玻璃熔爐的加熱形式探究

嚴(yán)永海

（東旭集團(tuán)有限公司 河北石家莊市 050000）

玻璃熔爐的加熱形式探究

嚴(yán)永海

（東旭集團(tuán)有限公司 河北石家莊市 050000）

介紹玻璃熔爐的加熱技術(shù)的發(fā)展，并分析了各種加熱形式的發(fā)展歷程及其優(yōu)劣。基于運(yùn)行成本、環(huán)保、玻璃配方、更高的熔化率和更好的玻璃質(zhì)量等諸多要求，我們需要選擇合適的玻璃熔爐加熱形式。

玻璃熔爐；加熱技術(shù)；富氧燃燒；純氧燃燒；電助熔

1 傳統(tǒng)的空氣+燃?xì)馊紵訜嵝问?/h2>

有史以來，玻璃熔窯一直都是以空氣作為助燃介質(zhì)?？萍脊ぷ髡呓?jīng)過對現(xiàn)有加熱形式的分析研究，認(rèn)為采用空氣助燃是導(dǎo)致高能耗、高污染、溫室效應(yīng)高的因素。因?yàn)榭諝庵兄挥?1%的氧氣參與助燃，78%的氮?dú)獠粌H不參與燃燒，還攜帶大量的熱量排入大氣。以空氣助燃的燃燒中所產(chǎn)生的廢氣含有大量的NOx，它造成光化學(xué)大氣污染、溫室效應(yīng)，影響全球人類生存環(huán)境。亟待人們進(jìn)行解決。

2 富氧+燃?xì)馊紵訜嵝问?/h2>

為了使玻璃熔爐的燃料充分燃燒，大幅提高熱效率，減少了固體不完全燃燒的排放，減少氮和其他惰性氣體隨煙氣帶走的熱能。富氧助燃技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這項(xiàng)技術(shù)可以使燃燒強(qiáng)度提高、燃燒速度加快，從而獲得較好的熱傳導(dǎo)，使燃料燃燒的更完全，更充分。

一般空氣中氧的含量為20.93%、氮為78.1%及少量惰性氣體等。人們把含氧量大于20.93%的空氣叫做富氧空氣。富氧空氣參與燃燒給燃燒提供了足夠的氧氣。富氧燃燒技術(shù)的優(yōu)勢還體現(xiàn)在：

（1）據(jù)測試氧含量增加4～5%，火焰溫度可升高200～300℃。火焰溫度的升高，促進(jìn)整個(gè)窯爐溫度的上升，爐堂受熱物質(zhì)更容易獲得熱量。

（2）燃料在空氣中燃燒與在純氧中的燃燒速度相差甚大，據(jù)測試，氫氣在空氣中的燃燒速度最大為280cm/s，在純氧中為1175cm/s，是在空氣中的4.2倍，天然氣則高達(dá)10.7倍。富氧助燃，可以使燃燒強(qiáng)度提高、燃燒速度加快，從而獲得較好的熱傳導(dǎo)，使燃料燃燒的更完全，更充分。

3 純氧+燃?xì)馊紵訜嵝问?/h2>

科技工作者通過長期反復(fù)地試驗(yàn)研究結(jié)果表明；采用純度≥85%的氧氣作為助燃介質(zhì)，對于節(jié)約能源，改善環(huán)境效果十分顯著：能耗可降低12.5～22%，更有甚者達(dá)30%以上，廢氣排放量減少60%以上，廢氣中“NOx”下降了80～90%、煙塵也降低50%以上。

這種采用純度≥85%的氧氣參與燃燒加熱的系統(tǒng)，我們稱之為全氧燃燒。在玻璃熔爐中，部分設(shè)置全氧燃燒系統(tǒng)（浮法玻璃熔窯俗稱的“0”號小爐助熔）稱之謂全氧助燃加熱。玻璃熔爐全氧燃燒加熱，引起了玻璃窯爐加熱形式的重大改變，引起玻璃熔窯結(jié)構(gòu)的變革，甚至是玻璃工業(yè)生產(chǎn)的重大變革。

主要表現(xiàn)在：

（1）燃燒效率高，一般的空氣燃燒效率在40%以下甚至更低，純氧燃燒的效率可達(dá)60～70%左右，能耗可降低12.5～22%，更有甚者達(dá)30%以上。

（2）污染減排顯著，NOx排放量降低80%以上，粉塵排放量減少70～80%。

（3）使用純氧燃燒加熱的玻璃熔爐，取消了小爐、蓄熱室，換火系統(tǒng)，大大降低了投資成本，簡短窯爐的結(jié)構(gòu)，縮短了熔爐的砌筑時(shí)間。熔化部的生產(chǎn)廠房跨度可縮小2/5，主生產(chǎn)線投資減少30%左右。同時(shí)也減少了維修費(fèi)用。

（4）可以提高火焰底部溫度，提高玻璃熔化量，燃燒無換向，使得玻璃熔化更加穩(wěn)定，同時(shí)熔化過程飛料大幅度降低，熔爐廢氣的減少，使煙道系統(tǒng)規(guī)模大大縮小，NOx排量大大降低，其清除系統(tǒng)規(guī)模也縮小，消除了熔爐換向帶來的對爐壓及玻璃液面的不穩(wěn)定，使溫度和氧氣分布更加重要穩(wěn)定。有助于減少條紋和小氣泡，改善玻璃質(zhì)量。

（5）節(jié)約能源，提高熱效率?？諝庵泻趿考s21%，而氮?dú)獾暮繛?8%，氦氣、氬氣、氫氣等惰性氣體為1%。采用空氣助燃的燃燒加熱過程中，只有氧氣參加燃燒的反應(yīng)，大量的氮?dú)馕樟舜罅康娜紵磻?yīng)放出的熱，并從煙道排走，造成極大的浪費(fèi)。采用全氧助燃后的排煙量僅是空氣助燃的1/3～1/4，排出爐外的熱量大為降低，同時(shí)火焰溫度高，輝度高，輻射傳熱強(qiáng)。

但是純氧燃燒技術(shù)也有亟待解決的問題：

（1）窯內(nèi)氣氛：全氧燃燒窯內(nèi)氣氛變化較大，在玻璃熔體表面堿（NaOH）的揮發(fā)反應(yīng)，堿蒸氣（NaOH）濃度增加數(shù)倍，造成碹頂硅磚侵蝕加劇。

（2）設(shè)計(jì)全氧燃燒熔窯。由于制備氧氣的成本比空氣高，因此，在選擇應(yīng)用全氧燃燒方案時(shí)應(yīng)做可行性分析，選擇可靠性高的制氧機(jī)組（如真空變壓吸附法可制造濃度為90～91%以上的制氧氣設(shè)備），同時(shí)也要考慮附近是否有“液氧氣源”，作為應(yīng)急備用氧氣供應(yīng)基地。

4 純氧燃燒+電助熔加熱形式

這種玻璃熔爐控制平穩(wěn)且易操作，并減少了原料中某些昂貴氧化物的飛散與揮發(fā)，降低噪聲和改善環(huán)境污染，穩(wěn)定熔化工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)量等，這些都是燃料爐難以比擬的。并且電助熔，耗電量不多，但對提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，改善勞動條件諸方面都有良好的效果。

在實(shí)際的使用階段，電助熔加熱提供的量占總加熱量的比例也有一個(gè)發(fā)展過程。電助熔加熱的比例較小，只有10%左右，從國內(nèi)的玻璃生產(chǎn)廠家使用的效果顯示玻璃制品的產(chǎn)量和質(zhì)量并沒有明顯提升，節(jié)能效果體現(xiàn)不出來，更由于電助熔加熱設(shè)備也需一定的投資并對熔爐進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，造成設(shè)計(jì)和建設(shè)成本上升，運(yùn)行成本也上升。

5 全電熔加熱形式

電熔方法有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：

(1)玻璃電熔與傳統(tǒng)的火焰加熱熔爐相比有著很大的優(yōu)勢。由于利用玻璃液直接作為焦耳熱效應(yīng)的導(dǎo)電體，從而達(dá)到熔化和調(diào)溫的目的。所以玻璃電熔化的熱效率遠(yuǎn)高于火焰熔爐。熱效率可以高達(dá)80～85%，節(jié)省能源，熔制出的玻璃液成分均勻，穩(wěn)定熔化工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)量。生產(chǎn)過程便于實(shí)現(xiàn)自動化操作。

（2）電熔窯的爐型結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，熱量散失減少；控制平穩(wěn)且易操作，并減少了原料中某些昂貴氧化物的飛散與揮發(fā)，降低噪聲和改善環(huán)境污染，改善勞動條件。

（3）在節(jié)假日停產(chǎn)后恢復(fù)生產(chǎn)的困難較少；熔爐大修較快；在整個(gè)窯期內(nèi)可始終保持滿負(fù)荷的出料量；占地面積?。唤ㄔO(shè)投資少。

在電力充足和電價(jià)適中的地區(qū)，用全電熔工藝來生產(chǎn)各類玻璃制品尤其是高質(zhì)量的玻璃器皿的綜合經(jīng)濟(jì)效益是很理想的；在電價(jià)較高的地區(qū)，對于彩色玻璃、乳濁玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鉛玻璃、無鉛水晶玻璃、高揮發(fā)組分玻璃或特種玻璃生產(chǎn)也是合算的。

6 結(jié)論

總之，玻璃熔爐加熱方式的不斷發(fā)展，給我們提供了更多的玻璃制品生產(chǎn)的選擇性，至于我們選擇采用哪種方式加熱或者哪幾種，要對當(dāng)?shù)氐馁Y源進(jìn)行調(diào)研。同時(shí)考慮玻璃性能、投資成本、環(huán)保要求等因素，做出具有長遠(yuǎn)發(fā)展眼光的方案。

[1]朱慶霞，馮青，汪和平，宮小龍.富氧燃燒在陶瓷窯爐中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益分析[J].中國陶瓷，2010（2）：1～5.

TQ172.6

A

1004-7344（2016）18-0322-01

2016-6-10

嚴(yán)永海（1976-），男，玻璃窯爐工程師。