用最新的众多新节能技术方能满足要求,故近年来创建了一大批高效、节能、长寿命窑炉,能耗比常规炉降低20~50%,效益可观。
   玻璃窑炉型;
  当前国内外比较成熟通用的有:火焰炉或全氧燃烧炉、全电熔炉或电气混合炉等。火焰炉是主用炉型,其中马蹄焰炉和横火焰炉是用的最普遍的炉型。换热式也有不少企业在使用,纵观我国玻璃窑炉使用情况:建材大都使用大型横火焰炉、其它行业马蹄焰炉型用的多。此种炉型已经比较成熟,节能效果较好。换热式炉也有他的优点和长处,但热利用率较低,能耗较高,建议如条件许可,可改用马蹄焰炉以达到节能的目的。
  ◎双碹顶换热室池窑是一种老式池窑,能耗比马蹄焰蓄热室池窑高许多,内碹容易损坏和坍塌,池炉寿命较短,国外已不用。在电光源行业的玻璃工厂中,大约还有30台仍在运转,熔化面积在12~30m2左右,以20m2左右居多。在日用玻璃行业中,也有些双碹顶换热室池窑存在,大的在40m2左右,仍使用这种类型的池炉的原因是,其火焰不需换向,燃烧稳定,控制相对简单,一次性投资少。但其换热的空气预热温度低,进烟道的废气温度高,熔化温度低,熔化率低,能耗高,热效率低。
  大于20m2的双碹顶换热室池窑,应当淘汰,用马蹄焰蓄热室池窑代替。
  小于20m2的双碹顶换热室池窑,应当淘汰,用全电熔窑代替。
  ◎电助熔玻璃熔炉可广泛采用,在用火焰直接加热的池窑中,采取局部的高效率直接通电方式加热,可提高深层玻璃液的温度和增加出料量。国外的电助熔窑,熔化率有的已达3.5t/m2d以上,我国的电助熔窑熔化率和国外的差距很大,主要是思维观念的差别,有些人认为电助熔只是提高玻璃质量的。熟不知电助熔窑主要是提高产量的,当然也是提高玻璃液质量的,但以提高玻璃产量为主。因此发展电助熔窑应引起广泛重视,是节能发展方向。
  电极的安装,有从池壁水平插入和从池底下部插入。目前,大多数都是底部插入。
  产量小,玻璃质量要求较高的而附加值高的产品应多采用电助熔炉或全电炉更能体现出优越性来,是发展方向。
  ◎大力采用全电熔炉
  全电熔炉特别适合于小批量附加值高的玻璃产品的熔制。如硼硅硬料玻璃熔化选用全电熔炉为最佳。特别是高硼硅玻璃建议采用全电熔池炉。
  熔化硼硅硬料的玻璃熔炉的特点是,高硼硅料难熔化,所需温度高(熔化温度达到1600℃时)其熔化率在0.4~0.7左右,还须加火、电混熔。玻璃液粘度大,窑炉寿命较短,耐火材料的质量需求高。产品合格率低,能耗高。
  全电熔窑可以采用冷顶,熔化率可从火焰窑的0.4~0.7左右提高到1.5~2.0左右,使能耗降低,现比较先进的全电熔炉熔化每公斤玻璃液只需1.3~1.5kwh,折合标煤为160~190kg。产品质量提高,色泽透明,成本降低。
  2)选用成熟先进的节能技术提示:
  (1)采用增加熔化池、澄清池深度及大容量结构设计窑炉。
  加大熔化池深和澄清池深(多深要根据实际情况决定),设计时要考虑熔化料种、出料量、熔化率、窑炉寿命、燃料种类、温度制度(含池底温度)、出料量、造价等因素适当增加澄清区的深度,有助于降低流液洞进口端的玻璃液温度并有利于澄清,深度是有限度的,如粘度较大的高硼硅酸盐玻璃就不能太深,要结合国内深池成功经验,要有科学的理论数据为依据进行设计。
  采用窑坎、池底倾斜式结构、倾斜式(或延伸式)流液洞、倾斜式池壁砖等技术。熔化池池壁可采用倾斜式设计,有利于延缓三相界面上对耐火材料的侵蚀延长使用期,也有助于冷却风发挥最佳冷却作用。池底也可设计成倾斜式,有助于防止池底出现死料。
  (2)蓄热室采用大蓄熔比的单通道蓄热室或三通道蓄热室设计
  即设计时考虑加大蓄热室格子砖的体积,加大蓄熔比,可采用八角形格子砖、十字型格子砖,增大蓄热室面积,加大有效热回收利用。如受厂房高度等限制则可采用三通道蓄热室结构,就能较好回收热能,(格子体体积/熔化池面积一般为3~4 m2/m2)以使助燃空气获得较高预热温度(>1300℃)此外采用烟气余热利用装置等均可达到节能。大型窑炉可考虑余热发电进行热回收利用。
  蓄熔比一般超过50比1,具体一是加高蓄热室,或采用三通道蓄热室。二是采用高蓄热效率的八角筒型或十字型格子砖,增加有效蓄热面积。尽量提高空气预热温度至1300℃以上,这样可以提高燃料的燃烧速度,节约燃料以达到节能效果。
  (3)合理设计小炉和火焰空间
  小炉的设计最关键,它是池炉供热系统的核心,为提高熔化率和玻璃质量;设计时根据所用燃料种类(发生炉煤气、燃油、天然气等),来计算设计小炉或采用何种燃烧器,要保证所需的火焰长度、宽度、速度、热点位置、辐射能力、方向性、、不发飘、覆盖面积,燃料燃烧完全和可调控等要求,应有科学合理的火焰空间,确保火焰把最多的热量传给熔化玻璃液所用,并保证火焰不冲刷、烧损碹项、胸墙和喷火口等为最佳。这就必须计算好并设计好火焰空间高度、二次空气流向和控制、小炉混合室长度和倾角等。
  熔池碹顶可选用蜂窝状耐火材料,以强化热反射到液面,保证充分利用热量达到节能,同时保护碹顶不被烧坏,可延长碹顶寿命。
  (4)设置窑坎
  日用玻璃窑炉熔化区和澄清区间可设置窑坎,他对窑池内的玻璃液的流动和传热都有较大影响,可改变玻璃液的温度场,他可减少回流,如减少澄清均化后玻璃液的回流,可提高熔化能力和玻璃液的质量,还可节省燃料约5%。
窑坎的发展趋势是由薄变厚,由矮变高,其有效高度应设计在0.4~0.8m。而1m为窑坎的极限高度。数学模拟结果表明,合适的窑坎高度范围可按近似式(h1—h2)≧h0≧2h(式中h1为池深;h0窑次高;h为流液洞高)确定。确定时还要顾及窑熔化率和玻璃成形温度的需要。
  当窑坎0.4~0.8m高时为窑坎的有效高度,当窑坎为0.7~0.9m高时能合理组织液流和增强料层下的回流。1m为窑坎的极限高度。
  窑坎和鼓泡或电助熔配合使用,有可能增强窑坎的作用,但窑坎受到的蚀损将加重。
  (5)设置鼓泡
  玻璃窑炉国内外均采用玻璃池炉鼓泡,就是用特殊的喷嘴由池底向上鼓入具有一定压力的气体,使人为形成的气泡上浮来搅拌玻璃液。同时提高窑炉的熔化能力,还可达到节能的目的。目前国内鼓泡技术已经比较成熟,热、冷态下均可安装。可请开发商承接完成。
  鼓泡的基本作用是:有效地控制、强化和改善熔化池内的玻璃液对流体系,增强炉内玻璃液的对流体系,增强炉内各物料间的热交换及物理化学反应,因此提高了玻璃液熔制过程中的熔化、澄清、均化的效率,故可提高玻璃的质量和成品率,产量可增加5~12%。由于窑内热利用率的提高可使燃料消耗降低5~10%,经济上有明显优势。
  鼓泡的型式最好采用脉冲式鼓泡,鼓泡点分布通常为一排,也有两排的。如设两排,一排设在加料口附近,后一排鼓泡点通常与窑坎配合。泡频根据需要进行调控。
  插入池底的鼓泡管可使用特种合金管、白金鼓泡管、水冷却耐热钢管,其孔径为1~3mm,每个鼓泡占用气量为60~250L/h。
  玻璃窑炉鼓泡增设与否,视玻璃类别、颜色、窑炉设计等诸多因素决定。

常规池炉内温差自然对流情况图

加鼓泡、窑坎后窑内强化对流情况图
科学合理的设计流液洞
  目前玻璃窑炉流液洞的设计日趋科学合理,如增加流液洞的长度尺寸,采用延伸式、倾斜式流液洞,可最大限度的减少玻璃液的回流,达到节能,同时对流液洞的维修和检查十分有利。
  (7)采用自动监控装置
  采用现代自动化温度、窑压、液面等控制系统,强化窑炉监控手段,做到科学合理用能和生产,并可延长窑炉使用期,做到科学文明生产。
  过剩系数是窑炉燃烧特性的一个重要指标,可采用测氧装置,严格控制空气过剩系数。
  根据装置测出的含氧数据,严格控制空气过剩系数。过大浪费燃料,过小使燃料燃烧不完全。目前由于二次空气预热温度比较高,空气过剩系数可以适当小些,甚至可以1﹕1左右,从而节约了能源。
  (8)选用优质耐火材料
  科学匹配选用优质耐火材料。确保玻璃熔化质量、窑炉寿命、高效节能。耐火材料一定要选用优质、可靠,特别是AZS系列材料、硅砖系列材料等的选用,则将出现严重问题,甚至造成设备报废,经济损失巨大,此问题教训深刻。耐火材料的质量直接关系到熔化玻璃的质量、窑炉的寿命和企业的效益!
   (9)采用复合高效强化全保温技术
  上面论述窑体散热几乎是投入窑炉总热量的1/3,多年来保温技术有了很大发展,从理论、结构、施工操作形成了一套完善系统,特别是耐火材料、保温材料和窑炉高效保温设计技术的发展,不管是大窑还是小窑,窑炉保温密封效果越来越好,目前稳化保温技术越来越成熟,强化保温蓄积的热量大约是未进行保温的二倍半。如碹顶经强化保温后表面温度可控制在80℃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%或更高,起到节能的效果是目前节能特别注意点。