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浮法窑炉节能实用技术

浮法窑炉节能实用技术

摘要:本文围绕窑炉结构中小炉喷火口改造、增大蓄热室格子体体积,提高助燃风和雾化介质风温度、窑体的保温和密封以及熔化部蜂窝碹和阶梯状池底的使用等方面分析窑炉的节能效果。
关键词:浮法玻璃,窑炉,节能

1、前言
浮法工艺已经发展成为相当成熟的平板玻璃生产工艺。浮法玻璃窑炉无论从哪个角度讲,都是耗能大户。为进一步节能降耗,保护环境,提高经济效益,减少CO2等温室气体的排放,人们想方设法地在浮法工艺生产的各个环节进行节能技术改造,主要是降低玻璃熔窑能耗,减少环境污染。
晶华集团浮法玻璃一线窑炉已经成功运行六年,窑炉保温也取得了成功,在国产窑中尚处于节能窑的前列,但与国外先进水平相比,还有一定差距。
2、现状分析
在国际、国内能源形势日益紧张的前提下,原材燃料价格节节攀升,浮法玻璃的生产成本居高不下。玻璃熔窑是玻璃生产线能源消耗最多的装备,玻璃制造成本中约一半是燃料成本。国内设计的浮法玻璃熔窑玻璃液单耗已经可以达到7500kJ/kg的水平,但国外大型的浮法玻璃熔窑可达到5800 kJ/kg,与国际先进水平相比,我们尚有一定的差距。
发达国家玻璃熔窑的热效率一般在3040%,我国玻璃熔窑的热效率平均只有2535%,以日熔化量400500吨级浮法生产线为例,国内熔窑玻璃液单耗水平(78 MJ/Kg)比国外先进水平(5.8 MJ/Kg玻璃液)高出30%
与国外先进窑炉相比,我国玻璃熔窑差距表现在浮法玻璃熔窑结构和保温措施不尽合理、使用的耐火材料档次低、窑炉操作技术落后、管理维护不够完善等,从而造成能耗高、熔化质量差、窑炉寿命短等后果。
另外,国外设计的窑炉目前有很多成熟的节能辅助手段,如:窑底鼓泡技术、窑炉电助熔技术、电坝技术、窑坎技术、富氧燃烧技术、新型窑炉结构、新型缓冲泥浆等,这些新材料、新结构、新技术正逐步被国产窑炉所使用。近年来,国内的浮法玻璃窑炉在设计方面也有较大改进。迫于燃料成本上升和环境保护的压力,企业本身在节能降耗方面不断地进行改进和完善。
根据浮法窑炉运行的实际情况,借鉴国内外同行的先进经验,笔者认为对小炉喷火口及蓄热室进行结构改进,提高助燃风和雾化介质风温度、加强窑炉的保温和密封,以及熔化部蜂窝碹和阶梯状池底的使用等简便易行,可以达到很好的节能效果。本文就围绕这几方面改造分析窑炉的节能效果,供业界同仁参考。
3、改造项目及措施
3.1小炉喷火口及蓄热室改造 
国内浮法玻璃横火焰熔窑小炉喷火口有一传统的设计方法,即小炉喷火口平碹与小炉斜坡碹呈一定角度(如图)。助燃风在蓄热室预热后,经小炉平碹、斜碹在小炉喷火口平碹处进入窑内与燃料混合燃烧,实际上,助燃风在喷火口平碹的进口端受到较大的阻力,助燃风会变向、变速,进入窑炉内不能很好地与燃料混合,造成燃油燃烧不彻底,窑内工况不理想。主要原因是这种小炉结构受当时电熔耐火材料制造技术的限制,无法制作出理想的形状。

 

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(注:图1为改造前示意图,图2为改造后示意图)
借鉴先进的设计理念,把浮法窑炉的喷火口平碹改造成与小炉斜碹呈零度角,小炉底板不再是水平形状,而是设计成斜坡状(蓄热室方向偏高,见图1,图2),也就是顺应助燃风的自然流向,尽量减小助燃风在流动过程中的阻力与扰动,稳定助燃风的流速流向。合理的助燃风空气流动,能优化助燃风和燃料混合度,提高燃料的燃烧率,可以有效地降低空气的过剩系数;另外,小炉底板呈一定斜度设计,加大了小炉底部的操作空间,更加有利于操作人 员对油枪及管路阀门的维修维护和保养,有利于帮砖操作。从燃烧效果来看,小炉喷火口采用这种结构会更好。   
小炉喷火口结构改造后,小炉斜碹尾部升高,小炉底板呈斜坡状设计,增加了小炉底板的高度(小炉后部与蓄热室接触处),蓄热室格子体的高度可相应增加,格子体体积相应增大,助燃风预热效果加强,蓄热室的热效率进一步提高。
3.2提高助燃风及雾化介质风温度
3.2.1助燃风管道及采风口改造
我们在实际生产中非常重视窑炉工况稳定。晶华浮法二线助燃风采风原设计基本是室外风,空气进入蓄热室经过热交换后,夏季和冬季室外温差较大,助燃风温度也有较大的差别。在冬季我们临时在窑底利用帆布组成风管道,采风口设在熔化部熔化区底部,此处空间温度比冬季室外风高出30左右,到达窑内的助燃风空气提高了20左右,火焰燃烧状况良好,节能效果比较好。(附表1


1:助燃空气的温度对玻璃液熔化的单位热耗量影响
3.2.2提高雾化介质风的温度
雾化介质风温度不足,有一种弊端:高压的雾化介质风在喷出的瞬间出现绝热膨胀会吸收大量的热量,造成热量损耗,温度低的雾化风不足以克服这个吸热过程,影响燃料雾化,造成燃料浪费和窑内工况不理想。
目前传统的设计是雾化介质风管道在蓄热室顶部和墙面周围绕行,起到加热介质风的目的,这样的设计虽然加热了介质风(温度在150左右),但温度不是很高,燃油雾化和节能效果不明显。将雾化介质风管道铺设砌筑在小炉底板砖中间,(在小炉底板下架设介质风旁通管道,以备急需)介质风穿过小炉底板后到达枪前将燃油雾化,用这种方法加热后的介质风温度很高(600左右),不但能降低窑内的热损耗和小炉底板的温度,而且也能提高燃油的雾化效果。日耗油量降低0.5吨左右,该技术风险性小,施工简单,效果明显。
4、窑体的保温和密封
4.1窑体的保温
根据玻璃熔窑热平衡测试,熔窑的散热量占总热耗的2530%,根据实际生产经验和数据,对窑体进行保温和密封,在窑炉运行条件下,能节约15~20%的燃料消耗,因而在同样的燃料消耗条件下,能提高窑炉的产量,或在保持原来产量条件下降低燃料消耗量。合理的窑体保温还有助于减少耐火材料砌体的侵蚀,提高玻璃质量,降低外部环境温度,改善操作人员的劳动条件。
采用窑炉保温技术,增加窑体的热阻,减少热损失提高热效率,如我公司600T/D浮法二线熔化部大碹保温以后,日耗油量明显降低(从保温前的112T/D降到保温后的108T/D左右),节油3~4%,而且窑内工况稳定,易于控制。从实际情况看,大碹对玻璃液的辐射热明显增加,大大提高了熔化量,有效地降低了能耗。
从实际情况考虑,窑炉保温在选材上必须匹配,了解各种保温材料的最高使用温度及其物理化学性质,另外建立健全热工测试手段随时进行检测,优化操作技术水平也很重要,尤其是在调整油流量分配和油气风的配比上要科学合理,使之符合窑炉的温度制度和气氛制度,满足窑炉的热工要求,从全盘的角度考虑都必须到位,才能达到窑体保温后预期的提高产量和质量、节能降耗的目的。
4.2窑体的密封
未采取密封措施的窑炉孔、缝隙比较多,如投料池处、蓄热室两侧看火孔、澄清区耳池孔、卡脖深水管及水平搅拌器处、冷却部泄压孔以及燃烧器周围等,经过开孔、缝隙从熔窑外部吸入的空气将被加热到窑内的温度,另外开孔和缝隙也可导致放射热损失,两部分损失的热量都能用公式量化计算出来。以燃料为重油计算,一个65×114㎜的开孔,在熔窑压力低于外部压力1mmH2O的情况下,计算出的热损耗约相当于94升重油/日。如果窑炉的所有孔、缝隙都未采取密封,累积起来热损耗就相当大了。所以熔窑的密封也很重要。
晶华浮法一线是在窑炉运行中期对投料池采取密封措施的,投料池密封做好后,熔化部1#碹顶温度有所上升(我公司采取降温节油措施),减少了配合料的粉尘飞扬,减轻了由此而造成的侵蚀,另一方面配合料的预熔效果得到加强,料堆、料垄走势不错,对热点的稳定打下了良好的基础,实践证明投料池密封不但做到了节油降耗,而且改善了投料池附近的操作环境。(附表2
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4.3泄压孔的合理应用
布置在冷却部两侧的泄压孔(晶华公司浮法二线450×460mm),配有可滑动的密封门,起到调节冷却部温度和压力的作用,但同时此处散热量也比较大,如果进入冷却部的优质玻璃液温度在整个冷却部纵向流动过程中,能够自然降温或者说仅凭稀释风的调节降温,就能满足玻璃成型所需的温度,那么,冷却部两侧的泄压孔可以完全封闭或尽量关到最小,这样此处的热量损耗会大大减少。以此为前提,如果我们在保证玻璃液澄清均化的基础上,能适当降低澄清区温度,降低熔化区的热负荷,也就是适当减少了燃料的使用量,那么节能降耗也将成为现实。
5.熔化部采用蜂窝碹
大碹是窑炉熔化部的顶盖,是窑炉的关键部位之一,在窑炉的正常生产中,主要靠大碹内表面辐射热量来熔化配合料,对材质的要求比较严格,要经受1600高温火焰的烧蚀,耐侵蚀性要好,而且侵蚀后不污染玻璃液。
传统的大碹设计为内表面较平滑的优质硅砖,表面积固定,在施工砌筑时泥缝稍微处理不好,烤窑过程中就会造成下表面的砖缝微张(硅质砌筑泥浆质量差也能造成),这样在正常生产时,碱蒸汽会从砖缝中钻入大碹砌体,冷凝后腐蚀能力会更强,这就造成窑炉后期的鼠洞现象,有时要拆除窑顶保温层,热量会有很大地损耗。
采用蜂窝碹,其优点主要表现在以下几个方面:
一、大碹的内表面辐射效率提高,配合料的熔化效果加强,熔化质量相应提高,燃油消耗相应降低。
玻璃熔化主要是通过辐射传热。蜂窝碹的内表面呈凹凸状,表面积远远大于原设计大碹内表面积,其凸出部分温度较高,辐射能力增强,凹进部分热容量增加,而且有较强的热反射能力,配合料及玻璃液得到的辐射热大大增加。
二、有效减轻了碱蒸汽及火焰的侵蚀
由于蜂窝碹砖的特殊结构,蜂窝式优质硅砖的热弹性很好,在700以上时有明显的弹簧效应”,在烤窑膨胀时砖与砖之间的下口泥缝会胀得很严,有效避免了碱蒸汽钻入砌体进行侵蚀。另外,烟气、碱蒸汽在蜂窝状碹内表面受到很大的阻力,其流动速度减慢,有效地减轻了对大碹的冲刷和侵蚀。
三、蜂窝碹减轻了整个大碹的重量
使用的蜂窝状优质硅砖,将碹砖的下表面设计成孔洞状,其厚度不变,减轻了大碹的重量,但不影响大碹的强度,节省了投资。
6.采用阶梯状池底
配合料在熔化过程中,温度至少需要1200,耗用热量达到总能耗的70%(见表3)。浮法玻璃窑炉池深自加料口至卡脖依次变浅,加大熔化区池深,增加玻璃的体积,在窑炉熔化面积不变的情况下增加熔化体积,可以减少12号小炉的热负荷,减轻粉料飞扬,能够更充分地提高能源利用率。许多先进窑炉已采用了这一设计理念,取得了明显的节能效果。
7.总结
在能源日益紧张的时期,平板玻璃行业作为燃料消耗的大户,企业在迅速发展的阶段在某些方面受到很大约束和限制,束缚着企业前进的脚步。为解决企业发展的后顾之忧,要求我们在科学合理利用和节约能源上下功夫,引进并应用科学的综合管理方法和一系列技术创新改造来达到节能降耗,是作为玻璃工业技术人员追求的永恒课题。

参考文献
1】周峰,平板玻璃工厂的节能途径,《中国玻璃》,2006年第三期;
2】单杰,玻璃熔窑节能措施,《中国玻璃》,2006年第三期。
3】薛立莎等《玻璃熔窑节能新技术》

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