1前言 浮法工藝已經(jīng)發(fā)展成為相當成熟的平板玻璃生產(chǎn)工藝。浮法玻璃窯爐無(wú)論從哪個(gè)角度講，都是耗能大戶(hù)。為進(jìn)一步節能降耗，保護環(huán)境，提高經(jīng)濟效益，減少co2等溫室氣體的排放，人們想方設法地在浮法工藝生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節進(jìn)行節能技術(shù)改造，主要是降低玻璃熔窯能耗，減少環(huán)境污染。 晶華集團浮法玻璃一線(xiàn)窯爐已經(jīng)成功運行六年，窯爐保溫也取得了成功，在國產(chǎn)窯中尚處于節能窯的前列，但與國外先進(jìn)水平相比，還有一定差距。 2、現狀分析 在國際、國內能源形勢日益緊張的前提下，原材燃料價(jià)格節節攀升，浮法玻璃的生產(chǎn)成本居高不下。玻璃熔窯是玻璃生產(chǎn)線(xiàn)能源消耗較多的裝備，玻璃制造成本中約一半是燃料成本。國內設計的浮法玻璃熔窯玻璃液?jiǎn)魏囊呀?jīng)可以達到7500kj/kg的水平，但國外大型的浮法玻璃熔窯可達到5800 kj/kg，與國際先進(jìn)水平相比，我們尚有一定的差距。 發(fā)達國家玻璃熔窯的熱效率一般在30～40%，我國玻璃熔窯的熱效率平均只有25～35%，以日熔化量400～500噸級浮法生產(chǎn)線(xiàn)為例，國內熔窯玻璃液?jiǎn)魏乃剑?～8 mj/kg）比國外先進(jìn)水平（5.8 mj/kg玻璃液）高出30%。 與國外先進(jìn)窯爐相比，我國玻璃熔窯差距表現在浮法玻璃熔窯結構和保溫措施不盡合理、使用的耐火材料檔次低、窯爐操作技術(shù)落后、管理維護不夠完善等，從而造成能耗高、熔化質(zhì)量差、窯爐壽命短等后果。 另外，國外設計的窯爐目前有很多成熟的節能輔助手段，如：窯底鼓泡技術(shù)、窯爐電助熔技術(shù)、電壩技術(shù)、窯坎技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)、新型窯爐結構、新型緩沖泥漿等，這些新材料、新結構、新技術(shù)正逐步被國產(chǎn)窯爐所使用。近年來(lái)，國內的浮法玻璃窯爐在設計方面也有較大改進(jìn)。迫于燃料成本上升和環(huán)境保護的壓力，企業(yè)本身在節能降耗方面不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善。 根據浮法窯爐運行的實(shí)際情況，借鑒國內外同行的先進(jìn)經(jīng)驗，筆者認為對小爐噴火口及蓄熱室進(jìn)行結構改進(jìn)，提高助燃風(fēng)和霧化介質(zhì)風(fēng)溫度、加強窯爐的保溫和密封，以及熔化部蜂窩碹和階梯狀池底的使用等簡(jiǎn)便易行，可以達到很好的節能效果。本文就圍繞這幾方面改造分析窯爐的節能效果，供業(yè)界同仁參考。 3、改造項目及措施 3.1小爐噴火口及蓄熱室改造 國內浮法玻璃橫火焰熔窯小爐噴火口有一傳統的設計方法，即小爐噴火口平碹與小爐斜坡碹呈一定角度（如圖）。助燃風(fēng)在蓄熱室預熱后，經(jīng)小爐平碹、斜碹在小爐噴火口平碹處進(jìn)入窯內與燃料混合燃燒，實(shí)際上，助燃風(fēng)在噴火口平碹的進(jìn)口端受到較大的阻力，助燃風(fēng)會(huì )變向、變速，進(jìn)入窯爐內不能很好地與燃料混合，造成燃油燃燒不徹底，窯內工況不理想。主要原因是這種小爐結構受當時(shí)電熔耐火材料制造技術(shù)的限制，無(wú)法制作出理想的形狀。       圖1                                    圖2 （注：圖1為改造前示意圖，圖2為改造后示意圖） 借鑒先進(jìn)的設計理念，把浮法窯爐的噴火口平碹改造成與小爐斜碹呈零度角，小爐底板不再是水平形狀，而是設計成斜坡?tīng)睿ㄐ顭崾曳较蚱?，?jiàn)圖1，圖2），也就是順應助燃風(fēng)的自然流向，盡量減小助燃風(fēng)在流動(dòng)過(guò)程中的阻力與擾動(dòng)，穩定助燃風(fēng)的流速流向。合理的助燃風(fēng)空氣流動(dòng)，能優(yōu)化助燃風(fēng)和燃料混合度，提高燃料的燃燒率，可以有效地降低空氣的過(guò)剩系數；另外，小爐底板呈一定斜度設計，加大了小爐底部的操作空間，更加有利于操作人 員對油槍及管路閥門(mén)的維修維護和保養，有利于“幫磚”操作。從燃燒效果來(lái)看，小爐噴火口采用這種結構會(huì )更好。  小爐噴火口結構改造后，小爐斜碹尾部升高，小爐底板呈斜坡?tīng)钤O計，增加了小爐底板的高度（小爐后部與蓄熱室接觸處），蓄熱室格子體的高度可相應增加，格子體體積相應增大，助燃風(fēng)預熱效果加強，蓄熱室的熱效率進(jìn)一步提高。 3.2提高助燃風(fēng)及霧化介質(zhì)風(fēng)溫度 3.2.1助燃風(fēng)管道及采風(fēng)口改造 我們在實(shí)際生產(chǎn)中非常重視窯爐工況穩定。晶華浮法二線(xiàn)助燃風(fēng)采風(fēng)原設計基本是室外風(fēng)，空氣進(jìn)入蓄熱室經(jīng)過(guò)熱交換后，夏季和冬季室外溫差較大，助燃風(fēng)溫度也有較大的差別。在冬季我們臨時(shí)在窯底利用帆布組成風(fēng)管道，采風(fēng)口設在熔化部熔化區底部，此處空間溫度比冬季室外風(fēng)高出30℃左右，到達窯內的助燃風(fēng)空氣提高了20℃左右，火焰燃燒狀況良好，節能效果比較好。（附表1） 表1：助燃空氣的溫度對玻璃液熔化的單位熱耗量影響 3.2.2提高霧化介質(zhì)風(fēng)的溫度 霧化介質(zhì)風(fēng)溫度不足，有一種弊端：高壓的霧化介質(zhì)風(fēng)在噴出的瞬間出現絕熱膨脹會(huì )吸收大量的熱量，造成熱量損耗，溫度低的霧化風(fēng)不足以克服這個(gè)吸熱過(guò)程，影響燃料霧化，造成燃料浪費和窯內工況不理想。 目前傳統的設計是霧化介質(zhì)風(fēng)管道在蓄熱室頂部和墻面周?chē)@行，起到加熱介質(zhì)風(fēng)的目的，這樣的設計雖然加熱了介質(zhì)風(fēng)（溫度在150℃左右），但溫度不是很高，燃油霧化和節能效果不明顯。將霧化介質(zhì)風(fēng)管道鋪設砌筑在小爐底板磚中間，（在小爐底板下架設介質(zhì)風(fēng)旁通管道，以備急需）介質(zhì)風(fēng)穿過(guò)小爐底板后到達槍前將燃油霧化，用這種方法加熱后的介質(zhì)風(fēng)溫度很高（600℃左右），不但能降低窯內的熱損耗和小爐底板的溫度，而且也能提高燃油的霧化效果。日耗油量降低0.5噸左右，該技術(shù)風(fēng)險性小，施工簡(jiǎn)單，效果明顯。 4、窯體的保溫和密封 4.1窯體的保溫 根據玻璃熔窯熱平衡測試，熔窯的散熱量占總熱耗的25～30%，根據實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗和數據，對窯體進(jìn)行保溫和密封，在窯爐運行條件下，能節約15~20%的燃料消耗，因而在同樣的燃料消耗條件下，能提高窯爐的產(chǎn)量，或在保持原來(lái)產(chǎn)量條件下降低燃料消耗量。合理的窯體保溫還有助于減少耐火材料砌體的侵蝕，提高玻璃質(zhì)量，降低外部環(huán)境溫度，改善操作人員的勞動(dòng)條件。 采用窯爐保溫技術(shù)，增加窯體的熱阻，減少熱損失提高熱效率，如我公司600t/d浮法二線(xiàn)熔化部大碹保溫以后，日耗油量明顯降低（從保溫前的112t/d降到保溫后的108t/d左右），節油3~4%，而且窯內工況穩定，易于控制。從實(shí)際情況看，大碹對玻璃液的輻射熱明顯增加，大大提高了熔化量，有效地降低了能耗。 從實(shí)際情況考慮，窯爐保溫在選材上必須匹配，了解各種保溫材料的較高使用溫度及其物理化學(xué)性質(zhì)，另外建立健全熱工測試手段隨時(shí)進(jìn)行檢測，優(yōu)化操作技術(shù)水平也很重要，尤其是在調整油流量分配和油氣風(fēng)的配比上要科學(xué)合理，使之符合窯爐的溫度制度和氣氛制度，滿(mǎn)足窯爐的熱工要求，從全盤(pán)的角度考慮都必須到位，才能達到窯體保溫后預期的提高產(chǎn)量和質(zhì)量、節能降耗的目的。 4.2窯體的密封 未采取密封措施的窯爐孔、縫隙比較多，如投料池處、蓄熱室兩側看火孔、澄清區耳池孔、卡脖深水管及水平攪拌器處、冷卻部泄壓孔以及燃燒器周?chē)?，?jīng)過(guò)開(kāi)孔、縫隙從熔窯外部吸入的空氣將被加熱到窯內的溫度，另外開(kāi)孔和縫隙也可導致放射熱損失，兩部分損失的熱量都能用公式量化計算出來(lái)。以燃料為重油計算，一個(gè)65×114㎜的開(kāi)孔，在熔窯壓力低于外部壓力1mmh2o的情況下，計算出的熱損耗約相當于94升重油/日。如果窯爐的所有孔、縫隙都未采取密封，累積起來(lái)熱損耗就相當大了。所以熔窯的密封也很重要。 晶華浮法一線(xiàn)是在窯爐運行中期對投料池采取密封措施的，投料池密封做好后，熔化部1#碹頂溫度有所上升（我公司采取降溫節油措施），減少了配合料的粉塵飛揚，減輕了由此而造成的侵蝕，另一方面配合料的預熔效果得到加強，料堆、料壟走勢不錯，對熱點(diǎn)的穩定打下了良好的基礎，實(shí)踐證明投料池密封不但做到了節油降耗，而且改善了投料池附近的操作環(huán)境。（附表2） 表2 4.3泄壓孔的合理應用 布置在冷卻部?jì)蓚鹊男箟嚎祝ňA公司浮法二線(xiàn)450×460mm），配有可滑動(dòng)的密封門(mén)，起到調節冷卻部溫度和壓力的作用，但同時(shí)此處散熱量也比較大，如果進(jìn)入冷卻部的優(yōu)質(zhì)玻璃液溫度在整個(gè)冷卻部縱向流動(dòng)過(guò)程中，能夠自然降溫或者說(shuō)僅憑稀釋風(fēng)的調節降溫，就能滿(mǎn)足玻璃成型所需的溫度，那么，冷卻部?jì)蓚鹊男箟嚎卓梢酝耆忾]或盡量關(guān)到較小，這樣此處的熱量損耗會(huì )大大減少。以此為前提，如果我們在保證玻璃液澄清均化的基礎上，能適當降低澄清區溫度，降低熔化區的熱負荷，也就是適當減少了燃料的使用量，那么節能降耗也將成為現實(shí)。 5.熔化部采用蜂窩碹 大碹是窯爐熔化部的頂蓋，是窯爐的關(guān)鍵部位之一，在窯爐的正常生產(chǎn)中，主要靠大碹內表面輻射熱量來(lái)熔化配合料，對材質(zhì)的要求比較嚴格，要經(jīng)受1600℃高溫火焰的燒蝕，耐侵蝕性要好，而且侵蝕后不污染玻璃液。 傳統的大碹設計為內表面較平滑的優(yōu)質(zhì)硅磚，表面積固定，在施工砌筑時(shí)泥縫稍微處理不好，烤窯過(guò)程中就會(huì )造成下表面的磚縫微張(硅質(zhì)砌筑泥漿質(zhì)量差也能造成)，這樣在正常生產(chǎn)時(shí)，堿蒸汽會(huì )從磚縫中鉆入大碹砌體，冷凝后腐蝕能力會(huì )更強，這就造成窯爐后期的“鼠洞”現象，有時(shí)要拆除窯頂保溫層，熱量會(huì )有很大地損耗。 采用蜂窩碹，其優(yōu)點(diǎn)主要表現在以下幾個(gè)方面： 一、大碹的內表面輻射效率提高，配合料的熔化效果加強，熔化質(zhì)量相應提高，燃油消耗相應降低。 玻璃熔化主要是通過(guò)輻射傳熱。蜂窩碹的內表面呈凹凸狀，表面積遠遠大于原設計大碹內表面積，其凸出部分溫度較高，輻射能力增強，凹進(jìn)部分熱容量增加，而且有較強的熱反射能力，配合料及玻璃液得到的輻射熱大大增加。 二、有效減輕了堿蒸汽及火焰的侵蝕 由于蜂窩碹磚的特殊結構，蜂窩式優(yōu)質(zhì)硅磚的熱彈性很好，在700℃以上時(shí)有明顯的“彈簧效應”,在烤窯膨脹時(shí)磚與磚之間的下口泥縫會(huì )脹得很?chē)?，有效避免了堿蒸汽鉆入砌體進(jìn)行侵蝕。另外，煙氣、堿蒸汽在蜂窩狀碹內表面受到很大的阻力，其流動(dòng)速度減慢，有效地減輕了對大碹的沖刷和侵蝕。 三、蜂窩碹減輕了整個(gè)大碹的重量 使用的蜂窩狀優(yōu)質(zhì)硅磚，將碹磚的下表面設計成孔洞狀，其厚度不變，減輕了大碹的重量，但不影響大碹的強度，節省了投資。 6.采用階梯狀池底 配合料在熔化過(guò)程中，溫度至少需要1200℃，耗用熱量達到總能耗的70%(見(jiàn)表3)。浮法玻璃窯爐池深自加料口至卡脖依次變淺，加大熔化區池深，增加玻璃的體積，在窯爐熔化面積不變的情況下增加“熔化體積”，可以減少1、2號小爐的熱負荷，減輕粉料飛揚，能夠更充分地提高能源利用率。許多先進(jìn)窯爐已采用了這一設計理念，取得了明顯的節能效果。 7.總結 在能源日益緊張的時(shí)期，平板玻璃行業(yè)作為燃料消耗的大戶(hù)，企業(yè)在迅速發(fā)展的階段在某些方面受到很大約束和限制，束縛著(zhù)企業(yè)前進(jìn)的腳步。為解決企業(yè)發(fā)展的后顧之憂(yōu)，要求我們在科學(xué)合理利用和節約能源上下功夫，引進(jìn)并應用科學(xué)的綜合管理方法和一系列技術(shù)創(chuàng )新改造來(lái)達到節能降耗，是作為玻璃工業(yè)技術(shù)人員追求的永恒課題。